著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Molecules

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

α-グルコシダーゼは小腸で炭水化物をブドウ糖などに分解する酵素です。この酵素を阻害する薬は食後の血糖上昇を抑える目的で2型糖尿病の治療に使われていますが、おなかの張りや下痢などの副作用が知られており、天然由来の阻害物質が探されています。

1-デオキシノジリマイシン（DNJ）は桑の根皮から見つかったアルカロイドで、桑に含まれる主要なα-グルコシダーゼ阻害成分です。一方で、体内で速やかに吸収・排出されるため、経口での利用には限界がある可能性が指摘されています。そこで、ほかの成分と組み合わせてDNJの使用量を減らせないかという考え方があります。

植物に多く含まれるフラボノイドの中には、それ自体がこの酵素を阻害し、DNJと相乗的に働く可能性があるものが報告されています。しかし研究チームによれば、これまでの研究は阻害率を比べるだけのものが多く、効果が単なる足し算なのか相乗作用なのかを定量的に評価したり、その分子レベルの仕組みを調べたりした研究は少ない状況でした。研究チームは、DNJと相乗的に働くフラボノイドを選び出し、その相乗作用の構造的な理由と仕組みを明らかにすることを目指しました。

何を、どのように調べたか

研究チームは、市販の分析用標準品として入手した9種類の食品フラボノイド（カテキン、ケルセチン、ケンフェロール、ミリセチン、アピゲニン、フィセチン、クリシン、バイカレインなど）を用いました。これらは分子の各部分に付いている水酸基の数や位置が少しずつ異なり、構造と働きの関係を比べられるように選ばれています。植物から成分を抽出したものではありません。

酵素には酵母由来のα-グルコシダーゼを使い、試験管内（細胞や動物を使わない実験）で、各フラボノイド単独の阻害の強さを調べました。強さの指標には、酵素の働きを半分に抑えるのに必要な濃度（IC50、値が小さいほど強い）を用いました。

次に、阻害の強かった4種類をDNJと組み合わせ、濃度を5段階に変えて阻害効果を測りました。組み合わせの効果は「併用指数（CI）」で評価しています。CIは、同じ阻害効果を得るのに単独で使う場合と比べてどれだけ少ない量で済むかを表す値で、この研究では0.9未満を相乗作用、0.9〜1.1を相加作用（足し算程度）、1.1を超えると拮抗作用（打ち消し合い）としました。

最も有望だった組み合わせについては、仕組みを探るために四つの手法を使いました。酵素反応の速さの解析（阻害物質が酵素のどこに作用する型かを判定する）、蛍光の測定（阻害物質が酵素にどれだけ強く結合するかを調べる。片方を先に結合させてから、もう片方の結合の強さを測る手順も含む）、円二色性（CD）分光法（酵素の立体構造のうち、らせん状の部分やシート状の部分の割合の変化を調べる）、そしてコンピューター上で分子の結合の仕方を予測する分子ドッキングです。

主な報告結果

単独での阻害の強さでは、カテキンが最も強く、IC50は33.7μMでした。比較対象として用いたDNJのIC50は155.5μMで、カテキンはこれを上回る強さを示しました。ケルセチン（160.0μM）、ケンフェロール（163.2μM）、ミリセチン（395.0μM）がこれに続き、残りのフラボノイドは400μMを超えていました。構造との関係では、分子の特定の位置（B環の3′位・4′位、C環の3位、A環の5位）にある水酸基が阻害に重要であるという傾向が示されました。

DNJとの組み合わせでは、カテキンが際立っていました。カテキン8.5μMとDNJ38.8μMを一緒に使うと酵素の働きを50%抑えられ、その効果はそれぞれの2倍の濃度を単独で使った場合（カテキン17μM、DNJ77.5μM）を上回りました。CIは試したすべての濃度で0.7未満で、強い相乗作用と判断されました。ケンフェロールとミリセチンは低濃度では中程度の相乗作用を示したものの、高濃度では相加的または拮抗的になりました。ケルセチンは単独では2番目に強い阻害物質だったにもかかわらず、低濃度ではDNJと拮抗し、高濃度でも相加的にとどまりました。

仕組みの解析では、DNJは酵素の反応部位（活性部位）で本来の材料と取り合う「競合型」の阻害を示し、カテキンは活性部位とは別の場所に結合する「非競合型」の阻害を示しました。両者を組み合わせると、その両方の性質をあわせ持つ「混合型」の阻害になりました。

蛍光測定では、カテキンをあらかじめ酵素に結合させておくと、DNJが酵素に結合する強さ（結合定数）がDNJ単独の場合の約5倍、つまり393%増加しました。逆に、DNJを先に結合させた場合のカテキンの結合の強まりは145%で、カテキンの結合がDNJの結合を助ける方向の影響のほうが大きいことが示されました。また、それぞれの阻害物質は酵素上の1か所に結合すると算出されました。

CD分光法では、酵素だけの状態でらせん構造（αヘリックス）が約20%、シート構造（βシート）が約30%でした。DNJを加えた場合の変化はわずかでしたが、カテキンを加えるとらせん構造が約32%に増え、シート構造は約17%に減りました。両方を加えるとらせん構造は約36%、シート構造は約15%となり、単独の場合より大きな変化が見られました。分子ドッキングでは、DNJは活性部位に、カテキンはそれとは別のくぼみに結合するという予測が得られました。

この報告が示すこと

研究チームは、カテキンが活性部位とは別の場所に結合して酵素の形を変え、その結果DNJが活性部位に結合しやすくなるという仕組み（アロステリック調節）が、相乗作用の背景にあると結論づけています。また、単独での阻害の強さから相乗作用の有無は予測できず、組み合わせの相手を選ぶ際には両者を別々に評価する必要があると述べています。こうした結果は、DNJを含む食品素材にカテキンを加えることで、より少ないDNJ量で酵素を阻害できる可能性について、仕組みの面から根拠を与えるものだとしています。

一方で研究チームは、この研究が酵母由来の酵素を使った試験管内の実験だけで行われたため、体内で血糖値に影響するかどうかの直接の証拠にはならないと明記しています。ヒトなど哺乳類の腸の酵素や動物を使った検証が必要であり、純粋な標準品で見られた相乗作用が、桑の粗抽出物のような複雑な素材でも起こるかは今後確かめる必要があるとしています。さらに、提案された別の結合部位や構造変化は、より直接的な構造解析の手法で確認されるべきだとも述べています。

原著論文の著者・所属：Lin Wang（School of Pharmacy, Xinyang Agriculture and Forestry University, Xinyang 464000, China）、Jun Liu（School of Pharmacy, Xinyang Agriculture and Forestry University, Xinyang 464000, China）、Yonghong Zhao（Nanjing Institute for Food and Drug Control, Nanjing 211198, China）、Zhongshan Xiao（Department of Pharmacy, Puyang Medical College, Puyang 475000, China）、Lei Zeng（School of Pharmacy, Xinyang Agriculture and Forestry University, Xinyang 464000, China）、Zhuming Liu（School of Pharmacy, Xinyang Agriculture and Forestry University, Xinyang 464000, China）、Wei Wang（School of Pharmacy, Xinyang Agriculture and Forestry University, Xinyang 464000, China）、Baogang Wang（College of Food Science and Engineering, Xinyang Agriculture and Forestry University, Xinyang 464000, China）、Jinping Wang（School of Pharmacy, Xinyang Agriculture and Forestry University, Xinyang 464000, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Lin Wang, Jun Liu, Yonghong Zhao, et al. Screening of Dietary Flavonoids for Synergistic α-Glucosidase Inhibition with 1-Deoxynojirimycin and Elucidation of the Underlying Molecular Mechanism. Molecules（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-20. DOI: 10.3390/molecules31162907. 原著ライセンス：CC BY.