ネコのマタタビ反応とイリドイド化合物について

ネコがマタタビやキャットニップなどの植物を大好物とすることは世界中で知られている．ネコにマタタビやキャットニップを与えると，舐める，噛む，顔を擦り付ける，そして地面にごろごろ転がる，といった特徴的な一連の反応が観察できる（図1図1■ネコのマタタビ反応の様子）．日本ではこのネコのマタタビ反応は古くから知られていたようで，300年以上前の農業指南書「菜譜」に「またたび，猫このんで食す」と記されている．また江戸時代に月岡芳年が描いた浮世絵「猫鼠合戦」にはマタタビでネコを酔わせ腰砕けにしているネズミの様子が描かれている．ネコのキャットニップに対する反応も250年前にイギリスの植物学者により報告されている．これらの植物からネコに特異な反応を引き起こす活性物質を探索する試みは，国内外で1950年代から60年代にかけて盛んに行われていた．日本では天然物化学の第一人者，目武雄（さかんたけお）博士らによってマタタビから，アクチニジンとイリドミルメシン，イソイリドミルメシン，ジヒドロネペタラクトン，イソジヒドロネペタラクトンなど「マタタビラクトン」と称された複数のイリドイド化合物（図2図2■マタタビやキャットニップに含まれるネコに特異な反応を誘起する活性物質の化学構造）が同定された^(3～5)3) 村井不二男：日本化學雜誌，81, 1324 (1960).4) 目　武雄：化学教育，24 (1964).5) 目　武雄，藤野　明，村井不二男，鈴井明男，仏願保男：天然有機化合物討論会講演要旨集，3, 219 (1959).．同時期に海外ではキャットニップからやはりイリドイド化合物の一つであるネペタラクトンが活性物質として同定された⁽⁶⁾6) J. Meinwald: J. Am. Chem. Soc., 76, 4571 (1954).．マタタビやキャットニップに対する特異な反応は，ヒョウやライオンなどネコ以外のネコ科動物にも見られる^{(7, 8)}7) J. O. Hill, E. J. Pavlik, G. L. Smith III, G. M. Burghardt & P. B. Coulson: J. Chem. Ecol., 2, 239 (1976).8) S. Bol, J. Caspers, L. Buckingham, G. D. Anderson-Shelton, C. Ridgway, C. A. Buffington, S. Schulz & E. M. Bunnik: BMC Vet. Res., 13, 70 (2017).．一方，マタタビ反応は顕性遺伝して，約3割のネコはマタタビやキャットニップに反応しないことも知られている^{(8, 9)}8) S. Bol, J. Caspers, L. Buckingham, G. D. Anderson-Shelton, C. Ridgway, C. A. Buffington, S. Schulz & E. M. Bunnik: BMC Vet. Res., 13, 70 (2017).9) N. B. Todd: J. Hered., 53, 54 (1962).．しかしなぜネコ科動物だけがイリドイド化合物を含む植物に特異な反応を示すのか，マタタビ反応の生物学的な意義や発動の仕組みについては全くわかっていなかった．そこで筆者らは，ネコのマタタビ反応に関するこれらの謎を解明したいと考え以下の研究を行った．

図1■ネコのマタタビ反応の様子

ネコは，マタタビを見つけると，葉や枝を舐めたり，噛んだり，葉に顔を擦り付けたり，地面に転がったりする．同様の反応は，ヒョウやジャガーなどネコ科動物全般にみられる．私たちはネペタラクトールにより誘起されるマタタビ反応が，実は蚊の忌避活性も有するネペタラクトールを体に擦り付ける行動であったことを明らかにした．

図2■マタタビやキャットニップに含まれるネコに特異な反応を誘起する活性物質の化学構造

これらの化合物は，イリドイド化合物と呼ばれる．

マタタビから新たな活性物質「ネペタラクトール」の発見

目博士らの報告には，複数のイリドイド化合物のうち，どの物質が最も強力な活性を示すか明確に記されていなかったため，私達は，まずネコにマタタビ反応を誘起する活性物質の再検証から研究をスタートさせた．マタタビ葉からクロロホルムとメタノールを使って全脂質を抽出し，それをまず順相系の液体クロマトグラフィーで分画して，各画分をネコに嗅がせてマタタビ反応を誘起させる成分を含む画分を探索した．その結果，2つの画分にマタタビ反応を誘起する活性を認めたが，興味深いことにマタタビラクトン類が含まれていた画分よりもそれらを含んでいない画分のほうが，マタタビ反応を誘起する時間が長いことがわかった．そこでこのマタタビラクトンを含まない画分には過去に報告のない強力な活性物質が含まれていると考え，逆相系のカラムを用いた液体クロマトグラフィーで未知のマタタビ活性物質の精製を進めた．その結果，最終的に過去の研究で報告のなかった「ネペタラクトール」というやはりイリドイド化合物が，マタタビラクトンを含まない活性画分に含まれていたことを見いだした．化学合成したネペタラクトールを染み込ませたろ紙をネコに提示すると，ネコはろ紙に対してしきりに顔や頭を擦り付け，床にごろごろ転がる典型的なマタタビ反応を示した（図3図3■ネペタラクトールに対するネコの反応と葉に含まれる含量）．そこで次にネペタラクトールのネコに対する反応を誘起する時間をほかのイリドイド化合物と比較してみた．その結果，ネペタラクトールとキャットニップに含まれるネペタラクトンは，ほかのイリドイド化合物よりも長く顔の擦り付けや地面に転がる反応を引き起こすことが明らかになった．さらにマタタビ葉に含まれるネペタラクトールの含量（20.7 µg/g湿重量）は，ほかのイリドイド化合物の含量の10倍以上であることもわかった．大阪の天王寺動物園と神戸市立王子動物園の協力のもと，ジャガー，アムールヒョウ，シベリアオオヤマネコなどのネコ科動物にもネペタラクトールを提示してみたところ，これらのネコ科動物もネペタラクトールを嗅いだ後に顔を擦り付け地面に転がるマタタビ反応を示した．以上の結果，本研究の一つ目の大きな成果として，ネコ科動物に作用してマタタビ反応を誘発する重要な活性物質は，ネペタラクトールという過去の研究で報告のなかったイリドイド化合物であることが明らかになった．

図3■ネペタラクトールに対するネコの反応と葉に含まれる含量

ネペタラクトールを染み込ませたろ紙（赤矢印）を床，壁，天井のどこに提示してもネコは，顔を擦り付ける．この行動により，ネコは蚊の忌避活性を有するネペタラクトールを被毛に付着させることができる．右の円グラフは，ネペタラクトールとアクチニジン，マタタビラクトンの葉に含まれる含有比を示している．葉1gに含まれるこれらの化合物の総量は，約37 µgだった．なおネペタラクトールに反応した12匹のネコのうちアクチニジンに反応したものは1匹のみだった．

µオピオイド系の活性化によるマタタビ反応の発動

ネコのマタタビ反応は，ごろごろ転がるその様子からネコが陶酔して起こしている反応であると考えられていた^{(10, 11)}10) R. C. Hatch: Am. J. Vet. Res., 33, 143 (1972).11) L. T. Espin-Iturbe, B. A. Lopez Yanez, A. Carrasco Garcia, R. Canseco-Sedano, M. Vazquez-Hernandez & G. A. Coria-Avila: Behav. Processes, 142, 110 (2017).．そこで私たちは，化学合成したネペタラクトールを使ってマタタビ反応中のネコの脳内状態を調べた．具体的には，ヒトで多幸感にかかわることが知られている神経系の一種であるµオピオイド系⁽¹²⁾12) I. Roth-Deri, T. Green-Sadan & G. Yadid: Prog. Neurobiol., 86, 1 (2008).がネコのマタタビ反応に関与しているか検証した．まずネペタラクトールをネコに提示してマタタビ反応を誘起させ，ELISAでµオピオイド系を活性化させる脳内神経伝達物質「βエンドルフィン」の血中濃度の変動を調べた．その結果，マタタビ反応後に血中βエンドルフィン濃度が有意に上昇することがわかり，反応中のネコの脳内でµオピオイド系が機能している可能性が強く示唆された．そこで次にµオピオイド受容体の拮抗薬であるナロキソンを筋肉注射した後にネペタラクトールを提示して，マタタビ反応の有無を調べた．その結果，ナロキソンを投与されたネコは，ネペタラクトールのにおいを嗅いだり舐めたりはしたが，マタタビ反応で典型的な擦り付けや転がる反応が抑制されることがわかった．以上の結果，本研究の2つ目の大きな成果として，マタタビ反応するネコはヒトでは多幸感や鎮痛にかかわる神経系であるµオピオイド系が活性化されており，この活性化がマタタビ反応の発動に重要であることを初めて明らかにできた（図4図4■マタタビ反応の誘起にµオピオイド系が機能する）．

図4■マタタビ反応の誘起にµオピオイド系が機能する

ネペタラクトールに反応5分後（Post）のネコの血中βエンドルフィン濃度は，ネペタラクトール提示5分前（Pre）に比べて著しく上昇した．一方，ネペタラクトールを嗅がせていないネコを同じタイミングで採血して血中βエンドルフィン濃度を調べると，同様の変動は認められなかった．点の色が同じものは，同じ個体を意味する．またマタタビ反応は，µオピオイド受容体の拮抗薬であるナロキソン投与で抑制されることもわかった．

蚊の化学防御に重要なネコのマタタビ反応

ネコと大型ネコ科動物は，約1,000万年前に生物種が分かれてそれぞれ独自に進化したことから⁽¹³⁾13) W. E. Johnson, E. Eizirik, J. Pecon-Slattery, W. J. Murphy, A. Antunes, E. Teeling & S. J. O’Brien: Science, 311, 73 (2006).，マタタビ反応は1,000万年以上前のネコ科動物の祖先がすでに獲得していたものであると推測した．つまりマタタビ反応は，単にネコが陶酔して起こしている反応ではなく，彼らの生存にかかわる何らかの重要な機能をもっていたため，1,000万年以上もの間，さまざまなネコ科動物で代々引き継がれてきた本能行動であると考えた．そこで私たちは，ネコのマタタビ反応の舐める，噛む，頬や頭を擦り付ける，地面にごろごろ転がる反応の中でどの行動が一番重要であるか明らかにするために，ネペタラクトールを染み込ませたろ紙を床以外の壁や天井などに提示してネコの反応を調べた．この実験により，もしネコが床に貼られたネペタラクトールのろ紙を嗅いで多幸を得た結果，地面にごろごろ転がるのなら，壁や天井に貼られたネペタラクトールのろ紙を嗅いだ後も同様に地面に転がる反応が見られると考えらる．一方，擦り付け反応が重要であるのなら壁や天井に貼られたネペタラクトールのろ紙を嗅いだ後に地面を転がる反応は消失するだろうと予想された．実験の結果，ネコは壁や天井に提示されたネペタラクトールを含んだろ紙に対しても顔や頭を何度も擦り付けたが，床に提示したときに特徴的であったごろごろ転がる反応を示さないことがわかった（図5図5■マタタビ反応は蚊の化学防御に重要である）．またネペタラクトールによってマタタビ反応を示したネコの顔や頭の被毛には，ネペタラクトールが付着していることもネコによる行動試験で確認できた．これらの結果より，マタタビ反応で一番重要な行動は，ネペタラクトールを顔や頭に擦り付ける行動であることが明らかになった．そこでネペタラクトールに何か別の生物活性があるのではないかと考え，イリドイド化合物に関するさまざまな文献を検索した．その過程で，キャットニップから放出されるネペタラクトンに蚊の忌避活性があるという報告を見つけることができた^{(14, 15)}14) J. Zhu, D. R. Berkebile, C. Dunlap, A. Zhang, D. Boxler, K. Tangtrakulwanich, R. Behle, F. Baxendale & G. Brewer: Med. Vet. Entomol., 26, 131 (2012).15) W. Reichert, J. Ejercito, T. Guda, X. Dong, Q. Wu, A. Ray & J. E. Simon: Sci. Rep., 9, 1524 (2019).．そこで日本で代表的な蚊の一種ヒトスジシマカを使いネペタラクトールやマタタビに対する活性を調べてみると，ネペタラクトールやマタタビの葉にも蚊を忌避する強力な活性が認められた．さらにマタタビ反応したネコが本当に蚊に刺されにくくなるか実証実験を行った．まずネコに麻酔をかけ，顔や頭にネペタラクトールのエタノール溶液を，対照のネコにはエタノールのみを塗布した．風乾後，ネコ2匹の頭部を蚊が入ったケージに入れ，10分間に頭にとまる蚊の数を数えた．その結果，ネペタラクトールを塗布したネコにとまる蚊の数はエタノールを塗布したネコにとまった蚊の数に比べ半減することがわかった．これをうけ，より自然の条件に近いマタタビ葉に反応したネコで同様の試験を行ってみた．マタタビの葉に擦り付け反応を行ったネコと何も処置しなかったネコを麻酔した後，蚊の入ったケージに入れたところ，マタタビ反応したネコにとまった蚊の数は，無処置のネコに比べて半減する結果が得られた．以上の結果，本研究の3つ目の大きな成果として，ネコのマタタビ反応は，蚊の忌避活性を有する植物成分ネペタラクトールを体に擦り付けるために重要な行動であり，これによりフィラリアなど寄生虫やウイルスなどを媒介する蚊から身を守れることが明らかになった．

図5■マタタビ反応は蚊の化学防御に重要である

マタタビの葉に反応したネコと無処置のネコに麻酔をかけて蚊の入ったケージに入れると，頭にとまる蚊の数は，マタタビ反応で半減し，この結果より，ネコはマタタビ反応で蚊から身を守れることがわかった．

おわりに

私たちの研究で，これまでネコが単にマタタビに陶酔して地面に転がり回ると考えられていたマタタビ反応に，蚊を忌避する重要な機能が隠されていたことが明らかになった．マタタビ反応は，ネコが学習して獲得する行動ではなく，ネコに生得的に備わった本能行動の一つである．よって，ネコは蚊の忌避効果を期待してマタタビ葉に体を擦り付けているのではなく，ネペタラクトールを嗅ぐとネコの意思とは関係なく葉に体を擦り付ける反応が発動し，その結果被毛にネペタラクトールが付着することでネペタラクトールのにおいを嫌う蚊がネコに寄り付かなくなると考えている．

しかしここで，なぜネコ科動物だけがイリドイド化合物を放出する植物を使って蚊を化学防御する術を獲得したか，という新たな謎が生じた．なぜなら蚊による伝染病などの感染被害は，ネコ科動物だけではなく，私たちヒトやイヌも同じだからである．私たちは，完全肉食動物である多くのネコ科動物に特徴的な狩りの形態が，マタタビ反応の種特異性の原因に関係しているかもしれないと考えている．ネコ科動物は狩りの間，蚊をはじめさまざまな昆虫が生息している茂みにじっと潜んで獲物を捕る機会を狙う．このような狩りの間，偶然蚊の忌避活性を有する植物に体を擦りつけたネコ科動物が，蚊に刺されにくくなるという利益を得たことがきっかけだったかもしれない．蚊はさまざまな伝染病を媒介する危険な昆虫であるため，蚊の化学防御の利益は，ネコ科動物の生存に大きく影響したかもしれない．そして，進化の過程で蚊の忌避活性を有するマタタビやキャットニップを見つけ出す特異な嗅覚受容体やイリドイド化合物の嗅覚受容を介したµオピオイド系の活性化機構など，一連の仕組みが遺伝子の中に取り込まれたのかもしれない．

本研究により，300年以上も謎であったネコのマタタビ反応の生物学的な意義について解明することができた．たいへん興味深いことに，私たちの論文発表から約1カ月後には，蚊のネペタラクトンに対する受容体が，温度感受性Transient Receptor Potential（TRP）チャネルA1であり，TRPA1の遺伝子欠損ショウジョウバエは，ネペタラクトンに対して忌避反応を示さなくなることが報告された⁽¹⁶⁾16) N. Melo, M. Capek, O. M. Arenas, A. Afify, A. Yilmaz, C. J. Potter, P. J. Laminette, A. Para, M. Gallio & M. C. Stensmyr: Curr. Biol., 31, 1988 (2021).．ヒトのような哺乳動物のTRPA1はネペタラクトンに応答しないことも報告されており，ネコのTRPA1はマタタビ活性物質の標的分子ではなさそうである．私たちは，引き続きなぜネコ科動物だけが，マタタビやキャットニップに反応する術を獲得して蚊から化学防御できるようになったのか，マタタビやキャットニップに対する特異な反応を可能にする遺伝子を特定し，ネコ科動物がマタタビ・キャットニップ反応を示すに至った進化過程を考察したいと考えている．また将来的にネペタラクトールを活用した蚊の新たな忌避剤の開発も行い，人類の大敵である蚊の化学防御に新たな手法を提案したいと考えている．