オートファジーと5-ALAについて

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自分の細胞を食べるオートファジー?とは!

「オートファジー」のことをご存知ですか?オートファジーとは、日本語で「自食作用」という意味ですが、自ら自分の体を食べるわけではなく、正確には、細胞が自らの一部を分解して、新しい部品として再利用する仕組みのことです。私たちの体の細胞は、いつまでも元気なわけではなく、いずれ衰えてきます。しかし、このオートファジーの働きで細胞内の古くなった部品を分解し、新陳代謝によって新しい細胞へと生まれ変わらせる働きをします。また、細胞の中に現れる有害な物質を除去してくれます。

オートファジーの働きのイメージ図

わたしたちの細胞の中には、ミトコンドリアを始めとする細胞小器官が存在しますが、これらすべてがオートファジーの対象となり分解され、新たな部品に置き換えられます。特にミトコンドリアは、発電所の役割を担っていて、このミトコンドリアが壊れると「活性酸素」が漏れ出して細胞を傷つけたり殺したりします。ここにオートファジーの仕組みが働くことで、壊れたミトコンドリアを狙い撃ちして活性酸素の発生を抑えてくれます。また、細胞内に侵入した病原体もやっつけてくれるので免疫機能に対してもとても重要な役割を果たしています。

オートファジーは免疫力をアップさせて健康寿命を延ばすなど、体内の組織を健康に保つために重要な働きをしてくれますが、十分に食べ物を食べた状態ではあまり機能してくれません。元々オートファジーは、細胞が強いストレスを受けた際に生き残れるように体内に組み込まれたシステムで、細胞が飢餓状態になったり低酸素状態になったときにこそ、働きが活発化します。つまり、空腹の時間が長く続くとオートファジーの活動が活発になり、体の中にあるものを利用して新たにタンパク質を作り出します。満腹の状態ではオートファジーがあまり機能せず、空腹の時によく働くということで、昔から言われている「腹八分ぐらいで抑えるのが体にいい。」というのは理にかなっていますね。

食事、運動、睡眠でオートファジーを維持

オートファジーの機能を高めるためには、食事と睡眠が大切です。満腹状態では血中にアミノ酸がたくさんあり、オートファジーが抑えられるので、夕食を食べてすぐに寝るとオートファジーの活性を妨げます。夕食を食べてから寝るまでは時間を空けて、寝ている間に空腹な状態を作ることが重要です。また、よく眠り適度な運動を心がけ、脂っこい食事を控えて腹八分目程度で抑えることも、オートファジーの機能を維持させてくれます。

5-ALAもオートファジーに一役かっている!

5-ALAは体内で作られるアミノ酸の一種ですが、いくつかのアミノ酸自体がオートファジーを抑制的に制御することは古くから知られいます。5-ALAもそのうちの1つで、高知大学の研究によるとオートファジーを誘導し、ミトコンドリアの保護作用のある安全な成分として論文発表されています。

オートファジーの仕組みを解明した功績でノーベル生理学・医学賞を受賞された大隅良典栄誉教授の研究ですが、それ以外にもまだまだ解明できていないことがたくさんあります。アメリカでは、オートファジーの仕組みを病気の治療に役立てようという応用研究が進んでいたり、まだまだ可能性が広がっていく分野なのです。

植物にも5-ALAが!

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植物でも働く5-ALA!

新型コロナウイルス感染症への感染抑制効果について話題になっている5-ALAは、実は植物にも含まれていて、植物が生長していくためにとても大切な働きをしているのをご存知ですか?私たちの体の中で作られる5-ALAは、鉄やミネラルなどと合成を繰り返し、ヘムやビタミンB12など様々な物質に姿を変えていきます。

植物にも存在する5-ALA

植物でも同じく植物の中で作られていて、植物の場合はミネラルの一種であるマグネシウムと組み合わさることで、植物の緑色の部分である葉緑素の原料になります。この葉緑素が増えると植物の光合成が盛んになり、丈夫で元気な植物になります。果実の場合は収量が増えて旨味も増えてくることから、肥料としても利用されています。

ALAサイエンスフォーラム発表資料より、お米の収穫量が向上したことを示すグラフ

光合成が活発になるので、あまり日の当たらない場所でも植物がうまく育ちます。また、根からの栄養吸収を高めてくれるので、通常なら枯れてしまうほどの低温や塩分の多い場所でも、5-ALAを与えるとたくましく育ってくれるのです。また、植林の定着率が上がるため、砂漠の緑化にも貢献できる可能性があると注目されています。

5-ALA配合肥料施用の、寒冷地におけるポインセチアの比較写真

除草剤の開発が発端

今では、肥料として利用されていますが、開発当初は全く逆で、5-ALAを使った除草剤の開発が行われていました。除草剤は毒性が強いことから、安全な除草剤の候補として5-ALAが使われていたのですが、実験中に枯らすはずだった植物に5-ALAの配合量を間違えて与えたところ、思いの外、植物が元気よく生えてきたのです。この思わぬ実験の失敗がきっかけとなり、5-ALAを肥料へと応用する研究開発が始まり、今では多くの農家さんや家庭園芸で利用され、海外でも高く評価されています。日陰の多い庭やベランダで植物をうまく育ててみたいという方は、5-ALA配合の肥料をぜひ試してみてはいかがでしょう。

サルコペニアの改善に繋がる 5-ALA

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「老化」の原因は?

あまり耳にしたくない「老化」という言葉ですが、個々の細胞レベルを見てみると、老化は生まれた直後から始まっています。若い頃は、機能が低下した細胞は取り除かれて、新しく細胞が補充されることで老化を防ぐことができていました。しかし、加齢と共に細胞が入れ替わるスピードが遅くなり、細胞を取り替えることができなくなり、組織の機能が低下して徐々に老化が進行していきます。この老化の大きな原因の一つは、私たちが動くためのエネルギーを作っている「ミトコンドリア」の質の低下が関係しています。老化のスピードは40歳代より加速すると言われていて、活性酸素を取り除く「抗酸化酵素」の能力が急速に減少してしまうからだと考えられています。

健康寿命は何歳?

日本人の平均寿命(2020年厚生労働省調べ)は、男性が81.64歳、女性が87.74歳で今や世界トップレベルに達し、まさに「人生100年時代」といわれるようになりました。しかし、平均寿命は伸びた一方で、他者の助けを借りることなく日常生活を営める「健康寿命」との差は9.4歳でその間、要介護の状態で過ごす方が多いのも事実です。

「65歳以上の高齢者の15%がサルコペニア?」

最近では、高齢者のサルコペニアが問題になっています。サルコペニアとは、加齢によって筋肉が減ったり、体力が低下している状態のことです。転倒しやすくなったり、骨折しやすくなることで、健康寿命や生活の質が大きく落ちてしまいます。サルコペニアを予防するには運動が重要で、特に抗重力筋と呼ばれる筋肉を強化することが大事です。抗重力筋とは、重力に抗って直立位を保つために必要な筋肉のことで、抗重力筋の中でも特に重要なのが、太ももの前面の筋肉やお尻の筋肉です。この2つの筋肉を鍛える運動は、空気椅子の運動が最適です。
椅子に座って立ち上がろうとする姿勢で、お尻が座面から浮いた状態で10秒静止します。それを3〜5回ほど繰り返し、馴れてきたら回数を少しずつ増やしていきましょう。(※腰痛などがある場合は症状を悪化させる場合があるので注意してください。)

空気椅子の運動をしているイラスト

サルコペニア病者用食品の開発にも5-ALA

過去に慶應義塾大学で行われた研究では、「5-ALAを投与したマウスは、筋力が向上し、骨格筋量も増加した」という結果がでていました。また現在、順天堂大学医学部で、65歳以上の方を対象に、サルコペニア状態にある方が5-ALAを摂取する病者食としての活用を検討する特定臨床研究が行なわれています。身体機能の低下は加齢と共に必ず起きますが、5-ALAが、サルコペニアの改善につながってくる未来も近いかもしれません。

意外と知られていない5-ALAの可能性

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がんの診断薬としても応用されている5‒ALA

5-ALA(5-アミノレブリン酸)の意外な魅力の一つとして、がん細胞だけを光らせるという特徴があります。この光る特徴を利用した、光線力学診断という診断法があります。これは、主に膀胱がんや脳腫瘍の手術で利用され、手術前に、ある一定量の5-ALAを患者さんが服用します。体内に取り込まれた5-ALAは、正常な細胞では、ヘムという物質に代謝されていきます。

体内にとりこまれた5-ALA

しかし、がんの場合、5-ALAががん細胞に過剰に集まり、蛍光物質(PPIX)に変わるという現象がおきます。そこにレーザー光を照射すると、がん細胞に蓄積された蛍光物質が、赤く発光します。

5-ALAによってがん細胞が光っている写真

内視鏡を通して、この光っている部分だけを電気メスで切除すると、数ミリ程度の小さながんや平たい形状のがんなどもまんべんなく切除できます。がん細胞は、肉眼だけでは見分けることが難しい部分もありますが、がん細胞だけを光らせることで、見つけづらいがん細胞でも、高い精度で切除できる利点があるだけでなく、患者への負担も小さく、がん細胞の取り残しによる再発も抑えられます。すでに膀胱がんや脳腫瘍の光線力学診断は保険適用されていて、各地の大学病院など100カ所以上で診療が受けられます。

一歩進んだがん治療の可能性

2017年に設立された、日本初の本格的な光線医療技術の開発を行っている高知大学医学部光線医療センターでは、がん細胞に光を当てることで、がん細胞が嫌う活性酸素を発生させて、がんを死滅させるという、さらに一歩進んだ光線力学療法(Photodynamic Therapy)という治療法の研究も行なわれています。これまで、がんを光らせて手術するという手法はありましたが、5-ALA自体、元々動植物の体内に含まれている天然のアミノ酸なので、毒性もなく安全性がとても高い成分で、診断薬として安心して活用できます。今後、多くのがんの手術で応用される日も近いかもしれません。

【 参照 】
高知大学医学部光線医療センター
https://www.kochi-u.ac.jp/kms/CPDM/medtech.html

5‒ALA基礎知識Q&A

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再近、話題になっている「5-ALA(5-アミノレブリン酸)」について、実はどんなものなのかよく分からないという質問を多くいただきます。今回はその質問にお答えします。

Q 5-ALAは、何の成分ですか?
A 5-ALAは天然に存在するアミノ酸で、ヒトや動物、植物の細胞内にあるミトコンドリアで作られています。数多くあるアミノ酸の中でも唯一、鉄分と結びついて血液の中のヘモグロビンになったり、動くためのエネルギーの源である「ATP」を生み出すとても稀有なアミノ酸です。

Q 5-ALAはどんな働きをしますか?
A 一言でいうと、細胞の中にあるミトコンドリアの働きを活性化させて、基礎代謝を促す働きをします。

5-ALAのはたらき

ミトコンドリアは、私達が動くために必要なエネルギーを作り出す生産工場のような役割を担っていて、機能が低下するとエネルギーを効率よく作れなくなり、基礎代謝が落ちたり、免疫力が下がってきます。そのため、ミトコンドリアを活性化させることがとても重要です。

Q 5-ALAは食品からも摂取できますか?
A 5-ALAは、発酵食品である納豆や甘酒、ワイン、バナナ、ほうれん草などに含まれています。例えばワインだと100g辺り110〜173ug程度含まれていますが、1ugは1/1000mgですので、5-ALAを1mg摂取するためにはワインを1本摂取しなければなりません。5-ALAを含有したサプリメントは、一般的に1粒に10mg〜50mg配合されていますが、10mgの5-ALAはワイン10本分に相当する量になるので、これを摂取するとなると大変な量のワインを飲まなくてはなりません。サプリメントが登場したことで、5-ALAは効率的に摂取できるようになりました。

Q なぜ今まで注目されていなかったのですか?
A 5-ALAを人工的に安全な製法で作り出すことが難しかったり、5-ALA単体で働くよりミネラルと組み合わさると直ちに違う成分へと変化していくため、5-ALAそのものの重要性が見落とされていたことが推測されます。

Q 5-ALAはミネラルと相性がいいのですか?
A 5-ALAは、単体で働くよりミネラルと一緒に働くことで、大きな力を発揮します。特にミネラルの鉄分と結合し、ヘムと呼ばれる物質を作ります。その他に、コバルトと組み合わされるとビタミンB12が合成されたり、亜鉛と一緒に摂取すると5-ALAの働きを促し、皮膚や粘膜の健康維持を助けます。

Q 5-ALAは、どのような分野で利用されていますか?
A 5-ALAは、植物から動物まであらゆる生命体の細胞の中でエネルギーを生み出す大もとの部分で働く特徴を持つため、様々な分野での応用が広がっています。既に健康、医療、美容、農業、畜産の分野で利用され、特に医療分野では様々な応用研究が進んでいます。最近ではショウジョウバエを使った研究(※)で、加齢に伴う筋肉機能の低下を遅らせ、健康寿命を伸ばすという論文も発表されています。

※参照記事(FEBSPRESS)
https://febs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2211-5463.13338