マリーゴールドの花からルテインの利点は何ですか?

ルテイン is a naturally occurring carotenoid that filters blue light and prevents retinal damage. Studies have shown that lutein is not only found in macular pigment, but is also widely distributed in various parts of the brain, accounting for 59% of the total carotenoids in the brain, and its concentration is positively correlated with brain development in infants and cognitive function in the elderly [1]. Preterm infants, due to their early birth, lose the opportunity to continue to obtain maternal lutein during the last few weeks of pregnancy and after birth, resulting in significantly lower lutein concentrations in the brain of preterm infants [2].

研究によると、早産児のルテイン濃度は早産児よりも有意に低く、これが神経発達障害の原因である可能性があります。妊娠後期におけるルテイン濃度の増加は、中枢神経系の発達の促進と関連している[3]。これとは対照的に、早期のルテイン濃度の低さは、神経発達障害、網膜色素上皮の成熟、神経組織における酸化ストレスのリスク増加と関連している[4]。これは、ルテインが選択的に脳内に蓄積することを示しており[5]、一方で、ルテインが脳の機能や発達に果たす潜在的な役割を示唆している。視神経細胞および脳神経細胞におけるルテインの代謝と機能はよく分かっていない[6]。本研究では、lutein&の研究進捗状況を概観する#その広いアプリケーションのための科学的根拠を提供するために、海外39の生物学的活性と機能。

1 .ルテインの生物活性

ルテインはカロテノイドに属し、植物でしか合成できない。マリーゴールド、ほうれん草、ニンジンなどの濃い緑色の葉物野菜が豊富です。食事中のルテイン(ルテインおよびゼキサンチン)の93%が遊離ルテインであると推定されているが、エステル化されているのは7%のみである[7 7]。エステル化ルテインと遊離ルテインの生物学的利用能の比較分析によると、ヒトの消化器系は遊離ルテインをよりよく吸収し、遊離ルテインを補充すると血清ルテイン値がより高くなることが示されている[9]。したがって、遊離ルテインと比較して、同じ血清ルテイン値を達成するためには、エステル化ルテインをより多く消費する必要があります。

しかし、遊離ルテインおよびエステル化ルテインの摂取後のニワトリの血漿ルテイン濃度には有意な差は認められず[10 - 11]、これは異なる種で代謝される酵素の違いに関係している可能性がある。他の栄養素はまた、体を促進することができます's absorption of lutein. For example, when used in combination with phospholipids, lutein absorption levels can be increased. In a study comparing the absorption efficiency of lutein phospholipid and lutein ester, it was found that after taking lutein capsules containing phospholipids for 10 days, adult plasma lutein levels were significantly increased (about 6 times higher) [12]. This result also explains the high availability of lutein in egg yolk, where lutein may be esterified with phospholipids. However, there is currently no comparison of the biological activity of phospholipidized lutein and free lutein.

ルテインの摂取量の違いが体内のルテイン濃度の違いの原因かもしれない。ルテインは母乳中で最も豊富なカロテノイドであり、母乳中のルテインの生物学的利用能は乳児用粉ミルクよりも高い[13]。この違いは、母の品質などの要因に起因する可能性があります&#間接的に母乳の栄養素組成に影響を与える39;の食品、脂肪摂取量、栄養素間の相互作用[14 - 16]。

The bioavailability of lutein is also related to the method of supplementation. A study of the availability of lutein in breast milk and formula feeding in rhesus monkeys (primate mammals) showed that at 6 months of age, compared to the formula group without lutein, the lutein concentration in the blood and all tissues of the formula-fed monkeys supplemented with lutein increased, with the highest concentration in the occipital cortex; however, the lutein concentration in the blood, all brain tissues, the macula and retina, adipose tissue, liver, and other tissues of the breast-fed monkeys was higher than that in the lutein-supplemented formula group, indicating that the bioavailability of lutein in breast milk is the highest [17]. The bioavailability of lutein may also be affected by the level of lutein transport protein in the blood plasma – high-density lipoprotein (HDL). Connor ら[18] found that feeding chickens deficient in HDL apolipoprotein with a high lutein dietresulted in almost no change in lutein levels in the blood plasma and retina, while lutein levels in the control group of chickens increased significantly. Further studies on the transport of lutein in the blood of patients with age-related macular degeneration and normal people found that 52% of the lutein in the blood plasma is transported by HDL and 22% by LDL, and that the transport of carotenoids by HDL and LDL is independent of the presence or absence of macular degeneration.

2体内のルテイン代謝

After being transported to the target area by carriers such as HDL, lutein binds to the acute regulatory domain protein StARD3 produced by retinoids and then enters the cell to exert its function [19⁃21]. In addition, as a member of the carotenoid family, lutein can also be metabolized and broken down by β-carotene oxygenase (BCO). BCO can cleave carotenoids by symmetric and asymmetric decomposition to produce retinal, which can further catalyze the production of the well-known differentiation inducer RA. Among them, BCO1 performs symmetric cleavage at the middle position of the carotenoid, while BCO2 performs the asymmetric cleavage. BCO1 can metabolize β-carotene to produce retinal at a rate of 197 nmol/mg BCO1/h, but the rate of BCO1 cleaving lutein is zero [22]. BCO2 is mainly responsible for the metabolism of lutein. Surface affinity analysis has found that the affinity of BCO2 for lutein in humans and mice is very high, while the affinity of BCO2 for lutein in the human eye is 10 times lower [23]. This is the reason why lutein can accumulate in the human eye to form the macula without being broken down by BCO2. In fact, knocking out the BCO2 gene in mice can significantly increase the concentration of lutein in the retinal pigment epithelium, further confirming that BCO2 is a metabolic enzyme for lutein [24].

ルテインはビタミンaの一種である[25]。ビタミンaとその代謝物の低濃度は、神経の拡張障害、神経細胞のアポトーシス、中枢神経系の発達障害を引き起こす可能性がある[25]。olsonら[26]は、ビタミンaの主な代謝物であるレチノイン酸(ra)が、遺伝子転写や細胞シグナリングを調節する多くの細胞表面受容体(レチノイン酸およびレチノイン酸受容体)と反応し、神経表現型の分化と維持に様々な役割を果たしていることを示した。レチノイン酸は、細胞の分化と組織の発生を誘導し、初期の神経新生に重要であると考えられている[27]。細胞レベルでは、raは未分化の前駆細胞の細胞周期を調節することによって細胞分化を誘導する可能性がある[28]。sy5y神経芽腫細胞のra-induced neuronal differentiationは、細胞代謝機能の制御と関連している[29]。この「代謝的リモデリング」は、分化過程を支える生理学的対話においても重要な因子である可能性があり、成熟細胞のさまざまな生物学的エネルギー要件と、遺伝子発現の制御に不可欠な細胞内代謝中間体の生物学的利用能を反映している[30]。

3 Lutein' s抗酸化作用

体内の活性酸素(ros)は、完全に還元されていない一連の酸化化合物を含み[31]、通常、体内の代謝反応の副産物です。Lutein'の良い抗酸化効果は、主に炎症因子の発現を減少させ、スーパーオキシドジスムターゼを増加させることによって達成される。marikoら[32]は、エンドトキシン誘発性眼膜炎のマウスモデルを用いて、ルテインの効果を研究した。ルテインは、マウス内の酸化活性物質の濃度を緩和することができます'の目は、炎症因子の発現を減少させ、ミューラーグリア細胞の病理学的変化から保護し、ルテインは、その抗酸化作用を通じて、ブドウ膜の炎症から視神経細胞を保護することができることを示唆している。

また、マウスの網膜変性を損傷させるために3時間の2,000 luxの青色光を用いた別の実験では、mamoruら[33]は、ルテインを投与したマウスがスーパーオキシドディスムターゼsod1とsod2のmrna発現を増加させ、酵素活性を増加させることによってros濃度を低下させることを見いだした。また、ルテインはマクロファジマーカーの発現も低下させ、青色光による損傷後の炎症応答を減少させ、青色光による視覚障害を修復するのに役立ったことが示唆された。ルテインは、視神経細胞のros濃度を低下させるだけでなく、他の組織にも優れた抗酸化作用を持っています。

shi yu duらは、アルコール性肝障害のマウスモデルで、ルテインの前処理後、マウスの肝臓のrosが有意に減少し、抗酸化酵素の活性が有意に増加することを発見した。これは、ルテインが抗酸化能力を増加させることによってアルコール性肝細胞の損傷を減少させることを示している。虚血再灌流損傷のマウスモデルでは、ルテイン治療によって骨格組織の酸化ストレス、タンパク質のカルボニル化およびスルフヒリル基、および脂質過酸化も有意に減少した[35]。ルテインは脳組織の保護にも重要な役割を果たしています。ことが判明マウス外傷深刻な脳損傷の場合炎症の要素の表情を示しIL-1β、IL-6、血清ロスで集中が著しく減少したルテイン前処置後、重症ルテイン効果的に守る必要を示す外傷性脳損傷胆道炎症酸化反応することがしばしばあり[36]。

4 Lutein&#脳機能への39の保護効果

神経系の発生におけるルテインの役割については、これまでほとんど研究されていませんでした。ルテインは、その抗酸化作用に加えて、脳組織に優先的に吸収されることから、最近、脳組織の発達に対するルテインの効果への関心が高まっている[37]。vishwanathanら[38]は、ルテインは食事中の全カロテノイドの12%しか占めていないが、脳内の全カロテノイドの59%を占め、幼児の脳内で最も豊富なカロテノイドであることを発見した。ルテインとその代謝物を乳児の頭部組織で解析したところ、学習や記憶に関わる脳組織(皮質、海馬、後頭葉)におけるルテイン濃度が、脂質代謝、アミノ酸神経伝達物質、カルノシン代謝と密接に関連していることが明らかになった。未熟児の脳ルテイン濃度は、満期児と比較して有意に低く、乳児の脳発達の臨界期に相当する、母親からルテインを得るための臨界期であることを示している[2、39]。

概念に基づきにとって最適な脳の発育には最適な栄养コンビネーションさまざまな食物をえることを通じて、研究する電気生理学的(計測することで電気的波応答)の関係に亀裂が入りは6ヵ月の乳幼児に実験母乳および識別の養分メモリ(neurocognitive指標)に乳幼児母乳攻めを受けた。この研究は、ルテインとコリンの含有量が高い母乳を与えた乳児の方が神経認知能力が高いことを示しており、これらの栄養素の特定の組み合わせが認識記憶の発達に重要である可能性がある[40]。

In addition to helping infants and young children develop their nervous systems, lutein may have a direct effect on the differentiation of human stem cells [41]. It has also been reported that lutein'の神経発達効果は、dhaaを維持ドコサヘキサエン酸(dha)、その抗酸化作用に関連しています'の生物学的活性は、減少からそれを保護することによって[42]、ニューロン間のギャップ接合を強化することによって脳機能を増強する[43]、またはルテインは、細胞膜の成熟と皮質の折りたたみを促進し、乳児の脳の脂肪酸と神経伝達物質に影響を与える[3]。また、lutein'の抗炎症および抗酸化作用はまた、rosに関連する神経発達障害の発生を防ぐことができ、それによって新生児、特に未熟児の健康な成長を保護する[3]。

高齢者ではねlutein concentrations are lower than in infants, lutein also has a positive effect on cognitive function [44]. Lutein may slow or prevent cognitive decline by preventing brain aging. Older adults with higher serum lutein levels have thicker gray matter in the parietal region of the hippocampus and perform better on crystallized intelligence tests [45]. Additional lutein supplementation not only improves the cognitive performance of the elderly, but also prevents the occurrence of related diseases: supplementing elderly women with mild cognitive impairment and low lutein concentrations in the body can significantly improve their verbal fluency [37]; in another 5-year study, supplementation with lutein in the elderly was found to reduce the risk of age-related macular degeneration by 25% [46].

5 .ルテインが脳機能に影響を与える可能性のある機構

乳幼児の神経系の発達過程では、多数の神経幹細胞が分化して神経細胞に成長する必要があります。この分化プロセスは、遺伝子およびタンパク質発現の有意な変化を伴う,だけでなく、神経系&#酸化ストレスを生成する神経伝達物質とエネルギー代謝のための39の巨大な需要。ルテインはこの過程で重要な役割を果たすかもしれない。

5.1代謝リプログラミングは脳神経細胞の分化の基礎である

未分化の神経細胞では、エネルギーの大部分は解糖系によって生成され、これは細胞増殖サイクル中に必要とされる急速な生物学的エネルギーおよび比較的低い物質合成と一致する[47]。神経幹細胞の解糖系代謝は、リボース、グリセロール、クエン酸などの生合成経路に必要なatpおよび中間体を産生するために、細胞外栄養素およびグルコースの使用に有益である[48]。嫌気性解糖系のもう一つの利点は、低酸素条件下での過酸化水素生成量が少なく、それによって変異や損傷から細胞dnaをよりよく保護することである[49]。

したがって、間葉系幹細胞や神経幹細胞(nscs)を低酸素条件下で培養することは、幹細胞を維持するための重要な条件である#39;「pluripotency」[50]。これとは対照的に、分化した成熟した神経細胞は、イオン勾配の保存を維持・回復し、神経伝達物質を産生し、正常な細胞機能の必要性を満たすために、より多くのatpエネルギーを必要とする[51 52]。したがって、非効率な解糖系から効率的なミトコンドリア酸化的リン酸化への代謝の「シフト」は、成熟した脳の増加したエネルギー要件を満たすための重要なステップです[30,53]。一方、体細胞を多能性幹細胞に誘導する場合、体細胞から幹細胞への脱分化には有酸素代謝の低下と解糖系の流動性の増加が必要である[54]。

5. 2 細胞の代謝状態は、エピジェネティクスを通じて細胞分化を制御している

エピジェネティクス(英:epigenetics)とは、通常はヒストン脱アセチル化(hdac)やdnaメチル化などの修飾によって、dna配列を変化させずに遺伝子発現を調節することで、リプレッサー複合体がdnaのサイレント制御領域に結合することを媒介する。クロマチンのコンフォメーションを調節するほとんどの酵素は、基質または補因子として細胞代謝中間体を必要としており、細胞代謝がエピジェネティックな修飾の調節に重要な役割を果たしていることを示唆している[55]。

細胞が十分なエネルギーを持つと、クロマチンがアセチル化され、ヘリックスがほどけ、遺伝子がmrnaに転写される[56]。ミトコンドリアは、atp、アセチル補酵素a、nadh / nad +、s-アデノシルメチオニン(sam)などの重要なエピジェネティック補因子の代謝レベルでの濃度に影響を与えることによって、遺伝子発現にも影響を与える[57]。ミトコンドリアの機能が破壊されると、dnmtの活性とメチル化プロセスが破壊される。ミトコンドリアdnaの喪失は、多くの遺伝子のメチル化パターンを有意に変化させる可能性があり、ミトコンドリアdnaが細胞に再侵入すると、これらの変化は急速に逆転する[58]。

解糖過程はグルコースを分解してピルビン酸を生成する。nad +からnadhへの変換を伴う過程で、sirt1ヒストンの脱アセチル化酵素活性が阻害される。ピルビン酸はさらに脱水素されてアセチル補酵素aになり、ヒストンのアセチル化を促進する。アセチル補酵素aもまたtcaサイクルとミトコンドリア呼吸を促進し、生成されたatpはメチル化基質samの形成に利用できる。これらのエピジェネティックな規則は、分化の際の神経遺伝子の発現を調節する。

5. 3 Lutein&#細胞代謝中の神経分化の調節における39の役割

細胞代謝の調節は、ルテインが生物学的効果を発揮する方法である可能性がある。xieら[59]は、ルテイン治療がミトコンドリア代謝を有意に増加させ、細胞のエピジェネティック状態を変化させ、未分化の神経細胞から成熟した神経細胞への分化を促進することを発見した。ポリフェノール化合物は、脂肪細胞[60]、筋肉細胞[61]、およびra-induced sy5y細胞由来のニューロンを含むさまざまな細胞タイプの分化中に解糖系および酸化的リン酸化の速度を増加させることができる[29]。

Polyunsaturated fatty acid DHA and dietary carotenoids have also been found to induce metabolic reprogramming during the differentiation of SY5Y neuronal cells [59], increasing glucose consumption, glycolytic rate and enhancing mitochondrial complex I/III respiration. PI3K-dependent metabolic regulation is associated with the transition of rapidly proliferating precursor cells to post-mitotic differentiated neuronal cells and may be a key pathway by which retinoids regulate neurodevelopment. PI3K/AKT inhibitors can inhibit RA[28 ,62] and lutein-induced neuronal differentiation. RA induction leads to elevated levels of the cell cycle-dependent kinase inhibitors p21 and p27 (Kip) proteins, which inhibit cell proliferation by blocking G1/S phase cell cycle progression[28]. Similarly, lutein also inhibits SY5Y proliferation, thereby enhancing neuronal differentiation [59].

炭素代謝経路はミトコンドリアの呼吸鎖活性に結合しており、ミトコンドリアnadhと細胞質nadphの電気化学的電位差に影響を与え、セリンの異化/同化サイクルを調節している[63]。したがって、ミトコンドリアの機能の変化は炭素代謝を調節し、それによって遺伝子発現を変化させることができる[64]。ルテイン、葉酸、ビタミンb12、pufaなどの微量栄養素は炭素代謝の主要な影響因子であり、それによって、atp、アセチル補酵素a、nad +/ nadh、sam、その他のtca中間体などの重要なシグナル伝達分子のレベルを制御し、多くのメチルトランスフェラーゼ反応にメチル基を提供する[65]。

動物実験では、妊娠中の母親の栄養状態が乳児のエピジェネティックな調節の遺伝子発現に重要な影響を及ぼすことがわかっている[66 - 67]。dnaメチル化に影響する細胞のメチル化ドナーであるs-アデノシルメチオニン(sam)の産生は、ミトコンドリアの葉酸回路とatp合成に依存している[63,68]。sahはdnaデメチラーゼの強力な阻害剤であり、メチオニン再生のためにホモシステインに加水分解することができる[69]。他のミトコンドリア役立ちますフマル酸還元などfumarateや2-hydroxyglutarateα-ketoglutarate(αKG)介してDNAメチル化調節することができるTETs(55 70)推進TET-mediated demethylationによる5-methylcytosine (5mC) 5-hydroxymethylcytosine (5hmC)[71]。ゲノムのヒストン修飾もレチノイド物質の影響を受けます。ネズミビタミンAを欠いている、RARαとCREB-binding protein-mediated acetylation histonesは著しく低くの表情を抑えることでこれらの遺伝子とも悪かったため、、商店前rat'の学習と記憶能力[72]。

一方、RAのレベルが小さくなるように治療deacetylasesそして大気汚染の程度が増加H3K27ac Hoxa1、Cyp26a1、RARβ2胚性幹細胞の遺伝子を積極的に影響を及ぼす表情特定の遺伝子[73]。胚性幹細胞では、raによって制御される遺伝子のプロモーターとエンハンサーとの結合が異なる。raは、制御された方法でhdacsの除去を誘導し、これらの遺伝子上のh3k27acマークの沈着を促進する[73]。さらに、アセチル基であるアセチル-コエンザイムaは(解糖系でのピルビン酸の酸化ではなく)特定のアミノ酸の酸化的分解によっても生成される。その製造プロセスは長鎖脂肪酸の酸化に大きく依存しており、脂肪酸由来の炭素はヒストンの特定のリジン残基のアセチル化の最大90%を占める[74]。

6まとめと展望

ルテインは血液脳関門を通過するだけでなく、脳機能の維持にも特別な効果があると考えられている。それは高齢者の認知能力と言語能力を維持するために有益であるだけでなく、脳の開発に関与している可能性があります&#幼児や幼児の39の神経系。脳の健康機能のメカニズムとして考えられるのは、ルテインが細胞代謝を調節し、解糖系から酸化的リン酸化への移行を促進し、それによって細胞・組織のエピジェネティックな状態を変化させ、神経細胞の分化・発生に関連する遺伝子発現を調節することである。中国は長い間、新生児数の世界的なリーダーであり、高齢化社会の到来に伴い、乳幼児と高齢者の脳機能保護に対する大きな需要があります。ルテインは、脳機能保護の分野への応用が期待されています。

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