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pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30276216
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6151376/
J Diabetes Res.2018; 2018：5391014.
2018年9月10日オンライン公開 doi:10.1155/2018/5391014
pmcid:pmc6151376
PMID:30276216
要旨
欧米では、糖尿病などの慢性炎症性疾患が増加傾向にある。毎年、新たに発症する患者の津波を踏まえ、新たな治療法を検討する必要がある。その有力な手段として、天然健康食品による基礎的な炎症の抑制が考えられる。
なぜなら、ほとんどの天然健康食品は伝統医学において豊かな歴史を持ち、適切な用量と条件下でより安全であると考えられるからだ。しかし、天然健康食品研究の最大の障害は、これらの製品が、現代の科学的研究によって確立された健康上の利点や投与スケジュールが検証されていることがほとんどないことである。
フルボ酸（FvA）は、土壌中の微生物が生成する腐植物質から得られる天然健康食品の一つである。伝統医学や現代研究では、フルボ酸は免疫系の調節、細胞の酸化状態の影響、胃腸機能の改善など、糖尿病の特徴に関わる作用があるとされている。このミニレビューでは、フルボ酸に関する利用可能な査読付き研究の概要を説明し、フルボ酸の逸話的な健康上の主張について検討する。また、糖尿病を含む慢性炎症性疾患の予防を目的としたフルボ酸の研究を推進するための実質的な証拠があることを示す。
1.はじめに
糖尿病、心血管疾患、大腸炎など、慢性炎症に関連する疾患は増加の一途を辿っている。例えば、2015年のカナダにおける糖尿病患者数は340万人であり、2025年には500万人に達すると予測されている[1]。これらの病気を治療するための薬剤の開発には何百万ドルも注ぎ込まれているが、ほとんど成功していない[2]。したがって、慢性炎症性疾患の治療と予防における新たな手段を模索する時期に来ている。天然健康食品は、この代替品の探求に有望なルートを提供する可能性がある。第一に、ほとんど開発する必要がなく、第二に、伝統医学の豊かな歴史を伴っていることが多いからである[3]。フルボ酸は、この2つの事実を併せ持ち、慢性炎症性疾患に有望な結果をもたらす可能性のある、一般に入手可能な天然健康食品である。
フルボ酸は、微生物による有機物分解の副産物である腐植物質として知られる多様な化合物のサブクラスである[4]。フルボ酸を他の腐植物質（HS）と区別するのは、図1（a）に示す一連の物理的および化学的特性であり、Stevenson[5]によって示され、国際腐植物質協会（IHSS;米国ミネソタ州セントポール）[4,6]によって追認されている。定義によれば、フルボ酸は分子量が小さく、親水性でカルボキシル基を含む分子で構成されている。他のHSは分子量が大きく、溶解度や酸素含有量が異なる。フルボ酸の構造は、多くの著者によって、共有結合したフェノール、キノイド、およびベンゼンカルボン酸化合物の混合物であると提唱されている[6]。フルボ酸は地理的な場所によって変化する可能性があることに注意することが重要である。フルボ酸の起源となる母材は、酸素、窒素、芳香環、炭素の含有量に影響を与える[7]。例えば、イスラエルでは、粘土から分離されたフルボ酸には～2.0% (m/m)の窒素が含まれ、砂から分離されたフルボ酸には～4.4% (m/m)の窒素が含まれている[7]。さらに、イスラエルから分離されたフルボ酸の炭素含有率は49%（m/m）であるのに対し、イタリアからのフルボ酸の炭素含有率は39%である[7]。カナダ保健省は、フルボ酸が図1(b)に示す構造と一致することを指摘している[8]。
図1 フミン物質の特徴づけと分類
[5]から引用した。(a) フミン物質は、一連の沈殿/溶解ステップを経て、泥炭、石炭、水、土壌などのさまざまな母体から分離される。その一般的な特徴は、各ボックスにハイライトされている[9,10]。(b) カナダ保健省が提案するフルボ酸の組成。
フルボ酸は、およそ3000年前からインドの伝統医学（「アーユルヴェーダ」）において間接的に活用されていた[3]。ヒマラヤ山脈のタール状の滲出物であるシラジットという物質は、フルボ酸を約15～20%含み、薬用として利用されている。古文書によると、シラジットは免疫調整作用、抗酸化作用、利尿作用、降圧作用、血糖降下作用が期待できるとされている[3]。さらに、外用すると、殺菌剤と鎮痛剤であると主張されている[11]。シラジットに関するレビューでは、摂取が安全であることが示されているが、そのような分子の薬理学的な投与量は依然として不明である[3]。このような情報不足にもかかわらず、シラジット/フルボ酸は現在、栄養補助食品として一般に販売されている[12]。このレビューの目的は、フルボ酸とその動物および動物細胞への影響に関する現在の知識ベースを調査し、強調することである。
2.フルボ酸による免疫調節
フルボ酸の最も適切に研究された主張は、免疫系を調節する能力である。しかし、そのような研究の結果は、依然として議論の余地がある。フルボ酸は、動物系において、炎症促進作用と抗炎症作用の両方を示すことがある。フルボ酸の免疫系への影響に関する利用可能な文献は、図2に要約されている。
図2 フルボ酸の免疫系への影響に関する文献が知られている。フルボ酸は炎症を抑えるだけでなく、誘発することが示されている。
2.1.フルボ酸の抗炎症作用について
喘息、アレルギー、湿疹は、他の多くの疾患とともに、過剰な免疫細胞と関連している可能性がある[13]。このような場合、症状を軽減するためには、抗炎症剤が重要である。いくつかの研究は、フルボ酸が細胞からの炎症性メディエーターの放出を抑えることで、抗炎症剤として作用することを示している。まず、Junekらは、200μg/mLのフルボ酸が、分化したヒト単球（U937）において内毒素リポポリサッカライド（LPS）に曝露した後、腫瘍壊死因子α（TNF-α）の発現を低減できることを示している[14]。また、フルボ酸は、初代ヒト単球におけるホモシステイン刺激後のシクロオキシゲナーゼ2（COX2）およびプロスタグランジンE2（PGE2）分泌を抑制することが示されている[15]。可溶化汚泥由来のフルボ酸（SS-FA）は、免疫グロブリンEで感作したマスト細胞および好塩基球のB-ヘキソサミニダーゼおよびヒスタミン放出を低減することが示されている[16]。この情報は、フルボ酸が抗炎症作用や抗アレルギー作用を持つことを示唆している。また、Yamadaらは、SS-FAがマスト細胞からのTNF-α、インターロイキン-4（IL-4）、IL-13を減少させることを示している。
残念ながら、フルボ酸の効果に関する生体内試験研究はあまりにも少なく、散発的であった。パイロット臨床研究では、石炭由来のフルボ酸（オキシフルボ酸）を4.5%（w/w）で、ヒトにおけるアレルゲン負荷後の膨疹とフレアのサイズを減少させることが示されている[17].フルボ酸による減少は、1%のヒドロコルチゾンと同様の結果を示している。オキシフルボ酸の抗炎症作用は、マウスでも示されている[18]。この研究では、ジニトロフルオロベンゼンを耳に塗布して感作し、6日後に再度感作したマウスは、フルボ酸処理によりステロイド薬と同程度の腫れの軽減が確認されている。糖質由来のフルボ酸（CHD-フルボ酸）を生成する特許取得済みの分離方法は、上記の情報をほぼ完全に模倣している。無作為化臨床試験において、CHD-フルボ酸の局所投与は、ヒトの湿疹発疹を有意に減少させることが示されている[19]。しかし、この試験では、灼熱感も報告されている。さらに、南アフリカから分離されたCHD-フルボ酸を100 mg/kgで経口摂取すると、非ステロイド性抗炎症薬と同様のレベルでラットの肉球の浮腫を軽減できる[20]。全体として、上記の研究は、過活動状態の免疫疾患、特に湿疹を治療するためのフルボ酸の可能性を約束している。
2.2.フルボ酸の炎症促進効果
免疫系は、人間の健康にとって不可欠なものであり、私たちが依存する複雑な組織として進化してきた。免疫系は、病原体から身を守り、炎症反応を起こすことで腫瘍の成長を阻止する[21,22]。興味深いことに、フルボ酸は動物においても炎症を促進することが示されている。Sabiらによる同じ研究[20] では、局所的に塗布したCHD-フルボ酸は、黄色ブドウ球菌に感染した傷口を小さくし、感染の進行を食い止めることができるそうだ。CHD-フルボ酸は、抗生物質耐性病原体に感染した傷のサイズを縮小することも示唆されている[23]。これは、免疫機能を抑制するだけでなく、刺激もするというフルボ酸の二元的な効果を示唆している。本質的には、フルボ酸が適切な免疫機能を確保することを示す証拠となる。Schepetkinらは、フルボ酸が腹膜腔から分離したマウスマクロファージを活性化できることを明らかにしている。フルボ酸で処理した腹膜マクロファージでは、細菌の死滅と細胞内シグナル伝達に重要な一酸化窒素（NO）と活性酸素種（ROS）が増加した[24]。しかし、100μg/mLのフルボ酸で細胞生存率が低下することを示し、Junekらによる研究に疑問を呈している[14]。さらに、Schepetkinらは、IHSS フルボ酸標準とネパールシラジットからの低分子量抽出物が補体系を固定できることも示している[25]。このことから、フルボ酸は感染症や外来病原体から身を守るために必要な時に免疫系を活性化することができるという考えが生まれた。
2.3.フルボ酸の有害な免疫効果
いくつかの研究は、フルボ酸も有害である可能性を示している。ハンガリーの亜炭に由来するフルボ酸は、ラットの体液性免疫を活性化し、甲状腺機能を低下させる可能性がある[26]。この研究では、フルボ酸はチャレンジの14日後と26日後にオバルブミンに対する抗体価を上昇させる。また、ラットのリンパ球の直径が増加し、細胞の活性化の兆候であることも示している[26]。これらの結果は孤立したものではなく、KunavueとLienは、フルボ酸処理後の離乳豚におけるIgG抗体の増加を示している[27]。しかし、血液中のリンパ球、単球、顆粒球の数には有意な増加は見られない。残念ながら、KunavueとLienは、使用したフルボ酸の場所と分離方法について言及していない。
このような矛盾した効果は、治療量やフルボ酸の由来が異なることに起因していると思われる。したがって、免疫調節障害の治療や予防のためには、フルボ酸の由来に応じた安全な投与量を設定することが絶対条件である。
3.酸化ストレス
酸化ストレスは、慢性炎症性疾患と密接に関連している[28]。酸化ストレスは、抗酸化物質と比較して、高活性酸素種（ROS）のバランスが崩れた状態として説明される[29]。細胞の平衡が活性酸素の多い方にシフトすると、グルタチオン（GSH）やスーパーオキシドディスムターゼ（SOD）のような内因性抗酸化物質が劣勢に立たされる。これは、細胞機能障害、脂質過酸化、そして細胞死の可能性につながる[30]。細胞や動物の酸化状態に対するフルボ酸の効果は、図3に要約されている。
図3 フルボ酸が細胞の酸化還元状態に及ぼす影響についての文献が知られている。フルボ酸は、酸化ストレスを増加させるだけでなく、減少させることも含む様々な効果を持つことが示されている。
3.1.フルボ酸の酸化防止能力
フルボ酸は、スーパーオキシドラジカルやその他の活性酸素を細胞外に隔離することが示されている[31]。しかし、細胞内では、フルボ酸は肝臓のミトコンドリアにおける電子伝達鎖のカップリングを解除することができ、これは活性酸素の生成を低下させることに関連している[32]。さらに、フルボ酸の抗酸化能力に関する最も有望な生体内試験研究は、ラットのイソプロテレノール（ISO）誘発心筋損傷後の酸化ストレスマーカーの減少である。ShikalgarとNaikwadeは、フルボ酸を300 mg/kg/日、4週間摂取させると、ISO後の脂質過酸化と心筋損傷マーカーが減少し、GSH、SOD、カタラーゼ（CAT）レベルが有意に上昇することを示している[33]。別の研究では、この情報を魚類で確認している。フルボ酸を60日間与えたところ、脂質過酸化の減少、SOD、CAT、グルタチオンペルオキシダーゼ（GPx）の発現量の増加が見られた[34]。
3.2.フルボ酸の酸化剤能力
炎症と同様に、フルボ酸もまた、酸化的損傷を防ぐ代わりに引き起こす可能性がある。フルボ酸は、12日齢の胚性ニワトリから分離した軟骨細胞に暴露すると、酸化ストレスを増加させる[35]。この研究は、過酸化脂質の減少を示すものと対照的であり、フルボ酸がKashin-Beck病の原因因子であることをさらに示唆している。酸化ストレスの上昇の根本的な要因は、フルボ酸がラットのミトコンドリアにおいて長期間の暴露で細胞呼吸率を増加させ、より多くの酸素ラジカルの産生につながる可能性があることである[30]。フルボ酸は、過酸化水素や一酸化窒素などの酸化マーカーを増加させ、肝がん細胞株においてアポトーシスを誘導することが示されている[36]。同様に、フルボ酸は平滑筋の収縮を増加させ、酸化的損傷と関連する可能性がある[37]。
4.腸の健康
腸は、外界、マイクロバイオーム、宿主のインターフェイズを形成している。腸内環境が悪いと、炎症や病気につながることが十分な証拠によって示されている[38]。農業では、フルボ酸が土壌微生物の組成に影響を与え、様々なミネラルと結合して植物への取り込みを助けることが示されている[39,40]。その結果、フルボ酸は腸内細菌叢を改善し、栄養吸収を高め、腸に関連する有害な障害を治癒することが示唆されている。以下は、腸の健康に対するフルボ酸の効果に関する利用可能なコンテンツで、図4に要約されている。
図4 フルボ酸の腸内環境に対する影響に関する既知の文献
フルボ酸は、マイクロバイオーム、栄養吸収、腸内障害に影響を与えることが示されている。
4.1.微生物叢をシフトさせる
微生物叢に関しては、動物ではほとんど情報がない。Gaoらの研究では、1.5%(w/w)のフルボ酸がドジョウ（Paramisgurnus dabryanus）魚の腸内細菌叢を調節できることが示されている[34]。給餌60日後、腸内ではProteobacteria phylaの存在量が減少し、Firmicuteのレベルが増加した。また、フルボ酸処理により10種類の細菌属が影響を受けた。注目すべき細菌は、Variovorax、Lactococcus、Lactobacillusの増加、Serratia、Acinetobacterの減少である。本試験は、フルボ酸がマイクロバイオームに及ぼす影響を調査した唯一の試験である。
4.2.栄養の吸収を高める
Gaoら[34]はまた、フルボ酸が魚類のリゾチーム、プロテアーゼ、酸/アルカリホスファターゼなどの消化酵素の活性を高めることを示している。これは、豚の栄養消化率を調査した集中的な研究によって一部強化されている[27]。200ppmのフルボ酸を添加した餌は、リンと灰分の消化を改善したが、興味深いことに脂肪とタンパク質の消化率には影響を与えず、ドジョウで見つかったデータとは対照的であった。
フルボ酸は、動物モデルにおいても重金属のバイオアベイラビリティに影響を与えることが示されている。フルボ酸は、ブタ卵管上皮細胞における銅の吸収を増加させ、同時にその毒性を低下させることができる[41]。栄養素に加えて、フルボ酸はラットでも薬物送達を媒介することが示されている[42]。一般的な抗けいれん薬であるカルバマゼピン（CBZ）のバイオアベイラビリティは低いが、フルボ酸に結合させると、ラットの腸管嚢を越えて吸収され、血漿中のCBZの濃度が上昇した。フルボ酸は栄養素や薬物の吸収を高めることが知られており、汚染物質や毒素の血液中への吸収が懸念されている。しかし、Qiangらの研究では、フルボ酸はコイにおけるペルフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）の吸収を増加させず、対照と比較して魚の糞便中のPFOSの量に基づく結論となった[43]。
4.3.腸内環境の乱れを改善する
胃腸（GI）疾患におけるプロバイオティクスとフルボ酸の併用効果を検討した予備的な臨床研究がある[44]。しかし、残念なことに、フルボ酸を摂取したグループも含めて、胃腸症状のGIQLI（Gastrointestinal Quality of Life Index）とVAS（Visual Analogue Scale）のスコアに改善はみられなかった。この研究は、12週間にわたるフルボ酸摂取の安全性を示している。フルボ酸が前の研究で効果を示していないにもかかわらず、シラジットから分離されたフルボ酸は、アルビノラットでのいくつかのバッテリーテストにおいて抗潰瘍性であることが期待されている[45]。
5.糖尿病におけるフルボ酸の可能性
2型糖尿病（2型糖尿病）は、不適切なインスリンシグナルと細胞へのグルコース取り込みの減衰を特徴とする[46]。そのため、摂食後の高血糖が長引き、有害な症状を引き起こすことがある[46]。糖尿病の原因は謎に包まれているが、研究では、炎症、酸化ストレス、腸内細菌叢の変化などが多くの原因因子として関連付けられている[47]。フルボ酸を含むシラジットは、糖尿病ラットの高血糖を抑制し、膵臓β細胞のSOD活性を高めることが示されている[48,49]。しかし、残念ながら、2型糖尿病の症状を予防するためにフルボ酸のみを示す直接的なエビデンスは英語では存在しない。しかし、この総説と最後の2つの研究で強調された効果の積み重ねは、その治療の可能性を示唆している。
2型糖尿病の患者は、慢性炎症の兆候を示し、TNF–α、IL-1、IL-6のような血清中の炎症性サイトカインが上昇する[47]。フルボ酸は、動物モデルにおいて、これらのサイトカインや炎症性マーカーを減少させることが示されている[14,16]。さらに、2型糖尿病の治療方針として、症状を緩和するために非ステロイド性抗炎症薬（NSAIDs）を使用することが提案されている[50]。フルボ酸はNSAIDsと同様の働きをするため、酸化ストレスや炎症のマーカーを減らすための補助的な治療法として適しているかもしれない[20]。また、フルボ酸は酸化的ダメージを軽減し、SOD、CAT、GPxなどの抗酸化酵素を増加させるかもしれない[33]。インスリン産生を担うβ細胞は、2型糖尿病の間、酸化的なダメージを受ける[51]。β細胞の酸化還元状態を保護することは、2型糖尿病の予防に有益であることが証明されるかもしれない。最後に、2型糖尿病の患者は腸内細菌組成の変化が認められ、フルボ酸は細菌群に影響を与える可能性がある[34]。
6.結論
このレビューで集められた情報は、フルボ酸が免疫調節因子として作用し、酸化還元状態に影響を与え、腸の健康に影響を与える可能性があることを示している。フルボ酸は、炎症性マーカーを減少させるだけでなく、細菌を殺すために免疫系を活性化することが示されている。また、酸化ストレスを軽減し、さらに肝癌株においてアポトーシスを誘導することが示されている。また、フルボ酸はマイクロバイオームに影響を与え、腸の機能を改善する可能性があることが示されている。フルボ酸は、これらの生理学的状態に関して、陰陽の効果があるようだ。この傾向は、ほとんどの薬物と天然健康食品に見られる。しかし、毒性は、多量の摂取と不十分な投与で現れるかもしれない[52、53]。
裏付けとなる文献は少ないが、組み合わせて考えると、フルボ酸が糖尿病などの炎症性疾患を予防する候補となる可能性が出てくる。この種の疾患に対する現在のアプローチは不足しているので、これは有望である。なお、フルボ酸の研究は、投与量や母体、分離方法などにばらつきがあるためと思われ、矛盾するケースもある。また、フルボ酸の構造、標準的な分離方法、親材料についてもコンセンサスが得られていない。したがって、これらの要因を調整し、年齢層やフルボ酸の違いによる投与量を確立することが最も重要な課題である。これにより、フルボ酸の機能および免疫関連疾患への影響について、決定的な声明を出すことができるようになる。
謝辞
ブリティッシュコロンビア大学のGhosh研究室とGibson研究室のメンバーの助言と継続的な支援に感謝したい。
利益相反行為について
著者らは、本論文の掲載に関して利益相反がないことを宣言する。