JP4750991B2 - 代謝性骨疾患の予防および改善に有用な食品素材および該素材の有効成分からなる代謝性骨疾患の予防治療薬 - Google Patents

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Description

技術分野
本発明は骨粗鬆症に代表される代謝性骨疾患の予防および改善に有用な飲食品及び予防治療用医薬に関する。
背景技術
骨は、生体の支持組織であるとともに、カルシウムやリンなど各種ミネラルの貯蔵庫として、さらに、体液のミネラル調節機構をも担っている重要な組織である。この骨組織では骨形成と骨吸収が常に活発に行われ、古い骨が新しい骨で置き換えられている。特に成長の終わった骨では、骨形成系の骨芽細胞と骨吸収系の破骨細胞とが密接に関連し合って、骨組織の維持と体液のミネラルを一定に保つため、骨吸収と骨形成を繰り返している。この骨の再構築を骨のリモデリングと呼ぶ。この骨のリモデリングは、物理的因子、ホルモン、サイトカインなどによって精密に一定のバランスを保って調節されている。しかし、このバランスが崩れ、骨吸収が骨形成を上回ると骨量が減少する。この病的骨量の減少の中で骨成分が正常なものを骨粗鬆症という。
骨粗鬆症は、高齢化の進展とともに最もその数が増大している健康障害の1つであり、特に閉経後の女性に多いことはよく知られている。骨粗鬆症は、大腿骨頸部骨折を起こしやすく、脳血管障害とともに多くの“寝たきり老人”をつくる要因ともなっており、社会的負担が大きい。したがって、骨粗鬆症に対して適切な治療を行い、悪化を予防するとともに、有効な予防方法を確立することが社会的に強く求められている。現在まで、骨粗鬆症に対する薬剤としてビタミンD製剤、カルシトニン製剤、ビスホスホネート製剤などが開発され臨床応用されてきた。しかし、特効薬の開発には到達していないのが現状である。
このように骨粗鬆症の十分な治療法が確立されていない現状では、予防が最も重要である。理論的には、青年期、壮年期の骨量をできるだけ高め、それを長く維持して、さらに、閉経後の骨量の減少を少しでも抑制できれば、高齢になっても高い骨量を保つことが可能となる。そのためには小児期、青年期、壮年期に適切なカルシウムを摂取し続けることが不可欠であるが、カルシウムの摂取のみでは不十分である。そこで、骨粗鬆症などを予防あるいは改善する作用を有する食品素材があれば、それを日常摂取する食品に添加することにより、日常の食生活のなかで骨粗鬆症の予防あるいは改善が期待できる。また、この食品素材中の有効成分を同定・分離し、骨粗鬆症の予防あるいは治療薬として用いることが期待できる。
このような中で、血液凝固因子として一般的に知られているビタミンKが、骨代謝にも関与することが明らかとなり注目されている。そして、ビタミンK製剤が骨粗鬆症における骨量・疼痛の改善薬として日本国内で発売された。また、ビタミンKあるいはビタミンKを含有する食品素材も市場に投入されつつある。
そこで、本発明は、代謝性骨疾患、とりわけ骨粗鬆症の予防や改善に有用な新たな食品素材を提供することを課題とする。また、本発明は代謝性骨疾患の予防および治療に有用な医薬を提供することを課題とする。
発明の開示
本発明者らは、上記課題を解決すべく、食品素材を中心に広く検索・研究を行った結果、プロピオン酸菌及び乳酸菌の培養物を経口摂取すると骨量および骨強度が高められることを見出した。そして該培養物の有効量を含有する食品は骨粗鬆症に代表される代謝性骨疾患の予防あるいは改善に有効であることを見出した。さらに、該培養物中に含まれる2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノン及びその類縁体が骨芽細胞の分化と機能発現を促進し、一方破骨細胞の形成を抑制する作用を有することを見出し、これらの化合物が代謝性骨疾患の予防治療薬として有用であることを見出した。
すなわち、本発明は、
(1) プロピオン酸菌及び/又は乳酸菌の培養物(以下、「発酵産物」ということがある。また、プロピオン酸菌培養物を「BGS」ということがある。)2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノン、1,4−ナフトキノン、2−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、2,3−ジクロロ−1,4−ナフトキノン、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、8−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、2−(α−ヒドロキシ−δ−メチルペンテニル)−5,8−ジヒドロキシ−1,4−ナフトキノン及びそれらの塩からなる群より選ばれたナフトキノン化合物を有効成分として含有する骨形成促進機能を有する飲食品、
(2) 有効成分が、プロピオン酸菌及び/又は乳酸菌の培養物である(1)の飲食品、
(3) 培養物が培養上清及び/又は菌体である(1)の飲食品、
(4) 有効成分が2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノンである(1)(以下、「ACNQ」ということがある)の飲食品、
(5) プロピオン酸菌がプロピオニバクテリウム・フロイデンライヒ(Propionibacterium freudenreichii)である(1)の飲食品、
(6) 乳酸菌がラクトコッカス・ラクチス・サブスピーシス・ラクチス(Lactococcus lactis subsp.lactis)である(1)の飲食品、
(7) プロピオン酸菌及び/又は乳酸菌の培養物、あるいは2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノン、1,4−ナフトキノン、2−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、2,3−ジクロロ−1,4−ナフトキノン、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、8−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、2−(α−ヒドロキシ−δ−メチルペンテニル)−5,8−ジヒドロキシ−1,4−ナフトキノン及びそれらの塩からなる群より選ばれたナフトキノン化合物の骨形成促進機能を有する飲食品製造のための使用、
(8) プロピオン酸菌及び/又は乳酸菌の培養物である(7)の使用、
(9) 培養物が培養上清及び/又は菌体である(7)の使用、
(10) プロピオン酸菌がプロピオニバクテリウム・フロイデンライヒ(Propionibacterium freudenreichii)である(7)の使用、
(11) 乳酸菌がラクトコッカス・ラクチス・サブスピーシス・ラクチス(Lactococcus lactis subsp.lactis)である(7)の使用、
(12) 2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノン、1,4−ナフトキノン、2−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、2,3−ジクロロ−1,4−ナフトキノン、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、8−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、2−(α−ヒドロキシ−δ−メチルペンテニル)−5,8−ジヒドロキシ−1,4−ナフトキノン及びそれらの塩からなる群より選ばれたナフトキノン化合物、あるいはプロピオン酸菌及び/又は乳酸菌の培養物を有効成分とする代謝性骨疾患の予防治療薬、
(13) ナフトキノン化合物が2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノンである(12)の代謝性骨疾患の予防治療薬、
(14) 代謝性骨疾患が骨粗鬆症である(12)又は(13)の予防治療薬、13. 2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノン、1,4−ナフトキノン、2−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、2,3−ジクロロ−1,4−ナフトキノン、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、8−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、2−(α−ヒドロキシ−δ−メチルペンテニル)−5,8−ジヒドロキシ−1,4−ナフトキノン及びそれらの塩からなる群より選ばれたナフトキノン化合物、あるいはプロピオン酸菌及び/又は乳酸菌の培養物の代謝性骨疾患の予防治療用の医薬製造のための使用、
(16) ナフトキノン化合物が2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノンである(15)の使用、
(17) 代謝性骨疾患が骨粗鬆症である(15)の使用、
(18) 2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノン、1,4−ナフトキノン、2−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、2,3−ジクロロ−1,4−ナフトキノン、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、8−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、2−(α−ヒドロキシ−δ−メチルペンテニル)−5,8−ジヒドロキシ−1,4−ナフトキノン及びそれらの塩からなる群より選ばれたナフトキノン化合物、あるいはプロピオン酸菌及び/又は乳酸菌の培養物を投与することを特徴とする代謝性骨疾患の処置方法、
(19) ナフトキノン化合物が2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノンである(18)の処置方法、
(20) 代謝性骨疾患が骨粗鬆症である(18)の処置方法、
に関する。
発明を実施するための最良の形態
本発明の医薬及び飲食品には、前記ナフトキノン化合物、プロピオン酸菌培養物、及び乳酸菌培養物のいずれも用いることができる。ここで、前記のナフトキノン化合物のうち、2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノン(ACNQ)が特に好ましい。このACNQは、例えばプロピオン酸菌(プロピオニバクテリウム(Propionibacterium)属に属する微生物)の培養物から得られることが知られている(特開平07−227207号、特開平07−289273号、特開平10−304871号)。また、ACNQ以外のナフトキノン化合物についても、プロピオン酸菌の培養物から得られる(特開平08−98677号)。これらのナフトキノン化合物及びプロピオン酸菌培養物が、ビフィズス菌の増殖活性を有することについては知られているが、代謝性骨疾患に作用があるか否かについては全く知られていない。
プロピオン酸菌としては、プロピオニバクテリウム・フロイデンライヒ(Propionibacterium freudenreichii)、プロピオニバクテリウム・トエニー(thoenii)、プロピオニバクテリウム・アシディプロピオニシ(acidipropionici)、プロピオニバクテリウム・ジェンセニー(jensenii)などのチーズ用、プロピオニバクテリウム・アビダム(avidum)、プロピオニバクテリウム・アクネス(acnes)、プロピオニバクテリウム・リンホフィラム(lymphophilum)、プロピオニバクテリウム・グラニュロサム(granulosam)などが挙げられる。プロピオニバクテリウム・フロイデンライヒとしては、例えばP.freudenreichii IFO 12424、あるいはP.freudenreichii ATCC 6207が挙げられる。
乳酸菌としては、例えばラクトバチルス属(lactobacillus)、ストレプトコッカス属(Streptcoccus)、ラクトコッカス属(Lactococcus)、ロイコノストック属(Leuconostoc)に属する菌が挙げられる。ラクトバチルス属としては、例えばLb.acidophilus、Lb.delbrueckii subsp.bulgalicus、ストレプトコッカス属としては、例えばStr.thermophilus、ラクトコッカス属としては、例えばLc.lactis subsp,cremoris、Lc.lactis subsp.lactis、ロイコノストック属としては、例えばLeuc.mesenteroides subsp.cremoris、Leuc.lactisなどが挙げられる。
プロピオン酸菌又は乳酸菌の培養物は、公知の手段により得られる。例えば、プロピオン酸菌を高濃度に培養する方法として、ホエイタンパク濃縮物(Whey Protein Concentrate:WPC)又はその酵素分解物にミネラルと単糖を添加した培地でプロピオン酸菌を培養する方法がある(特開平10−304871号公報)。あるいはプロピオン酸菌の効率的な培養法としてビフィズス菌とプロピオン酸菌を異なる培養槽で培養液を循環させながら培養する方法がある(特開平8−66178号公報)。これらの培養方法は本発明の実施に用いることができる。さらに当業者であれば、これら公知の方法をさらに最適化するために、培地組成及び培養条件等(溶存酸素濃度等)を変更することが可能である。例えば、窒素源については、カゼインタンパク、WPCなどの他に、さらに各種アミノ酸(塩)の添加効果の検討や、培養条件(嫌気培養と好気培養)の検討などを行い、最適化(菌体の増加やBGSの骨代謝活性向上)することが可能である。したがってこれらの変更された方法も本発明に包含される。
BGSのビフィズス菌増殖活性は、培養物の菌体を除いた濾過物及び菌体のメタノール抽出物中に存在している(Kaneko,T.et al.:J.Dairy Sci.,77:393−404,1994)。骨代謝活性も、培養上清及び菌体の双方に含まれていると考えられる。したがって、本発明の「BGS」は、例えばプロピオン酸菌及び/又は乳酸菌の培養物そのもの、培養上清、菌体、それらの抽出物、それらの乾燥粉末、あるいはそれらの希釈物等すべてが含まれる。
BGSの加工形態は、粉末状と液状に大別される。粉末状とするには、培養液に賦形剤として脱脂粉乳もしくはホエイ粉、生デンプン、デキストリン等を直接添加し、培養固形分を30〜40重量%とした後、噴霧乾燥するか、培養液と賦形剤の還元液を混合し、固形分が30〜40重量%となるまで濃縮後、噴霧乾燥する。充填時に脱酸素処理(窒素封入や脱酸素剤添加など)することで長期保存が可能である。賦形剤としては、上記の他、必要に応じてWPC、ホエイタンパク分離物(Whey Protein Isolate:WPI)、加工デンプン(デキストリンの他、ソリューブルスターチ、ブリティシュガム、酸化デンプン、デンプンエステル、デンプンエーテルなど)も使用できる。また、食品に使いやすいように、倍散した製剤(0.2%倍散末)に加工してもよい。
一方、ナフトキノン化合物は、プロピオン酸菌の培養物から抽出、精製して採取することができる(特開平07−289273号)。ナフトキノン化合物を含む発酵産物を産生する微生物としては、その他にBacteroides vulgatus JCM5826T、Bacteroides fragilis ATCC 23745などのBacteroides属、BacillaceaeEnterococciBacteroidaceaeStreptcoccaceaeEnterobacteriaccaeなどが挙げられる。
また、ナフトキノン化合物は化学合成によっても得ることができ、例えばACNQは市販の1,4−ジヒドロキシナフトエ酸を出発物質として、4段階の工程により得ることができる(特開平10−36328号)。
ナフトキノン化合物の塩としては、薬学的又は食品学的に許容できる塩が挙げられ、代表的な塩には、酢酸塩、ベンゼンスルホン酸塩、安息香酸塩、重炭酸塩、乳酸塩、クエン酸塩などが含まれるが、これらは例示であって、本発明はこれらの塩に限定されない。
本発明で用いるナフトキノン化合物には、立体異性体、光学異性が存在する場合もあるが、これらは全く本発明に用いることができる。
前記のナフトキノン化合物は、骨形成の指標である骨芽細胞のアルカリホスファターゼ(ALP)活性を促進させ石灰化を促進する。そして破骨細胞の分化・成熟を抑制する一方で、破骨細胞活性を阻害せず、破骨細胞に対する細胞毒性を示さない。すなわち、これらのナフトキノン化合物及び培養物は、骨形成の促進と骨吸収の抑制の2つの作用を併せもつ極めてユニークな代謝性骨疾患の予防・治療薬又は代謝性骨疾患の予防改善用飲食品として有用である。
以上、BGS及びACNQについて、骨代謝の側面、すなわち、骨形成と骨吸収作用をin vitro評価系及びin vivo評価系で調べた結果を示す。
BGSのin vivo評価系において、BGSを経口摂取すると、大腿骨及び脛骨の骨密度、大腿骨破断エネルギー、及び大腿骨Ca量は対照群に対して有意に増強した。すなわち、BGSの経口摂取により、骨量及び骨強度が有意に増強することがin vivo実験で示された(図1、2及び3)。そこで、BGSのこの骨形成促進作用を分析するために、ビフィズス菌の増殖活性成分であるACNQの骨代謝に与える影響をin vitro実験で調べた。
骨は、骨芽細胞などの骨形成系細胞、破骨細胞などの骨吸収系細胞、さらに各種の間質細胞(繊維芽細胞、脂肪細胞、細網細胞)や造血細胞で構成され、それらの細胞がたがいに連携し合ったネットワークの下で骨組織が構築されている。
先ず、ACNQの骨形成に与える影響について調べた。骨形成において主要な役割を果たすのは骨芽細胞である。成長後の骨では、破骨細胞による骨吸収窩に骨芽細胞が動員され、吸収された骨を補填するべく骨形成が開始される。骨芽前駆細胞は活発に増殖するとともに、次第に骨芽細胞の分化形質を獲得する。さらに、分化が進展し成熟した骨芽細胞により、形成された骨基質の石灰化が起こり骨形成が完了する。骨芽細胞の分化の指標としては、各種基質タンパクの合成の他にALPの発現及びその活性の上昇が最も重要である。
そこで、骨髄ストローマ細胞の株細胞であるST−2をACNQを添加した培地で培養し、骨芽細胞の分化に伴う指標であるALP活性を測定した。ACNQは1μg/mlの濃度まで、濃度依存的に骨芽細胞形成を促進した(図4)。すなわち、ACNQは骨髄ストローマ細胞から骨芽細胞への分化を濃度依存的に促進した。また、ACNQは1μg/mLの濃度まで細胞毒性を示さなかった(図5)。
ALP活性と石灰化との関係は未だ明確ではないが、ALPに遺伝的欠陥があると、骨格の発達に異常をきたすことから、この酵素が重要な役割を演じていることが示唆されている。したがって、ALP活性の上昇は、骨芽細胞の石灰化を促進していると考えられる。そこでACNQの骨形成作用を、ヒト骨芽細胞(SaM−1)による石灰化促進作用により評価した。SaM−1は骨芽細胞の特徴をすべて保持しており、2mM α−グリセロリン酸存在下で、1α,25(OH)(活性型ビタミンD)の濃度に依存して石灰化することが知られている(Koshihara,Y.:Biochem.Biophys,Res.Commun.,145:651−657,1987)。そこで、各種濃度のACNQの存在下でSaM−1を培養して、マトリックス上に蓄積されたCa量及びP量を測定した。ACNQは10−5M〜10−7Mにおいて濃度依存的に石灰化を促進した(図6及び7)。一方、ACNQは10−5M〜10−7Mにおいて、培養上清中の遊離LDHを測定した結果では細胞毒性を示さなかった(図8)。
以上の結果から、ACNQは、10−5M〜10−7Mといった極めて低濃度で骨形成を促進し、そしてこの濃度において細胞毒性を示さないことが明らかとなった。
つぎに、ACNQの骨吸収に与える影響について調べた。破骨細胞はマクロファージ系の造血細胞に由来し、骨組織特有の環境下で骨吸収因子の刺激により形成される骨吸収系細胞である。骨髄に存在する破骨細胞前駆細胞からin vitroで破骨細胞を形成させることにより、その機能解析が可能である。破骨細胞を形成させる培養系としては、骨髄細胞培養、骨髄細胞と骨芽細胞の共存培養、脾細胞と骨芽細胞の共存培養などが用いられている。骨髄細胞を1α,25(OH)とともに培養すると、破骨細胞の標識酵素である酒石酸耐性酸ホスファターゼ(TRAP)陽性の多核破骨細胞が形成される。
そこで、ヒト単核細胞を1α,25(OH)及びACNQの存在下で培養し、1α,25(OH)によって惹起されたTRAP陽性多核破骨細胞形成に与えるACNQの影響を調べた。ACNQは10−8M〜10−5Mにおいて濃度依存的に破骨細胞形成を抑制した(図9)。その抑制作用は、同じ濃度のビタミンKよりも著しく強かった。
また、マウス新生仔の頭蓋骨由来の初代骨芽細胞様間質細胞とマウスの骨髄細胞との共存培養系により形成されるTRAP陽性細胞を調べた。ACNQは1.5μg/ml以上で破骨細胞形成を著しく抑制した(図10)。そこで、ACNQの骨吸収系活性に与える影響を調べた。同上マウスの初代骨芽細胞様間質細胞とマウスの骨髄細胞との共存培養による破骨細胞形成系における象牙切片上の吸収窩形成及び細胞毒性を測定した。ACNQは、分化・成熟した破骨細胞の骨吸収活性を抑制しなかった(図11)。また、ACNQは破骨細胞に対して毒性を示さなかった(図11)。このことはACNQは分化・成熟した破骨細胞に対してその機能を損なわないことを示している。
以上の結果から、BGSは、これを経口摂取すると、骨量を増やすとともに骨強度を高める作用を示すことが明らかとなった。一方その主要な活性成分の1つと考えられるACNQは、骨芽細胞形成を高めるとともに骨形成を促進し、一方では、破骨細胞の形成を抑制するが、形成された破骨細胞は正常に機能する(骨吸収活性を有する)、といった極めてユニークな骨代謝作用を示した。前記BGSの骨形成促進活性は、BGS中のさまざまな成分が複合した作用によるものとも考えられるが、しかしその大部分はBGS中に極微量含まれるACNQの作用に基づくものであることは間違いないと考えられる。
ところで、血液凝固因子として一般的に知られているビタミンKが骨代謝にも関連することが明らかにされ注目されている。天然にはビタミンK1とK2が存在する。ビタミンK及びKはナフトキノン骨格を共有し、該骨格の3位に結合する側鎖のみが異なり、1位にはともに同じメチル基が結合している。ビタミンKは単一化合物であるが、ビタミンKは、3位に結合するイソプレン数により14の同族体があり、この内イソプレン単位数4(ゲラニルゲラニオール)のビタミンK−4のみが骨形成を促進し、骨吸収を抑制して骨量の減少を抑制する。ビタミンKあるいはビタミンKの側鎖による骨吸収への影響が調べられた結果、ビタミンK−4の側鎖であるゲラニルゲラニオールには、ビタミンK−4と同程度の破骨細胞形成抑制作用が認められた。ところが、ビタミンKの側鎖であるフィトールは抑制活性が弱く、また、ビタミンKのイソプレン単位数が2〜7(4を除く)の側鎖は、抑制作用を示さずむしろ促進した(Hara,K.et al.:Bone,16:179−184,1995)。
本発明のACNQもビタミンKあるいはKと同様にナフトキノン骨格を有するが、該骨格の2位にはアミノ基がそして3位にはカルボキシル基が結合しており、上記したようにビタミンKあるいはビタミンKの骨代謝活性は側鎖に依存していることを考慮すると、両者は全く異なると考えられる。
前記培養物またはナフトキノン化合物は骨代謝を促進し、骨粗鬆症の予防あるいは改善に有用な食品の製造のために、その有効量を日常摂取する食品に添加することができる。添加対象の食品は特に限定されないが、好ましくは日本においては、保健の用途の表示や限定された用途について表示許可された特別用途食品(病者用食品、高齢者用食品、特定保健用食品)が挙げられる。外国ではヘルスクレイム(健康強調表示)が許可された食品などが挙げられる。
代謝性骨疾患の予防又は改善用飲食品には、前記ナフトキノン化合物を用いることもできるが、安全性、健康衛生上の面から、天然物由来、とりわけ、プロピオン酸菌培養物を用いることが好ましい。培養物は、それ自体のみならず、その溶媒抽出物、その処理物(例えば、菌体を含む培養液、菌体の抽出物、培養液の上清、これらの濃縮物、乾燥物、希釈物など)などを含む。
食品中の有効成分の活性を維持するために、安定化剤として、例えば、アスコルビン酸ナトリウムなどを添加するとよい。培養物の添加量は、有効成分のナフトキノン化合物の含有量から計算されるが(例えば参考例2参照)、培養物を、例えば0.5〜10重量%添加すればよい。
本発明の飲食品用組成物は、単独で使用してもよいが、食品学的に許容される担体、さらには1つ以上の他の食品栄養素、例えばビタミン、ミネラル、アミノ酸などとともに配合してもよい。ここで食品学的に許容される担体としては、結合剤、賦形剤、保存剤、着色剤などが挙げられる。
前記ナフトキノン化合物及び培養物は、通常一般的な医薬組成物の形態で用いられる。
医薬組成物は、薬学的に許容される担体、例えば充填剤、増量剤、結合剤、付湿剤、崩壊剤、表面活性剤、滑沢剤などの希釈剤、あるいは賦形剤を用いて調製される。この医薬組成物としては、各種の形態が治療目的に応じて選択でき、その代表的なものとして、錠剤、丸剤、散剤、液剤、懸濁剤、乳剤、顆粒剤、カプセル剤、膣坐剤、注射剤(液剤、懸濁剤)などが挙げられる。
代謝性骨疾患予防治療薬の投与量は、年齢、体重等の患者の状態、投与経路、病気の性質と程度等を考慮して設定することが望ましいが、通常は、成人に対して、ナフトキノン化合物量として、1日当たり、経口投与の場合、0.5〜100mg/kgの範囲が一般的である。場合によっては、これ以下で十分であるし、また、逆にこれ以上の用量を必要とすることもある。また1日に2〜4回に分割して投与することもできる。
本発明の医薬を投与するに際しては、骨形成にはカルシウムが必要とされることから、カルシウム剤を併用して投与してもよい。また、骨吸収抑制剤[例、活性型ビタミンD、活性型ビタミンD、カルシトニン、エストロジェン、イプリフラボン(オステン(商品名))など]と併用して投与してもよい。
実施例
以下、本発明の特定の態様を参考例及び試験例により説明するが、当業者であればさまざまな修飾が本発明の範囲内で実施しえることが認識されるであろう。[参考例1] BGS粉末の製造
10w/w%ホエイ粉還元液を8N−NaOHでpH7.0に調整後、プロテアーゼ(アマノA(アマノ製薬))をホエイ粉1gにつき6.79mg添加し、50℃で2時間酵素分解した。反応期間中は8N−NaOHでpH7.0に保持した。85℃、10分間加熱し酵素を失活させた後35℃まで冷却した。酵母エキス0.1w/w%を加え、4N−HClでpH6.7に調整した後、121℃、7分間滅菌して培地とした。
Propionibacterium freudenreichii ATCC 6207株(菌株番号は一例)をあらかじめTPY培地(特開平7−289273公開公報実施例1参照)で静置培養(37℃,3日)しておき、これを種菌として上記培地に2%植菌した。培養温度は35℃とし、8N炭酸カリウム水溶液でpH6.0に保ちながら72時間培養した。なお培養槽のヘッドスペースは窒素で置換し、攪拌は100〜150rpmとした。この培養液にアスコルビン酸ナトリウム0.5w/w%添加した後、121℃,15秒で殺菌した。培養液固形分の4倍量の脱脂粉乳を添加して、噴霧乾燥した。この乾燥粉末中のACNQの含量は、0.56μg/gであった。
[参考例2] ACNQの分析
(1) 培養液の場合
菌体を含む培養液0.5mに、1N塩酸0.05m、精製水2ml、およびアセトン2.5mlを加え、200rev/minで60分間振盪した。酢酸エチル2.5mlを加え、200rev/minで30分間振盪後、遠心(2,500rpm、4℃、5分間)した。さらに、水層について酢酸エチル7.5mlで2回抽出した。有機溶媒層を濃縮後、メタノール200μLで溶解し、HPLCで分析した。
HPLC条件は以下のとうり
カラム:CAPCELL PAK C18 SG120(φ4.6×250mm、資生堂)
カラム温度:45℃
移動相:アセトニトリル/メタノール/7.94mmol/L過塩素酸ナトリウム溶液/酢酸(250/100/900/0.6、pH5.6)
流速:1.0ml/min
検出:多電極型電気化学検出器:Coulochem II(ESA,Inc)
ガードセル −650mV
アナリティカルセル DET.1 −600mV
DET.2 +150mV
試料温度:室温
注入量:20μL
(2) 凍結乾燥粉末の場合
粉末1gにメタノール50mlを加えて1時間振盪した後、酢酸エチル50mlを加えて更に30分間振盪した。懸濁液を濾過し、濾液を濃縮後、メタノール5mlで溶解し、HPLCで分析した。
[試験例1] BGSの骨量及び骨強度に及ぼす効果(in vivo試験)
参考例1で得たBGS粉末を2%又は10%含む精製飼料(AIN−93G組成準拠)を雄性SDラットに4週間自由摂取させた。試験飼料の調製にあたっては、BGS粉末に由来するタンパク質、乳糖、カルシウム、リン、マグネシウムを考慮し、各試験飼料間で平準化させた。対照の飼料は20%のカゼインを含むAIN−93G組成に準拠した。
その結果、飼育後の体重増加、飼料効率は3群間に差を認めなかった。大腿骨と脛骨の乾燥重量に関しては3群間に差を認めなかった。骨密度は、10%BGS粉末を与えた群は対照群に対して有意に高値を示し、2%BGS粉末を与えた群は対照群に対して有意ではないものの高値傾向を示した(図1)。大腿骨破断エネルギーは、10%BGS粉末を与えた群は対照群及び2%BGS粉末を与えた群に対して有意に高値を示し、また、2%BGS粉末を与えた群は対照群に対して有意ではないものの高値傾向を示した(図2)。大腿骨カルシウム量は、10%BGS粉末を与えた群は対照群に対して有意に高値を示し、2%BGS粉末を与えた群は対照群に対して有意ではないものの高値傾向を示した(図3)。
これらのin vivo試験結果から、BGSを経口摂取することにより骨密度が高まり、破断応力が増強し、そしてカルシウム蓄積が高められることが明らかとなった。すなわち、BGSを経口摂取すると骨形成を促進し、骨量と骨強度を高める効果を有することが明らかとなった。
[試験例2] ACNQの骨形成促進作用
骨芽細胞としてマウス骨髄由来のストローマセルラインST−2細胞
(Udagawa,N.et al.:Endocrinology,125:1805−1813,1989)を用いた。この細胞は骨髄細胞に対して骨芽細胞と同等の破骨細胞分化誘導能を有している。
細胞を96ウエルマイクロプレートの各ウェルに4×10細胞/ウエル播き、10%FBS、ペニシリンG、及びストレプトマイシンを含むRPMI1640培地で1日培養した。
ACNQを含む同培地で培地交換し、さらに3日間培養した。培養後、細胞のALP活性を測定した。
細胞をPBSで洗浄後、エタノールで1分間固定した。37℃の酵素反応液(基質としてp−nitrophenylphosphate、0.1Mグリシン、1mM MgCl、及び0.1mM ZnClを含む緩衝液,pH10.5)を加えて37℃で30分間反応させた。等量の0.05N NaOHを添加して反応を停止させた。ALP活性は、タンパク質1mgあたり、1分間に生成されるp−nitrophenol量(415nmの吸光度で測定)を1Uとして表した。タンパク質含量は、タンパク質測定試薬(Bio−Rad Lab.)を用いて測定した。また、ACNQの細胞毒性をMTTアッセイにより測定した(図5)。
細胞のALP活性は、ACNQの濃度1μg/mLまでは、濃度依存的に増加し、濃度1μg/mL近辺において、ALP活性がピークに達した(図4)。このALP活性のピーク濃度において細胞毒性は全く認められなかった(図5)。
[試験例3] ACNQの石灰化能促進効果
骨折手術時に得られた20歳男性の長管骨骨膜より樹立した培養ヒト骨芽細胞(SaM−1)を使用した。このSaM−1細胞は骨芽細胞の特徴をすべて保持していた(Koshihara,Y.et al.:In Vitro Cell.Dev.Biol.,25:37−43,1989)。SaM−1は、2mMのα−グリセロリン酸存在下で、1α,25(OH)の濃度に依存して石灰化を促進することが知られている(Koshihara,Y.et al.:Biochem.Biophys.Res.commun.,145:651−657,1987)。
18PDL(population doubling level)のSaM−1を12穴プレートに播き、コンフルエントになるまで培養した。つぎに石灰化促進剤である、α−グリセロリン酸を2mMになるように添加した。この培養系に、10−8M〜10−9Mの1α,25(OH)、10−5〜10−6MのビタミンK(2−methyl−3−all−trans−tetraphenyl−1,4−naphtoquinonc;menaquinone)、10−5M〜10−7MのACNQ、あるいは10−9Mの1α,25(OH)+10−5M〜10−6MのACNQをそれぞれ添加し32日間培養した。対照には溶媒のDMSOを培養液の0.1%になるように加えた。培地はそれぞれの試験物質を含む培地で1日おきに交換した。石灰化度はヒドロキシアパタイトの構成成分であるCaおよびP量で表した。
(1)細胞外マトリックス中のカルシウムの測定
細胞外マトリックス中のCaは、o−cresolphthalein complexone法(OCPC法)(Gitleman,H.J.:Anal.Biochem.,18:520−531,1967)に基づいたキット(カルシウムCテストワコー)により定量した。
培養終了後Hank’s液にて細胞を洗浄した。冷5%過塩素酸0.5mL/ウエルを加えて、4℃で15分間振盪抽出した。抽出液25μLと緩衝液2.5mLを混合後、発色液(OCPC0.4mg/mL、8−キノリノール含有)250μLを加えて攪拌し、5分後にその反応液を吸光度計(570nm)にて測定した(図6)。
(2)細胞外マトリックス中のリンの測定
細胞外マトリックス中のPは、Chenらの方法(Chen,P.S.et al.:Anal.Chem.,28:1756−1758,1956)で定量した。
0.84%モリブデン酸アンモニウム、2N−硫酸、10%アスコルビン酸を3:3:1(容積比)で混合して反応試薬を調製した。上記Ca測定で抽出した抽出液100μLを蒸留水800μLで希釈した後、反応試薬2.1mlを加えて、45℃で20分間インキュベートした。水で冷却後、反応液を吸光度計(570nm)にて測定した(図7)。
図6および図7から、1α,25(OH)は、既報のように10−8M〜10−9Mの濃度において、濃度に依存して石灰化を促進することが確認された。一方、ACNQは、10−5M〜10−7Mの濃度において、濃度に依存して石灰化を促進することが確認された。
(3)ACNQの細胞毒性
LDH−Cytoloxic Test Wako(細胞毒性測定用キット)を用いて培地上清中の遊離LDHを測定し、ACNQの細胞毒性を調べた。培養32日目の培地上清を採取し、発色反応後にマイクロプレートリーダー(540nm)を用いてLDHを測定した。
結果、ACNQは10−5M〜10−7Mの濃度において、対照に比較して有意な差は認められず、この濃度において細胞毒性の可能性はないものと判断した(図8)。
[試験例4] ACNQの破骨細胞形成抑制作用
(1) 人工骨頭置換手術時に得られたヒト骨髄細胞を密度勾配遠心法に供し、単核細胞
を採取した。この単核細胞を、20%ウマ血清及び10−8Mの1α,25(OH)を含有するα−MEM培地中8×10細胞/ウエル(079cm)になるように播種して、17日間培養した。培養液は週2回、1/2づつ交換した。ACNQの添加は開始時に行った。
培養16日目にプロナーゼ/EDTA処理を行ってストローマ細胞を除去した。翌日に細胞をPBS(−)で洗浄後、細胞をホルマリン固定した。ホルマリン固定細胞はTRAP染色を行って、各ウエルのTRAP陽性多核細胞数を計測した。対照としてビタミンK1を用いた。
ACNQは10−8M〜10−5Mの濃度において、濃度に依存して破骨細胞形成を抑制した。(図9)。
(2) ddYマウス新生仔の頭蓋骨を酵素処理(コラゲナーゼとディスパーゼの混合溶液)して初代骨芽細胞様間質細胞を得た。一方、同マウス(6〜9週齢雄)の大腿骨と脛骨より骨髄細胞を単離した。初代骨芽細胞様間質細胞と骨髄細胞とを、ACNQの存在下で共存培養し、ACNQの破骨細胞への分化誘導作用を調べた。
初代骨芽細胞様間質細胞と骨髄細胞とを、およそ1:20の比率の細胞数で含むものを、10%FBS添加αMEMを用いて、10−8M〜10−10Mの1α,25(OH)存在下、6〜8日間共存培養した。培養期間中に、各種濃度のACNQ、あるいは比較対照として、破骨細胞形成を抑制することが知られているビタミンKを、培地交換(培地交換半量、交換日は2日おき)ごとに添加した。
TRAP染色に陽性の細胞で、かつ、細胞内の核数が3以上の細胞を分化した破骨細胞とした。TRAP染色液は、使用時直前に、基質(ナフトールAS−MXリン酸)5mg、及び色素(Fast red violet LB salt)25mgをN,N−ジメチルホルムアミド約0.5mlに溶解し、これに50mM酒石酸ナトリウムを含む0.1M酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)50mlを加えて調製した。培養した細胞の培地を除去後PBSにて洗浄し、10%ホルマリン含有PBSにて5分間固定後、1:1のエタノール・アセトンで1分間再固定した。風乾後、TRAP染色液にて室温で10〜15分間反応させた後水洗・乾燥させた。このものを検鏡し破骨細胞数を計測した。ACNQは、骨髄細胞中に存在する単核細胞の破骨細胞への分化・成熟を0.15〜15μg/mlの濃度において、濃度依存的に抑制した(図10)。
[試験例5] ACNQの骨吸収に与える影響
象牙切片上での破骨細胞による吸収窩形成に与えるACNQの影響を調べた。
試験例4の(2)と同様に、ddYマウス新生仔の頭蓋骨由来の初代骨芽細胞様間質細胞と、同マウス(6〜9週齢雄)の大腿骨と脛骨より単離した骨髄細胞を、100mmデイッシュ/20mL中、1×10細胞:1×10細胞の比率で含むものを、コラーゲンゲル上、10%FBS、及び10−8Mの1α,25(OH)を添加したαMEM培地で、6〜8日間共存培養した。培地交換は2日ごとに行った。培養後、0.2%コラゲナーゼ溶液を加え、37℃20分間ゆっくり振とうしてコラーゲンゲルを消化して、分化誘導された破骨細胞様多核細胞を回収した。この方法で得られた破骨細胞数は、最大4×10細胞/100mmデイッシュであった。
この破骨細胞様多核細胞は、10%FBS添加αMENM培地で4×10細胞/mLに調製して、象牙切片を入れたウエル(96穴)に、ウエルあたり100μl播種し、37℃で2時間培養した。培養後、0.5〜1.0mL/ウエルの培地を入れた24、又は48ウエルに移した。同時に、各種濃度のACNQを各ウエルに添加し、37℃で24時間培養した。培養後、培地を除去し、象牙切片をマイヤーの酸性ヘマラウン染色液にて短時間染色した。染色液を除去後、骨芽細胞の貧食により形成された象牙質切片表面の吸収窩の数を、顕微鏡下でカウントした。結果は対照(ACNQ無添加)の吸収窩の数を100%としたときのそれぞれの吸収窩の数(%)で示した。ACNQは、最高濃度の7.5μg/mL濃度でも破骨細胞の骨吸収活性を低下させなかった(図11)。このことは、ACNQは、分化・成熟した破骨細胞の骨吸収活性を抑制しないことを示しており、それは破骨細胞への細胞毒性を示していないことからもいえる。
産業上の利用可能性
本発明のプロピオン酸菌及び/又は乳酸菌の培養物は、食品に添加することができ、そして該食品を摂取することにより、代謝性骨疾患、とりわけ、骨粗鬆症を予防あるいは改善することが期待できる。また、該培養物中に含まれる2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノンおよびナフトキノンの誘導体は代謝性骨疾患の予防治療薬として有用である。
【図面の簡単な説明】
図1は、BGS粉末を2%又は10%含む精製飼料をSDラットに4週間自由摂取させた後のSDラットの脛骨骨密度(mg/cm)を示す図であり、図2は、そのラットの大腿骨破断エネルギー(mJ)を示す図であり、図3は、そのラットの大腿骨乾燥重量当たりのカルシウム量(mg/g)を示す。図1〜3においてバーは平均値±標準誤差を示す(p<0.05)。
図4は、マウス骨髄由来ストローマセルラインST−2細胞を各種濃度のACNQの存在下で3日間培養後の、該細胞のアルカリホスファターゼ活性を示す図であり、図5は、該細胞のMTTアッセイによる生細胞数(595nmにおける吸光度)を示す図である。
図6は、ヒト骨芽細胞(SaM−1)における、1α,25(OH)、ビタミンK、ACNQ、及び1α,25(OH)とACNQとの組み合わせによるCa蓄積の影響を示す図である。
図7は、ヒト骨芽細胞(SaM−1)における、1α,25(OH)、ビタミンK、ACNQ、及び活性型1α,25(OH)とACNQとの組み合わせによるP蓄積の影響を示す図である。
図8は、ヒト骨芽細胞(SaM−1)における、1α,25(OH)、ビタミンK、ACNQ、及び1α,25(OH)とACNQとの組み合わせによる細胞毒性を示す図である。
図9は、ヒト骨髄細胞(SaM−1)培養におけるACNQ及びビタミンKのTRAP陽性多核細胞に与える影響を示す図である。
図10は、ddYマウス新生仔の頭蓋骨由来の骨芽細胞様間質細胞と同マウス由来の骨髄細胞を1α,25(OH)あるいはACNQ存在下で共存培養した場合の破骨細胞形成に与える影響を示す図である。
図11は、ddYマウス新生仔の頭蓋骨由来の骨芽細胞様間質細胞と同マウス由来の骨髄細胞をACNQ存在下で共存培養した場合の破骨細胞活性を示す図である。

Claims (13)

  1. 2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノンを有効成分とする、骨形成の促進と骨吸収の抑制の2つの作用を併せもつ代謝性骨疾患の予防治療薬。
  2. 代謝性骨疾患が骨粗鬆症である請求項記載の予防治療薬。
  3. 2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノンがプロピオン酸菌の培養物から得られたものである請求項1又は2記載の予防治療薬。
  4. 培養物が培養上清及び/又は菌体である請求項3記載の予防治療薬。
  5. プロピオン酸菌がプロピオニバクテリウム・フロイデンライヒ(Propionibacterium freudenreichii)である請求項3又は4記載の予防治療薬。
  6. 有効成分としてさらに乳酸菌培養物を含む請求項1〜5のいずれか1項記載の予防治療薬。
  7. 乳酸菌がラクトコッカス・ラクチス・サブスピーシス・ラクチス(Lactococcus lactis subsp.lactis)である請求項6記載の予防治療薬。
  8. 2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノンを有効成分とする、骨形成の促進と骨吸収の抑制のための医薬。
  9. 2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノンがプロピオン酸菌の培養物から得られたものである請求項8記載の医薬。
  10. 培養物が培養上清及び/又は菌体である請求項9記載の医薬。
  11. プロピオン酸菌がプロピオニバクテリウム・フロイデンライヒ(Propionibacterium freudenreichii)である請求項9又は10記載の医薬。
  12. 有効成分としてさらに乳酸菌培養物を含む請求項8〜11のいずれか1項記載の医薬。
  13. 乳酸菌がラクトコッカス・ラクチス・サブスピーシス・ラクチス(Lactococcus lactis subsp.lactis)である請求項12記載の医薬。
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