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アロニアジュースのカフェオイルキナ酸は
ジペプチジルペプチダーゼIVと
α-グルコシダーゼの
両方の活性を阻害します

Momoko Imai, Takuya Yamane , Miyuki Kozuka ,

Shigeo Takenaka , Tatsuji Sakamoto ,

Tetsuo Ishida , Takenori Nakagaki ,

Yoshihisa Nakano , Hiroshi Inui

LWT - Food Science and Technology 129 (2020)

要約

アロニア（Aronia melanocarpa）にはシアニジン-3,5-ジグルコシドを含む多くのポリフェノールが含まれており、これらのポリフェノールは2型糖尿病や肥満などの生活習慣病に有益な効果をもたらします。2型糖尿病および肥満モデルのKKAyマウスでは、アロニアジュースを補給した飲料水は、シアニジン-3,5-ジグルコシドによるジペプチジルペプチダーゼIV（DPP IV）活性の阻害により、部分的に血糖値を低下させました。この研究の目的は、アロニアジュース中のα-グルコシダーゼ阻害剤を見つけることでした。アロニアジュースのポリフェノールは、逆相カラムでフラッシュクロマトグラフィーを使用して最初に分離されました。阻害活性を有する画分を、逆相HPLCを使用してさらに分離した。2つのピーク画分は阻害活性を示した。画分のLC-MS / MS分析は、それらがそれぞれ3-カフェオイルキナ酸（3-CQA）および4-カフェオイルキナ酸（4-CQA）を含むことを示した。両方のCQAもDPP IV活動を阻害しました。結果は、アロニアジュース中のカフェオイルキナ酸がジュースによる2型糖尿病の改善に重要であることを示唆しています。

はじめに

アロニアベリー（Aronia melanocarpa）には多くのポリフェノール（Jakobek、Šeruga、Medvidović-Kosanović、＆Novak、2007; McDougall、2017）が含まれており、作りたてのジュースには他のベリーに比べてはるかに多くのソルビトールとポリフェノールが含まれています（Kulling＆Rawel、2008））。アロニアベリーの化学組成が最近見直されました（Sidor＆Gramza-Michałowska、2019）。

　アロニアベリーは、ロシアとヨーロッパ東部で伝統的な薬として使用されてきました（Kokotkiewicz、Jaremicz、＆Luczkiewicz、2010）。Alessandra Durazzoらが最近レビューしたように（Durazzoら、2019）、ポリフェノールの摂取量とヒトの慢性疾患の発生率との関連を裏付ける証拠が蓄積されています。たとえば、アントシアニンの摂取は、2型糖尿病の進行を遅らせ、心血管疾患の死亡リスクを低下させることが示唆されています。アロニアベリーについては、最近のマウス研究により、アロニアベリーが2型糖尿病 (Bhaswant, Shafie, Mathai, Mouatt, & Brown, 2017; Oprea, Manolescu, Fărcăşanu, Mladin, & Mihele, 2014; Qin & Anderson, 2012; Simeonov et al., 2002; Valcheva - Kuzmanova、Kuzmanov、Tancheva、およびBelcheva、2007; Yamane et al.,2016a; Yamane et al.,2017a）、高血圧（Yamane et al.,2017b）、高脂血症（Yamane et al。、2016b）および高コレステロール血症（Duchnowicz、Nowicka、Koter-Michalak、＆Broncel、2012）などの生活習慣病に有益な効果があることが示されています。人間の研究では、アロニアジュースは高血糖関連の酸化ストレスを有益な方法で強力に調節し（Banjari et al。、2017）、また、アロニアの補給が高密度リポタンパク質の増加とそれに伴う総コレステロールの減少につながる可能性があることも示されていますおよび低密度リポタンパク質（Rahmani et al.,2019）。
生活習慣病の発症予防は重要な課題であり、栄養補助食品は予防的な医療アプローチにおいて重要な役割を果たします（Santini＆Novellino、2017）。栄養補助食品は、栄養価に加えて薬理学的効果をもたらすことが提案されています。
重要なことに、それらの有益な健康特性は臨床的に証明されなければならない（Santini、Tenore、＆Novellino、2017）。アロニアジュースとジュースからの抽出物は、さまざまな有益な効果が動物モデルで示されているため、栄養補助食品を提供する可能性があります。
国際糖尿病連合は、2型糖尿病が多くの国で公的な課題となっていることを報告しました（国際糖尿病連合、2017年）。α-グルコシダーゼは、炭水化物の消化に関与する重要な腸内酵素です（Pyner、Nyambe-Silavwe、＆Williamson、2017）。この酵素の阻害剤は、腸のブドウ糖吸収を減らして、食後の血中ブドウ糖レベルを減らします。一方、ジペプチジルペプチダーゼIV（DPP IV）は、腸のペプチドグルカゴン様ペプチド1（GLP-1）と胃抑制ペプチド（GIP）を不活性化します（Sterrett。Bragg、＆Weart、2016; Tasyurek、Altunbas、Balci、＆Sanlioglu 、2014）。これらのペプチドは食事後に膵臓のインスリン分泌を刺激するため、DPP IV阻害剤は、DPP IVによる分解の遅延を通じてGLP-1およびGIPの効果を高めます。糖尿病の治療に使用されるさまざまな薬物とその作用機序は、Raquel Vieira et al（Vieira et al、2019）によってレビューされています。　アロニアジュースを毎日摂取すると、2型糖尿病と肥満のマウスモデルであるKKAyマウスの血糖値とHbA1cレベルが低下し、この効果はジュースに含まれるα-グルコシダーゼとDPP IVに対する阻害剤によるものでした（Yamane et al 、2016a、2019）。シアニジン-3,5-ジグルコシド、シアニジン3-O-グルコシド、ケルセチン、シアニジンは、アロニアジュースのDPP IV阻害剤として識別されています（Kalhotra、Chittepu、Osorio-Revilla、Gallardo-Velázquez、2018; Kozuka et al。、2015 ; Yamane、2018、chap.8; Yamane et al。、2019）。
しかしながら、α-グルコシダーゼ阻害剤はアロニアジュースから分離されていません。
この研究では、逆相クロマトグラフィーを使用してアロニアジュースから2つのα-グルコシダーゼ阻害剤を精製しました。阻害剤は、3-カフェオイルキナ酸（3-CQA）および4-カフェオイルキナ酸（4- CQA）であることが確認されました。3-CQAおよび4-CQAもDPP IV阻害活性を示しました。

結果

α-グルコシダーゼ阻害剤の精製

アロニアジュースは、最初にWakogel 50C18カラムでのオープンカラムクロマトグラフィーにかけられました（スキーム1）。得られた5つのフラクションのうち、10％メタノールで溶出されたフラクション（フラクション1）は、α-グルコシダーゼに対して最も顕著な阻害活性を示しました（図1A）。インヒビターをさらに分離するために、この画分をセミ分取高速液体クロマトグラフィーカラムに適用しました（スキーム1）。図1Bに示すように、2つの主要なピーク（F1-1とF1-2）が現れました。これらの2つのピーク画分は、324 nmに吸収ピークと300 nmに肩をもつ同様の吸収スペクトルを示し（図2D）、2つの画分が同じ発色団を持っていることを示しています。

スキーム1.　アロニアジュースからのα-グルコシダーゼ阻害剤の精製

図1。アロニアジュースからのα-グルコシダーゼ阻害剤の精製。
A.　α-グルコシダーゼ活性の阻害。 Wakogel 50C18カラム（Scheme 1）を使用して得られた各5つのフラクションをそれぞれα-グルコシダーゼ標準アッセイ溶液に加えました。値は平均±S.E（n = 5）です。 ** p <0.01。
B. 　F1のクロマトグラム。阻害活性を示す画分（F1）をInertSustain C18カラムにアプライしました。

阻害剤の質量分析による特性評価

図2Aは、F1-1の質量スペクトルと、m / z 355.0のイオンの衝突誘起解離（CID）によって得られたプロダクトイオンスペクトルを示しています（図2Aの挿入図）。F1-2（図2B）の質量スペクトルは、F1-1の質量スペクトルとほぼ同じでした。プロトン化カフェオイルキナ酸（[M + H] +）の計算された質量は 355.10であり、カフェイン酸部分からm / z 163、145、135のフラグメントイオンを生成できます（図3）。結果は、精製された阻害剤がカフェオイルキナ酸であることを強く示唆しました（Fang、Yu、＆Prior、2002; Ncube et al。、2014; Xie et al。、2011）。F1-1およびF1-2の位置異性を決定するために、F1-1およびF1-2の保持時間を、InertSustain C18カラムを使用して、本物の3-CQA、4-CQAおよび5-CQAの保持時間と比較しました（図2C）。F1-1およびF1-2は、それぞれ3-CQAおよび4-CQAと同じ保持時間で溶出されました。
これらの化学構造を図3に示した。F1-1およびF1-2製剤中の3-CQAおよび4-CQAの濃度は、それぞれ1.5および1.4 mg / mLと推定されました。

図2.精製された阻害剤（F1-1およびF1-2）の特性。
A. F1-1の質量スペクトル。挿入図は、m / z 355.0のイオンのMS / MSスペクトルを示しています。
B. F1-2の質量スペクトル。挿入図は、m / z 355.0のイオンのMS / MSスペクトルを示しています。
C. F1-1およびF1-2の溶出プロファイルと、5-CQA（1）、3-CQA（2）、4-CQA（3）の標準サンプルの溶出プロファイルの比較。
D. F1-1およびF1-2の吸収スペクトル。
0.1％ギ酸水溶液で適切に希釈した後、Shimadzu UV–vis分光光度計（UV-2550）を使用してスペクトルを測定しました。

図3. 3-CQAおよび4-CQAの化学構造とそれらのフラグメントイオン。

画分1およびカフェオイルキナ酸のDPP IV阻害活性

アロニアジュースにはDPP IV阻害剤が含まれているため（Yamane et al。、2016a、2019）、DPP IV阻害活性を、画分1と本物のカフェオイルキナ酸（3-CQAおよび4-CQA）について調べました。
図4Aに示すように、画分1はDPP IV活性を阻害した。さらに、3-CQAと4-CQAの両方がDPP IV活性を用量依存的に阻害しました（図4B）。3-CQAおよび4-CQAのIC50値は、それぞれ0.19および0.05μmol/ Lでした。

図4 F1およびCQAによるDPP IVの阻害
F1（A）、3-CQAおよび4-CQA（B）をそれぞれDPP IV標準アッセイ溶液に加えました。値は平均±S.E. （n = 5）。 * p <0.05。

考察

アロニアジュースは、α-グルコシダーゼとDPP IVの両方を阻害します（Yamane et al。、2016a）。シアニジン-3,5-ジグルコシドは、アロニアジュースに含まれるDPP IV阻害剤であることが確認されています。ただし、モデルマウスの血糖値とHbA1cレベルの上昇に対するアロニアジュースの強力な阻害効果は、シアニジン-3,5-ジグルコシドのみの効果によるものではありません（Yamane et al。、2019）。したがって、本研究では、ジュースからα-グルコシダーゼ阻害剤を分離することを試みました。
2つのα-グルコシダーゼ阻害剤（F1-1およびF1-2）が精製され、それぞれ3-CQAおよび4-CQAであることが確認されました。Tian et alによるベリー植物中のフェノール化合物の最近の包括的なプロファイリング。（Tian et al。、2017）は、アロニアベリーに3-CQAと5-CQAが含まれていることを示しています。本研究では、5-CQAはアロニアジュースで検出されませんでした。その代わり、4-CQAはα-グルコシダーゼ阻害剤として単離されました。

カフェオイルキナ酸（CQA）はコーヒーに豊富に含まれており、抗糖尿病効果を示します（Naveed et al。、2018）。標準食を与えられたラットでは、カフェオイルキナ酸が食事に加えられたとき、血糖値の上昇が減少しました（Tunnicliffe、Eller、Reimer、Hittel、＆Shearer、2011）。カフェオイルキナ酸（CQA）はコーヒーに豊富に含まれており、抗糖尿病効果を示します（Naveed et al.、2018）。標準食を与えられたラットでは、カフェオイルキナ酸が食事に加えられたとき、血糖値の上昇が減少しました（Tunnicliffe、Eller、Reimer、Hittel、＆Shearer、2011）。苦丁茶（Ilex kudingcha C.J. Tseng）の3-CQA、4-CQAおよび5-CQAは、α-グルコシダーゼ活性を阻害します（Xu et al。、2015）。3-CQA、4-CQAおよび5-CQAのIC50値は、それぞれ0.39、0.34および0.30 mg / mLであると報告されました（Xu et al.、2015）。カフェオイルキナ酸は抗糖尿病効果を説明するには弱すぎるα-グルコシダーゼ阻害活性を持っているため、カフェオイルキナ酸には抗糖尿病効果を示す別のメカニズムがあることが示唆されています（Nyambe-Silavwe＆Williamson、2018）。本研究では、α-グルコシダーゼに対して有意であるが弱い阻害活性が確認された（図1A）。（Ilex kudingcha C.J. Tseng）の3-CQA、4-CQAおよび5-CQAは、α-グルコシダーゼ活性を阻害します（Xu et al.、2015）。3-CQA、4-CQAおよび5-CQAのIC50値は、それぞれ0.39、0.34および0.30 mg / mLであると報告されました（Xu et al.、2015）。カフェオイルキナ酸は抗糖尿病効果を説明するには弱すぎるα-グルコシダーゼ阻害活性を持っているため、カフェオイルキナ酸には抗糖尿病効果を示す別のメカニズムがあることが示唆されています（Nyambe-Silavwe＆Williamson、2018）。本研究では、α-グルコシダーゼに対して有意であるが弱い阻害活性が確認された（図1A）。
画分1はDPP IVを阻害し（図4A）、酵素に対する3-CQAおよび4-CQAのIC50はそれぞれ0.19および0.05μmol/ Lであると決定されました（図4B）。ヒスピドリン、エリオジクチオール、ナリンゲニン、およびシルシマリチンは、それぞれ0.49、10.9、2.5、および0.43μmol/ LのIC50でDPP IVを阻害します（Bower、Real Hernandez、Berhow、およびde Mejia、2014）。CQA、特に4-CQAのDPP IV阻害活性は、これらのポリフェノールよりも強力です。本結果は、アロニアジュースに含まれるカフェオイルキナ酸が、α-グルコシダーゼとDPP IVの両方を阻害することにより、血糖値を低下させることを示唆しています。

結論

2つのα-グルコシダーゼ阻害剤がアロニアジュースから精製されました。これらの阻害剤は、3-および4-カフェオイルキナ酸であることが確認されました。特に、3-CQAと4-CQAの両方がDPP IVを強く阻害しました。 2型糖尿病に対するアロニアジュースの有益な効果は、ジュースに含まれるCQAによるα-グルコシダーゼとDPP IVの両方の阻害が原因であることが示唆されています。

この文献は、LWT - Food Science and Technology 129 (2020) 109544に掲載されたCaffeoylquinic acids from aronia juice inhibit both dipeptidyl peptidase IV and α-glucosidase activitiesを日本語に訳したものです。タイトルをクリックして原文を読むことが出来ます。