coccoli’s blog

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ガン治療で注目されている褐藻類フコイダンについて-生理学的特性-

 生き物は生きているうちは腐らないが、死ぬとやがて腐ってしまう。当たり前ではあるが、なぜ生きているうちは腐らないのか少し考えてみよう。腐るおおもとの原因は菌や細菌である。これらが体内に侵入し、体を構成する筋肉や臓器、タンパク質や糖類を分解することで体を支持することができず腐ってしまうというわけである。しかし、体には白血球をはじめとする免疫系が備わっているため、体内に侵入した菌や細菌などの病原体を排除する。生きている間は免疫系は働いているため腐ることはないが、死ぬと免疫系を制御することができず停止し、排除されなくなった菌や細菌が体を腐らせてしまうのだ。動物では白血球、とくにリンパ球や単球といった免疫細胞が免疫系をになっている。植物の場合、このような免疫細胞は持っておらず、代わりに、抗菌作用をもつ低分子の化学化合物や多糖類、タンパク質、酵素が免疫系を担っている。

 

 海藻類は抗菌作用の他に、ときに寄生虫対策もあり、テルペン類(Kurata et al 1996)やポリフェノール類をもつことがある。とくにジテルペン類は寄生虫の付着阻害物質としても働く(Schmitt et al 1995)。このような植物が他の生物へ影響をあたえることを「アレロパシー(他感作用)現象」と呼ばれている。海藻類アミジグサはその例で、全く寄生虫がいない。しかし、ある種だけが寄生虫対策に微動だしないものがいる。それが葉上性カイアシ類、Dactylopusioides sp.である。これについては以前に記事にしているので興味があったら見ていただきたい。 

 

 海藻が干上がるなどのストレスによって腐ると硫黄のような悪臭が放たれるが、抗菌作用をもっていた硫化有機化合物が細菌に分解されたことで放たれる。あるときには、周囲の海藻を一掃してしまうこともある。この硫化有機化合物には様々な物質があるが、代表的なもので「フコイダン」がある。

 

フコイダンとヘパリン

 フコイダンは、1913年にKilling(1913)によって褐藻類から単離された硫化多糖類で、1948年にVasseur(1948)によってウニの卵からも単離された。「フコイダン」という名は植物由来に限定して呼ばれるもので、「フカン」が化学的な名称となる。今回では、使い分けず「フコイダン」と呼んでいくので念頭に入れていただきたい。

 動物からもフコイダンが見つかったというわけだが、実は人からも似た構造が存在する。それは「ヘパリン」である。ヘパリンとは主に抗血液凝固作用として知られており、免疫系で働いている。そして、ヘパリンも硫化多糖類であり、構造的にフコイダンと高い相同性がある。ただし、ヘパリンよりも作用が強力(Mauray et al 1998)であったりと機能的には増強されている場合が多い。

 

免疫としてのフコイダン

 最近、フコイダンが注目されてきているのは免疫に対して有効であることだと思える。しかし、その歴史は古く、60年前にさかのぼる。おたふく風邪やインフルエンザ、ヘルペスなどのウィルスに対して増殖抑制が確認されたのは1958年で(Gerber et al 1958)、HIVの感染を抑制することは1987年に確認されている(Nakashima 1987)。他にも抗炎症作用や寄生虫の排除も知られている(Berteau & Mulloy 2003)。なんと面白いことに、フコイダンはヘルパーT細胞(CD4+)を活性化し、病原体を排除させるらしい(Nakashima et al 1989)。近年ではガンにも有効であることが分かってきており、ガン細胞を選択的に死滅させることが解明されている(Zhang et al 2011)。

 環境中でもフコイダンは働いているようで、海藻が多く覆い茂っている海域では、そこに生息する生物中で検出される細菌が、そうでない海域と比べて半分以下になるという(Lamb et al 2017)。食物連鎖で、フコイダンが機能していると考えられる。

 細菌もフコイダンに負けじと進化したものもいて、フコイダンを分解する酵素、フコイダナーゼをもつものもいる(Berteau & Mulloy 2003)。このフコイダン分解酵素だが、軟体動物にも見つかっており、他の後生動物からは見つかっていない。しかしながら、その役割は良く分かっていない。

 

精子と卵の認識機能

 前述のとおり、ウニの卵からもフコイダンが単離されているが、このフコイダンは卵と精子の受精と関係している。フコイダンはウニの卵、卵を取り巻くゼリー質中に存在していることが分かっている(Vasseur 1948)。さらに種ごとでフコイダンの構造がわずかに違い、同一種で2種類のフコイダンを持つことはあるが、ふつうは1種類という。ウニの精子の先体にはフコイダンの種類特異的な受容体が備わっており、決まった構造を持つフコイダンにしか受容しない(Vacquier & Moy 1997)。受容すると先体がゼリー質を溶かし進み卵と融合する、先体反応が起きる(Hirohashi & Vacquier 2002)。これによって受精するという訳である。逆に違う種類のフコイダンだと先体にある受容体と結合できず、先体反応が誘発されず受精はできない。すなわち、フコイダンは種を認識し、識別する機能を持つという事といえる。海洋における受精は海の流れによって精子は漂っている状態になる。もし、ちがう種と受精してしまうと遺伝子的な問題で子孫を作ることはできない。したがってこのような認識機能をもったと考えられる(ウニに限らずほとんどの生物で認識機能はある)。

 

 

 

文献

Hirohashi, N. & Vacquier V.D. 2002. High molecular mass egg fucose sulfate polymer is required for opening both Ca2+ channels involved in triggering the sea urchin sperm acrosome reaction. J. Biol. Chem. 277: 1182-1189.

Killing, H. 1913. Zur biochemie der Meersalgen. Z. Physiol. Chem. 83: 171-197.

Kurata, K., Taniguchi, K. & Suzuki, M. 1996. Cyclozonarone a sesquiterpene-substituted benzoquinone derivative from the brown algae Dictyopterisundulata. Phytochemistry 41: 749-752.

Lamb, J. B., van de Water, J. A. J. M., Bourne, D. G., Altier C. Hein, M. Y., Fiorenza, E. A., Jompa, J. & Harvell, C. D. 2017. Seagrass ecosystems reduce exposure to bacterial pathogens of humans, fishes, and invertebrates. Science 355: 731-733.

Mauray, S., Raucourt, E., Talbot, J. C., Dachary-Prigent, J., Jozefowicz, M. & Fischer, A. M. 1998. Mechanism of factor IXa inhibition by antithrombin in the presence of unfractionated and low molecular weight heparins and fucoidan. Biochim. Biophys. Acta. 1387: 184-194.

Nakashima, H., Kido, Y., Kobayashi, N., Motoki, Y., Neushul, M. & Yamamoto, N. 1987. Antirerrovial activity in a marine red alga: reverse transcriptase inhibition by an aqueous extract of Schizymenia pacifica. J. Cancer. Res. Clin. Oncol. 113: 413-416.

Nakashima, H., Yoshida, O., Baba, M., Clerq, E. & Yamamoto, N. 1989. Anti-HIV activity of dextran sulfate as determined under different experimental conditions. Antiviral Res. 11: 233-246.

Berteau, O. & Mulloy, B. 2003. Sulfated fucans, fresh perspectives: structures, function, and biological properties of sulfated fucans and overview of enzymes active toward this class of polysaccharide. Glycobiology 13: 29R-40R.

Schmitt, T. M., Hay, M. E. & Lindguist, N. 1995. Constraints on chemically mediated coevolution: multiple function for seaweed secondary metabolites. Ecology 76: 107-123.

Vasseur, E. 1948. Chemical studies on the jelly coat of the sea-urchin egg. Acta. Chem. Scand. 2: 900-913.

Vacquier, V. D. & Moy, G. W. 1997. The fucose sulfate polymer of egg jelly binds to sperm REJ and is the inducer of the sea urchin sperm acrosome reaction. Dev. Biol. 192:0125-135.

Zhang, Z., Teruya, K., Eto, H. & Shirahata, S. 2011. Fucoidan extract induces apoptosis in MCF-7 cells via a mechanism involving the ROS-dependent JNK activaiton and mitochondria-mediated pathways. PLos ONE 6(11): e27441.

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