リサーチ

カロチノイドやフラボノイド類のような植物成分は植物における光保護システムに関わっていて、ヒトにおけるUV損傷の予防に貢献する。植物成分は微量栄養素として食餌と一緒に摂取され、光線にさらされる組織に分散され、そこで組織を保護する。β―カロチンは内因性光保護体で、UVで誘発される紅斑形成を防ぎその効果は介入研究で実証された。リコピンはトマトの主要なカロチノイドで、カロチノイドのグループでは非常に効果的な一重項酸素の抑制物質である。UVで誘発された紅斑に対する感受性の減少が被験者においてリコピン或いはリコピンに富んだトマト由来製品の介入後、10-12週間観察され、光保護効果が示された。食餌のカロチノイドは、有害な紫外線に対する終生の保護に貢献するだろう。

序文
皮膚が紫外線に当たると、有害か或いは光線に誘発されたストレスに適応する化学的、生物学的な反応が起こる。第一に、適当な波長の光線が、直接に損傷されるか或いは光感作体として作用する適当な発色団と相互に作用する。電子の働きによって刺激された短命の種類はその次の反応を始める。酸素があると、二次性活性酸素種が発生して光損傷の範囲を広げる。光酸化損傷は、細胞のリピド、タンパク質、DNAに影響し、紅斑形成、皮膚の早老、光皮膚症の発生、皮膚癌の病理生化学に関わる。
日焼けは日光に過度にさらされた後の可視性の皮膚反応で、UVに誘発された紅斑即ち日光紅斑と呼ばれ、その特徴は圧痛、時には疼痛性水疱と2度のやけどである。光化学反応から起こる直接、間接の損傷は皮膚の血管拡張と浮腫が起こり、罹患した部位の血流の増加を引き起こす。タンパク質とDNAへの損傷は、皮膚細胞の中に蓄積して形態変化が角化細胞と他の皮膚細胞の中で起こる。細胞が紫外線によって不可逆的に損傷された時、次にアポトーシスのメカニズムによって細胞死が起こり、その結果表皮にいわゆる日焼け細胞が現れる。


太陽の電磁気であるスペクトロのＵＶ-B部分は非常に紅斑誘発性が高く、典型的な日焼けの主な原因であると考えられており、日焼けは紫外線にさらされた後約18-24時間に最高になる。
紅斑誘発性のＵＶ照射に対する個人の敏感度は最小の紅斑量(MED)によって決められる。MEDは照射24時間後に知覚できる位皮膚が赤くなるために必要な閾値量と定義されている。MED値は個人間で差があり、その差はメラニンによる実際の内因性保護と皮膚のタイプによる。メラニンレベルは皮膚の色を決定し、Fitzpatrick尺度に従ってしばしば分類されるタイプIからVIまでの皮膚のタイプにある程度関係がある。皮膚タイプIは、白色或いはそばかすのある皮膚、緑或いは淡青色の目、赤毛、日光に対して高い敏感度をもった人々が該当する；皮膚タイプVIは、黒い皮膚、濃い茶色の目と黒い髪、殆ど日焼けを経験しない人々を示している。

光保護
いくつかの作戦が、危険な日光とそのあとに起こる分子と細胞の機能の損傷に対する保護に使用できる。日光にさらされるのを避けること、保護的なカバー、高い日光保護要因をもった日焼け止めを局部に塗ることを、強い紫外線にさらされる時には勧める。ヒトの皮膚の内因性保護への主要な貢献は、紫外線を散乱させ、吸収する内因性色素、メラニンによって供給される。表皮メラノサイトでは、メラニンの生産は日光にさらされることによって増加する(日焼け)。
内因性或いは組織の光保護は食餌の複合物質或いは食餌でない複合物質に光保護的特性を与えて増すことができる。付加的内因性保護という観念は約30年前に提案されたが、組織の保護という観念の発展はつい最近になって勢いを得た。ソラレン或いは抗マラリア薬のような薬品に加えて、主として食餌の成分が研究された。望まれる機能のメカニズムにかかっているので、適当な光保護剤には特定の構造と光保護の特性が要求される。更に、毒性学の面と薬物動態の特徴を考慮に入れなければならない。紫外線に対する障壁を高めるためには、複合物質は広い範囲の波長の紫外線を高い効力で吸収しなければならない。これと関連させて見ると、十分な光安定性が必要条件である。抗酸化剤は、励起一重項酸素と三重項状態分子を含む活性酸素種を排除することによって、関連した分子標的を守る。UVに誘発された損傷を処理する修復システムの誘発のためには、ストレスによる信号に干渉する複合物質が要求される。炎症のような細胞と組織の反応の抑制も又、細胞内と細胞間の信号経路に作用する複合物質の適用を必要とする。
主要な微量栄養素中のいくつかの効果的な抗酸化物質は、脂肪親和性と親水性の酸化促進物を直接排除するか或いは抗酸化酵素の成分として役立つことが出来る。カロチノイド、トコフェロール、フラボノイド、他のポリフェノールとビタミンＣも抗酸化防御に貢献し、こうして内因性の光保護に貢献する。

光保護におけるカロチノイド
カロチノイドは補助光採取色素で、過剰光線や光酸化ストレスに対する植物の保護において極めて重要な役割を果たす。カロチノイドは、非環式或いは環式の置換基を運んでいる共役二重結合の長い中心の連鎖を示している。オキソーカロチノイドとも呼ばれるキサントフィルは、その上に機能的な酸素グループを含んでいる。
共役二重結合の伸長系は、カロチノイドの抗酸化特性には重大である。カロチノイドは一重項分子の酸素の最も効率的な自然の遊離基補足剤である。UV-Aによる皮膚の老化は、一重項酸素の形成に関連のある信号経路に主に関係していること、信号に及ぼすβ―カロチンの効果は少なくとも一部分、一重項の酸素を抑制する特性に関連していることが示唆されている。低い酸素張力では、カロチノイドは又、ペルオキシ遊離基を排除しリピドの過酸化の過程を阻害する。
ヒトの生体の中で最も多いカロチノイドは、β―カロチン、α―カロチン、リコピンそして又キサントフィルのルテイン、ゼアキサンチン、α―とβ―クリプトキサンチンである。ヒトの皮膚におけるカロチノイドレベルは0.2-0.6nmol(ｇ湿性組織)の範囲である、しかし異なった皮膚の領域内で、単一のカロチノイドのレベルとカロチノイドの分布に関して有意な差がある。
β―カロチンのサプリメントは経口の日光阻止剤として使用される、そして保護効果はそれらの抗酸化特性と関連していると考えられている。経口的に使用されたβ―カロチンの光保護効果についてのヒトの研究データは矛盾している。まずまずの光保護が測定された研究もあるし、効果が全然見られなかった研究もあった。組織の光保護におけるβ―カロチンのききめは、照射前の処置の持続期間と投与量によることが示された。保護が見られた研究では、カロチノイドの処置が少なくとも10週間で、投与量は1日20mg以上のカロチノイドであった。保護効果が全然ないと報告した研究では、カロチノイドは3―8週間だけ使用された。これらの所見に基づいて、ほどほどの投与量のβ―カロチンだけの使用は持続的な光保護を得るには十分でないと結論された。
光保護のために、サプリメントでβ―カロチンの高い投与量を使うことは、安全性の問題のために論争されている。肺癌の高い危険率のある個人についての2つの介入試験で、β―カロチンを与えられたグループにより高い肺癌の蓄積指数が観察された。従って、他のカロチノイドを相当量供給する他のカロチノイド或いは食餌の供給源が内因性の光保護に適当であろう。三つの主要な食餌のカロチノイド即ち、β―カロチン、ルテイン、リコピン(それぞれ8mg日を含んでいるカロチノイドの混合物を1日24mgの投与量で補足するとUV誘発の紅斑に対する防御を与える。その効果はβ―カロチンだけを24mg日使用した効果に匹敵する。リコピンはその化学的、生物学的特性のために特に可能な光保護活性をもった興味ある食餌の成分である。

リコピン
アンズ、パパイヤ、ピンクグレープフルーツ、グアバ、スイカも食餌によるリコペンの摂取に貢献しているとはいえ、アメリカで消費されるリコピンの80％以上はトマト製品から得られている。トマトのリコピン含有量は、トマトの種類と成熟によって有意に変わる。最も赤い種類のトマトでは、リコピンレベルは黄色い種類のたった5mgkgと比べて50mgkgに近い。たいていの場合、食餌の供給源からの生物学的利用能は熱処理と食餌のリピドと同時に摂取することによって高まる。食物の加工処理は、食物の基質からリコピンを遊離するのに役立ち、こうして食餌のリピドと胆汁酸と一緒にリピドミセルを形成するために脂肪親和性の化合物が近づきやすくする。料理と食物加工は、カロチノイドの生物学的利用能を高める。例えば、リコピンの吸収は生のトマトと比べて加工されたトマト(トマトペースト)の摂取後高くなる。
報告されているリコピンの健康効果の多くは、酸化損傷に対してリコピンが細胞を保護することが出来ることにあると考えられている。他のカロチノイドと比べてリコピンに焦点を合わせられることは少なかったけれども、試験管内での研究はリコピンが非常に効率的な一重項酸素抑制物質であり、強力な酸素遊離基補足剤であることを示している。
次のパラグラフで、ヒトの介入試験においてリコピンとリコピンに富んだ製品の光保護効果を調べる、我々の実験室で行われた一連の研究について記述する。

研究計画
ここに要約されているヒトの介入研究データの一部は以前に発表されていて、方法の詳細は記述されている。研究に参加したすべての被験者は、皮膚、髪、目の着色と光線照射に対する敏感度の経歴に基づいて評価された皮膚のタイプIIであった。更に含まれた基準は、健康な状態、18-25kgmの体重指数(BMI)、妊娠或いは授乳していないこと、ビタミンのサプリメントを摂取していないこと、研究中は薬物治療を受けていないことであった。介入のために、被験者はいろいろな供給源からのリコピンを10-12週間消費した。

【リコピンの供給源】
■トマトペースト：40gのトマトペーストは1日1回10gのオリーブ油と一緒に消費され、16mgのリコピンを供給した。研究の継続期間は10週間だった。
■ニンジンジュース：ニンジンジュース(Fruchsaft Bayer & Co, Ditzingen, ドイツ)は、2.5mgのリコピンと1.3mgのβ―カロチン(100ml)を含む“Nutrired”という種類から作られた。被験者は1日合計10mgのリコピンと5.1mgのβ―カロチンの投与量を供給する2 × 200mlのジュースを12週間にわたって摂取した。
■リコピンサプリメント：トマト抽出物を含んでいる軟ゲルカプセル(ライコマート, Lyco-Red, Natural Prod. Industr. Ltd., ベールシェバ、イスラエル)で4.9mgのリコペンと0.2mgのβ―カロチンがある。12週間にわたって1日２カプセルが摂取された(毎日の投与量：リコピン　9.8mgとβ―カロチン　0.4mg)。
■リコピンドリンク：リコピンドリンクはトマト抽出物(Lyc-o-Guard-Drink, LycoRed, イスラエル)から作られた。250mlの飲み物中のカロチノイドの含有量：リコピン4.1mgとβ―カロチン0.2mg。被験者は1日合計8.2mgのリコピンと0.4mgのβ―カロチンの投与量を供給する2 × 250mlのリコピンドリンクを12週間にわたって摂取した。
■合成リコピン：　被験者は合計10.2mg日　の投与量の小玉としてカプセル入りの合成リコピン(5.1mgカプセル)を含んでいる堅いからのカプセルを1日２カプセル摂取した。

研究の始め(0週)と補足後4週と12週に血液の試料が採取された。トマトペーストを使った研究の試料採取は0日、4週と10週であった。血清のリコピンとβ―カロチンレベルは、以前に述べたように高速液体クロマトグラフィによって測定された。皮膚における全カロチノイドレベルは反射分光検査法によって同じ時点で測定された。

紅斑予防と皮膚の色の測定
研究の開始前に、それぞれの被験者の最小紅斑量(MED)が測定された。血液採取の時点で、背面の皮膚が紅斑を誘発するために紫外線で照射された(MEDの1.25倍)。照射のために青い光の日光模擬装置(Honle、ミュンヘン、ドイツ)が使用された。光保護の検査はCOLIPA研究グループ“日光―保護―測定”の忠告に基づいている。それぞれの時点で、皮膚の色は照射の前と24時間後に評価された。皮膚の色は三次元カラーシステム(L, a, b-値)を使って彩度計量法(Chromameter Minolta CR 200, Ahrenburg, ドイツ)によって測定された。L-値は皮膚の色の明度パラメーターであり、b-値(青色―黄色軸)は色素沈着を表し、a-値(赤色―緑色軸)は皮膚の赤さの尺度である。△a-値は照射前に測定されたa-値を照射後測定されたa-値から引いて計算された。それらはUV―誘発の紅斑形成に直接関連していてUV照射に対する皮膚の反応を測るために使われた。介入に成功すると、研究の終りの△a-値が始めより低いはずである。a-値は皮膚の敏感度と皮膚の基底の色によって個人間の差がある。よりよく比較するために、研究の始めの△a-値を100％にし、他の値は基底の数字の百分比として計算された。

血清と皮膚のリコピンレベル
毎日のリコピン摂取量はグループの間で異なった。最も高いリコピン投与量は、トマトペースト　グループの16mg日であった。合成リコピン(10.2mg日)、リコピンサプリメント(9.8mg日)、ニンジンジュース(10mg日)のグループで約10mg日が摂取された。リコピンドリンクでは8.1mgリコピン日が摂取された。異なったグループでは、血清におけるリコピンの基底レベルは、文献に述べられている範囲内である0.28から0.36 nmol mlの範囲であった。
４週間の補足後、リコピンは増加して0.55-0.84 nmol mlの値に達した、これはトマト製品或いはリコピンのサプリメントの長い摂取後、文献で報告されている血液のレベルと一致している。４週間と12週間(又は10週間)の間にリコピンレベルは殆どそれ以上上昇しなかった。研究の終りに基底レベルは、約1.5倍の増加が測定されたニンジンジュースのグループ以外では、殆ど2倍になった。グループ間で観察された差は、いろいろな供給源からのリコピンの生物学的利用能における差によるのかも知れないが、又リコピンの摂取と/或いは分布と代謝に関する個人間の違いに関係があるかも知れない。
血清とは対照的に、皮膚のカロチノイドレベルはそれほど影響されなかった。しかし増加はすべての研究グループで測定された。研究の終りには、皮膚のレベルは基線に比べて1.2-1.4倍上昇した。ここで用いられたモードの反射分光検査法によって、皮膚における全カロチノイドだけが数量化できた。このように皮膚のカロチノイドレベルの上昇は、単一のカロチノイド、例えばリコピンに帰することが出来なかった。

リコピンに富んだ製品の消費後の光保護効果
照射の後と前の彩度計量法によるa-値の差(△a)は、皮膚の紫外線反応の尺度、即ち紅斑形成と解せられた。０週(100％とする)と比較して減少する△a-値はUV誘発紅斑に対する防御を反映する。
トマトペーストの摂取後、0週から４週と10週までに△a-値の減少が測定された。差は10週に最も著しく、統計的に有意であった。基線と比べて△a-値は約40％下がった。
光保護効果は、リコピンに富んだニンジンジュースを摂取したグループで更に著しかった。△a-値は4週と12週に基線と比べて有意に低かった。研究の終りに減少は約45％であった。
リコピンのサプリメントを消費したグループでは、△a-値は0週より4週と12週に低かった。0週との差が統計的に有意なのは12週だけであった。リコピンドリンクを消費しても、0週から4週と12週までの△a-値の減少が観察された。0週と比較して差が統計的に有意なのは補足後12週であり、△a-値は約50％下がった。
合成リコピンで12週間処置すると、12週間後△a-値の減少が生じた。しかしながら、その差は統計的に有意ではなかった。
リコピンを被験者に与え、10-12週間にわたる紫外線保護効果を調査するために四つの異なる供給源が使われた。リコピンの1日の投与量はグループ間、同じ位で、8.2から16mgの範囲であった。グループのうちの一つ(合成リコピン)では、リコペンだけで他のカロチノイドはなかった。トマトベース製品は、生合成の経路におけるリコピンの前駆体であるフィトフルエンやフィトエンのような更なるカロチノイド等他の成分をいくつか含んでいる。これらの化合物はＵＶ範囲で吸収するので光保護効果に貢献するのももっともである。

結論
カロチノイドは、ヒトにおいて光保護に適当な化合物である。β―カロチンに加えて、リコピン或いはルテインのような他のカロチノイドは光保護物質として使うことが出来る。光保護効果は、カロチノイドに富んだ食餌で得られることが出来る。しかしながら、更なるカロチノイド(フィトエン、フィトフルエン)或いは非―カロチノイドの成分のような食餌の他の化合物は光保護に貢献することが、注目されるべきである。
食餌のカロチノイドの摂取と関連している内因性の保護は、高い光線保護因子をもっている日焼け止めクリームの局部的な使用に匹敵しない。