岐阜薬科大学

レアカロテノイド含有アスタキサンチン抽出物の抗糖尿病作用を発見
～インスリン分泌促進作用と膵β細胞保護作用のDual actionで糖尿病予防効果を発揮！～

研究背景

糖尿病は膵β細胞における細胞死やインスリン分泌不足などにより血糖値が高値を示すことを指し、慢性的に続くと様々な合併症を引き起こします。糖尿病合併症は生活の質を著しく低下させ、さらには死亡の原因となるため、これらの合併症を予防することが重要です。

Paracoccus carotinifaciens由来のアスタキサンチン豊富な抽出物 (ARE) はアスタキサンチンの他にアドニキサンチン、アドニルビンなどのレアカロテノイドを含む抽出物です。アスタキサンチンは、他のカロテノイドより共役二重結合を多く保持し、高い抗酸化能を持つことが知られています。また、肥満動物モデルにおいて、肝および骨格筋のインスリン抵抗性の改善し、グルコース毒性に対する膵β細胞の保護など、糖尿病に対する有効性が報告されています。(Uchiyama K, et al., Redox Rep, 2002, Nishida Y, et al., J Cachexia Sarcopenia Muscle, 2020.) アドニキサンチン及びアドニルビンはアスタキサンチン生成時に生じる中間体であり、アスタキサンチンと同等以上の抗酸化能を持つことが報告されています。(Maoka T, et al., J Oleo Sci. 2013.) 本研究では、ラット由来の膵β細胞を用いて、AREのインスリン分泌作用及び細胞保護作用を検討し、さらに化合物の相加相乗効果についても解析しました。

研究成果の概要

薬効解析学研究室 開田 光 学部生 (B6)、中村 信介 准教授、嶋澤 雅光 教授、原 英彰 学長らの研究グループは、AREがインスリン分泌促進作用及び膵β細胞保護作用を有することを見出しました。アスタキサンチン、アドニキサンチン及びアドニルビン含有のサプリメントや健康食品が糖尿病予防に有用であることを示唆しています。本研究成果は2022年9月19日に「Journal of Functional Foods」に掲載されました。（図1～4は論文情報記載のJournal of Functional Foodsの論文中Figureを改変の上、転載）

インスリンは血糖値を低下させる唯一のホルモンであり、膵臓のランゲルハンス島にあるβ細胞より分泌されます。ラット由来の膵β細胞株を用いた実験において、AREの前処置は、グルコース刺激によるインスリンの分泌を促進させ (図1A)、アデノシン三リン酸 (ATP) の産生を増加させました (図1B)。これらの結果より、AREはグルコース刺激によるATP産生の増加を介してインスリン分泌を促進することが示唆されました。

image1.png

次に、ストレプトゾトシン (STZ) 誘発膵β細胞障害モデルを用いて、ARE及び含有成分の細胞保護効果を検討したところ、ARE、アスタキサンチン及びアドニキサンチンが著明な細胞死抑制効果を示しました。また興味深いことに、AREに含まれる同濃度のカロテノイド処置群と比べて、ARE処置群は有意な細胞死抑制作用を示しました (図2)。

image2.png

さらに、AREの膵β細胞死抑制作用がアスタキサンチンとレアカロテノイド (アドニキサンチン及びアドニルビン) の相乗効果によるものであることが明らかになりました (図3) 。

image3.png

つづいて、AREの活性酸素種 (ROS) 抑制効果を検討した結果、AREはミトコンドリア内スーパーオキシドの産生を抑制することが分かりました (図4)。

image4.png

以上の結果より、AREはATP産生の増加によりインスリン分泌を促進し、加えて、ミトコンドリア内のROS産生抑制作用を介して膵β細胞死を抑制することが示されました。

本研究成果のポイント

  • ARE はグルコース刺激によるATP産生の増加によりインスリン分泌を促進しました。
  • ARE は含有成分の相乗効果により、STZ誘発膵β細胞死を抑制しました。
  • ARE はSTZ誘発膵β細胞内ROS産生並びにミトコンドリア内ROS産生を抑制しました。

論文情報

  • 雑誌名：Journal of Functional Foods
  • 論文名：Anti-diabetic effects of astaxanthin-rich extract derived from Paracoccus carotinifaciens on pancreatic β cells
  • 著者：Hikari Hirakida, Shinsuke Nakamura, Satoshi Inagaki, Shohei Tsuji, Masahiro Hayashi, Masamitsu Shimazawa, Hideaki Hara
  • DOI番号：https://doi.org/10.1016/j.jff.2022.105252

研究室HP

https://www.gifu-pu.ac.jp/lab/seitaikinou/gyouseki/result01.html