緑茶に含まれるカテキン

カテキン類は緑茶葉（乾物）中10～18％を占める成分である．その中で緑茶カテキンとして最も量が多いのがエピガロカテキンガレート（EGCG）で，全体の50～60％を占める．次いでエピガロカテキン（EGC），エピカテキンガレート（ECG），エピカテキン（EC）等が含まれている（図1図1■緑茶中に含まれるカテキン類）．カテキン類は強い抗酸化作用を示すことから，活性酸素による酸化的傷害から生体を防御する食品成分として主にEGCGを中心に多くの研究が行われてきており，種々のがんに対する作用，糖尿病や肥満，心血管疾患，ウィルス等の感染症に対する作用等について多くの論文および総説が出されている．脳に対する作用では，加齢に伴う機能低下やアルツハイマー病等の神経変性疾患に対するカテキンの作用等がこれまでに報告されその有効性が明らかにされつつあるが⁽²⁾2) M. Pervin, K. Unno, T. Ohishi, H. Tanabe, N. Miyoshi & Y. Nakamura: Molecules, 23, 1297 (2018).，その作用機序の解明にはまだ至っていない．

図1■緑茶中に含まれるカテキン類

カテキン摂取による脳機能ならびに寿命への影響

カテキンの脳に対する作用を調べるため，加齢に伴い脳機能が低下しやすい老化促進モデルマウスSAMP10を用い，飲水としてカテキンを自由摂取させ，このマウスにとって初老期に相当する11月齢の時点で学習能への影響を調べた．ここで用いたカテキン（EGCG, EGC, ECG, EC等の混合物）の濃度は，私たちが通常飲んでいる緑茶の1/3程度の濃度である0.02％とした．ただし，マウス（体重30～35 g）の摂水量が多かった（10 mL/日）ことから，これは60 mg/kgに相当した．マウスが暗いところを好む性質を利用し，暗室に入ったら弱い電気ショックを与えて，暗室が安全な場所ではないことを学習させる（受動回避による記憶獲得）試験では，通常の水を摂取していたコントロールマウスに比べ，緑茶カテキンを摂取していたマウスでは加齢に伴う学習能の低下が有意に抑制されていた⁽³⁾3) K. Unno, F. Takabayashi, T. Kishido & N. Oku: Exp. Gerontol., 39, 1027 (2004).．

そこで次に緑茶カテキンの脳機能と寿命への影響を，1～60 mg/kgの濃度で比較した．カテキン1 mg/kgは，ヒトでは緑茶1杯程度に相当する．これまでにカテキンによる寿命延長効果がハエや線虫で報告されているが，マウスではこれまで報告されていなかったことからSAMP10マウスを用いて調べた．その結果マウスが1 mg/kgの緑茶カテキンを飲水として毎日摂取した場合，通常の水を飲んでいたコントロール群に比べ生存期間中央値（MST）が有意に延長することが認められたが，カテキンの濃度が高くなるとむしろ寿命延長効果は減少したことから⁽⁴⁾4) K. Unno, M. Pervin, K. Taguchi, T. Konishi & Y. Nakamura: Molecules, 25, 1484 (2020).（表1表1■緑茶カテキン摂取による生存期間の変化），SAMP10の寿命延長に関しては高用量のカテキンは必要ではないことが示された．

一方脳機能に関しては，受動回避試験による記憶獲得においてはコントロール群に比べカテキン1 mg/kg以上で有意な効果が認められたが，15 mg/kgで最も効果が認められ，長期記憶保持能は60 mg/kgで有意に高まっていた．Y迷路を用いた空間作業記憶に関しては30 mg/kg以上で有意に高まっていた．カテキン類の脳内への移行は血液脳関門により制限されていることから，脳内のカテキン量は末梢に比べかなり低いと考えられる．加齢に伴う認知機能の低下抑制に関しては，カテキンを少なくとも1 mg/kg以上毎日摂取する必要があり，濃度に依存してより高まることが示唆された⁽⁴⁾4) K. Unno, M. Pervin, K. Taguchi, T. Konishi & Y. Nakamura: Molecules, 25, 1484 (2020).．

カテキン各成分間で作用を比較すると，EGCGは脳機能の低下抑制効果があったが，同じ濃度のEGCでは改善効果が見られなかった．この両者の違いはガレート基の有無であるが，ガレート基をもつ没食子酸（GA）だけでは効果がなかった⁽⁵⁾5) M. Pervin, K. Unno, A. Nakagawa, Y. Takahashi, K. Iguchi, H. Yamamoto, M. Hoshino, A. Hara, A. Takagaki, F. Nanjo et al.: Biochem. Biophys. Rep., 9, 180 (2017).．カテキンの作用としては抗酸化作用の重要性が指摘されている．実際カテキンを摂取していたマウスではコントロールマウスに比べ，大脳皮質での脂質の過酸化が有意に低下していたが，EGCGとEGCでは脳における抗酸化作用には違いは見られなかったことから⁽⁵⁾5) M. Pervin, K. Unno, A. Nakagawa, Y. Takahashi, K. Iguchi, H. Yamamoto, M. Hoshino, A. Hara, A. Takagaki, F. Nanjo et al.: Biochem. Biophys. Rep., 9, 180 (2017).，抗酸化作用だけでは脳におけるEGCGとEGCの作用の違いを十分に説明できないと考えられた．

EGCGの吸収と代謝

経口的に摂取したEGCGはごく少量が小腸から取り込まれ血中に移行するが^{(6, 7)}6) L. Chen, M. J. Lee, H. Li & C. S. Yang: Drug Metab. Dispos., 25, 1045 (1997).7) K. Nakagawa, S. Okuda & T. Miyazawa: Biosci. Biotechnol. Biochem., 61, 1981 (1997).，大部分のEGCGは腸内細菌によりEGCとGAに分解される⁽⁸⁾8) T. Kohri, N. Matsumoto, M. Yamakawa, M. Suzuki, F. Nanjo, Y. Hara & N. Oku: J. Agric. Food Chem., 49, 4102 (2001).．EGCは大腸でさらに分解され，摂取後8時間以上経過すると主要な分解産物として5-（3′,5′-dihydroxyphenyl）-γ-valerolactone（EGC-M5）や5-（3′,4′,5′-trihydroxyphenyl）-γ-valerolactoneが生成することがヒトやラット，マウスで報告されている^{(8, 9)}8) T. Kohri, N. Matsumoto, M. Yamakawa, M. Suzuki, F. Nanjo, Y. Hara & N. Oku: J. Agric. Food Chem., 49, 4102 (2001).9) W. Y. Feng: Curr. Drug Metab., 7, 755 (2006).．これらはさらにグルクロン酸抱合体（EGC-M5-GlcUA）や硫酸抱合体（EGC-M5-Sul）となる（図2図2■EGCGおよびその代謝分解物）．GAはピロガロール（PG）を経てグルクロン酸抱合体（PG-GlcUA）となる．これまでの研究から，EGCGの代謝分解物は大腸から吸収され血流を介して体内を循環したのち，尿中に排泄されているものと考えられている．

図2■EGCGおよびその代謝分解物

カテキンの血液脳関門透過性

カテキンが脳で作用するためには血液脳関門（BBB）を通過する必要があるが，これまでにEGCGがBBBを通過して実際に脳実質に至っていることは確かめられていなかった．そこでインビトロのBBBモデル（RBT-24，ファーマコセル（株））を用い，カテキン類が血管側から脳実質側にどの程度移行できるか調べた．その結果EGCGは30分間で4.0％，EGCは5.0％移行することがわかった⁽⁵⁾5) M. Pervin, K. Unno, A. Nakagawa, Y. Takahashi, K. Iguchi, H. Yamamoto, M. Hoshino, A. Hara, A. Takagaki, F. Nanjo et al.: Biochem. Biophys. Rep., 9, 180 (2017).（表2表2■カテキンおよびその代謝分解物の血液脳関門透過性）．これはGAやカフェインに比べれば低いが，確かにEGCGもEGCも脳実質に入ることが示唆された．これまでに同様なインビトロのBBBモデルを用い（＋）Catechinの1時間当たりの透過率が7.4％，ECが15.4％であると報告されており⁽¹⁰⁾10) A. Faria, D. Pestana, D. Teixeira, P. O. Couraud, I. Romero, B. Weksler, V. de Freitas, N. Mateus & C. Calhau: Food Funct., 2, 39 (2011).，3位の水酸基の立体構造の違いがBBB透過性に大きく影響することが示されている．EGCGはGAが高い透過性を示すことから，分子が大きいにもかかわらずEGCと同程度の透過性を示すのではないかと考えられる⁽⁵⁾5) M. Pervin, K. Unno, A. Nakagawa, Y. Takahashi, K. Iguchi, H. Yamamoto, M. Hoshino, A. Hara, A. Takagaki, F. Nanjo et al.: Biochem. Biophys. Rep., 9, 180 (2017).．一方，EGCにGAを共存させた場合は，単独のときに比べEGCの透過率はかなり低下した．またEGC-M5はEGCGやEGCよりやや高い透過率を示し，抱合体になると透過率がやや低下した⁽¹¹⁾11) K. Unno, M. Pervin, A. Nakagawa, K. Iguchi, A. Hara, A. Takagaki, F. Nanjo, A. Minami & Y. Nakamura: Mol. Nutr. Food Res., 61, 1700294 (2017).．

培養細胞を用いた検討

脳内に取り込まれたカテキン類の作用を検討するため，ヒト神経芽細胞腫のSH-SY5Y細胞にEGCG等を作用させた．その結果50nMで作用させたとき，神経細胞の分化の指標となる神経突起が最も長くなり，神経突起の数も多くなることが見いだされ，その作用はEGCGで最も顕著であった⁽⁵⁾5) M. Pervin, K. Unno, A. Nakagawa, Y. Takahashi, K. Iguchi, H. Yamamoto, M. Hoshino, A. Hara, A. Takagaki, F. Nanjo et al.: Biochem. Biophys. Rep., 9, 180 (2017).（図3図3■カテキンによる培養神経細胞の分化誘導（文献5より））．EGCGに次いでEGC-M5も神経突起を伸ばす作用を示すことが明らかとなった⁽¹¹⁾11) K. Unno, M. Pervin, A. Nakagawa, K. Iguchi, A. Hara, A. Takagaki, F. Nanjo, A. Minami & Y. Nakamura: Mol. Nutr. Food Res., 61, 1700294 (2017).．EGCGのBBB透過率に基づくと，マウスの脳機能に効果が認められたときの脳内のEGCG濃度は50 nM程度になると推測されたことから，マウスの脳内においてEGCGは神経細胞の分化を促しているのではないかと考えられた．

図3■カテキンによる培養神経細胞の分化誘導（文献5より）

脳内の遺伝子発現変化

実際に緑茶カテキンを1カ月間摂取していた2月齢のSAMP10マウスについて海馬での遺伝子発現を，通常の水を摂取していたコントロール群のマウスと比較してみた．その結果，最初期遺伝子と呼ばれる一連の遺伝子の発現が有意に高まっていることが明らかとなった⁽⁴⁾4) K. Unno, M. Pervin, K. Taguchi, T. Konishi & Y. Nakamura: Molecules, 25, 1484 (2020).．たとえばNr4a1（nuclear receptor subfamily 4, group A, member 1），Fos（FBJ osteosarcoma oncogene），Egr1（early growth response 1），Npas4（neuronal PAS domain protein 4），Cyr61（cysteine-rich with EGF-like domain 2）などである．最初期遺伝子は細胞への刺激に応答して速やかに発現が誘導される遺伝子であり，そのmRNAやタンパク質は神経活動の分子マーカーとして広く利用されていることから，緑茶カテキンを摂取していたマウスでは神経活動が若齢時に高まっていたことが示唆された．FosやEgr-1, Npas4はシナプス可塑性に関与すること，Nr4a1はシナプスや樹状突起の分布や密度を調節していること，Cyr61は海馬ニューロンの分枝に必要であることなどがこれまでに報告されている．これら遺伝子の発現は6月齢では緑茶カテキン摂取群でコントロール群より高い傾向が見られたが，12月齢では両群に違いは認められなかった⁽⁴⁾4) K. Unno, M. Pervin, K. Taguchi, T. Konishi & Y. Nakamura: Molecules, 25, 1484 (2020).（図4図4■海馬における最初期遺伝子の発現（文献4より））．神経が発達する若齢時にこれら遺伝子の発現が高まることが重要ではないかと考えられる．では緑茶カテキンがどのようにしてこれら遺伝子の発現を高めているのだろうか？これら最初期遺伝子の転写誘導が生ずる共通の因子として，神経細胞においては細胞外からのカルシウムイオンの流入が考えられている．一方，EGCGは海馬においてカルシウムシグナルを調節することが報告されている⁽¹²⁾12) J.-H. Wang, J. Cheng, C.-R. Li, M. Ye, Z. Ma & F. Cai: Int. J. Mol. Sci., 12, 742 (2011).．これらのことを併せて考えると，海馬内に取り込まれたEGCGは細胞内へのカルシウムの流入を増加させて最初期遺伝子の発現を高め，結果的に加齢時の脳機能の低下を抑制しているのではないかと考えられる．

図4■海馬における最初期遺伝子の発現（文献4より）

EGCGとその代謝分解物の脳に対する作用

経口的に摂取したEGCGは摂取後2～3時間のところではごく少量が小腸から取り込まれ血流を介して脳に至り，海馬内の遺伝子発現を変化させ神経細胞の分化を促進していることが示唆された．その後EGCGは速やかに排泄されてしまうが，8時間以上経つと，EGCGの代謝分解産物であるEGC-M5が大腸から吸収され，血流を介して脳に至り，これも神経細胞の分化を促進するものと考えられる．これまではカテキン類のバイオアベイラビリティは低い（2～8％）と言われていたが，腸での分解物を含めて考えると40％ほどになることが報告されている⁽¹³⁾13) D. D. Rio, L. Calani, C. Cordero, S. Salvatore, N. Pellegrini & F. Brighenti: Nutrition, 26, 1110 (2010).．EGCGとその代謝分解物の脳機能に対する作用が実際どの程度であるかまだ比較することはできないが，EGCGに次いでEGC-M5も神経突起を伸ばす作用を示すことが明らかとなったことから，EGCGとその代謝分解物であるEGC-M5の両方が時間差をもって作用することにより，加齢に伴う脳機能の低下を抑制しているのではないかと考えられる．実際に，カテキン類に共通した代謝分解物として5-hydroxyphenyl-γ-valerolactone-sulfateが実験動物の脳内で見いだされたことが報告されており⁽¹⁴⁾14) D. Angelino, D. Carregosa, C. Domenech-Coca, M. Savi, I. Figueira, N. Brindani, S. Jang, S. Lakshman, A. Molokin, J. F. Urban Jr. et al.: Nutrients, 11, 2678 (2019).，カテキン類（Flavan-3-ols）に共通した代謝分解産物としてphenyl-γ-valerolactoneやphenylvaleric acidsの重要性が指摘されている⁽¹⁵⁾15) P. Mena, L. Bresciani, N. Brindani, I. A. Ludwig, G. Pereira-Caro, D. Angelino, R. Llorach, L. Calani, F. Brighenti, M. N. Clifford et al.: Nat. Prod. Rep., 36, 714 (2019).．カテキン代謝物の作用については，ここで示した神経細胞に対する作用以外に血圧⁽¹⁶⁾16) A. Takagaki & F. Nanjo: J. Agric. Food Chem., 63, 8262 (2015).，免疫能⁽¹⁷⁾17) Y. H. Kim, Y.-S. Won, X. Yang, M. Kumazoe, S. Yamashita, A. Hara, A. Takagaki, K. Goto, F. Nanjo & H. Tachibana: J. Agric. Food Chem., 64, 3591 (2016).，糖代謝⁽¹⁸⁾18) A. Takagaki, Y. Yoshioka, Y. Yamashita, T. Nagano, M. Ikeda, A. Hara-Terawaki, R. Seto & H. Ashida: Biol. Pharm. Bull., 42, 212 (2019).などで重要な作用を及ぼしていることがこれまでに報告されており，今後さらにその生理作用が明らかになってくるものと期待される．

一方，カテキン類のバイオアベイラビリティには個人差が大きいことも報告されている⁽¹³⁾13) D. D. Rio, L. Calani, C. Cordero, S. Salvatore, N. Pellegrini & F. Brighenti: Nutrition, 26, 1110 (2010).．腸内細菌の組成には個人差が大きいことから，腸内細菌叢の違いがカテキンの吸収・代謝に大きく影響を及ぼすとともに，カテキンを連続的に摂取することにより腸内細菌叢の組成も変化すると考えられる．緑茶の脳機能に対する作用を明らかにするためには，代謝分解物を含めたカテキンの作用についてさらに検討する必要があると考えられる．