Oxidation of Polyunsaturated Fatty Acids
and its Impact on Food Quality and
Human Health

概要

長年にわたり、前臨床研究と臨床研究の両方が慢性疾患の予防におけるω-3多価不飽和脂肪酸（PUFAs)特にエイコサペン-テエン酸（EPA）とドコサヘキサエン酸（DHA）の有益な効果をsup-portする証拠を提供していた。しかし、最近では、ω-3 PUFAsの人体への悪影響や矛盾する効果を報告する研究が増えてきている。

これらの効果を評価する際には、用量や実験条件を考慮する必要があるが、PUFAsの酸化はまた、矛盾した結果に寄与する重要な要因として機能する。実際には、PUFAsの酸化は、食品の前処理と貯蔵、調理中に頻繁に発生し、さらには食品の摂取後。PUFAの酸化から生成されたフリーラジカルと代謝物は、悪影響をオフフレーバーを生成し、栄養価を低減することにより、食品の品質と保存性に影響を与える可能性がある。

PUFA酸化によるヒトの健康への影響は、製品の濃度や疾患背景、ターゲットによって、より複雑なものとなっている。本レビューでは、PUFA酸化の異なるタイプを紹介し、食品の品質や人間の健康への影響を議論し、今後の研究の方向性に向けていくつかの考えを提供する。

キーワード:

多価不飽和脂肪酸; 酸化; 食品の品質; 人間の健康。

略語

ALA：α-リノレン酸、LOX：リポキシゲナーゼ、COX：シクロオキシゲナーゼ、MaR。マレシン; CYP: シトクロムP450; PD/NPD: プロテキン/神経保護; DHA: ドコサヘキサエン酸;PL：ホスホリパーゼ;EPA．エイコサペンタエン酸;PUFA：多価不飽和脂肪酸。GST：グルタチオンS-トランスフェラーゼ;RvD：Dシリーズレゾルビン;HHHE：4-ヒドロキシ-2-ヘキセナール;RvE：Eシリーズリゾルビン;HNE：4-ヒドロキシ-2-ノネナール;FAO：食品農業機関;WHO世界保健機関;AHA．米国心臓協会（American Heart Association）。

序論

過去数十年にわたり、心血管疾患、肥満、糖尿病、癌などの慢性疾患は、米国をはじめとする世界各国で急速に増加している1 食事と栄養は、生涯を通じて健康の維持と促進に重要な要素である。これまでのところ、前臨床試験と臨床試験の両方で、特にエイコサペンタエン酸（EPA）とドコサヘキサエン酸（DHA）のω-3 Polyunsatu-rated脂肪酸（PUFAs）は、心血管疾患、糖尿病、癌などに健康に有益な効果を発揮することが示されている2-5これは、世界中の機関がEPAとDHAの摂取量に関する推奨事項を公表することにつながる。例えば、食品農業機関（FAO）と世界保健機関（WHO）は、成人が1日あたり0.25-2グラムのEPA+DHAを摂取することを推奨している6アメリカ心臓協会（AHA）は、成人1日あたり0.5-1グラムのEPA+DHAの1日の摂取量を推奨している7。

しかし、最近Weylandtらによってレビューされているように、ω-3 PUFAs.8の健康上の有効性に関する議論の余地のある再結果がある一方で、用量と実験デザインは、結果のばらつきに寄与する可能性がある。一方で、PUFAs は不飽和結合の性質上、酸化されやすく、様々な代謝物や活性酸素種を発生させる。酸化の程度とその結果生じる代謝物は、PUFAsの有効性にポジティブまたはネガティブな影響を与える可能性がある。このレビューでは、PUFAの酸化の異なるタイプを紹介し、食品の品質と人間の健康に対する酸化の影響を議論する。

PUFAsの酵素的および非酵素的酸化

複数の不飽和結合を持つPUFAは、非酵素的酸化と酵素的酸化に分類され、酸化の影響を受けやすい。非酵素的酸化は、さらに自己酸化（フリーラジカルによって媒介される）と光酸化（紫外線や一重項酸素によって媒介される）に分けることができる。細胞内では、シクロオキシゲナーゼ（COX)リポキシゲナーゼ（LOX)シトクロムP450（CYP）を含む数種類の酵素がPUFAを酸化し、様々な代謝物を生成することができる。

非酵素的酸化

10 多くの場合、ハイドロパーオキサイドはさらに酸化されてケトンと究極のマロナールアルデヒドになる。11 ω-6 PUFAsの過酸化によって生成される4-ヒドロキシ-2-ノネナール（HNE）12-14およびω-3 PUFAs15-17の過酸化から生成される4-ヒドロキシ-2-ヘキセナール（HHE）のようなヒドロキシアルケナールもまた、PUFAsの自己酸化生成物として広く研究されている。自己酸化から離れて、PUFAsは、光誘発性光酸化の影響を受けやすい：光化学的酸化と光増感酸化18。光増感酸化は、光増感剤（クロロフィル、ヘムプロテイン、リボフラビン、合成色素）と可視光を必要とする。タイプI反応は励起された増感剤と基質との相互作用によるフリーラジカルの生成を伴う;タイプII反応は一重項酸素の生成を伴うが、これはさらにPUFAsと反応してヒドロペルオキシドを生成する20,21。

酵素的酸化

酵素酸化では、ホスホリパーゼ A2 (PLA2) が主要なホスホリパーゼであり、遊離した PUFAs とリゾリン脂質を生じる sn-2 位でリン脂質を切断する。このプロスタグランジンは不安定で、末端プロスタノイド合成酵素の細胞内での存在率に応じて様々なプロスタノイドに変換される。LOX は、構造中に少なくとも 1 つのシス、シス-1,4-ペンタジエンを持つ PUFA に分子状酸素を挿入することを触媒するジオキシゲナーゼのファミリーに属している。例えば、EPA の酵素的酸素化により、E シリーズレゾルビン（RvEs）と呼ばれる新しい代謝物が生成され、これは受容体特異的な作用を介して炎症を解決することが報告された最初のオメガ 3 脂質メディエーターである26-28。これらの代謝物は、炎症の緩和や解消、腎機能や脳機能障害からの保護などの目的で広く研究されている。COX と LOX はまた、ω-3 とω-6 の PUFA を異なる系列のプロスタグランジン、トロンボキサン、ロイコトリエンに変換することができる。しかし、彼らはまた、エポキシ、モノヒドロキシル化およびジヒドロキシル化されたme-tabolitesにPUFAsを変換することができる。組換えヒトCYP酵素を用いた最近の研究では、17,18-エポキシエコスサテトラエン酸とエポキシドコサペンタエン酸としてEPAとDHAの酸化からの優勢な生成物がそれぞれ同定されている38。

食品の品質に対する食品の酸化の影響

植物油や魚は、ω-3 PUFAの主要な供給源として知られている。大豆油、キャノーラ油は、一般的に消費される油であり、α-リノレン酸またはα-リノレン酸（（ALA)7.8-9.2%）が豊富に含まれているが、サケ、イワシ、メンハデンなどのいくつかの脂肪の多い魚は豊富なEPAとDHA（総脂肪酸の17%-27%）が含まれている。ω-3 PUFAsの他の食事源は、ナッツ類、種子、卵黄などが含まれている39,40 ω-3 PUFAsの健康に有益な効果の認識と、そのような魚油カプセル、藻類製品やω-3 PUFAs.41で濃縮された食品などのω-3 PUFAsの新しいソースを提供する成長産業がある。

食品中の脂質過酸化の感受性は、脂質組成、プロオキシダントと抗酸化剤の存在、酸素レベル、温度、光と処理方法に依存し、43 PUFAが豊富な食品は、脂質酸化のためにより敏感に依存する。同様に、酸化還元活性金属（Fe、Cu）やヘムプロテインなどのプロオキシダントの存在、高酸素濃度や高温への曝露は、酸化プロセスを加速させる可能性がある。脂質の酸化は、食品の加工および貯蔵においてしばしば問題をもたらす。まず、アルデヒドやケトンの形成に起因する食品の風味に悪影響を与える。例えば、大豆油は光誘起酸化の一種である「風味の逆転」を起こす可能性がある45 。大豆油中の ALA の酸化が 2-ペンチルフランとその異性体の形成に関与し、風味の逆転を引き起こす可能性が示唆されている46。不飽和脂肪酸や共役リノール酸を豊富に含むバターは、3-メチル-1H-インドール（蛾の鳴き声のような)ペンタナール（脂肪分)ヘプタナール（緑色)ブタン酸（安っぽい）などの酸化プロダクトが発生し、風味を損なう可能性がある47。第三に、酸化中に生成されるフリーラジカルや代謝物は、人間の健康に悪影響を及ぼす可能性がある49 。

脂質の酸化による悪影響を考慮して、食品の品質を向上させるために、脂質の酸化を低減または防止するために複数の方法が適用されている。最も一般的に使用されている方法は、酸化防止剤の添加である。1940年代から、ビタミンEが主要な親油性鎖切断抗酸化物質であり、組織のPUFAを過酸化から保護することが知られている50 Serfertらは、トコフェロール（δ誘導体が豊富でα誘導体が少ない)パルミチン酸アスコルビル、微量金属キレート剤（レシチンまたはシトレム）の組み合わせが、マイクロカプセル化中の油を効率的に安定化させることを発見した。51 ビタミンEの他にも、アスコルビン酸やβ-カロチンなどの他のビタミンや前駆体は、食物系で抗酸化活性を示すことが知られている18,52。例えば、”Northern Spy “のリンゴ皮抽出物は、熱、紫外線、ペルオキシルラジカルによる脂質酸化を抑制する効果があることが報告されている53 。脂質の酸化を抑制するためには、抗酸化サプリメント以外にも他の方法が用いられている。Arrudaらは、瓶詰めされた大豆油のヘッドスペース内の酸素を除去するために窒素フラッシングを使用すると、保存中の官能品質が向上することを報告している。また、初期の酸素濃度が 15%以上から 3%未満に低下するため、保存期間も 60 日から 180 日まで延長することができる。

人体の健康への酸化食品の影響

ヒトの体内では、PUFAは、フリーラジカルやCOXs、LOXs、CYPsなどの酵素の露出のun-der酸化に敏感である。PUFAや再置換代謝物の酸化経路を特定するための研究が増えている。しかし、PUFAの酸化がヒトの健康に与える影響は、依然として捉えどころのないままである。

PUFAのω-6酸化産物であるHNEは、動脈硬化,56,57神経変性疾患,58,59癌60,61などを含む多くの疾患で発見されている。実際、内田らは最近、培養ラット肝細胞RL34細胞において、HNEが顕著に細胞内の活性酸素産生を誘導することを発見した。ヒトでの試験では、Jenkinsonらはまた、高PUFA食（15%PUFA）が有意に全血中の酸化グルタチオンと尿中のチオバルビツール酸反応性物質、酸化ストレスの指標を増加させたことを発見した65.興味深いことに、PUFAの酸化生成物はまた、細胞毒性を無害化する抗酸化経路を活性化することが報告されている。例えば、HNEは、正常ラット肝上皮細胞におけるクラスPグルタチオンSトランスフェラーゼ（GST-P）の遺伝子およびタンパク質発現、ならびに総GST活性を増強することが示されている。さらに、HHEは、高脂肪食マウスの心臓における抗酸化応答の重要な制御因子である核因子エリスロイド2様2をアップレギュレートした。Zhangらによってサポートされているように、HNEの小さな、亜毒性用量（5μM）で心筋細胞を治療すると、毒性用量（>>20μM）へのその後の暴露からの保護を提供した70。

10 年以上にわたり、ω-3 PUFAs 由来のレゾルビン、プロテキン、マレシン、プロスタグランジン-3-、トロンボキサン-3-、ロイコトリエン-5 シリーズ、ω-6 PUFAs 由来のプロスタグランジン-2-、トロンボキサン-2-、ロイコトリエン-4 シリーズなど、PUFA 代謝物の数が増加していることが発見されている37,71 ω-3 PU-FAs 由来の代謝物は、強力な抗炎症作用、組織保護作用、レゾルビン刺激作用を示している。最近、Chiangらは、RvD2の受容体としてのGPR18の役割について、これまで認識されていなかったことを実証している。脂質メディエーターの一種である MaR1 と MaR2 は、ヒトマクロファージの貪食とエフェロサイトーシスを促進する作用があることが確認されている34,74 ω-3 PUFA 由来のプロスタグランジン-3 系とロイコトリエン-5 系は、それぞれ抗不整脈作用と抗炎症作用を示すことがわかっている。一方、ω-6 PUFAs 由来のプロスタグランジン-2 系は抗不整脈作用を示し、ω-6 PUFAs 由来のロイコトリエン-4 系は抗炎症作用を示している37,75。

現在の研究から、我々は、これらが酸化を受け、高レベルで悪影響を及ぼす代謝物を生成する可能性があるので、より多くのPUFAsは必ずしもより良い効果をもたらすわけではないことを学んだ。ビタミンCやビタミンEなどの抗酸化物質との併用は、PUFAの自己酸化を抑制し、効果を高める可能性がある。また、食事中のω-3～ω-6の比率を高めることで、より有益な代謝物が生成され、PUFAsの有効性が高まる可能性がある。しかし、PU-FAの最適な摂取量、抗酸化物質の補給、ω-3とω-6の比率などについては、さらなる研究エビデンスが必要である。

結論

図1に要約されるように、非酵素的および酵素的酸化を介して、PUFAは様々な代謝物に変換される。ほとんどの場合、PUFAsの酸化は、オフフレーバーと食品の品質と保存性の低下をもたらす。酸化は、代謝物が高濃度にある場合、酸化ストレスや炎症を誘発する可能性がある。低濃度では、代謝物は抗酸化作用を発揮することがある。ω-3とω-6のPUFAの酵素的酸化生成物は、炎症や心臓不整脈に対して相反する効果を示す可能性がある。現在のところ、PUFA代謝物の機能や働きのメカニズムは完全には解明されていない。さらに、PUFA 自体や酸化された PUFA 代謝物が、様々な疾患のコンテキストでより重要な役割を果たすかどうかについては、不明なままである。これらの問題を解決するためには、今後の研究が必要とされている。