糖化应激和抗衰老

糖化应激对策的课题和展望

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糖化应激对策的课题和展望

同志社大学大学院 生命医科学研究科 糖化应激研究中心
八木雅之 教授 主编

糖化研究的历史背景

法国科学家Louis-Camille Maillard 在一百多年前发现了食物的褐变现象为氨基酸和糖之间的非酶促反应(1)。现在，糖化研究的领域是多种多样的，例如，食品化学、医学、药学、农学、理学和营养学等。此外，糖化应激被认为是导致衰老的危险因素之一，并且不断被证明降低生物体内的糖化应激，即抗糖化，有助于预防衰老和慢性疾病等(2)。从糖化反应的发现到2000年左右，关于基础研究的历史背景已经被Rabbani等人进行了详细总结（图1）(3)。在本文中，我们总结了截止到2016年的历史背景，着重于糖化对生物体内的影响和抗糖化作用的产业应用。

图 1. 1900年至2000年的糖化研究历史
（Rabbani N, et al.(2012)(3)）

从历史上看，糖化研究是逐步进行的，重点进行了糖化引起的褐变机理研究、糖尿病患者糖化蛋白的研究、糖化反应抑制剂的研究以及糖化对衰老的影响的研究。

直到1950年左右，糖化研究的重点一直是阐明氨基酸和蛋白质的褐变机理。其后，在1958年，Allen等人在糖尿病患者的血液中发现了异常血红蛋白，并在1968年进行了血红蛋白A1c（HbA1c）的分析(4)。在日本国内，1968年发售了小型血糖仪“EYETONE”（京都第一科学），1981年发售了HbA1c自动检测仪“AUTO A1c HA-8110”（京都第一科学）， 建立了糖尿病治疗中血糖和糖化蛋白的意义和测量环境。之后，1992年又发布了自动糖蛋白检测仪“GAA-2000”（京都第一科学），血糖糖化蛋白测量作为基于生物体蛋白寿命的过往血糖评价指标的意义变得更加清晰(5)。

这时，已经清楚了糖尿病并发症的发展与组织蛋白的糖化有关，1994年，糖化反应抑制剂“氨基胍（药物名称：Pimagenine）”（Alteon公司）在美国进行了大规模临床评价实验(6)。在日本， 大塚制药开发了OPB-9195（(+/-)-2-isopropylidenehydrazono-4-oxo-thiazolidin-5-yla cetanilide），这是一种在氨基胍的1/10剂量下也可以抑制生物体内糖化反应的药物，人们期待其成为治疗糖尿病的救星(7)。然而，由于氨基胍和OPB-9195对糖尿病性肾病的改善作用低，还有副作用和安全性之类的问题，氨基胍的开发在1998年停止，OPB-9195在1999年停止，现在也仍然没有被批准为糖化反应抑制剂。

在厚生劳动省连续进行的糖尿病实际状况调查中，“可能患有糖尿病的人” 的数量，1997年为1370万，2002年为1680万，2007年为2210万，每次调查的数字都在增加。特别是，50岁以后的“可能患有糖尿病的人”的比例超过了20％，这对改善人们的健康不利，也增加了医疗费用，是一项重大的课题。这些也是人们对于预防医学越发感兴趣的原因之一。

进入2000年之后，人们对于抗衰老的想法不再是“返老还童”或“延年益寿”，而是“预防衰老和疾病，延长健康寿命”。 2001年，日本抗衰老医学会（最初为日本抗衰老研究会）成立。从此时开始，人们开始逐渐认识到抑制糖化在抗衰老中的重要性。发售的糖化反应抑制原料有，作为化妆品原料的“欧洲七叶树提取物”和“大车前提取物”（一丸自然美健），作为食品原料的“复方草药提取物（产品名称：AG Herb MIX）”（爱科来）。这些原料和抗糖化产品的推出使“糖化就是老化”这一关键词得到了广泛普及。其中，以抗糖化为理念的化妆品系列“ Episteme”（乐敦制药）和“B.A The Cream”（Pola）于2009年秋季推出，在美容健康信息杂志上迅速普及了人们对糖化的认识。

2010年，在日本糖尿病学会杂志的2月刊上，同时刊登了两篇证明先吃蔬菜这一膳食方法能够抑制餐后高血糖的论文(8-9)。这些在阐明了一直以来推行的糖尿病膳食疗法的效果的同时，随后也作为避免餐后高血糖对身体的影响的膳食方法引起了人们的关注。2010年，HbA1c水平被添加到糖尿病的诊断标准中，重新评估了测量糖化蛋白在糖尿病治疗中的重要性。在同年举行的第十届日本抗衰老医学会总会（京都）上，举行了关于糖化对策的意义的第一届学术研讨会“ AGEs在衰老性疾病中的意义”，在抗衰老医学领域也普及了抗糖化的重要性。 2011年，糖化应激研究会成立，提出了“糖化应激（glycative stress）”的概念，这个概念全面阐述了由于还原糖和醛负荷对生物体产生的应激及其后续反应。从那以后，在抗衰老医学领域，糖化应激被视为衰老的危险因素之一(2)。

自2011年以来，许多食品、化妆品和药品制造商发售了多种抗糖化原料，也上市了各种含有这些抗糖化原料的食品和化妆品。此外，除了健康和美容信息杂志外，电视上也播放了关注糖化机制和糖化对策的节目，向普通消费者普及了认知。

从2012年左右开始，出现了针对糖类摄入的健康方法热潮，例如控糖饮食、进食顺序减肥法和生酮减肥法等。此外，积极摄入蔬菜，不仅能够摄取膳食纤维、补充维生素和矿物质，还有助于抑制餐后高血糖，因此人们对于其可用于预防生活方式疾病和衰老的认识进一步得到普及。因此，快餐、便利店出售的便当和三明治中也更多地使用了蔬菜。

2015年，以抑制糖化为着眼点的醋饮料“餐前醋饮料（食べる前のうるる酢）”（养命酒制造）在全国的超市和便利店开始销售。而且，在大型分销商永旺集团向客户提供的会员杂志《momu》中，特别刊登了抗糖化生活方式对预防衰老的意义。此外，AGEs测量促进委员会还发布了《exAGEs手册》，其中解释了膳食来源的AGEs摄入的影响以及减少摄入量的方法。该手册还提请大家注意膳食由来的外源性AGEs的影响。

截止至2016年，许多医疗从业者和研究人员在学术论文、书籍和健康信息杂志上发表了意见相反的学说，即限制糖类摄入是“危险的”还是“有用的”(10-11)。在向普通消费者正确传达糖化的影响和抗糖化的意义的基础上，提供有关控糖，特别是有关餐后高血糖的抑制作用的正确信息成为了一个课题。同样，整理有关抑制生物体内AGEs的蓄积、减少外源性AGE的信息也成为了课题。普通消费者对“糖化”和“抗糖化”这些词的认知程度已达到约30％(12)。未来，我们需要通俗易懂地向普通消费者提供糖化与衰老、各种疾病之间的关系，并提供解决糖化（抗糖化）的产品和服务。

糖化应激对策的课题

  1. 糖化应激的检测和评价

    2. 血中葡萄糖（血糖值）是糖化应激的主要病因物质，可通过体检等中的血液检查对其进行检测。但是，体检时的检测值为空腹血糖值。与糖化有关的是餐后高血糖，但普通消费者几乎没有机会了解自己的餐后血糖水平。随着自我血糖监测（self-monitoring of blood glucose；SMBG）设备的发展，可以使用采血针（采血医疗用具）自己从指尖采血，5秒左右便可检测血糖水平。 日本和海外的医疗设备制造商发布了各种类型的SMBG设备。 任何人都可以使用SMBG设备来轻松了解自己餐后的血糖状况(13)。但是，根据药品注册法，SMBG 被归类为高度受控医疗器械（Ⅲ类），因此广告宣传受限。因此，糖尿病患者以外的普通消费者是没有机会知道SMBG的存在或者了解到可以在全国药房购买到SMBG的。

    HbA1c是一种血液中的糖化蛋白，是了解过去1至2个月血糖状态的指标，也是诊断糖尿病的标准之一。 由于HbA1c也被包含在针对35岁及以上人群的预防生活方式疾病的体检和特定检查的血液检查项目中，普通消费者有更多机会了解自己的测量值了。

    糖化反应中间体无法在体检中测量。血液中的3DG可以在某些临床检查中心（SRL）中作为研究检查进行测量。 3DG、乙二醛和甲基乙二醛可以通过预标记HPLC法进行测量，因此在大学和研究机构中也可以进行测量(14)。然而，存在诸如样品预处理条件和标记后样品存储稳定性等问题。甲基乙二醛可以通过市面上销售的基于ELISA法的测量试剂盒（Cosmobio）进行测量。

    AGEs中，血液中戊糖素的检测作为早期肾病的诊断标志物适用于医保，可以在临床检查中心（LSI Medience）进行测量。此外，戊糖素、CML和CEL的ELISA测量试剂盒可从多家公司（伏见制药，Cosmobio，BML，Nikken Seil等）购得，并用于研究。 Toxic AGEs（TAGE：glyceraldehyde-derived AGEs）已由一些研究机构（转基因等）进行了委托测量。AGEs大多通过ELISA法测量，但是即使AGEs测量值相同，因所用抗体特异性的差异和样品的预处理条件不同，测量值也会有所不同。尤其是对于血液中戊糖素，由于ELISA法和HPLC法的预处理方法不同而导致测量值存在差异，这已成为了一个课题(15)。

    可以使用AGE Reader（DiagnOptics）测量皮肤中AGEs的蓄积量。 AGE Reader是一种非常简便的设备，它可以光学地非侵入式地测量具有荧光性的AGEs。然而，该测量设备缺乏对测量值的校准功能，并且设备间差异的校正也是一个课题。目前，日本有多家家用电器制造商正在开发设备，夏普计划在2016年秋季发布第一款国产产品(16)。

    要使用AGEs评价糖化应激，就有必要弄清楚哪些AGEs与衰老的各种现象和各种疾病有关。当前，论文等中很多都测量并报告了AGEs是戊糖素和CML。但是，这两种AGEs容易测量，所以被挑选了出来，因此尚不清楚它们与其他AGEs相比在生物体内是否具有重要意义。将来的课题是，在评价糖化应激对生物体的影响时，研发针对各种AGE的准确而简单的测量方法，以及在公开这些测量方法的同时，普及廉价且快速的测量服务。

  2. 抗糖化原料

    3. 抑制餐后高血糖是糖化应激的措施之一。因此，缓和膳食中糖吸收作用和将碳水化合物从低聚糖分解成单糖的分解酶阻碍作用，将具有这些作用的原料作为抗糖化原料(17)。市面上的许多食品中已包含水溶性膳食纤维“难消化性糊精”（松谷化学），其具有缓和膳食中糖分吸收并抑制餐后血糖水平上升的作用。另外，“番石榴叶多酚”(备前化成)、豆豉提取物(JSF)、“小麦白蛋白”(日清Pharma)、L-阿拉伯糖(Unitika)等具有抑制消化液中的淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的糖酵解作用，并具有抑制餐后血糖水平升高的作用。另外，食醋(醋酸)和柠檬酸等有机酸，通过延长食物在胃中的停留时间，具有延迟消化吸收的作用，因此，在饭前摄取可以平稳膳食中糖分的吸收。这些原料还可用作特定保健食品的原料，防止血糖水平升高。

    开发出了许多食品和化妆品原料作为抑制糖化反应中间体和AGEs生成的原料。食品原料有“复方草药提取物(产品名称：AG Herb MIX)”(爱科来)、“紫菊花” (Unial)、“樱花提取物”(Oryza油化)、“山竹提取物”(日本新药)、“丘角菱果皮提取物”(林兼产业)、“复方草药茶提取物”（AntiAging Communication)等，具有在各个部位抑制复杂多路径的糖化反应的作用(18)。已经证实，这些原料可以通过口服来抑制血液和皮肤中AGEs的生成和蓄积。化妆品原料有“欧洲七叶树提取物”“ 大车前提取物”(一丸自然美健)、“玫瑰提取物”(日冷)、“ 积雪草提取物”“Pterocarpus marsupium树皮提取物”(松本交商)等，对皮肤蛋白质的糖化具有抑制作用。另外，化妆品中所含的糖化反应抑制原料，通常是由各个制造商独立研究开发的原始原料。其中包括“玫瑰提取物”(三省制药)、“Alsage”(乐敦制药)、“紫苏提取物”(资生堂)等。糖化反应抑制原料被认为是防止AGEs生成和预防糖化应激的措施。

    但是，也有预计可对已蓄积的AGEs进行分解作用的抗糖化原料。 2009年POLA研发的B.A. The Cream中含有该公司的原始原料“五月艾提取物”，已表明它可以分解和修复由于蛋白质中AGEs的产生而形成的交联结构。同样，还确认了“线状阿司巴拉妥提取物”和“紫云英提取物”(Pola)具有类似的效果。报告显示，这些化妆品原料在分解胶原蛋白凝胶上生成的AGEs的同时，连续使用含有这些成分的化妆品还能减少角质层中的AGEs(19)。此外，还确认了化妆品原料“芍药提取物”(一丸自然美健)也有类似的效果。 还有报告显示了在茶、草药和蔬菜等食品原料中也有AGEs的交联分解作用。已经证实石榴果实中具有AGEs的交联分解作用，报告显示这与鞣花单宁的三羟基苯结构有关(图2)(20)。但是，尚不清楚在经口摄取时的效果。 人们期待AGEs的交联分解作用对已经蓄积的AGEs有分解/排泄作用，因此期望其将来可以作为对抗糖化应激的措施。

    图2.石榴中的AGEs交联分解成分
    （改编自Yagi M et al.(2015)(20))

    近来，人们正在考虑应用氧化蛋白水解酶(oxidized protein hydrolase：OPH)，它是一种可能参与生物体内糖化蛋白和AGEs分解的酶。 OPH可以识别在蛋白质和肽的N末端的修饰基团（酰基、乙酰基等），然后释放并分解修饰基团(21)。它还作用于CML化的蛋白质分解(22)。 OPH还存在于角质层中，其活性随年龄而降低(23)。但是，角质层CML随年龄增加。 各种茶、药草等已被证明是增强OPH活性的有效成分。希望将来可以阐述OPH的作用机理，同时通过增强OPH活性来促进AGEs的分解作用。

    人们认为抗糖化原料的关键在于它们的作用和原料的组合。关于作用方面，必须采取措施，通过组合血糖对策、抑制AGEs生成、AGEs分解等，来对整个糖化应激发生作用。还需要采取措施解决加速糖化应激的因素，例如氧化、紫外线、脂质过剩、吸烟、酒精（喝酒）、压力等。另外，从生物体的内部和外部采取措施也很重要，需要将化妆品和食物结合起来（图3）。

    图 3．糖化应激抑制原料的作用评价要点
    红线和蓝线显示了每个项目的评估值示例。
    餐后高血糖抑制：淀粉酶抑制作用、α葡萄糖苷酶抑制作用
    抗糖化活性： 荧光性AGEs生成抑制作用
    各种AGEs生成抑制： 3DG生成抑制作用、 CML生成抑制作用、 戊糖素生成抑制作用
    AGEs分解性： AGEs交联切断作用
    OPH活性化： OPH活性增强作用
    临床性评价(人体临床实验) 　　餐后高血糖值： 餐后血糖值检测
    糖化反应中间体： 血液中3DG检测
    AGEs: 血液中CML检测,、血液中戊糖素检测
    角质层AGEs： 角质层CML检测
    皮肤AGEs蓄积： 皮肤AGEs来源荧光检测

    在组合原料时，组合各种物质来抑制糖化反应系统，防止AGEs的生成和蓄积，并通过接触各种蛋白质来减少全身的AGEs，通过这些方法应该可以减少糖化应激。

References
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