年齢とともに気になる、細胞のエネルギーづくり

年齢とともに「疲れやすくなった」「回復に時間がかかる」「以前のように動けない」と感じることがあります。その背景に関わるものとして、いま健康産業と生命科学の分野で熱い視線が注がれているのが、細胞の中にあるミトコンドリアです。ミトコンドリアは、私たちが食事から得た栄養をもとに、生命活動に必要なエネルギーを生み出す細胞の発電所です。

健康長寿を考えるうえで注目されるミトコンドリア

この小さな発電所が元気に働くことは、毎日のコンディションや代謝、筋肉や脳の働き、さらには健康長寿を考えるうえで重要なテーマになっています。
ミトコンドリア研究は、もはや専門家だけの話ではありません。自分自身の体力、親の健康、子どもや家族の未来を考えるうえでも、知っておきたい健康管理のテーマなのです。

ミトコンドリアと核酸・ヌクレオチドの関係

そのミトコンドリアと深く関わっているのが、核酸やその構成単位であるヌクレオチドです。ヌクレオチドは、DNAやRNAを構成する核酸の基本単位であり、細胞の情報伝達やエネルギー代謝にも関わる重要な分子です。さらに、ATP※やNAD⁺※のように、細胞のエネルギーづくりに欠かせない分子も、核酸と深い関係を持っています。

細胞の働きから考える、家族の健康

近年の研究では、ヌクレオチドや核酸関連分子が、ミトコンドリア機能や酸化ストレスへの応答、細胞の保護、筋肉の代謝などに関わる可能性が報告されています。ミトコンドリアと核酸の研究は、家族の健康を細胞の発電所から見直すための大切な視点を与えてくれます。

※ATP（アデノシン三リン酸）
細胞が生命活動を行うために必要なエネルギーを受け渡す分子。「細胞のエネルギー通貨」とも呼ばれ、筋肉の収縮や物質の合成など、さまざまな活動に利用されます。
※NAD⁺（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）
細胞内のエネルギー代謝に欠かせない補酵素。栄養素からエネルギーを取り出す過程で電子を受け取るなど、ミトコンドリアの働きにも重要な役割を果たしています。

【参考文献】
・食事性ヌクレオチドと腸粘膜のミトコンドリア機能
DOI:10.1097/00005176-200308000-00008
・ヌクレオチドと細胞のストレス応答
DOI:10.3390/molecules28031226
・NAD⁺前駆体と筋肉のミトコンドリア新生
DOI:10.1126/sciadv.add5163

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-16 核酸/ Nucleic Acid 最新研究エビデンス集』より

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遺伝子の働きにアプローチする「核酸医薬」

薬は、症状を抑えるだけでなく、病気に関わる分子を直接標的とする時代へと進んでいます。いま医療の最前線では、DNAやRNAという「生命情報」を利用して、病気に関係する遺伝子の働きを調整する「核酸医薬」の開発・実用化が進んでいます。

これまで届かなかった標的へ

核酸医薬の大きな特徴は、病気に関係する遺伝子の情報を、塩基配列の違いを利用してねらえることです。DNAやRNAなど、遺伝情報に関わる分子を標的とすることで、これまで薬をつくるのが難しかった病気にも新しい治療法が生まれ、患者数の少ない病気、がん、神経の病気、感染症などで研究と実用化が進んでいます。
たとえば、指定難病の一つである「脊髄性筋萎縮症（SMA）」では、アンチセンス核酸医薬によって、運動機能の改善が認められています。

核酸医薬のカギを握る「届ける技術」

一方で、核酸は体の中でこわれやすく、必要な細胞までどう届けるかが大きな課題です。そこで、核酸を包んで運ぶ小さなカプセルや、分子をこわれにくくする技術が開発されています。こうした「届ける技術」の進歩によって、核酸は研究室で調べる分子から、実際の医療に使われる薬へと進化してきました。

核酸から広がる医療の可能性

もちろん、核酸医薬と食品・サプリメントはまったく別のものです。しかし核酸医療の進歩は、DNAやRNAが生命の設計図であるだけでなく、そのしくみを利用することで、病気に関わる分子を標的にできることを示しています。将来は、一人ひとりの遺伝情報や病気の状態に合わせて治療を選ぶ個別化医療へ。核酸は、医療の未来を動かす技術になりつつあります。

栄養書庫発行 : 「よくわかる健康サイエンス-16 核酸/ Nucleic Acid 最新研究エビデンス集」より

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「腸活」から「マイクロバイオーム」の時代へ

腸活といえば、これまで「食物繊維」「発酵食品」「乳酸菌」といった言葉が中心でした。しかし近年、マイクロバイオーム（腸内細菌叢）の研究は、健康や老化との関わりを探る研究の最前線として、世界中で急速に進んでいます。腸内細菌は、もはや消化を助けるだけの存在ではありません。代謝、免疫、脳、老化、毎日のコンディションにまで関わる体内のもうひとつの生命システムとして見直されているのです。

いま注目される核酸とヌクレオチド

そうした研究の中で、腸内環境との関わりが研究されている成分のひとつが「核酸」や「ヌクレオチド」です。ヌクレオチドは、核酸であるDNAやRNAを構成する基本単位であり、細胞の情報伝達やエネルギー代謝にも関わる重要な分子です。さらに、母乳中にも含まれる成分として知られ、赤ちゃんの腸内細菌叢形成との関係を調べる研究も進められています。

ヌクレオチドと腸内環境をめぐる研究

乳児用ミルクにヌクレオチドを加えた研究では、赤ちゃんの便中の腸内細菌叢に変化がみられたことが報告されています。また、基礎研究などでは、食事由来のヌクレオチドが、腸内細菌の多様性や代謝物、腸管バリア、さらには腸脳相関にまで関わる可能性も研究されています。

腸と核酸の研究は、私たちの身近なテーマへ

赤ちゃんの腸づくり、年齢とともに変化する腸内環境、そして毎日のコンディションとの関わりまで。腸と核酸の研究は、もはや専門家だけのテーマではなく、自分と家族の健康を考えるうえでも、身近なテーマになりつつあります。

乳児の腸内細菌叢とヌクレオチド

乳児用ミルクにヌクレオチドを加えたヒト試験では、赤ちゃんの便中の腸内細菌叢に変化がみられたことが報告されています。

出典 :
Singhal A, et al. Am J Clin Nutr. 2008
DOI: 10.1093/ajcn/87.6.1785

※この研究は、特定の食品や飲料の効果を直接示すものではありません。核酸・ヌクレオチドと腸内環境との関わりについては、このほかにもさまざまな研究が進められています。詳しい研究エビデンスは本書で紹介しています。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-16 核酸/ Nucleic Acid 最新研究エビデンス集』より

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核酸（DNA・RNA・ヌクレオチド）と細胞エネルギー研究のつながり

① 摂取

DNA・RNA・ヌクレオチドなどの核酸成分を摂る

② 消化・吸収

体内で分解され、ヌクレオチド・ヌクレオシド・塩基として吸収される

③ 細胞で再利用

吸収された成分は、細胞内で再利用され、DNA・RNA・エネルギー代謝に関わる素材になる

④ ミトコンドリアとの接点

ATPやNAD＋などの分子につながり、ミトコンドリアの働きや細胞エネルギー産生に関わる可能性が研究されている

⑤ 研究が注目するポイント

核酸 = 情報とエネルギーをつなぐ生命素材

※本図は研究の考え方をわかりやすく示した模式図です。特定の食品・飲料・サプリメントの効果効能を示すものではありません。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-16 核酸/ Nucleic Acid 最新研究エビデンス集』より

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細胞の生命活動を支える核酸

私たちの体は、無数の細胞からできています。肌、筋肉、血液、内臓、神経、免疫細胞。多くの細胞の中で、生命活動の中心を支えているのが「核酸」です。

DNAとRNA、それぞれの役割

核酸とは、DNAとRNAの総称です。DNAは体をつくるための生命の設計図。RNAは、その設計図を読み取り、必要な情報を細胞へ伝えるメッセンジャーとして働きます。DNAには体を形づくる情報が保存され、RNAはタンパク質づくりや遺伝子の調節に関わります。近年はmRNAワクチン、siRNA、アンチセンス核酸など、RNAを活用した次世代医療の研究も進んでいます。

核酸をつくるヌクレオチド

核酸を構成する基本単位がヌクレオチドです。ヌクレオチドはDNAやRNAの材料になるだけでなく、細胞分裂、組織の修復、免疫細胞の増殖にも必要とされます。つまり核酸は、細胞を支える生命活動の基本素材なのです。

核酸とエネルギーの深い関係

さらに核酸は、「情報」だけでなく「エネルギー」とも深く関わっています。
細胞のエネルギー通貨と呼ばれるATP※もヌクレオチドの一種です。また、NAD+はエネルギー代謝やDNA修復、サーチュインの働きに関わり、ミトコンドリア機能や老化研究でも注目されています。

核酸から広がる生命のしくみ

核酸は単なる「遺伝子の材料」ではありません。設計図を保存するDNA、情報を働きへつなげるRNA、エネルギーを支えるATP、修復や代謝に関わるNAD+。これらはすべて、ヌクレオチドという共通の基盤を持ち、細胞の中で互いに関わり合っています。

核酸を知ることから始まる健康づくり

老化や疲労、肌の変化、免疫機能、認知機能、筋肉の衰え。その背景には、DNAの損傷、修復力の低下、ミトコンドリア機能の低下など細胞レベルの変化が関係していると考えられています。核酸を知ることは、細胞を知ること。年齢を重ねても健やかな体づくりを考える第一歩です。

※ATP（アデノシン三リン酸）は、すべての生物の細胞内に存在し、生命活動に必要なやりとりを行う化合物のこと

ひと目でわかる核酸のしくみ

核酸は、設計図を保存するDNA、情報を伝えるRNAとして働きます。また、その構成単位であるヌクレオチドは、ATPやNAD+にも利用され、細胞の働きを支えています。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-16 核酸/ Nucleic Acid 最新研究エビデンス集』より

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糖尿病と高血糖のしくみ

糖尿病は、インスリンの作用不足により高血糖の状態が続く、代表的な生活習慣病の一つです。自覚症状がないことも多く、網膜症や神経障害、腎臓疾患などの合併症のほか、動脈硬化、心臓病や脳卒中の関連も指摘されています。

合併症はなぜ起こる？

これまで糖尿病を発症すると、生活習慣の改善やインスリンを投与して、合併症を起こさないよう血糖値を保つ治療が行われてきました。糖尿病の合併症にはさまざまな要因が関わっています。その一つとして、高血糖によって糖化反応が進み、酸化ストレスが増加することが関与すると考えられています。

核酸と糖尿病研究の可能性

核酸は、酸化ストレスや細胞機能との関係について研究が進められており、インスリン分泌との関連についても検討されています。また、核酸医薬の分野では、糖尿病を対象とした新たな治療法の開発に向けた研究も進められています。

マイクロRNAを用いた糖尿病研究

2016年に東北大学が発表した研究では、2種類のマイクロRNAを血液に投与することで、インスリンの分泌に関わる膵臓のβ細胞を増殖させ、高血糖の改善が報告されました。（図1）。この研究は、糖尿病治療への応用が期待されており、関連技術は2020年に特許※として登録されています。

※特許番号6799861 核酸分子
※※なお、本章で紹介した核酸医薬の研究は、食品に含まれる核酸とは異なる医療技術の研究です。食品としての核酸に、同様の作用や効果を示すことを意味するものではありません。

■ マイクロRNA投与後の血糖値の変化（図1）

骨髄移植マウスを用いた研究では、β細胞の再生メカニズムとして、細胞外小胞を介する2種類のマイクロRNA（miRNA-106bとmiRNA-222）の伝達が重要な役割を担っていることを発見しました。この2種類のマイクロRNAを糖尿病マウスに静脈注射したところ、β細胞の増殖やインスリン分泌の回復が認められ、高血糖の改善が報告されました。

※※※本研究はマウスモデルで行われた研究です。

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-34 核酸の秘密』より

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身体に大切な3つの要素

私たちの身体は「タンパク質・アミノ酸・核酸」という3つの要素によって支えられています。筋肉、臓器、酵素、ホルモンをつくるタンパク質、その材料であるアミノ酸、そしてそれらを設計し、再生や合成を指示する核酸（DNA・RNA）。この３つのどれが欠けても身体はうまく働きません（図1）。

■タンパク質・アミノ酸・核酸の再合成（図1）

私たちの身体では、タンパク質・アミノ酸・核酸が絶えずリサイクルしながら循環しています。タンパク質はアミノ酸に分解されて体内を巡り、必要に応じて新しいタンパク質として再合成されます。この合成を指示する設計図が核酸です。古くなったタンパク質や細胞は、再びアミノ酸やヌクレオチドに分解され、体内の材料として再利用されています。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-11 タンパク質とアミノ酸と核酸』より

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ヌクレオチドはDNAの材料

私たちの身体は、成長したり、ケガを治したり、古くなった細胞を入れ替えたりするとき、絶えず細胞分裂をくり返しています。このとき必要なのが、DNA（デオキシリボ核酸）のコピー＝複製です。そしてこのDNAの材料になるのが、ヌクレオチドです。

核酸を構成する部品

ヌクレオチドは、核酸（DNAやRNA）を構成する最小の部品で、リン酸、糖（リボースまたはデオキシリボース）、塩基（A・T・G・C・U）からできています。これが「ブロック」になって長くつながることで、DNAやRNAの“鎖”ができあがります（図1）。

■ヌクレオチドの構造（図1）

ヌクレオチドは、核酸の最小単位。ヌクレオチドの塩基の並び方が、遺伝子情報そのもので、リン酸、糖と正確につながることで、DNAやRNAが正しく働き、体内のタンパク質合成が正常に進みます。ヌクレオチドがなければ、核酸もできず、タンパク質の生産も始まりません。

DNA はアデニン（A）とチミン（T）、グアニン（G）とシトシン（C）が結合して形作られます。

ヌクレオチドが豊富に必要

核酸が十分に働くためには、材料であるヌクレオチドが細胞内に豊富にあることが大前提です。ヌクレオチドが不足すれば、DNAの複製もRNAの転写も進まず、結果としてタンパク質の合成も止まってしまいます。特に細胞分裂が盛んなとき（成長期、修復、免疫反応時など）には、DNAを複製する必要があり、ヌクレオチドの需要が一気に高まります。

核酸とヌクレオチドの緻密な連携

また、RNAの役割には、設計図を運ぶだけでなく、アミノ酸を運ぶ「tRNA」や、合成の一部を担う「rRNA」もあります。これらもすべてヌクレオチドからできており、体内でのタンパク質合成は、核酸とヌクレオチドの緻密な連携で支えられています（図2）。

■食べた核酸からヌクレオチドがつくられる（図2）

私たちが食品から摂る「核酸」は分子が大きいため、消化酵素によって、ヌクレオチド→ヌクレオシド→塩基・糖・リン酸という形にまで分解されて、小腸から吸収され、再び肝臓や各細胞でヌクレオチドに再合成されます。これがDNAやRNA、エネルギー物質（ATPなど）の材料として使われています。

核酸食品を摂取ヌクレオチド補充細胞が元気に働く（再生・修復・代謝）

核酸を摂ることが大切

このように体内の“インフラ”に必須のヌクレオチドですが、加齢と共に体内での合成能力は減少していきます。そのため、健康な体づくり、老化の予防、疲労回復のためには、核酸を摂ることが大切になります。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-11 タンパク質とアミノ酸と核酸』より

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核酸こそ生命の設計図

私たちの身体を構成し、動かしているタンパク質。その材料はアミノ酸ですが、「どのアミノ酸を、どんな順番でつなぐか」という設計図を持っているのが、核酸（DNA とRNA）です。DNA（デオキシリボ核酸）は、細胞の核の中にある“命の設計図”。ここには、私たちの身体をつくるあらゆるタンパク質の情報が、文字のように並んだ塩基配列として記録されています（図1）。

■細胞の構造（図1）

細胞内には細胞核を中心に、エネルギーを生むミトコンドリアやタンパク質を合成するリボソーム、タンパク質を送り出すゴルジ装置などがあり、タンパク質を作り出しています。DNA は細胞核の中の染色体に存在します。RNAは遺伝情報の伝達やタンパク質の合成などに働き、細胞核、細胞質内、ミトコンドリアにも存在します。

タンパク質を合成するには転写と翻訳

タンパク質を合成するには、まずこの設計図の必要な部分をコピーすることから始まります。DNA から写し取られたのがRNA（リボ核酸）。この過程を「転写」といいます。特にmRNA（メッセンジャーRNA）は、情報を運ぶ役目を担っています。mRNA は細胞の核の外に出て、「リボソーム」と呼ばれるタンパク質合成の工場に運ばれます。そこでtRNA（トランスファーRNA）が、mRNA の情報に合わせてアミノ酸を一つひとつ運び、正確な順番でつなぎ合わせていきます。この作業が「翻訳」です（図2）。

■核酸から始まるタンパク質づくり（図2）

タンパク質を合成する働きを担うのがRNAです。DNAにある遺伝子情報をメッセンジャーRNAに「転写」（コピー）し、その遺伝子情報がアミノ酸情報に「翻訳」されます。翻訳された塩基配列をもとにアミノ酸をつなげて酵素・ホルモンをはじめとしたすべてのタンパク質が作られています。

DNA→ RNA → タンパク質の流れ

このようにして、ようやく1 つのタンパク質がつくられます。つまり、DNA→ RNA → タンパク質という流れが、生命を支える根幹なのです。
核酸は「タンパク質の設計者であり、現場監督であり、指示書そのもの」。核酸がなければ、どんなにアミノ酸があっても、タンパク質は正しく合成されません。そしてこの精密なシステムがあるからこそ、私たちは筋肉をつくり、酵素を働かせ、ホルモンを分泌できるのです。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-11 タンパク質とアミノ酸と核酸』より

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欠かせない3つの栄養

私たちの身体は、細胞という小さな単位の集まりでできています。そしてその細胞の働きや形を決めるうえで、欠かせないのが「核酸」「アミノ酸」「タンパク質」という三つの存在です。

設計図→材料→完成品へ

まず核酸（DNAやRNA）は、細胞の中で「どんなタンパク質を、どのように作るか」を指示する遺伝情報を持った設計図のような存在です。その指示に従って、アミノ酸という小さな分子が一つずつつながり、タンパク質が合成されます。つまり、アミノ酸はタンパク質という構造を作る“材料”であり、タンパク質は筋肉や臓器、酵素、ホルモンなど身体の構造と機能を支える“完成品”です。

栄養のチームワークが健康を支える

この一連の流れ（DNA → RNA → タンパク質）は、どれか一つでも欠けたり、働きがうまくいかなかったりすると、細胞の再生や代謝、修復がスムーズに進まなくなってしまいます。たとえば、筋肉を増やしたいと思ってタンパク質だけをたくさん摂っても、それを合成するためのアミノ酸のバランスが悪かったり、遺伝情報を伝える核酸の働きが不十分だったりすれば、期待通りの効果は得られません。健康な身体づくりには、これらの連携がきちんと機能していることが前提なのです。

重要なのは、日常的に安定して身体に届けること

日々の食事では、魚、卵、大豆製品などの良質なたんぱく源を中心に、体内で核酸やアミノ酸を補える食品をバランスよく取り入れることが大切です。そしてもう一つ重要なのは、それらを一度に大量に摂るのではなく、日常的に安定して身体に届けていくこと。体内のアミノ酸や核酸は常に出入りしているため、こまめな補給が代謝のスムーズな働きにつながります。

いつ、どう摂るか

「何を、どれだけ摂るか」だけでなく、「いつ、どう摂るか」まで含めて考えること。それが身体づくりや健康維持の本質だといえるでしょう。

「核酸（DNA・RNA）」が「アミノ酸」の並び順を決めて、タンパク質」が作られる

武村 政春（たけむら まさはる）

医学博士
東京理科大学 教養教育研究院 大学院理学研究科 教授

三重大学生物資源学卒業、名古屋大学大学院医学研究科博士課程修了。2016年より東京理科大学教授に就任。DNAポリメラーゼの生化学的研究から研究生活をスタートし、現在は巨大ウイルスの分離・生態学的研究、巨大ウイルスのタンパク質に関する生化学的研究等を行っている。2001年世界に先駆けて「細胞核ウイルス起源説」を提唱。2016年以降、新しい巨大ウイルスを日本の淡水から複数分離・発見し、ウイルスとは何か、生命とは何かについての思索にも取り組む。『たんぱく質入門』（講談社）、『生物はウイルスが進化させた』（講談社）、『細胞とは何だろう』（講談社）、『ろくろ首の首はなぜ伸びるのか』（新潮社）ほか著書多数。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-11 タンパク質とアミノ酸と核酸』より

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