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Studies on inhibition of α-amylase and α-glucosidase by components of Morus australis

Ying, Qiao 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k24247

2022.09.26

概要

アミラーゼは、デンプンやグリコーゲンのα-1,4結合あるいはα-1,6結合を切断する酵素の総称で、α-アミラーゼ、β-アミラーゼが含まれる。α-グルコシダーゼは、二糖類や三糖類のα-結合を切断する酵素の総称で、マルターゼ、スクラーゼ、イソマルターゼ、グルコアミラーゼが含まれる。α-グルコシダーゼは、哺乳動物ではマルターゼ・グルコアミラーゼ複合体(MG)およびスクラーゼ・イソマルターゼ(SI)複合体として存在する。糖尿病患者の特徴である食後の急激な血糖値の上昇は、糖尿病の合併症を引き起こす。従って、食後の血糖値を適切に管理することが重要視されている。今日、糖の分解を抑えることで食後血糖値の上昇を緩やかにするために、α-グルコシダーゼ阻害剤が糖尿病の薬として使われている。

クワ(英名:Mulberry)は、クワ科クワ属(Moraceae, Morus)に属する植物の総称である。近年注目されているのは、クワ葉に含まれるイミノ糖によりα-グルコシダーゼを阻害することによる食後の血糖値上昇抑制作用である。シマグワ(学名:Morusaustralis)は南西諸島に広く自生するクワである。分布域は、国内では南西諸島に加えて九州南部、国外では台湾、東南アジア等である。シマグワは年中落葉しない点で、日本本土のクワと異なる。近年、シマグワの葉は日本本土および中国産のクワよりも多くのイミノ糖を含んでいることが報告された。

本論文では、シマグワ葉および実の抽出物のα-アミラーゼおよびα-グルコシダーゼ阻害活性の速度論的解析を行った。さらに、その阻害成分について、シマグワの葉および実の含有量を調べるとともに、阻害活性の速度論的解析を行った。本論文は以下のように要約される。

第一章では、シマグワ葉のイミノ糖の含有量を順相クロマトグラフィーと質量分析を組み合わせたLC-MS/MSで定量した。1-デオキシノジリマイシン(1-DNJ)、ファゴミン、2-O-α-D-ガラクトピラノシル-1-DNJ(GAL-DNJ)のシマグワ葉1gあたりの含有量は、焙煎処理を行っていない葉(A)ではそれぞれ4.0,0.46,2.5mg/gであるのに対して、焙煎処理を行った葉(B)ではそれぞれ1.0,0.24,0.73mg/gであった。このことから、焙煎処理によりイミノ糖が分解されることが示唆された。

第二章では、Aの抽出物、Bの抽出物、1-DNJ、ファゴミン、GAL-DNJのα-アミラーゼおよびα-グルコシダーゼに対する阻害を調べた。Aの抽出物とBの抽出物はともに、マルターゼ、グルコアミラーゼ、スクラーゼ、イソマルターゼを阻害したが、α-アミラーゼを阻害しなかった。1-DNJとファゴミンはα-アミラーゼを弱く阻害したが、GAL-DNJは阻害しなかった。1-DNJはマルターゼ、グルコアミラーゼ、スクラーゼ、イソマルターゼを強く阻害し、pH6.0、37℃でのIC50値は、1.4×10-4~0.011mg/mLであり、その阻害効果はファゴミンの18~500倍、GAL-DNJの1500~3000倍であった。抽出物とイミノ糖の阻害様式はいずれも競合阻害であった。Aの抽出物のマルターゼに対する阻害定数のpH依存性と温度依存性は、1-DNJのそれらと似たプロフィールを示した。以上のことから、シマグワ葉のα-グルコシダーゼ阻害の主成分は1-DNJであると考えられた。さらに、難消化性デキストリンがα-アミラーゼをイミノ糖よりも強く阻害し、食品に応用する際にこれを添加することにより、有用性が高まると考えられた。Aの抽出物に難消化性デキストリンを混合すると、α-アミラーゼ、マルターゼ、グルコアミラーゼ、スクラーゼ、イソマルターゼをすべて阻害し、IC50値はα-アミラーゼが23mg/mLで、α-グルコシダーゼである他の4酵素が0.42~16mg/mLであった。

第三章では、沖縄県の宮古島で栽培された4倍体と2倍体および池間島で栽培された4倍体と2倍体のシマグワ実1gあたりのイミノ糖の含有量をLC-MS/MSで、アントシアニンの含有量を逆相クロマトグラフィーで、グルコースの含有量をムタロターゼ・GOD法で定量した。1-DNJ、ファゴミン、GAL-DNJの含有量はそれぞれ、0.04~0.29、0.10~0.37、0.49~0.78mg/gであり、シマグワ葉の値の1.0~7.3%であった。代表的なアントシアニンであるcyanidin-3-glucoside(C3G)の含有量は0~12mg/g、cyanidin-3-rutinoside(C3R)の含有量は0~3.9mg/gであり、品種により大きく異なった。グルコースの含有量は123~262mg/gであった。

第四章では、シマグワ実抽出物、C3G、C3R、グルコースのα-アミラーゼおよびα-グルコシダーゼに対する阻害活性を調べた。上記4種類のシマグワ実抽出物のIC50値は、α-アミラーゼが10mg/mL以上、マルターゼが1.1~1.7mg/mL、グルコアミラーゼが6.9~8.6mg/mL、スクラーゼが0.13~1.0mg/mL、イソマルターゼが0.46~1.4mg/mLであった。C3GとC3Rは、マルターゼ、スクラーゼ、イソマルターゼに対するIC50値が0.14~0.32mg/mLであったが、α-アミラーゼとグルコアミラーゼを阻害しなかった。グルコースは、α-アミラーゼに対するIC50値が5.8mg/mL、マルターゼ、スクラーゼ、イソマルターゼに対するIC50値が0.55~1.1mg/mLであり、グルコアミラーゼを阻害しなかった。以上の結果から、シマグワ実抽出物のα-アミラーゼ阻害を担う主な成分はグルコースであり、マルターゼ、スクラーゼ、イソマルターゼ阻害を担う主な成分は1-DNJとグルコースであると考えられた。

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