II.機能編-８. その他の生物学的機能

最初に静菌活性が、その後に非常に多様な機能がラクトフェリンについて報告されてきました。それらを思いつく限り、順不同で列挙してみます。
抗菌（静菌・殺菌）、抗ウイルス、抗炎症、抗酸化、細胞増殖調節、免疫調節、鉄吸収調節、ビフィズス菌増殖促進、サイトカイン産生制御、消化管ポリープ抑制、抗がん、抗ストレス、体内時計調節、新生児の脳発育効果、骨形成促進、脂質分解促進、腸内細菌叢の調節、口内細菌叢の制御、皮膚状態改善・再生促進、早産予防効果、敗血症の軽減、風邪症状軽減、足白癬（水虫）改善効果、ドライアイ症状の軽減、プリオン複製阻害、好中球細胞外トラップ（NETs）抑制、抗アメーバ活性、消化管ホルモン（インクレチン）分泌調節、などなど

各機能の詳細については、他の文献や成書、さらに２年毎に開催されている国際ラクトフェリン会議のプロシーディング（主にBioMetalsやBiochem. Cell Biol.などの特集号として掲載）、あるいは日本ラクトフェリン学会の出版物などを参照して下さい。

ラクトフェリンのように多様な機能を示すタンパク質をmulti-functional proteinと呼んでいますが、moonlighting proteinともいわれます^1,2)。多機能なタンパク質はラクトフェリン以外にも数多く見つかっています。解糖系の酵素として知られていた、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ（GAPDH）もその一つで、ラクトフェリン結合性を示すことから、レセプターであると推定されています³⁾。このように一つの物質が多岐にわたる機能を示す場合、データベースでの文献検索でヒットした論文に目を通して記載されている機能のすべてを網羅し、それらの関連を推し量ることは至難のことです。そこで、テキストマイニングの手法を用いた情報処理操作が、ラクトフェリンが関与する生体内の経路を推定するのに有効な手法であることを示した試みがあります^4）。

図8-1.体内におけるラクトフェリンの分泌と各種の制御過程模式図^5）

前掲のラクトフェリンの諸機能リストには、原因とその結果が混在していますが、それらをきっちり区分するのは困難なのが現状です。ラクトフェリンが多機能であることは理解できても、本来の基本的な働きが何かあるはずです。さまざまな説がありますが、ミルク、特に初乳には他の分泌液よりもラクトフェリンが多く含まれていることから、次のように母親と乳児の双方にどのような働きをしているかを推定してみました。

• ミルクを分泌する乳腺組織の感染防御
• 乳児の健全な発育を支援（良好な腸内細菌叢の形成・維持、免疫機能の発達促進）

すなわち、ラクトフェリンは母と子の関係からみて、生体防御と生体調節の両面を持っていると言えます。また、ラクトフェリンはミルクに分泌されるだけではなく、図8-1に示したように好中球から放出される内在性のラクトフェリンもあり、体内を巡ってさまざまな働きをしています。

繰り返しになりますが、ラクトフェリンの生体内での働きが非常に多岐にわたっているために、それらの機能を矛盾なく理路整然と説明することはとても困難です。たとえば、　ラクトフェリンの経口摂取によって生ずる生体防御作用のネットワークを図8-2に示しましたが、抗菌作用に限っても複数の経路があります^６）。図中の大きな矢印は、おおよそ次の働きを意味しています。

• Ａ        ラクトフェリンおよびその断片が直接に菌の生育を抑制（静菌的・殺菌的）。
• Ｂ・Ｃ ラクトフェリンおよびその断片が直接に菌の生育を抑制（静菌的・殺菌的）。
• Ｄ        腸内細菌の選択的な増殖促進、活性化（乳酸菌・ビフィズス菌）。
• Ｅ・Ｃ 腸内細菌による免疫賦活作用による、抗菌・抗ウイルス作用の向上。

図8-2.経口的に摂取されたラクトフェリンの抗菌作用および免疫作用の模式図

これらの働きを思い切って簡略化して、以下の３つのモデル^７）にまとめてみました（図8-3）。

• 十徳ナイフモデル
  小腸上皮細胞にあるラクトフェリンレセプター（インテレクチン）や、その他の細胞と特異的に結合する部位などがラクトフェリン分子の表面に存在している。
• 玉突きモデル
  ラクトフェリンからの刺激を受けた細胞がサイトカインを放出するなどして、他の細胞の機能を制御する（図8-2矢印Ｂ以降）。
• キャリアーモデル
  他の活性物質を結合し、運搬し、また協同的に作用する。

図8-3.ラクトフェリンの作用モデル

上の３つのモデルは非常に単純化されているために、逆に多くの機能を説明できるメリットがあります。インテレクチン結合部位がＮ-ローブ（N1ドメイン）に存在したり^８）、プロテアーゼなどの酵素活性を発現する部位が同定されている例が十徳ナイフモデルに相当します。なお、ラクトフェリンがRNase活性を示すとの報告もありましたが、ラクトフェリンに結合しているアンジオジェニンの活性であることが判明９）しています。精製時の夾雑物とも考えられますが、ミルク中に両方とも存在しているので、もしかしたらラクトフェリンとアンジオジェニンの協同的な作用もあるかもしれず、その場合はキャリアーモデルの例といえます。ミルクから分離した市販のラクトフェリンには、ごく少量ずつではありますが100種近くの物質が含まれていると報告^９）されています。それらには、特異的な相互作用によって結合している物質も少なからずあり、協同的に働いている可能性があります。しかし、協同的な機能発現の評価は難しく、今後の大きな課題として残されています。玉突きモデルの例としては、経口摂取したラクトフェリンが消化管以外の組織で機能発現する場合の多くが当てはまります。たとえば、水虫（足白癬）に有効との報告^１０）がありますが、吸収されたラクトフェリンが足先まで運ばれて抗菌性を発揮すると考えるのは不自然で、玉突きモデルでの免疫系の働きと考えるのが妥当です。

さらに具体的なラクトフェリン機能発現経路として、様々な候補が提示されています。その一つに細胞周期があります。例えば、G1期でのサイクリンの発現を上昇させたり^11）、G1期停止（G1アレスト）を誘導する^1２）など、細胞周期の制御にラクトフェリンが関与しているデータが蓄積されつつあります。ラクトフェリン投与で、放射線やUVによるダメージを受けた組織が回復する現象についても、細胞周期との関連で説明できると考えられています¹¹,¹³⁾。ラクトフェリンや、そのフラグメントであるラクトフェリシンがアポトーシスを誘導することも報告^14）されています。詳細は省きますが、その他にもラクトフェリンが関係するシグナル伝達経路の解明なども行われつつあり¹¹,¹⁵⁾。、さらにオートファジーとの関連^16）や、Δ-ラクトフェリンが細胞内で機能しているとの知見¹⁷⁾も見逃せません。

現在、ラクトフェリンの多様な機能が乳児だけではなく、成人の健康を維持・増進する効果も期待できると認識されてきました。図8-4にラクトフェリンに期待されている効用の一部を示しました。現状では、ラクトフェリンは健康補助食品としての位置づけで、錠剤などが市販されています。また、育児用調整粉乳の母乳化の一つとして、ラクトフェリンを添加した製品も市販されています。これらには、牛乳由来のラクトフェリンが使われています。組み換えヒトラクトフェリンも作られていますが、ほとんどが研究用試薬で高価なためです。

ラクトフェリンの利点としては、摂取しても安全で、副作用がほとんど無いことです。しかし、医薬品として認定される道は険しく困難なのが現実です。さらに、ラクトフェリンは効果の発現が緩徐であるということが、実用化を難しくしている側面もあります。一方で、口腔衛生関係ではラクトフェリンの効果が比較的早く表れるとの症例報告があります^18）。また、ペットなどの小動物、さらに牛、馬などの大動物への臨床例が多く報告されています¹²⁾,¹⁹⁾。そのため、動物医薬品として用いられる可能性はかなり高いと期待されます。また、ウシ乳房炎の予防、治療への利用^20）も、かなり有望です。

最近、乳酸菌やビフィズス菌のプロバイオティクス効果が、大きく取り上げられる傾向にありますが、「特定の細菌は腸疾患の治療に役立つ、しかし健康な人には何の利点もない」という主旨の解説が日経サイエンスに掲載されました^21）。ラクトフェリンではどうなのか、図8-4を見ながら考えさせられました。

図8-4　ラクトフェリンに期待されている諸効果

補足

a) テキストマイニング：大量のデータに埋もれていた規則性、重要な概念、関係性などを統計解析や情報抽出プログラムを用いて抽出することを、データマイニング（data mining）といいます。これを文章（テキストデータ）に応用したのが、テキストマイニング（text mining）です。情報源の論文を実際に読んで関連性を抜き出す方法がマニュアルキュレーション（manual curation）、コンピュータで行うのがマシンキュレーション（machine curation）です。マニュアルすなわち人間によって抽出された情報は、マシンによる方法よりも適合率（精度）で優れていますが、処理速度には格段の違いがあります。そのため、マシンキュレーションで行った解析過程と結果をマニュアルで評価し、得られた情報の精度を高めることが行われます。この手法は、ラクトフェリンのように作用が多岐にわたる物質の場合には、非常に有効と考えられます。

b) アポトーシス・オートファジー：組織では、新しく生成する細胞と死んでゆく細胞とが釣り合って維持されています。この場合の細胞死には、なんらかの損傷などで死ぬ壊死(cell necrosis)と、プログラムされた細胞死とがあります。壊死では細胞が膨張・破裂し、放出された内容物が周囲組織に炎症などを起こします。一方、プログラムされた細胞死は、アポトーシス（apoptosis）、オートファジー（autophagy）を伴う細胞死、さらにネクロトーシス（necroptosis）に分類されています。これらは壊死の場合とは異なり、周辺の細胞に害を及ぼしません。アポトーシスの場合、細胞は縮んで細胞骨格が壊れ、核膜が分散し、核DNAが分解されて断片になり、食細胞によって取込まれやすくなります。この現象は、細胞内のタンパク質の分解反応系（カスパーゼカスケード）を介して行われます。また、他の細胞からのシグナルによっても調節されています。オートファジーとは、細胞が飢餓や低酸素など生存が脅かされるような環境にさらされた時に、細胞内のタンパク質などを必要に応じて分解し、再利用するシステムです。このような細胞内で生じるアポトーシスやオートファジーに、ラクトフェリンが関与しているとの報告があります。

c) 細胞周期：細胞が増殖するには、生長と分裂の過程を経ます。真核細胞の細胞周期は４段階で進むと考えられています（図8-5）。有糸分裂すなわち核の分裂と、細胞質分裂すなわち細胞が分裂する段階をM期（M phase）といい、次のM期までの間を間期(interphase)といいます。間期で核DNAの複製が行われる時期をS期(S phase)といいます。M期とS期、およびS期とM期の間にはそれぞれG1期およびG2期と呼ばれる期間があり、細胞の生長と細胞器官の複製が行われます。全ての過程は、前段階が完了してから次の過程が始まるようになっており、その場合の開始シグナルのほとんどは、タンパク質性の成長因子です。このような細胞周期にラクトフェリンが干渉するということは、ラクトフェリンの本質的な機能の一つかもしれません。

図8-5 真核細胞の細胞周期

d）ラクトフェリン含有錠剤：錠剤やカプセルについては、ラクトフェリンそのままと、胃内で分解されないように加工した腸溶性の２種類があります。前者は胃内でペプシンの作用を受けて一部は分解されますが、逆に分解生成物がより強い活性を示す可能性があります。腸溶性ラクトフェリンは胃で分解されないために摂取量が1/2程度で良いと言われていますが、高齢のため腸での溶解力が弱い人もおり、どちらも一長一短があります。

e）育児の百科：母乳、特に初乳に含まれるラクトフェリンや分泌型免疫グロブリン（sIgA）について、最初の頃は育児書でもほぼ無視されていましたが、大切な成分であることが徐々に認識されて、記述内容が変化しています。例えば、1967年に岩波書店から刊行された「育児の百科」（松田道雄著）では、「６.初乳はのませないといけないか」となっていたのが、197９年の第27刷をみると「6.初乳はのませないといけない」に変わっています。

f）選択的作用：ラクトフェリンについては抗菌作用だけではなく、ある種の乳酸菌やビフィズス菌の生育を促進する選択的な効果が観察されています。また、抗ウイルス作用についても増殖抑制だけではなく、狂犬病ウイルスについては増殖を促進することが観察されています^22）。

g）医薬品への道：医薬品を目指すことがいかに険しいかについて、分かりやすく書かれた解説^23）がありましたので、その一部を引用します。「一般に、in vivo, in vitroの研究で臨床的有用性を示唆する成績が得られても、人を対象として臨床試験を行うと予想に反して有用性が認められないこと、小規模な臨床試験で有用性が示せても大規模な臨床試験を行うと有用性が認められなくなるという話はよく聞く。ラクトフェリンとＣ型肝炎ウイルス。安全性が高く、副作用もほとんどない反面、効果の発現が緩徐で、臨床的有用性を示すのが難しい」。

h）ラクトフェリンの品質基準：国内では食品添加物公定書第９版において、基準が定められました。ラクトフェリン濃縮物において、含量85.0％以上となっています。国外においては、米国FDAのGRAS（Generally Recognized As Safe）、EUのNovel Foodがあります。いずれも「食品」としての規格・認定の制度です。ラクトフェリン市販品について、純度のほかに機能の評価基準が必要な段階となっています。

i）健康人が摂取すること：「ラクトフェリン応用の可能性」セクションの最後に触れましたが、全く健康な人（成人）ではラクトフェリンを摂取する必要性がないかもしれません。しかし、腸内菌叢を整えたり免疫機能を低下させずに保つなど、感染予防には効果があると期待されています。また、疲労感や眠気などで体調が万全ではない場合に改善効果が認められたとの調査報告^24）があります。

j）COVID-19：新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）を直接に抑制する効果はラクトフェリンに期待できませんが、抗ウイルス薬レムデシビルの効果を促進するという報告^25）はあります。培養細胞での結果です。

引用文献

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22) 河合明彦、「ラクトフェリンは、培養細胞における狂犬病ウイルスの複製を促進・増強する」、ラクトフェリン2015，83-89（2015）、ラクトフェリン2017，81-84（2017）
23) 田中克明　ラクトフェリン学会ニュースレター、「ラクトフェリン：基礎と臨床のinterplay」、第３号、p.1 （2011.9）、「ラクトフェリン臨床応用の問題点」、同 第９号、7-8 （2013.10）
24) 上崎、後藤「リポソーム化ラクトフェリンによる疲労感・腸内環境改善作用」BIO Clinica 36(1) 42-477 (2021)
25) C.Mirabelli et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 118(36) e2105815118 (2021)

参考文献

島崎、「ミルクのラクトフェリン」、乳業技術、vol.51、1-21 （2001）
Shimazaki,K. and Watanabe,S.、「Biological significance of lactoferrin and lactoperoxidase in milk」、ed. by Shimazaki,K. and Otani,H.、”The Bio-defensive Function of Dairy Foods, 2002" pp.19-46 Research Signpost, Kerala, India （2002）
島崎、「ミルクタンパク質ラクトフェリンの生体調節機能とそのメカニズム」、機能性タンパク質・ペプチドと生体利用、日本栄養・食糧学会監修、93-124、建帛社（2010）

（2022年4月　改訂）

提供：北海道大学名誉教授　島崎 敬一