抗菌に優れたクランベリーの研究

クランベリー(vacinium macrocarpon)はツツジ科の植物。北半球の温帯から寒帯の酸性湿地や砂質土壌で生育し、現在は主に米国東部と北東部、カナダの大部分で栽培されています[1]。クランベリーは長さ2 - 5cmの楕円形の果実です。赤い皮の下の肉は、白色から暗赤色の範囲で、わずかに甘く、ピリッとした味を持っています[2]。クランベリーは、栄養素、繊維、有機酸、ポリフェノールの貴重な供給源です。消化器の健康維持や抗酸化作用など多くの機能を持つため、消費者に人気があります。

クランベリーからは、多くの生理活性植物化合物が抽出され、様々な健康効果が確認されています。これらの抽出物の抗酸化特性は、腫瘍に対して有効であり、心血管疾患を予防し、老化プロセスを遅らせる[3]。研究はまた、クランベリーの生物活性成分が抗菌特性を有することを発見した。クランベリーは、泌尿器系の細菌感染を防ぐことで、尿路感染症(utis)を効果的に予防することができ[4]、utisを予防するためにクランベリーエキスを主成分とした健康製品がすでに市場に出ています。ヘリコバクター・ピロリ菌によって引き起こされる消化性潰瘍は、ヒトの胃の健康に深刻な影響を与え、クランベリー抽出物は、ヘリコバクター・ピロリ菌を阻害することが示されています[5]。

研究者[6]また、クランベリー抽出物は、酸産生、接着およびストレプトコッカス・ミュータンによるバイオフィルム形成を阻害し、口腔疾患(虫歯および歯歯炎を含む)を減少させる潜在的な利点を有することを発見した。h7、リステリア・モノサイトゲネスおよびいくつかの他のグラム陰性およびグラム陽性細菌:さらに、外国の研究[7]は、クランベリー中の生理活性物質が、大腸菌o157を含む食品由来の病原体に阻害効果を有することを示しています。これは、クランベリー製品が、天然の抗菌物質として、また、人の健康を改善する機能性食品として利用できる可能性があることを示しています。本論文の目的は、クランベリーの植物化学的組成とその抗菌作用メカニズムに関する国内外の最近の研究進捗状況をレビューし、クランベリー産業の詳細な発展のための参照基盤を提供することです。

1クランベリー内の植物化学物質

フィトケミカル(phytochemicals)は、植物に天然に存在する化合物である。それらは、植物起源の非栄養素、天然に存在する、生物学的に活性な化合物として定義されています[8]。植物化学物質は、その化学構造と特性に基づいて、炭水化物、脂質、テルペン、フェノール酸、アルカロイドおよびその他の窒素を含む代謝物を含む6つのカテゴリーに分類することができます[9]。クランベリーは「スーパーフルーツ」として知られています。ほとんどの果物と同様に、クランベリーは水分が多く、カロリーが低く、繊維質が多く、ビタミンやミネラルが豊富な栄養特性を持っています[3]。さらに、クランベリーは、ポリフェノール、有機酸、テルペン、および複合炭水化物を含む多くの生理活性化合物に富んでいます[10]。

クランベリーに含まれる有機酸とポリフェノール化合物は、抗菌性と健康上の利点を与える主要な成分です。クランベリージュースに含まれる主な不揮発性有機酸は、キナ酸、クエン酸、リンゴ酸、シュウ酸である。このため、クランベリーは果実のphが2.5程度と非常に低い[11-12]。果物に含まれるほとんどの有機酸はカルボキシル基(- cooh)を持っているため、酸性になります。酸味を与えることに加えて、果物の味、色、香りはすべて有機酸に関連しています。また、低phはほとんどの病原性細菌の増殖を阻害する。尿路感染症の実験的なマウスモデルでは、クランベリージュース中の有機酸が、併用によって膀胱内の細菌濃度を低下させることによって、尿路感染症を予防できることが明らかになった[13]。

クランベリーに豊富に含まれ、その生物活性のために研究されている植物化合物のクラスはポリフェノールである。クランベリーに抗酸化、抗菌、抗接着、抗炎症特性を与える主な物質です。基本構造は水酸基(- oh)を持つ芳香族環である。クランベリーは、ユニークで豊富なポリフェノールの供給源であることが知られている。それらの総フェノール含有量は、米国の食事で一般的に消費される20の果物の中で最も高い[14]。それらが含む主なポリフェノールは、アントシアニン、タンニン(エラギタンニンおよびプロアントシアニジン)、および多数のフラボノイド(フラボノールおよびフラバン-3-オール)である[15]。

アントシアニンはクランベリーの化学成分であり、強い抗酸化活性を持つため、最も研究されている。アントシアニンはクランベリーの赤色の主な原因でもあり、クランベリーに抗菌活性を与える主要な物質の1つであることがいくつかの研究で明らかになっている[16]。

クランベリー中のフラボノールの大部分は、グリコシル化されたケルセチン、ミリセチン、およびケンフェロールであり、高濃度のフラボノールまたはフラバン-3-オールもプロアントシアニジンポリマーのモノマーである[15]。プロアントシアニジンはクランベリーの主要なポリフェノール化合物であり、全フェノール含量の約63%から71%を占めている[17]。さらに、クランベリー中のプロアントシアニジンは、抗酸化、抗菌、抗接着、抗炎症作用を持つことが多くの研究で明らかにされている。

図1[18]に示すように、通常は重合してプロアントシアニジンを形成するフラバン-3-olモノマー間の結合はb型である。つまり、「上部」と「下部」モノマーの間には1つのc-c結合しかない。しかし、フラバン-3-olの「上」と「下」のモノマーがc-c結合に加えてエーテル結合によって接続される、凝縮されたタンニンでは、別の接続モード(a型)が知られている。プロアントシアニジンbと比較して、プロアントシアニジンaは非常に希少である。クランベリーは他の果実と比較してプロアントシアニジンaに特異的に富んでおり、uplc-im-hrmsの結果から、クランベリーのプロアントシアニジンaがプロアントシアニジンaを支配していることが示された[19-20]。以前の研究[19]では、プロアントシアニジンaが泌尿器病原性大腸菌の成長を阻害する主要な生理活性物質であることが明らかになった。

2. クランベリーの抗菌作用とそのメカニズム

2.1. 病原性大腸菌(escherichiのcoli)とも呼ばれる

尿路感染症(uti)はヒトにおいて最も一般的な細菌感染症の1つであり、utiの70 ~ 90%は、尿路に対する病原性の大腸菌が原因である[21]。クランベリーは広くutisを防ぐために推奨され、これらの感染症の症状を軽減すると言われています。

尿路に対して病原性を持つ大腸菌は、p-fimbriae、1型fimbriae、溶血素など、感染の発症に寄与するいくつかの病原性因子を含んでいる。腎臓および尿路のほとんどの細菌感染は緑膿菌と関連している[22-23]。p fimbriae構造の末端にあるpapgアドヘシンは、尿路上皮細胞上の受容体に結合して炎症を引き起こす。クランベリー中の植物化合物、特にプロアントシアニジンaオリゴマーは、良好な抗接着化合物であることが実験で示されている。liuらは、熱力学的手法を用いて、クランベリージュースが緑膿菌の尿上皮細胞の受容体とのリガンド-受容体結合を形成する能力を阻害し、緑膿菌の鞭毛の長さを圧縮し、それによって尿上皮細胞への接着を減少させることを見いだした[24]。

mathisonら[25]も電子顕微鏡を用いてこの結論を確認し、クランベリーからのプロアントシアニジン抽出物を用いた治療によって、大腸菌の泌尿器上皮細胞への接着が有意に減少することを見出した。プロアントシアニジンに加えて、カテコール、安息香酸、バニル酸、フェニル酢酸、3,4-ジヒドロキシフェニル酢酸などの低分子量フェノールやフェノール酸も、尿路病原性大腸菌に対してでvitroで抗接着効果を有することが報告されている[21]。

現在のほとんどの研究の結果[23- 25]は、クランベリージュースおよびクランベリー抽出物は、泌尿器病原性大腸菌の接着を減少させることによって、尿路感染症を予防することを示している。しかし、いくつかの研究[4]では、炎症カスケード、すなわち細菌の浸潤に対する免疫反応を阻害することによって、尿路感染症に関連する症状を軽減することも示されている。

尿路感染症のマウスモデルを用いた研究[13]では、新鮮なクランベリージュースを飲んだマウスの膀胱内細菌数が減少し、クランベリージュースとその有機酸の組み合わせによる抗菌効果が実証された。クランベリーにはキナ酸が豊富に含まれており、このキナ酸は代謝されて強力な抗菌剤であるヒプリー酸になります[26]。また、phの変化により、フェノール類の代謝は有機酸の影響を受けやすい。したがって、クランベリーのポリフェノールと有機酸は、尿路感染症を予防するために相乗的に使用することができます。

2.2抗ヘリコバクターピロリ菌とそのメカニズム

ヘリコバクター・ピロリ感染は、消化性潰瘍、胃炎、胃癌の原因となっている[27]。ヘリコバクター・ピロリ(helicobacter pylori)はグラム陰性の螺旋状の細菌で、ヒトの胃や十二腸で増殖する。この酵素は尿素をアンモニアに変換することで胃酸を中和し、胃酸から守られた胃の中でピロリ菌を生存させる[28]。

liらは、h . pylori陽性成人を対象とした無作為化二重盲検プラセボ対照試験において、プロアントシアニジンを豊富に含むクランベリージュースの毎日の摂取がh . pyloriに対する阻害効果を高める可能性があることを明らかにした。クランベリーに含まれる植物化学物質は、胃へのヘリコバクターピロリ菌の接着を阻害する[29];ポリフェノールの抗酸化活性は、h . pylori誘発性胃炎の症状を遅らせることができます[30];松島ら[30]は、走査型電子顕微鏡を用いた形態学的研究を行い、クランベリーが球状になるよう誘導することで、ピロリ菌の増殖を抑制できることを発見した。また、ポリフェノール類は、腸内細菌の増殖や生存を促進することで、ヘリコバクターピロリ菌などの病原性細菌の増殖を抑制し、プレバイオティクス効果を発揮します[31]。

2.3抗口腔細菌とそのメカニズム

近年、クランベリーの生理活性成分が歯科研究者の注目を集めており、クランベリージュース成分が口腔疾患の軽減に役立つ可能性があることが発見されている。プラークは細菌、細胞、タンパク質、酵素からなる口腔バイオフィルムであり、虫歯、歯肉炎、歯周炎などの口腔疾患の主な原因因子である[32]。このうち、streptococcus mutansやstreptococcus sanguinisなどの細菌がう蝕と関連していることが多い。それらは経口バイオフィルムに付着し、表面に広がることでマイクロコロニーを形成することができる[6]。 

クランベリー抽出物を補充したうがい薬を用いた臨床試験[33]では、レンサ球菌に対する阻害効果は、グルコン酸クロルヘキシジンを含む現在の標準的なうがい薬の阻害効果と有意に変わらないことが示された。クランベリー中のプロアントシアニジンa型二量体およびオリゴマーは、酸産生、酸耐性および連鎖球菌変異体の代謝機能を阻害し、それによってバイオフィルムの形成を減少させることにより、う蝕の発生を抑制することができる。

sanchezら[34]はまた、クランベリーに含まれるポリフェノールが、バイオフィルムを形成することができる歯周病原菌に対して一定の抑制効果を持ち、細菌の接着を阻害することによってバイオフィルムの形成を抑制できることを発見した。クランベリージュースは、口腔内細菌や抗バイオフィルム形成に対する抗粘着性を有するため、口腔の健康改善に推奨されています。 

2.4抗食品媒介性病原体とそのメカニズム

食品媒介性疾患は、人間の健康に対する大きな脅威である。原因物質は非常に多様で、ほとんどが細菌または細菌が産生する毒素によって引き起こされます。患者の症状には、下痢、嘔吐、発熱、胃腸炎があり、重篤な場合には敗血症、脱水症状、さらには死亡までみられます[35]。ここ数年、国内外で微生物による食品安全事故が相次いでおり、人の健康に深刻な被害を与えているだけでなく、莫大な経済的損失をもたらしている。

研究[36]によると、クランベリーの低phとその生理活性フェノール化合物は、いずれも細菌を抑制する効果がある。クランベリーに含まれる有機酸、特にキニン酸、リンゴ酸、クエン酸は浸透圧を引き起こし、細菌の細胞膜の構成要素に亜致死的な損傷を与える。lacombeら[16]は、アントシアニン、フラボノール、プロアントシアニジンなどのクランベリーに含まれるフェノール化合物が、細菌の細胞壁、細胞膜、細胞内マトリックスの構造的完全性を破壊することによって殺菌効果を達成できることを発見した。さらに、プロアントシアニジンは細菌の膜リポ多糖に結合し、細菌の外膜を弱め、膜の透過性と流動性を変化させて細胞溶解を誘導する。

一方、プロバイオティクスは、人の健康に有益な細菌として、食事中にダメージを受けないことが期待され、日常の食事にサプリメントとして添加されることも多い。クランベリーに含まれるポリフェノール類は、一般的な食品媒介病原体に対して抗菌作用を持つが、同時に乳酸菌やビフィズス菌などのプロバイオティクスの生存にはほとんど影響しないことが海外の研究[37]から指摘されている。これは、プロバイオティクスが、プロトン・イオノフォア誘導酸化ストレス機構、有毒酸素のタイムリーな除去、エネルギー伝達システムによる高い膜流動性など、極限環境下でのいくつかの防御戦略を持っているためである。さらに、ある研究[38]は、腸外病原性大腸菌の侵入を減少させるために、クランベリー中のプロアントシアニジンと細胞培養モデル中のプロバイオティクスとの潜在的な相乗効果があることを指摘した。

3結論

食品と人体を病原体から保護することは非常に必要です。現在、人々は多くの場合、品質を向上させ、保存期間を延長するために、食品に抗菌性化合物を追加する方法だけでなく、微生物の損傷と戦うために人体内の抗生物質の使用を使用しています。しかし、社会の関心が高まって、栄养と食品安全、自然、消費者、安全な食品のものが人気で増大させる一方、不正や抗生剤を服用しすぎた時の人工防腐剤剤の残滓が、そのを招きかね物議をかもしのantimicrobial-resistant細菌が続出した。したがって、抗菌活性を持つ天然物質を見つけることは非常に有意義です。現在の研究では、クランベリーとその製品は、ヒトの尿路、胃、口腔および腸の健康に有益な機能性食品として使用する可能性があることが示されています。彼らの植物化合物は、抗菌薬や天然防腐剤に使用することができ、今後より多くの研究が必要です。

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