微生物発酵生産技術開発の中で，セサミンが高度不飽和脂肪酸生合成系のジホモ-γ-リノレン酸からアラキドン酸への変換を司るΔ5不飽和化酵素を特異的に阻害することを発見した．その後，ヒトへの機能として，セサミンが生体内抗酸化剤として働くことを明らかにした．セサミンは水酸基もっていないことから，食品の抗酸化剤としては使えない．著者らは，セサミンを摂取すると門脈を介して吸収されて肝臓に運ばれ，セサミンのメチレンジオシキフェニル基が開裂して2個の水酸基をもつカテコール体に変化され，生体内で抗酸化活性を示すことを明らかにした．

はじめに

日本農芸化学会より，業績題目「胡麻に含まれるセサミンの機能解明と健康食品の開発」で「2008年度農芸化学技術賞」を授与いただいた．これは，ゴマに含まれるゴマリグナン成分の一つである「セサミン」の機能を科学的に解明し，健康維持に役立つ食品として実用化した技術的業績が高く評価されたことによる．

胡麻（ゴマ）は，良質な食用油脂を供給する貴重な油糧作物として古くから世界中で食されてきた．ゴマ種子は，油糧種子の中でも油脂含量が高く（約50％）特有の芳香を有すること，酸化的劣化に対して高い安定性を示すこと，オレイン酸やリノール酸などの不飽和脂肪酸を多く含むにもかかわらず長期間の保蔵においても発芽率をはじめとする生理機能を保ちうることなど，ほかの多くの油糧種子には認められない特性をもっている⁽¹⁾1) 並木満夫，小林貞作偏：“ゴマの化学”，朝倉書店，1989, pp. 168–189.．また，ヒトの健康に対する補助食品として，あるいは医薬品として古くから使用されてきた点でも，ほかの油糧種子とは異なる位置を占めている．

このような種子油脂としての特異な作用に注目して，ゴマに含まれる微量成分に関する研究が進められてきた．ゴマ油の酸化安定性が高いことから，新規な抗酸化物質（セサミノール）が発見され注目を集めたが，ゴマリグナンの中でも最も多く存在するセサミンは，in vitroでは抗酸化活性を示さないため，栄養化学的ないしは生理学的興味がもたれていなかった．筆者らは，セサミンが脂肪酸生合成系のΔ5不飽和化酵素を特異的に阻害することを偶然に発見したことで，その後のセサミンの機能解明とセサミンを利用した健康食品の開発につながった．偶然の発見から生まれたセサミンの機能解明について，以下にその概要を述べる．

セサミンの新規機能の偶然の発見（Δ5不飽和化酵素阻害剤）

筆者らは，種々の微生物を培養し，菌体外に産生する脂質関連酵素の探索，休止菌体による脂肪酸の微生物変換，菌体内の脂肪酸を分析して油脂生産を調べるなどの幅広い探索研究を行い，その中から，アラキドン酸を構成脂肪酸として含むトリアシルグリセロール（アラキドン酸含有油脂）を菌体内に著量蓄積する高生産株としてMortierella alpine 1S-4株を選抜した⁽²⁾2) Y. Shinmen, S. Shimizu, K. Akimoto, H. Kawashima & H. Yamada: Appl. Microbiol. Biotechnol., 31, 11 (1989).．M. alpineは，Δ6不飽和化酵素，炭素数を18から20にするための鎖長延長酵素，Δ5不飽和化酵素の働きにより，リノール酸をアラキドン酸に変換する（図1図1■糸状菌Mortierella alpineによるアラキドン酸の生合成経路）．そこで，アラキドン酸の生産性向上を目指して，前駆体となるリノール酸を構成脂肪酸として含む各種油脂を培地に添加したところ，予想どおりにアラキドン酸の生産性が向上した．ところが，胡麻油（リノール酸含量35～48％）の培地への添加は，アラキドン酸の産生を抑えて前駆体のジホモ-γ-リノレン酸を蓄積した（図2図2■各種油脂の添加効果）．これまで，従来の油脂供給源では入手が困難であったジホモ-γ-リノレン酸含有油脂が，微生物発酵により工業的に利用が可能になることから，ジャーファーメンター（10 L通気撹拌培養装置）を使って，胡麻油の添加効果を確認したところ，アラキドン酸の産生を抑制し，ジホモ-γ-リノレン酸を著量蓄積することを確認した⁽³⁾3) S. Shimizu, K. Akimoto, H. Kawashima, Y. Shinmen & H. Yamada: J. Am. Oil Chem. Soc., 66, 237 (1989).（図3図3■胡麻油を添加した場合のアラキドン酸（20 : 4）の産生量に対する影響）．

図1■糸状菌Mortierella alpineによるアラキドン酸の生合成経路

図2■各種油脂の添加効果

図3■胡麻油を添加した場合のアラキドン酸（20 : 4）の産生量に対する影響

このように予想外の新知見を得たことから，胡麻油をオイル画分と非オイル画分に分け，培地に添加したところ非オイル画分でジホモ-γ-リノレン酸の蓄積を認めた．この結果から，非オイル画分中にジホモ-γ-リノレン酸からアラキドン酸への変換を司るΔ5不飽和化酵素の阻害物質が存在すること，その物質はリグナン類化合物と予測し，非オイル画分をHPLCで分画し，各ピークの成分を培地に添加し，M. alpineのジホモ-γ-リノレン酸の生産性から，活性成分はセサミン，エピセサミン，セサミノールなどの3,7-ジオキサビシクロ［3.3.0］オクタン環を有する化合物と同定した（図4図4■Δ5-Desaturase阻害物質の同定）．アラキドン酸の産生を抑制しジホモ-γ-リノレン酸を蓄積する活性は，セサミン＞セサミノール＞エピセサミンの順に強く，同じくゴマに含まれるセサモリンは培養過程で分解を受けて活性を示さなかった．

図4■Δ5-Desaturase阻害物質の同定

M. alpine株無細胞抽出液，肝ミクロソームを用いて，Δ9不飽和化酵素（18 : 0→18 : 1_n-9），Δ12不飽和化酵素（18 : 1_n-9→18 : 2_n-6），Δ6不飽和化酵素（18 : 2_n-6→18 : 3_n-6），Δ5不飽和化酵素（20 : 3_n-6→20 : 4_n-6）の阻害活性から，微生物のみならず動物においてもΔ5不飽和化酵素の特異的な阻害剤（無細胞抽出液IC₅₀ 5.7 μM，肝ミクロソームIC₅₀ 72 μM）（図5図5■不飽和化酵素活性に対するセサミンの阻害効果）であること，その阻害機構は，非拮抗阻害であることを確認した．ほかのゴマリグナン類との阻害活性を比較したところ，同じくΔ5不飽和化酵素を特異的に阻害し，その阻害活性はセサミン＞（セサモリン）＞セサミノール＞エピセサミンの順に強く，in vitro系のためセサモリンも阻害活性を示した⁽⁴⁾4) S. Shimizu, K. Akimoto, Y. Shinmen, H. Kawashima, M. Sugano & H. Yamada: Lipids, 26, 512 (1991).（表1表1■ゴマリグナン類によるΔ5不飽和化酵素の特異的阻害）．当時，生体の脂肪酸生合成経路を特異的に阻害する物質は知られておらず，この発見がキッカケとなって，その後の機能解明の扉を開いた．

図5■不飽和化酵素活性に対するセサミンの阻害効果

表1■ゴマリグナン類によるΔ5不飽和化酵素の特異的阻害
添加^bリグナン	不飽和化酵素活性（pmol/min/mg protein）^a
	Mortierella alpina				肝ミクロソーム
	Δ9	Δ12	Δ6	Δ5	Δ9	Δ6	Δ5
無添加	10.1	8.16	18.2	21.2	37.2	15.0	116
セサミン	10.5	9.27	19.1	2.80	34.9	16.4	71.8
エピセサミン	10.3	8.40	18.2	5.20	36.1	17.5	92.1
セサミノール	10.1	8.37	18.4	4.67	36.0	15.4	87.9
セサモリン	9.93	8.77	17.7	3.97	37.7	18.6	86.6
セサモール	9.86	8.10	17.2	16.8	34.3	14.7	144
^a引用文献4参照，^bすべての化合物は反応混合物中に，28μM（M. alpine無細胞抽出液），85μM（肝ミクロソーム）存在する．

セサミンの生体内抗酸化活性

セサミンは，フェノール基をもたず，in vitroでは抗酸化活性を示さない．しかし，in vivoでセサミンの評価を行ったところ，期待した有効性に加え，セサミンが血漿，肝臓の過酸化脂質を低下させるという生体内抗酸化という新たな知見を見いだした⁽⁵⁾5) N. Hirose, F. Doi, T. Ueda, K. Akazawa, K. Chijiiwa, M. Sugano, K. Akimoto, S. Shimizu & H. Yamada: Anticancer Res., 12, 1259 (1992).．では，どうしてin vitroで抗酸化活性を示さないセサミンが，in vivoで抗酸化活性を示すことができるのか，これを明らかにするために，セサミンの生体内での代謝機構を調べた．

そこでまず，in vitroでセサミンとS9画分を補酵素の存在下で反応させ，その代謝物について解析した．その結果，セサミンは代謝酵素によりその一方のメチレンジオキシフェニル基が開裂して2個のOH基をもつカテコール体に変換されることが明らかとなった．また，in vivoでセサミンを経口投与した後胆汁を採取し，代謝物の構造を解析することにより，4つの代謝物（SC-1, SC-2, SC-1 m, SC-2 m）を同定した（図6図6■セサミンの代謝と体内動態）．これらの代謝物は，in vitroでセサミンと比較して強い抗酸化活性を示した（表2表2■O₂⁻, ・OH，DPPHおよび脂質過酸化に対するセサミン，その代謝産物とカテキンの抗酸化活性）．さらに詳細な動態解析により，経口的に摂取させたセサミンは主として門脈を介して吸収されて肝臓に運ばれ，その過程で抗酸化作用を有するカテコール体に変換され，一部はメトキシ化された後抱合化を受けて胆汁中や尿中に排泄されることを明らかにした．この生体内代謝がセサミンの抗酸化作用のキーファクターであることを解明した⁽⁶⁾6) M. Nakai, M. Harada, K. Nakahara, K. Akimoto, H. Shibata, W. Miki & Y. Kiso: J. Agric. Food Chem., 51, 1666 (2003).．

図6■セサミンの代謝と体内動態

表2■O₂⁻, ・OH，DPPHおよび脂質過酸化に対するセサミン，その代謝産物とカテキンの抗酸化活性
化合物	抗酸化活性（％）
化合物	O₂^−a	・OH^b	DPPH^c	TBARS^d
SC-1	55.5	5.4	11.4	37.9
SC-2	73.7	59.2	70.5	71.3
SC-1 m	2.5	5.7	1.2	6.7
SC-2 m	53.6	11.9	43.2	42.0
セサミン	3.0	2.3	0.0	5.8
カテキン	60.5	14.3	60.5	76.3
濃度：^a50µM, ^b250µM, ^c5µM, ^d50µM

強度の運動による脂質過酸化に及ぼすセサミンの影響について，ヒト介入試験を実施した．健康な成人男子を被験者とし，クロスオーバースタディにより評価した．サンプルはセサミンカプセル（セサミン36 mg）およびプラセボカプセルとし，被験者は一晩絶食し，運動2時間前にサンプルと炭水化物300 kcalを摂取した．サンプル摂取2時間後に自転車エルゴメーターを用いてHR_max 80％以上の強度の運動を負荷した．経時的に採血し，血漿中の過酸化脂質濃度を測定した．その結果，プラセボ群では運動開始10分および20分後に血漿中の過酸化脂質が明らかに上昇した．これに対し，セサミン投与群ではこの過酸化脂質の上昇を完全に抑制した（図7図7■運動による脂質過酸化に及ぼすセサミンの効果）．強度な運動は大量の酸素消費を必要とし，それに伴い活性酸素が発生して過酸化脂質が上昇すると考えられる．セサミンはこの発生した活性酸素を捕捉したものと推察された⁽⁷⁾7) Y. Kiso: Biofactors, 21, 191 (2004).．同様の効果は水泳負荷モデルにおいても確認されており，肝臓での総グルタチオンペルオキシダーゼ（total-GPX）およびグルタチオン-S-トランスフェラーゼ（GST）活性が上昇していたことから，セサミンの過酸化脂質生成抑制効果は，直接的な活性酸素の捕捉効果に加え，生成した過酸化脂質（LPO）の分解促進作用も関与しているものと考えられる⁽⁸⁾8) T. Ikeda, Y. Nishijima, H. Shibata, Y. Kiso, K. Ohnuki, T. Fushiki & T. Moritani: Int. J. Sports Med., 24, 530 (2003).．

図7■運動による脂質過酸化に及ぼすセサミンの効果

α-トコフェロールによるセサミンのコレステロール低下作用の増強

セサミンを配合した健康食品「セサミン」は1993年4月に発売し，1996年5月にリニューアルした健康食品「セサミンE」は，セサミンのコレステロール低下作用をα-トコフェロールが増強するという新たな発見から，セサミンとα-トコフェロールを組み合わせた配合とした．この相乗的効果の発見は，研究者の興味から生まれたものであり，そのキッカケも含めて述べる．

機能解析の共同研究を九州大学と進める中で，セサミンは血清コレステロール低下作用を示すことが確認され，その作用メカニズムが小腸からのコレステロール吸収阻害と肝臓でのコレステロール合成阻害（3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductaseに対する阻害）であることを明らかにした⁽⁹⁾9) N. Hirose, T. Inoue, K. Nishihara, M. Sugano, K. Akimoto, S. Shimizu & H. Yamada: J. Lipid Res., 32, 629 (1991).．油糧植物にはα-トコフェロールが含まれているが，胡麻に含まれるビタミンEは主としてγ-トコフェロールであることが知られており，α-トコフェロールは極めて微量しか含有されていない．そこで，微量しか含まれないα-トコフェロールに興味をもち，in vivoでセサミンとの組み合わせを検討したところ，血清コレステロール低下作用がα-トコフェロールの共存下で顕著に増強される新たな知見を見いだした．1％コレステロール食摂取による高コレステロール血症に対して，セサミンを0.05, 0.2％の配合比で飼料に添加して2週間自由に摂取させると，セサミン群の血清コレステロール値は，対照群と比較して用量依存的に低下し，また，単独では影響を及ぼさない1％α-トコフェロールの添加はセサミンの共存下で相乗的にコレステロールを低下させた．セサミン量を一定にした場合もα-トコフェロールの濃度に依存してその作用が増強されることも確認している⁽¹⁰⁾10) A. Nakabayashi, Y. Kitagawa, Y. Suwa, K. Akimoto, S. Asami, S. Shimizu, N. Hirose, M. Sugano & H. Yamada: Int. J. Vitam. Nutr. Res., 65, 162 (1995).（表3表3■血清コレステロール濃度に及ぼすセサミンとα-トコフェロールの相乗的低下作用）．この相乗効果作用メカニズムについてDNAマイクロアレイにより検証した結果，胆汁からのコレステロール排泄に関与するABCトランスポーターの発現増強の寄与が示唆された⁽¹¹⁾11) T. Rogi, N. Tomimori, Y. Ono & Y. Kiso: J. Pharmacol. Sci., 115, 408 (2011).．

表3■血清コレステロール濃度に及ぼすセサミンとα-トコフェロールの相乗的低下作用
グループ	動物数	血清総コレステロール（mg/dL）
高コレステロール食	6	490±94^a
＋1.0％ α-tocopherol	6	460±70^a
＋0.05％ sesamin	6	437±76^a
＋0.05％ sesamin＋1％ α-tocopherol	6	244±23^bc
＋0.2％ sesamin	6	371±28^ac
＋0.2％ sesamin＋1％ α-tocopherol	6	149±9^b
高コレステロール食	9	429±24^a
＋0.2％ sesamin	6	374±64^b
＋0.2％ sesamin＋0.2％ α-tocopherol	6	243±5^c
＋0.2％ sesamin＋1％ α-tocopherol	6	184±13^c
数値は，平均±S.E.. a, b, cが異なった文字の群間で有意差あり，p＜0.05

健康食品「セサミン」の開発

胡麻中のセサミンを，できるだけ効率的に摂取でき，ビタミンEをうまく組み合わせて，毎日の健康のために摂取し続けやすい形態にすることを目指して，商品化の検討を行った．胡麻のままでは，硬い殻におおわれているため消化吸収されにくく，約半分を脂質で占めていることから，カロリーが高いという課題を解決するために，セサミンを高純度に抽出し，ビタミンEとともに小麦胚芽油に溶解させて飲みやすい涙型ソフトカプセルに包み込む技術を完成させ，商品化に成功した．1993年4月に第一号商品「セサミン」を発売し，1996年5月にα-トコフェロールを配合した「セサミンE，セサミン＋E」を，2003年4月にトコトリエノールを配合した「セサミンE＋」を，2012年9月に玄米由来の成分（オリザプラス）を配合した「セサミンEX」へとリニューアルを重ねて進化させ，25年の間に，ラインアップ（DHA&EPA＋セサミンEX，ローヤルゼリー＋セサミンE，ノコギリヤシ＋セサミンE，プロポリス＋セサミンE，コエンザエムQ10＋セサミンE）を拡大し，これまでに200万人の方が健康の維持のためにご愛用いただいている．

「2008年度農芸化学技術賞」を授与いただいてから，10年が経過しているが，これまで論文44報，学会報告98回，32の大学・研究機関との共同研究を実施して（2017年5月現在），胡麻の効能を生化学的に裏づけることに挑戦し続けている．

セサミンの機能解明とは別に，不飽和化酵素の特異的な阻害剤の発見は，不飽和化酵素そのものを取り扱うことが可能であることを示すキッカケともなり，その後，Δ5不飽和化酵素を欠損したM. alpina S14株の育種に成功し，アラキドン酸を全く含まないジホモ-γ-リノレン酸含有油脂の工業生産にも成功した⁽¹²⁾12) H. Kawashima, K. Akimoto, K. Higashiyama, S. Fujikawa & S. Shimizu: J. Am. Oil Chem. Soc., 77, 1135 (2000).．また，M. alpina由来の高度不飽和脂肪酸生合成系遺伝子の解明などに研究領域が拡大した．今回，原稿を書くにあたって，改めてたった一つの発見の重要性を実感した．本稿を読んで，セサミンの機能解明が偶然の発見から生まれたものであることに，興味をもってくださった方がいらっしゃれば幸いです．

最後に，セサミンの機能解明は，諸先生方との共同研究，あるいはご指導・ご支援の下，サントリーホールディングス株式会社，サントリーウエルネス株式会社の研究部門，生産部門，事業部門などの関連部門との協働により達成されたものである．ここに深く御礼申し上げたい．

本稿で紹介したすべての実験は関連法令を遵守して適正に実施した．