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紅茶由来高分子ポリフェノール分画が骨格筋にもたらす生理作用

青木, 祐樹 筑波大学 DOI:10.15068/0002000358

2021.07.16

概要

骨格筋は随意運動を実行できる唯一の組織であり、身体活動を行う上で必要不可欠な組織である。骨格筋の特徴的な性質として、運動などの外部刺激や内分泌系等の内部刺激によって、その質や量が大きく変化することが挙げられる。運動は骨格筋の質や量を大きく変化させることができ、その目的により運動様式は異なる。長距離走などの持久的トレーニングは骨格筋での脂質代謝を亢進させ、筋繊維の遅筋化をもたらす。高強度間欠的運動は骨格筋内での糖代謝やクエン酸回路などのエネルギー代謝系を亢進する。ウェイトトレーニング等のレジスタンストレーニングは骨格筋の肥大を促進する。生体内の様々な分子メカニズムがこうした適応現象を引き起こす。スポーツの競技力向上のために、競技特性にあわせたトレーニングが必要不可欠であるが、目的の成果を達成するためにはそうした分子メカニズムの理解が大変重要である。骨格筋の適応現象を引き起こす分子メカニズムを探る研究は多数実行されてきたが、未だ不明な点が多いのが現状である。

骨格筋の機能や量を増加させる上で、トレーニングだけではなく摂取する栄養も考慮することは非常に有益である。例えば、ヒトにおいて、必須アミノ酸混合物 (EAA) をレジスタンスエクササイズ後に摂取すると、筋内でのタンパク質合成が高められることが報告されている 1,2。また、ヒトが運動前にタンパク質と炭水化物を摂取すると、炭水化物だけの群に比べ、自転車運動での疲労困憊までの時間が延長されたとの報告もある 3。さらに、ライチのポリフェノール抽出物が最大酸素摂取量を増加させる 4、チョークベリー抽出物が運動後の酸化ストレスを軽減するなどの報告も存在する 5。当然ながら普段からバランスの取れた食事をとった前提での話となるが、これらの事実は、トレーニングに合わせた栄養を摂取、補填することで、パフォーマンスやトレーニング効果が増強されることを意味するものである。近年、新たなサプリメント候補としてお茶に含まれるポリフェノールが大変注目されている。お茶は Camelia sinensis という、ツバキ科ツバキ属の葉から作られ、その発酵度合いにより緑茶、ウーロン茶、紅茶に分けられる。お茶の葉にはポリフェノールオキシダーゼと呼ばれる酸化酵素があり、お茶に含まれるポリフェノールを酸化させる働きがある。このポリフェノールオキシダーゼがポリフェノールを酸化する過程が発酵であるが、通常、酸化酵素とポリフェノールは別々に存在している。茶葉を揉む、あるいは萎れさせることで両者が混ざり合い、酸化酵素の働きが促進され、ポリフェノールの酸化に伴い茶葉の色が徐々に変化していく。まったく茶葉を発酵させない状態のお茶が緑茶で、カテキンが多く含まれるが、空気中の酸素に酸化されエピガロカテキン (epigallocatechin : EGC) やエピガロカテキンガレート (epigallocatechin gallate : EGCG) となり、これらは緑茶カテキンと呼ばれる。また、発酵が進むと緑茶カテキンはウーロン茶に多く含まれるウーロンテアニンや紅茶に多く含まれるテアフラビンに酸化される。

緑茶カテキンは非常に研究が進んでおり、PubMed で検索すれば様々種類の研究報告がみられる。しかしながら、紅茶由来のポリフェノールに関する報告は少なく、特に骨格筋と関連した報告は緑茶カテキンと比べ顕著に少ないのが現状である。例えば本論文執筆時点で「”green tea” “skeletal muscle”」と PubMed で検索すると 56 件表示されるが、「”black tea” “skeletal muscle”」では 7 件程である。勿論これは検索の一例であり、上記の研究規模すべてが反映されたものではない。しかし、紅茶由来ポリフェノールの研究報告の少なさを示唆しているものと考えられる。

運動生理学の観点から、骨格筋の適応は ATP 産生などの代謝にかかわるものと、肥大や萎縮などの量的変化にかかわるものの 2 つに大別できると考えられる。紅茶由来ポリフェノールが、骨格筋の量的変化に対して与える影響は現在検証されていない。著者が学士課程、修士課程で在籍していた、筑波大学生命環境系沼田治研究室では、世界で唯一紅茶高分子ポリフェノールに着目した研究が行われていた。そこでの先行研究において、紅茶高分子ポリフェノール分画が骨格筋培養細胞の ATP 含有量やミトコンドリア膜電位、またマウスの持久能力向上を促進することが確認されていた。しかし、これらで使用された高分子ポリフェノール分画の抽出には有機溶媒を使用することから、この分画をヒトが摂取するサプリメントへ応用することは困難と思われた。そこで、有機溶媒を使用せずに高分子ポリフェノール分画を水と80%エタノールで抽出した”E80”というものが考案、作成された。さらに、E80 は培養細胞で筋肥大抑制遺伝子である Myostatin の転写活性を抑制することが見いだされた。この事実から、高分子ポリフェノール分画 E80 が骨格筋の量に大きな影響を与える可能性が考えられ、著者の修士課程研究においてその効果を検証した。

まず、予備検討として、Myostatin の活性化が起こる除神経という筋萎縮系モデル実験において、E80 が除神経による廃用性筋萎縮を抑制するかマウスで検討を行った。結果として、E80 の投与により筋萎縮の抑制は出来なかった。また、培養細胞で観察されたように、Myostatin の転写活性の抑制効果も確認されなかった。しかしながら、詳細な機序は不明であるが、炎症性サイトカインの一つである IL6 が、E80 の投与により顕著に抑制されていた。先行研究において IL6 のノックアウトマウスを使った研究で、代償性過負荷という筋肥大系モデル実験において筋肥大が促進することが報告されていた[white]。そこで、E80 は IL6 の抑制を介して代償性過負荷による筋肥大を促進するのではないかと考え、二つ目の予備検討として、代償性過負荷による筋肥大にもたらす E80 の検討をマウスで行った。この実験から、E80の投与で代償性過負荷による筋肥大が促進されること、代表的な筋肥大シグナルである mTOR シグナルが活性化されることが確認された。以上の予備検討から、E80 は筋量の増加促進効果を有すことが示唆された。

本研究では、高分子ポリフェノール分画が骨格筋にもたらす、量的変化への影響を検討すると共に、その過程で起こる分子メカニズムの解析を行う。

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参考文献

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