著者の所属・活動拠点の国は、中国、韓国です。

掲載誌：Antioxidants

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

腸の内側を覆う上皮細胞の層は、栄養を吸収しながら、病原微生物やその毒素が体内へ入り込むのを防ぐ「バリア」の役割を担っています。著者らによると、牛などの反すう家畜の生産では、このバリアの働きの低下が下痢や発育不良、抗菌薬使用の増加、経済的損失と深く関わっています。特に生まれて間もない子牛や離乳期の子牛は腸上皮がまだ発達途中のため、細菌毒素や飼料の変化などの影響を受けやすいとされます。

こうした腸の炎症性の損傷に関わる代表的な物質が、グラム陰性菌の外膜成分であるリポ多糖（LPS）です。LPSは腸上皮細胞で炎症反応と酸化ストレスを引き起こします。活性酸素種（ROS）や一酸化窒素（NO）が過剰にたまると、細胞内の酸化と還元のバランス（レドックス恒常性）が崩れます。その結果、細胞同士をつなぐ「タイトジャンクション」が傷つき、バリアが弱まり、細胞死も進みます。

一方、紅参（朝鮮人参を蒸して乾燥させたもの）にはジンセノシドと呼ばれる成分群が含まれ、抗酸化・抗炎症・細胞保護の作用が報告されています。紅参の加工では副産物が大量に出ますが、多くは廃棄されるか、価値の低い用途に回されています。研究チームは、この副産物に残るジンセノシドのうち20(S)-ジンセノシドRg3（S-Rg3）とコンパウンドK（CK）に注目しました。そして、両成分がウシ腸上皮細胞でレドックス恒常性を回復させ、LPSによる損傷を和らげるかどうかを調べました。あわせて、その保護作用が細胞内の分解・リサイクルの仕組み（オートファジー–リソソーム系）、炎症シグナル、ミトコンドリア、細胞死（アポトーシス）とどう結びついているかを明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

研究チームはまず、紅参加工副産物を乾燥・粉末化した試料を液体クロマトグラフィー質量分析（LC-MS）で分析しました。検出されたピークは標準物質と照合し、どのジンセノシドが含まれているかを確かめました。次に、検出されたジンセノシドについてコンピューター上の分子ドッキング解析を行いました。これは、炎症や酸化ストレスに関わるタンパク質（Keap1、TLR4、NKIRAS2、iNOS）にどの程度結合しそうかを予測する手法です。さらに100ナノ秒の分子動力学シミュレーションで、結合した状態の安定性を評価しました。これらの結果を総合して、S-Rg3とCKを代表的な候補として選びました。

細胞実験には、副産物そのものではなく、市販の高純度（98%超）のS-Rg3とCKの標準品を使いました。対象は不死化したウシ小腸上皮細胞で、著者らはこれを子牛の下痢に関わる腸の損傷を調べるための培養細胞モデルと位置づけています。比較したのは5つの条件です。何も加えない対照群、LPSのみの群、そしてS-Rg3、CK、両者の併用をそれぞれ前処理してからLPSを加えた群です。

測定項目は、細胞の生存率、抗酸化酵素（CAT、SOD）の活性と脂質の酸化産物（MDA）、細胞内のNOとROSです。加えて、タイトジャンクションや炎症、オートファジー、小胞体ストレスに関わるタンパク質の量、ミトコンドリアの膜電位、細胞死の割合も調べました。さらに、細胞内で働く遺伝子を網羅的に調べるトランスクリプトーム解析と、培養液中の代謝物を網羅的に調べる非標的メタボローム解析を行いました。両者の変化の対応関係は、O2PLSという統計手法で統合的に分析しました。

併用の効果については、一定の比率で2成分を混ぜ、生存率の回復の程度から相乗的な作用があるかを評価しました。また、オートファジー–リソソーム系が保護作用に実際に関わっているかを確かめるため、この系を阻害する薬剤バフィロマイシンA1（BafA1）を加える実験も行いました。実験はそれぞれ少なくとも3回繰り返されています。

主な報告結果

細胞実験では、S-Rg3とCKの前処理によって、LPSが引き起こした複数の損傷が和らいだと報告されています。対象となったのは、細胞毒性、ROSとNOの蓄積に代表されるレドックスの乱れ、炎症の活性化、タイトジャンクションの破壊、ミトコンドリアの損傷、アポトーシスです。NOについては、LPSで細胞内のNO量が大きく増え、S-Rg3とCKがそのシグナルを減らしたとされます。またLPSは、炎症シグナル（TLR4/IKK/NF-κB経路）を濃度に応じて活性化していました。

オートファジー–リソソーム系では、LPSによって細胞の生存を支えるシグナル（AKT/mTOR）が弱まり、オートファジー関連タンパク質のLC3-IIとP62がたまりました。同時に、リソソーム関連の指標（LAMP1、CTSB、リソソーム染色）は低下しました。著者らは、これはオートファジーが活発になったのではなく、分解の流れが滞っている可能性を示すと解釈しています。LPSは小胞体ストレスの指標（GRP78、CHOP）も高め、ストレスへの適応を助ける熱ショックタンパク質（HSP70、HSP90）を減らしました。S-Rg3、CK、またはその併用の前処理はこれらの変化をおおむね元に戻す方向に働き、とりわけ併用で効果がはっきりしていたと報告されています。

BafA1でオートファジー–リソソーム系を阻害すると、併用前処理によるLC3-II、P62、CTSB、LAMP1の改善が部分的に弱まりました。タイトジャンクションのタンパク質ZO-1の回復も同様でした。研究チームは、この系の回復が細胞の状態がよくなった結果として生じたものにとどまらず、保護作用そのものに機能的に寄与していることを示す証拠だとしています。

併用については、固定比率の実験と解析ツールSynergyFinder+の両方で、生存率の回復に関してS-Rg3とCKの間にプラスの相互作用が見られたと報告されています。

遺伝子解析では、LPSによってCXCL8、CXCL2、GRO1、CCL20、IL1Bなど炎症に関わる遺伝子が強く増えました。前処理を行った群では炎症の活性化が抑えられる方向への変化が見られ、併用群では細胞接着や細胞と細胞外基質の接着に関わる機能が目立ちました。代謝物との統合解析では、LPSによる変化の中心は炎症性の遺伝子と、プロスタグランジンE2などの脂質由来の炎症伝達物質でした。前処理を行った群では、アラキドン酸代謝、NOの材料となるアルギニンの代謝、アミノ酸やエネルギー代謝に関わる経路が変化していました。

なお、出発点となったLC-MS分析では、副産物から25のジンセノシド関連ピークが照合または推定されました。その中には、Rg1やRdのような元来の形のジンセノシドに加え、加工の過程でできるRg3、Rh2、Rk1、Rg5、CKといった変換型のジンセノシドも含まれていました。

この報告が示すこと

研究チームは、S-Rg3とCKの保護作用は単一の信号経路によるものではないと結論づけています。炎症に関わる遺伝子の働き、代謝の組み替え、レドックス関連の経路が連動して関わっているという見方です。その中でも「レドックス恒常性とオートファジー–リソソーム系の結びつき」を、保護作用を説明する重要な枠組みとして位置づけています。廃棄されがちな紅参加工副産物に、腸上皮の健康を支える候補となる成分が含まれていることを、細胞レベルで示した報告といえます。著者らは、若い反すう家畜の腸上皮の健康改善に向けた候補としての可能性を挙げていますが、生体での検証が必要だとしています。

研究チームは複数の限界も挙げています。細胞実験に使ったのは市販の標準品なので、得られた効果を副産物全体の効果と同じとみなすことはできません。使ったのは培養細胞のモデルで、生体の腸内環境を十分に再現するものではありません。また、LPSの濃度（50 mg/L）は生理的な水準を超える強い負荷であり、下痢の子牛が実際にさらされる量を再現したものではないと明記されています。併用の相乗効果は生存率の回復のみに基づく評価です。BafA1を使った実験も、オートファジー–リソソーム系が唯一の原因経路であることまでは示せないとしており、著者らはこの系を「主要な寄与要因の一つ」と解釈すべきだと述べています。

原著論文の著者・所属：Haowen Wang（Department of Animal Science, College of Agriculture, Yanbian University, Yanji 133002, China; Engineering Research Center of North-East Cold Region Beef Cattle Science & Technology Innovation, Ministry of Education, Yanbian University, Yanji 133002, China）、Sungkwon Park（Department of Food Science and Biotechnology, Sejong University, Seoul 05006, Republic of Korea）、Jialin Zhang（Department of Animal Science, College of Agriculture, Yanbian University, Yanji 133002, China; Engineering Research Center of North-East Cold Region Beef Cattle Science & Technology Innovation, Ministry of Education, Yanbian University, Yanji 133002, China）、Wen Zhang（Department of Animal Science, College of Agriculture, Yanbian University, Yanji 133002, China; Engineering Research Center of North-East Cold Region Beef Cattle Science & Technology Innovation, Ministry of Education, Yanbian University, Yanji 133002, China）、Xuanying Xin（Department of Animal Science, College of Agriculture, Yanbian University, Yanji 133002, China; Engineering Research Center of North-East Cold Region Beef Cattle Science & Technology Innovation, Ministry of Education, Yanbian University, Yanji 133002, China）、Hangshu Xin（College of Animal Science and Technology, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China）、Xiangzi Li（Department of Animal Science, College of Agriculture, Yanbian University, Yanji 133002, China; Engineering Research Center of North-East Cold Region Beef Cattle Science & Technology Innovation, Ministry of Education, Yanbian University, Yanji 133002, 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）：Haowen Wang, Sungkwon Park, Jialin Zhang, et al. Red Ginseng-Derived 20(S)-Ginsenoside Rg3 and Compound K Restore Redox Homeostasis and Alleviate LPS-Induced Barrier Damage in Bovine Intestinal Epithelial Cells. Antioxidants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-04. DOI: 10.3390/antiox15101290. 原著ライセンス：CC BY.