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ニオイ成分の鼻腔内代謝におけるアルデヒド酸化酵素の寄与

高岡 尚輝 広島大学

2022.02.24

概要

【序論】
ヒトを含む哺乳動物が感じる匂いは,鼻腎内の嗅上皮(olfactoryepithelium:OE)において空気中のニオイ成分が嗅細胞に認識されることで生じる。嗅覚系においてこの匂いセンサーの役割を担う嗅上皮には,薬物代謝酵素が数多く発現することが知られている。一般的に,ニオイ成分は,エステル,アルデヒドなどの典型的な化学構造を有する揮発性有機化合物であり,嗅上皮に発現する薬物代謝酵素は鼻腔内局所においてニオイ成分を代謝し,匂いの知覚に関与する可能性がある。実際,benzaldehydeやroctanalなどのアルデヒド基を有するニオイ成分がマウスの鼻腔内において酸化,還元されることが報告されている (Nagashima and Touhara, J.Neurosci, 2010)。しかし,どの楽物代謝酵素がこのようなアルデヒド基を有するニオイ成分の代謝に関与しているのか,その責任代謝酵素は未解明なままである。
ー方で,幅広いアルデヒドの酸化反応を担う薬物代議酵素にアルデヒド酸化酵素(AOX)がある。マウスなどのげっ歯類にはAOX1,AOX2,AOX3およびAOX4分子種が発現しており(Terao et al.,Arch.Toxicol,,2016),そのうちAOX2がマウスの嗅上皮に局在することが知られている(Kurosakietal,J.Biol.Chem.,2004)。そのため、このAOX2がアルデヒドニオイ成分の鼻腔内代謝に関与する可能性が考えられた。そこで本研究では,アルデヒドニオイ成分の代謝変換におけるマウス嗅上皮に発現するAOXの寄与について検討した。

【結果および考察】
1.マウス嗅上皮におけるアルデヒドニオイ成分の酵素的代謝反応
C57BL/6系統マウスから単離した嗅上皮の9000g上清画分(S9)を調製し,6種類の芳香族および脂肪族のアルデヒド基を有するニオイ成分(benzaldehyde,vanillin,4-hydroxy-3-methylbenzaldehyde,heptanal,rroctanal,trans-2-octenal)と反応させた際のカルボン酸代謝物生成をLC-MS/MBにより定量評価した。その結果,検討したいずれのアルデヒドも嗅上皮において酸化反応が生じ,この酸化反応は,嗅上皮S9の熱処理(99℃,5分)によりいずれも顕著に抑前された。この結果より,マウス嗅上皮は幅広いアルデヒドニオイ成分の酵素的な酸化活性を有することが示された。

2.マウス嗅上皮のAOX発現プロファイルと基質特畑性
C57BL/6系統マウスの嗅上皮におけるAOX1,AOX2,AOX3,AOX4のmRNAおよびタンパク質発現を評価した。その結果,マウス嗅上皮にはAOX2に加えてAOX3もまた発現することが明らかになった。次に,AOX2とAOX3の精製酵素と上記6種類のアルデヒドニオイ成分を反応きすせたところ,両AOX分子種はいずれのアルデヒドに対しでも酸化泳性を示した。以上の結果より,上記のマウス嗅上皮におけるアルデヒドニオイ成分の酸化代謝にAOX2とAOX3が関与する可能性が示唆された。

3.AOX2およびAOX3特畑的阻害剛の探索
以前の報告より11種類の候補化合物を選定し,これらがAOX2およびAOX3によるvanillinの酸化反応に及ぼす阻害効果を評価した。その結果,menadione,norharmane,raloxifeneはAOX2とAOX3の両分子種を強力に阻害し,17β-estradiolはAOX2を特異的に限害し,chlorpromazineはAOX3を特異的に阻害することを見出した。

4.マウス嗅上皮のアルデヒドニオイ成分の酸化代謝におけるAOXの寄与
マウス嗅上皮でのアルデヒドニオイ成分の酸化代詣にAOXがどの税序寄与するのかを調べるために,AOX2およびAOX3阻害剛の誌加ポマタス嗅上皮における6種類のアルデヒドの酸化反応にどのような影響を与えるかを評価した。その結果,menadione,norharmane,raloxifeneの談加は,今回検討した6種類の草香族および脂肪旋アルデヒド全ての酸化反応を75~95%程度抑制した。30μMの17β-estradiolの前処署は脂肪施および芳香族アルデヒドの酸化を約10~30%抑制したー方で,30μM chlorpromazineは上記アルデヒドの酸化反応を約30~60%抑制した。以上より,マウス嗅上皮におけるアルデヒドニオイ成分の酸化反応にはよAOX2およびAOX3がー定以上寄与することが示された。また,17β-estradiolよりもchlorpromazineの方がアルデヒド酸化反応を強く限害したため,今回検討したーオイ成分については,AOX2よりもAOX3の方がやや支配的であることが示唆された。

【総括】
本研究により,マウス嗅上皮に発現するAOX2およびAOX3は,幅広いアルデヒドを有するニオイ成分の酸化代謝に寄与することが明らかとなった。例えば,vanillinはその酸化代謝物であるvanillicacidと異なる嗅覚受容体の活性化パターンを示すことが報含されている(Katada et al.,J.Neurosci.,2005。そのため,このような嗅上皮のAOXによる二オイ成分の鼻腔内代謝がアルデヒド基を有するニオイ成分の匂いの質や強度を決定する要因となる可能性がある。
匂いの知覚にはヒトや動物において個体差がある。今後,AOXを含めた嗅上皮に発現する薬物代謝酵素とニオイ成分の知覚の関係性を明らかにすることは,匂いの感受性を理解する上で重要な知見となる。

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