ケルセチンとルテオリンの効果を中心としたポリフェノールのマスト細胞への影響

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Impact of polyphenols on mast cells with special emphasis on the effect of quercetin and luteolin

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6384425/

要旨

ポリフェノールは食品に多く含まれており、抗酸化作用、抗炎症作用、抗がん作用があることが長い間認識されていた。マスト細胞(MC)は、炎症性疾患、アレルギー、自己免疫、癌の発症に関与している。マスト細胞は造血前駆細胞に由来し、実質的にすべての血管組織に存在し、FceRI結合IgE(非常に高い親和性:1×1010 M-1)と多価の抗原との架橋により活性化される。細胞質顆粒中のMCは、あらかじめ形成されたケミカルメディエーターを放出し、また、脂質メディエーターやサイトカイン/ケモカインを脱顆粒することなく放出することができる。

ルテオリン(3′,4′,5,7-テトラヒドロキシフラボン)は、野菜や果物など多くの植物に含まれるフラボノイドである。抗酸化作用があり、腫瘍壊死因子(TNF)をトリガーとした角化細胞からのインターロイキン(IL)-6,IL-8,血管内皮増殖因子(VEGF)産生を抑制し、炎症性皮膚疾患の代替療法での使用が候補とされている。

ケルセチン(3,3′,4′,5,7-ペンタヒドロキシフラボン)は、ユビキタスフラボノイドであり、抗癌性、抗酸化性、抗炎症性を示し、血管機能に影響を与える亜硝酸塩の利用可能性を減少させる。ケルセチンは、ホスファチジルイノシトール-3-リン酸キナーゼ(PI3Kマイトジェン活性化プロテインキナーゼ(MAPK細胞外シグナル調節キナーゼ(ERKキナーゼ(MEK)1などとの相互作用により生理機能を発揮し、肥満細胞のFceRI架橋や他の活性化受容体に悪影響を及ぼす。本論文では、マスト細胞とポリフェノールの相互関係を初めて報告する。

キーワード

ポリフェノール、マスト細胞、免疫、炎症


前世紀の初め、RusznyakとSzent-Gyorgyiは、柑橘類には毛細血管の脆弱化を防ぐことができるビタミンC以外の多様な物質が含まれていることを報告した。これらの物質は、果物、野菜、穀物、飲料などに多量に含まれるポリフェノール(フラボノイド、フェノール酸、リグナン、クマリン)またはフラボノイドであり、ストレスなどの神経機能障害の条件下でプラスの効果を発揮する可能性があると考えられている[1]。ブドウに含まれるケルセチン、レスベラトロール、カエンフェロール、カテキン、エピカテキン、アントシアニンなどの成分は、ブドウポリフェノールの70%以上を占めている。天然化合物には、抗炎症作用、抗酸化作用、抗アレルギー作用、肝保護作用、抗血栓作用、抗ウイルス作用、抗がん作用などがあることが古くから知られている。

フラボノイドは、以前はビタミンPやビタミンC2と呼ばれてたが、現在までに約800種類のフラボノイドが単離されている。フラボノイドは、アントシアニン、フラボノール、フラボン、フラバン-3-オール、フラバノン、イソフラボン、カルコンに分類されるポリフェノール性二次代謝物であり、食品中に遍在しており、多くの動物実験で示された抗収れん活性を増強する。フラボノイドは、栄養学的な効果よりも薬理学的な効果をもたらすため、ビタミンとは考えられない。クマリン、クルクミン、カテキン、レスベラトロール、アントシアニジン、タンニン、ルチン、イソフラボン、ケルセチンなどのポリフェノールが抗酸化作用を発揮することはよく知られており、これらは赤ワイン、チョコレート、紅茶、ザクロ、果汁などに含まれており、野菜と並んで人間の食生活におけるフラボノイドの最大の貢献者である[2]。これらのポリフェノールの水酸基は、糖類とグリコシド結合を形成することを可能にする。ほとんどのポリフェノールは、腸内細菌叢のグリコシダーゼに吸収される前に、細胞表面だけでなく、細胞内や細菌内のラクターゼ・フロリジンヒドロラーゼによって加水分解され、それぞれのアグリコンに変換されるグリコシドとして自然に生成される[3]。

植物に含まれる着色フェノール物質であるポリフェノールは、赤、青、黄色の色素の主な供給源であり、組織保護、毛細血管の脆弱性および/または透過性の低下、抗酸化保護効果、二価の金属カチオン(例:Cu++、Fe++)をキレートする能力のようなキレート特性などの多元的な生物学的活性を示する。それらの抗酸化機能は、脂質過酸化反応の触媒であるアルドース還元酵素、ホスホジエステラーゼ、およびo-メチルトランスフェラーゼを除去することによって発揮される[4]。しかし、ポリフェノール欠乏に関連した臨床疾患は報告されていない。

フラボノイドの数が多いため、多くの異なる作用機序があり、しばしば臨床試験で試験されている[5]。フラボノイドには神経学的効果があるため、抗うつ剤として使用されている[6]。フラボノイドの中には、グルココルチコイド受容体、セロトニン・ノルエピネフーリン、脳由来の神経栄養因子を上昇させ、視床下部-下垂体-副腎軸を調節することで抗うつ効果を発揮するものもある[7]。

ある種の天然フラボノイドには抗炎症作用があり、神経精神疾患に用いられることが報告されている[8]。これらのフラボノイドの摂取は、認知症の発症率の低下や認知機能障害の改善と関連している[9]。

活性酸素を発生・放出する炎症細胞の病態生理には、酸素ラジカルが関与していると考える理由がある。ポリフェノールの抗酸化作用は人間の健康に役立つと考えられており、抗酸化フラボノイドであるケルセチンは酸化ストレスを防ぎ、その低減につながると考えられている[10]。抗酸化作用を有するポリフェノールは、酸化性フリーラジカルと反応して活性酸素種(ROS)活性をオフにし、細胞組織の損傷を防ぐことができる[11]ため、自己免疫疾患、炎症性疾患、癌などの多様な病態の治療に利用することができる[12]。しかし、ポリフェノールがその治療・予防作用の間に生物学的効果を変化させるかどうかは不明なままである。ポリフェノールは化学療法や放射線療法の副作用を緩和する可能性があるが、酸化的損傷を減少させることで抗腫瘍作用に拮抗する可能性があることが報告されている[13]。

ポリフェノールが放射線治療や化学療法の抗腫瘍効果に拮抗できるかどうかは不明である[12]。ポリフェノールは、細胞の増殖や分化に影響を与える遺伝子発現を修飾する可能性がある[14]。さらに、ポリフェノールは細胞内キナーゼ経路p38,マイトジェン活性化プロテインキナーゼ(MAPK細胞外キナーゼ(ERK)の調節を引き起こす可能性がある。ポリフェノールは、LPSで活性化されたマウス腹膜マクロファージにおける炎症性応答をダウンレギュレートし、NFκBおよびMAPKシグナル伝達経路を抑制する可能性がある[15]。

ヤヌスキナーゼ活性化(JAK)-STAT経路は、多数のサイトカインやケモカインの重要なシグナル伝達経路であり、その受容体に結合してJAK活性化を誘導し、STATをリン酸化する[16]。JAK-STAT経路はT細胞応答の調節障害に重要な役割を果たし、炎症性疾患やアレルギー性疾患に関与していることから、これらのシグナルはポリフェノールの影響を受けている可能性が高いと考えられる。

マスト細胞(図1)は、骨髄中の異なる前駆体に由来し、炎症性疾患のアレルギー、自己免疫、癌の発症に関与する多機能免疫細胞である[17]。FcεRIと抗原またはIgEとの架橋は、Lyn活性化を誘導し、免疫受容体チロシンベースの活性化モチーフ(ITAM)をリン酸化する。ITAM-γ鎖は、脾臓チロシンキナーゼ(Syk)を受容体にリクルートする。このリン酸化はホスホリパーゼCγ(PLC-γ)を活性化し、カルシウム(Ca2+)フラックスを調節するイノシトール1,4,5-三リン酸(IP3)とPKC活性に作用するジアシルグリセロール(DAG)の刺激につながる。したがって、MCにおいて、これらのシグナル経路および他のものは、即時の脱顆粒および/またはアラキドン酸生成物、サイトカインおよびケモカインの後期生成を引き起こすことができる。マスト細胞は、宿主防御において重要な有益な役割を果たすことができ、あからさまな脱顆粒を行わずにメディエーターを分泌することができる[18]。ヒトのマスト細胞は、いくつかの炎症性化合物を含み、放出し、アレルギー、自然免疫、後天性免疫、炎症に不可欠である[19]。マスト細胞は、様々なメディエーター:ヒスタミン、トリプターゼ(αおよびβキマーゼ、プロテオグリカン、プロスタグランジンD2,およびその受容体がラットミクログリア上に発現しているロイコトリエンを産生するなど、様々なメディエーターの放出を介してこれらのプロセスのすべてを媒介している[20]。トリプターゼは、Gタンパク質共役型受容体であるプロテアーゼ活性化受容体(PAR)を活性化し、ヒト肥満細胞を介したアレルギー性疾患や炎症反応に関与している[21]。気管支喘息などの特定の疾患では、マスト細胞トリプターゼの分泌が増加し、神経原性炎症を増強することがある[22]。

図1 IgEや抗原によるマスト細胞の活性化と炎症を誘発するサイトカイン

 

ストレス下では、脳への免疫ゲートとして提案されている活性化肥満細胞や環境センサーは、神経ペプチドとともにいくつかの神経病理学的プロセスの発達に関与し、中枢神経系の炎症に関与しているサイトカイン/ケモカインを生成する[23]。感覚神経からの神経ペプチドの放出は、血管透過性、血漿の滲出、浮腫の増加を引き起こす。マスト細胞はサイトカイン、成長因子、ホルモン、細菌やウイルス化合物によって刺激され活性化され、脱顆粒を伴わずに異なるメディエーターの差動放出につながる。これらの効果は、血管内皮増殖因子やインターロイキン(IL)-6などのメディエーターの新規合成が関与しているようである[25]。

インターロイキン6は、Th2細胞またはマスト細胞の活性化によって産生される多能性サイトカインである。IL-6は、視床下部下垂体-副腎軸の活性化を介して、免疫応答、炎症、急性期応答、造血、急性ストレスなどの様々な病態生理学的プロセスを媒介する[26]。IL-6は肥満細胞の成熟および増殖に重要である。このサイトカインは、他のサイトカインによって誘導または媒介されるいくつかの神経学的機能障害を悪化させることが示されている[27]。マスト細胞は、特定のC-Cケモカインに応答して炎症性組織に蓄積することができ、例えば、活性化に調節された正常T細胞発現・分泌(RANTES)およびMCP-1などが挙げられる。皮膚組織におけるhrRANTESまたは単球化学吸引性プロテイン-1(MCP-1)の注射は、RANTESが肥満細胞のリクルートおよびヒスチジン脱炭酸酵素(HDC)mRNAの生成に有意な効果を有するという直接的な生体内試験での証拠を提供した[28]。HDCは、ヒスチジンからヒスタミンを生成するための重要なマスト細胞の生化学的および機能的マーカーである。ヒスタミンは、多くの脳機能に関与するニューロンによって発現される[29]。HDC酵素の活性は、様々な神経疾患で変化している[30]。フラボノイドのケルセチンは抗アレルギー作用や神経保護作用など様々な機能を有しており、ヒト好塩基球やマウス肥満細胞からのヒスタミン放出を抑制することが知られている[31]。HDC cDNA プローブを p-Mal プラスミドにクローニングし、ノーザンブロットハイブリダイゼーションに使用したところ、ケルセチンがヒト肥満細胞株 HMC-1 による HDC mRNA、トリプターゼおよび IL-6 の放出を抑制することが示された[27]。肥満細胞上でのケルセチンによるHDC mRNA転写およびトリプターゼおよびIL-6産生の抑制は、神経疾患およびアレルギーを含むいくつかの炎症性疾患に関連する多くの病理学的状態を部分的に明らかにする可能性がある[32]。

ケルセチン

ケルセチン(3,3′,4′,5,7-ペンタヒドロキシフラボン)は、野菜や果物に含まれるユビキタスなフラボノイドであり、ヒトが食品から摂取する最も一般的なフラボノイドの一つである[33]。野菜や果物を介してケルセチンを摂取すると、ケルセチン配糖体は代謝・吸収され、血中に循環する。その後、共役後、肝臓で輸送され、肝臓で修飾された後、脳や筋肉などの他の組織に輸送されるために循環に再入力される。他のポリフェノールと同様に、ケルセチンにも抗がん作用があり、抗酸化作用や抗炎症作用がある。ケルセチンは、胃、およびおそらく循環中の食事性亜硝酸塩の減少を介して一酸化窒素の生産を促進する[34]。ケルセチンの強力な還元力は、血管機能に影響を与える亜硝酸塩の利用可能性の低下を引き起こす[34]。ケルセチンは、マスト細胞上のFcεRI架橋および他の活性化受容体によって開始される細胞内調節シグナル伝達イベントに負の影響を与える[35]。ケルセチンは、ホスファチジルイノシトール-3-リン酸キナーゼ(PI3Kマイトジェン活性化プロテインキナーゼ(MAPK細胞外シグナル調節キナーゼ(ERKキナーゼ(MEK)1などとの相互作用により、生理機能を発揮する可能性がある[36]。また、ケルセチンは、PI3KからATP結合を消失させてPI3Kの酵素活性を阻害し、AMP活性化プロテインキナーゼ(AMPK)を活性化することで、抗がん作用や抗炎症作用を発揮する可能性がある[37]。したがって、ケルセチンとその関連ポリフェノールは、抗酸化特性を有するだけでなく、細胞内でいくつかの生物学的機能を活性化し、脳血管、腸、筋肉などの臓器の働きを良くするのを助けます[38]。したがって、ケルセチンは強力な抗がん作 用と抗炎症活性を持つ抗酸化ポリフェノールである。抗炎症剤として、ケルセチンは、ネズミのカラギーナンによって誘導された急性炎症において、プロスタグランジンE2とLTB4の阻害など、アラキドンカスケード産物に影響を与える能力を持っている[39]。ケルセチンはまた、肥満細胞の脱顆粒を阻害することで抗炎症特性を発揮するため、腫瘍壊死因子(TNF)を含む顆粒に含まれるすべてのプロ炎症性化合物を阻害する [22]。

臨床研究は、ケルセチンおよび他のフラボノイドが細胞保護活性を有することを示しており、他の治療法と併用すると、フラボノイドは喘息などの急性および慢性炎症性疾患の治療に有用であることを示している[40]。

ケルセチンの主要代謝物はケルセチン-3-O-β-D-グルクロニドであり、組織内に分布することで有益な活性を発揮し、多くの生理機能の活性化に寄与している[37]。

ケルセチンは、脳、血管、筋肉、腸、肝臓、腎臓、皮膚、骨など多くの臓器に何らかの効果があり、マスト細胞が関与している可能性が高い神経変性疾患、気分障害、動脈硬化、メタボリックシンドロームなどに影響を与えている[37]。また、神経変性疾患のケルセチン治療は、プロ炎症性サイトカインや抗炎症性サイトカイン、ケモカインの調節を引き起こす[41]。

フラボノイドのケルセチンは、ヒト好塩基球やマウスマスト細胞からのヒスタミン放出の抑制を含む様々な機能を持っている[42]。さらに、ケルセチンはいくつかの細胞型から生成される強力な抗サイトカインおよびケモカインであり、肥満細胞を媒介とした免疫学的および非免疫学的条件下での抑制効果を有する[43]。ケルセチンはトリプターゼやMCP-1を用量反応的に阻害することが報告されている[27]。さらに、RT-PCRを用いて、ケルセチンは、ヒスチジンからヒスタミンを生成する酵素であるヒスチジン脱炭酸酵素の転写を阻害する。これらのデータは、ケルセチンがプロ炎症性マスト細胞メディエーターの放出を抑制するための良い候補であることを示唆している[27]。ケルセチンは、ヒトにおける接触皮膚炎および光感受性を抑制し、ヒト角化細胞における炎症性サイトカインIL-1β、IL-6,IL-8およびTNFの紫外線照射誘発性発現を抑制する[31]。

ルテオリン

ルテオリン(3′,4′,5,7-テトラヒドロキシフラボン)は、天然化合物であるフラボンであり、抗酸化作用を持ち、一部の癌細胞の増殖を抑制する能力を持ち、肥満細胞が介在するアレルギー、炎症性および自己免疫疾患に対するメディエーター効果を持つ [44]。ルテオリンはお茶、オリーブ果実エキス、野菜、果物に含まれており、自閉症スペクトラム障害(ASD)の治療を受けている子供たちにも忍容性と安全性が高く、神経保護活性があることが実証されている[44]。ルテオリンはフラボン系化合物(フラボノイド)に属し、抗酸化作用を有し、一部の癌細胞の増殖を抑制し、肥満細胞が介在する炎症性疾患やアレルギーに対して調節効果を発揮する[45]。さらに、ルテオリンは多発性硬化症患者のT細胞活性化、急性・慢性炎症、免疫細胞を抑制し、ラットでは認知機能の低下を抑制し、マウスでは空間記憶力を向上させる[46]。

最近、Theoharidesらは、活性化したヒト培養ケラチノサイトを試験管内試験でルテオリン処理すると、その増殖が抑制され、炎症性メディエーターであるIL-6,IL-8,血管内皮増殖因子(VEGF)のTNF誘発産生が抑制されることを示した[47]。さらに、ルテオリンが転写因子NF-κBの活性化を減少させることを示した。これらの著者らは、ルテオリンが慢性炎症性疾患の有効な治療薬として開発される可能性があることを示した。

さらに、他の著者らは、ルテオリンが、生体内試験および試験管内試験での癌細胞増殖のいくつかの形態におけるG1期の細胞周期を停止させる能力を持っていることを報告した[48]。ルテオリンは、不明なメカニズム[49]を持つアポトーシスの強力なアクチベーターである。いくつかのがん腫では、ルテオリンは、転写3(STAT3)のシグナル変換器および活性化因子の分解を誘発することにより、Fasの発現を増強する[50]。ルテオリン式の生物学的活性は、ヒドロキシル部位と2-3二重結合によるものである。ルテオリンの摂取は、いくつかの前向き疫学研究ではなく、すべての前向き疫学研究では、その後の冠動脈性心疾患と逆に関連している[51]。

刺激後のIL-1,IL-6およびTNF(炎症性サイトカイン)の放出は、炎症を起こした組織内のT細胞およびマスト細胞のリクルート、およびIL-8,α-ケモカイン(CXCケモカインおよび/またはMCP-1,β-ケモカイン(CCケモカイン)などのケモカインの生成につながる可能性がある[26]。TNFは、メラノーマ細胞株においてIL-8(CXCL8)mRNA発現を誘導し、正常メラノサイトにおいてIL-8受容体発現をアップレギュレートすることが示されている。IL-8は炎症性皮膚疾患において重要なケモカインであり、単球、肥満細胞、線維芽細胞、内皮細胞、樹状細胞およびケラチノサイトによって産生される。IL-8は好中球、Tリンパ球、好塩基球、ケラチノサイトに化学的に作用し、その遺伝子発現は皮膚疾患において有意に増加し、ルテオリンによって抑制される[52-56]。

しかし、ポリフェノールの治療効果や神経保護効果については、さらなる研究が必要であり、その正確な作用機序はまだ明らかにされていない。