アスタキサンチンはミトコンドリアで働く

BioAstin®（アスタキサンチン製剤）について、約 6 年に渡る長崎大学海洋イノベーション機構との共同研究はミトコンドリアを中心に行われた。

2023 年 5 月に開催された第 77 回日本栄養・食糧学会では、マウスマクロファージ様細胞を用い、ミトコンドリアのエネルギー代謝と免疫応答に与えるアスタキサンチンの影響を検討し発表した。（詳細は marine drugs 20(2022)660 に掲載）

第 75 回（2021 年）、第 73 回（2019 年）では、骨格筋細胞内ミトコンドリアに発生する活性酸素種障害によって起こる筋繊維アポトーシスの抑制効果を発表した。（詳細は nutrients12(2020)）

アスタキサンチンは、ミトコンドリアに比較的集積し易く、ミトコンドリアの呼吸能を向上する。

第 73 回 日本栄養・食糧学会(2019 年)

○平坂 勝也、 Luchuanyang Sun"、宮司 進之、 紀豊 足立 勝、 楊 敏 " 吉村 智大、
斎藤かなえ Yao Wang”、 谷山 茂人、
二川 健 橘 勝康”
1) 長崎大 海洋未来イノベ、 2) 長崎大院 水環食品栄養、
3) 東洋酵素化学、 4) 成海利 生物科技、
5) 徳島大院 医歯薬 生体栄養

【目的】 海洋性カロテノイドの一種であるアスタキサンチン (AX) は脂質二 重膜に取り込まれ、抗酸化力を有することが明らかにされている。 我々はこれまでに萎縮した骨格筋では、ミトコンドリア形態異常や過剰な酸化ストレスの産生が観察されることを報告している。 興味深いことに、 AXは構造を有しているミトコンドリアに比較的集積しやすいということが報告され た。従って、AXはミトコンドリアにおいても作用する可能性が考えられる。 そこで、本研究では,AXのミトコンドリアにおける抗酸化作用とミトコンドリア障害によって引き起こされる筋萎縮にする作用について検討した。 【方法】 C57BL/6J マウスに普通食もしくは重量比 0.2% (AX 量 0.02%) で配 合したAX 食を与え、 筋萎縮モデルとして尾部懸垂を2週間行った。その後解剖し、筋重量の測定、筋タイプごとの筋線維横断面積測定、筋特異的ユビ キチンリガーゼの発現の変動解析を行った。 また、遅筋優位 Sol8筋細胞と速 筋優位 C2C12 筋細胞を用いて、 AXのミトコンドリアにおける作用機序を検討した。
【結果考察】 普通食群では、尾部懸垂により、 筋重量の減少が認められた。 これに対して、 AX食群では、 筋萎縮モデルを施しても遅筋線維が大部分を占めるヒラメ筋では筋重量減少が認められなかった。 特に、AX 食群は、 部懸垂による運筋線維タイプI、 中間筋線維タイプ Ila線維の萎縮に対して 抵抗性を示すことがわかった。 さらに、AX食群では尾部懸垂によって引き 起こされる筋特異的ユビキチンリガーゼ (Atrogin-1. MuRF1) の発現上昇が 抑制されていた。筋細胞を用いた解析において、 AX は、速筋優位 C2C12筋細胞ではなく、ミトコンドリア含量が高い運筋優位 So18 筋細胞において、ミトコンドリア複合体III 由来活性酸素の産生を抑制した。 以上の結果より、AXはミトコンドリア由来の酸化ストレスを消去することにより筋萎縮予防効果を有することが示唆された。

第75回 日本栄養・食糧学会 (2021年)

Effect of Astaxanthin on mitochondrial function and muscle atrophy
平坂勝也 川田2、 宮司進之 敏2 内田貴之*
*
(長崎大海岸未来イノベ、長崎大院・水曜・食品栄養 東洋酵素化学、 *徳島大 院 医歯薬 生体栄養)

【目的】 カロテノイド類アスタキサンチン (AX) は脂質二重膜に貫通する状態で存在し、そこで抗酸化力を発揮することが明らかにされている。 興味深いことに、 AXは膜構造を有しているミトコンドリアに比較的集積しやすいということが報告されそこで本研究では、 骨格筋内ミトコンドリアにおけるAX の作用とミトコンドリア障害によって引き起こされる筋萎縮に対するAX の効果について検討した。 【方法】 C57BL/6J マウスに普通食もしくは重量比 0.2% (AX量 0.02%) で配合したAX食を4週間与え、筋萎縮モデルとして尾部懸垂を2週間行った。 試験期間終了後、筋重量や筋線維横断面積測定、骨格筋内ミトコンドリア生合成関連遺伝子の発現変動 とミトコンドリア呼吸鎖複合体タンパク質量の変化、ミトコンドリア由来活性酸素種の測定を行った。 加えて、 ヒラメ筋由来 Sol8 筋細胞を用いて、 AXのミトコンドリアにおける作用機序を検討した。
【結果考察】 普通食群では、尾部懸垂により、 筋重量の減少が認められた。 これに 対して、 AX食群では、 筋萎縮モデルを施しても遅筋線維タイプI、 中間筋線タイプ線維が大部分を占めるヒラメ筋では筋重量減少及び筋線維横断面積の減少が認められなかった。 さらに、 AX 食群では尾部懸垂によって誘導されたミトコンドリア由 来活性酸素種ROSの産生やミトコンドリア呼吸鎖複合体タンパク質量の減少を有意に阻害することがわかった。 加えて、 筋萎縮によって障害されたミトコンドリア生合 成遺伝子の発現レベルはAX摂取により改善された。 Sol8 筋管細胞を用いた解析に おいて、 AXは、 ミトコンドリア複合体III 由来活性酸素の産生を抑制し、ミトコンドリア呼吸鎖複合体障害によっておこる膜電位の減少を改善することがわかった。 以上 の結果より、AXはミトコンドリア由来の酸化ストレスを軽減することにより、 ミトコンドリア機能を保持することで筋萎縮予防に効果的である示唆された。

第77回日本栄養・食糧学会 ( 2023年)

Sun Luchanyang' Kim Sangeum2 森亮-2、宮司進之、二川健、〇平坂勝也 1-3 (長崎大院・水産・食品栄養、 長崎大医 病理、 東洋酵素化学、 徳島大院・医 歯薬 生体栄養 長崎大海洋未来ノベ)

【目的】 海洋性カロテノイド類アスタキサンチン (AX) は様々な細胞で抗炎症効果を有することが報告されているが、そのメカニズムは多岐にわたっている。 我々は AX を細胞に処理するとミトコンドリア画分にも検出でき、 ミトコンドリア内で機能していることを報告している。本研究では、これまでに報告されていないマクロファ ジミトコンドリア代謝に対する AX の効果にについて検討した。
【方法】 細胞はマウスマクロファージ様細胞株 RAW264.7 細胞を用いた。 RAW264.7 細胞にAXを処理後、リポ多糖 (LPS) にて刺激し、炎症性サイトカイン、ミトコンドリア由来活性酸素種、呼吸鎖複合体タンパク質量の変化を解析した。 加えて、細胞のエネルギー代謝は細胞外フラックスアナライザーを用いて測定した。
【結果考察】 LPS 刺激により炎症性サイトカイン IL-1βの発現と分泌およびミトコ ンドリア由来O2 生が有意に上昇した。 これに対して、 AX を処理した細胞では LPS刺激によって増加した IL-18およびミトコンドリア由来 O2 帝生が有意に抑制された。さらに、AX は、 LPS刺激によって引き起こされるミトコンドリア呼吸鎖複合体I、II、およびタンパク質量の減少を抑制した。 特に、AXはLPS 刺激によるミトコンド リアのコハク酸ヒドロゲナーゼ (SDHミトコンドリア呼吸鎖複合体II) 活性低下 や SDH複合体サブユニットBの発現量減少を有意に抑制した。 SDHの阻害剤である Atpenin A5を用いた解析により、 AXは SDH-HIF-1 シグナル伝達経路の上にあるミトコンドリアに直接作用し、 IL-1β発現を阻害することがわかった。 次に、 AX がミトコンドリア機能に関与することから細胞内エネルギー代謝を測定した。 LPS 刺激により細胞は解糖系に依存したエネルギー代謝を示すが、 AX を処理した細胞は、酸化的リン酸化に依存したエネルギー代謝を示すことがわかった。 これらの結果は、 AX が免疫細胞のミトコンドリアのエネルギー代謝に作用し、免疫応答を調節することが 示唆された。