カルニチン
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| IUPAC命名法による物質名 | |
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| 臨床データ | |
| 投与経路 | 経口、IV |
| 薬物動態データ | |
| 血漿タンパク結合 | 無し |
| 代謝 | 僅か |
| 排泄 | 尿（> 95%） |
| 識別 | |
| CAS番号 | 541-15-1 |
| ATCコード | A16AA01 (WHO) |
| PubChem | CID: 10917 |
| DrugBank | APRD01070 |
| ChemSpider | 282 |
| KEGG | C00318 |
| 化学的データ | |
| 化学式 | C7H15NO3 |
| 分子量 | 161.199 g/mol |
カルニチン（carnitine）とは、生体の脂質代謝に関与するビタミン様物質で、アミノ酸から生合成される誘導体である。
立体異性体のうち脂質代謝に利用されるのは L-カルニチンのみであり、エナンチオマーのD-カルニチンは活性がないとされている。日本においては、食品分野で利用されるL-カルニチン、希少疾病用医薬品であるレボカルニチン、胃薬として使用されるDL-カルニチンがある。以下は特に断らない限りL体について記述する。分子式は C7H15NO3、分子量 161.20、CAS登録番号（L体）541-15-1。
概要
カルニチンは、生体内で脂質を燃焼してエネルギーを産生するに当り、脂肪酸を燃焼の場であるミトコンドリア内部に運搬する必須の役割を担う。
現在、サプリメントや機能性食品分野に多く使用され販売されている。カルニチンは、1905年に肉抽出エキス中に発見され、1927年に構造決定された。当時チャイロゴミムシダマシ(Tenebrio Molitor)に必須の成長因子として、ビタミンBTと名付けられた。1960年代までにカルニチンが長鎖脂肪酸のエネルギー代謝に必須の物質として認識され、その後も生理機能に関する研究が続けられている。なお、生体内で微量生合成されることがわかり、先述のビタミンの名称は現在ではほとんど使われていない。
日本においては、薬事法の適用を受けない（医薬品に該当しない）食品分野で利用されるL-カルニチン（フリーのL-カルニチン以外に加工特性を高めたL-酒石酸塩とフマル酸塩が使用されている）と、先天性欠乏症患者向け希少病医薬品であるレボカルニチン（塩化レボカルニチン＝塩化L-カルニチン）、消化管機能低下に対する胃薬として数十年来使用されているDL-カルニチン（DL-カルニチン塩酸塩）がある。この中で、脂質のエネルギー代謝に関与するのはL-カルニチンである。
カルニチンの構造と生合成
カルニチンは、分子構造内に四級アンモニウムを持ち、ベタイン構造をとるアミノ酸の誘導体である。水酸基を配する不斉炭素と四級アンモニウムイオン、カルボキシラートアニオンとの結合間にはそれぞれメチレン基を持っている。タンパク質を構成するα-アミノ酸はもちろん、構造的な広義のアミノ酸には定義上は該当しない物質である。
ヒトの体内においては、カルニチンは主に肝臓、腎臓においてタンパク結合性のアミノ酸のリシンにメチオニンがメチル基を供与する反応を経由し、数段階の反応過程を経て生合成される。この際にビタミンC、鉄、ビタミンB6、ナイアシンが必要とされる。特に成長時や妊娠中には、カルニチンの必要量が通常時よりも多くなり、また生合成時に必要な各物質も不足気味となる事から外部摂取が推奨されることがある。なお、生合成量は1日10～20mgとされており、体内保有量約20gと比してごく僅かの量である。
生体内での機能
吸収
食事由来の外部摂取されたカルニチンは腸管において吸収される。この際、主としてOCTN (Organic zwitterions/cation transporters) を介して能動的に吸収され、高濃度の場合は一部受動的に吸収される。正確な吸収率についてはわかっていない。また尿細管においてもOCTNにより再吸収され、体内で効率よく使われていることが知られている。
働き
カルニチンは体内においてはほとんどが筋肉細胞に存在しており、筋肉細胞内において脂肪酸をミトコンドリア内部に運搬する役割を担う。その後、脂肪酸はβ酸化を受け酢酸にまで分解されながら、生成したアセチルCoAはクエン酸回路を通じてエネルギーに転換される。この脂肪酸は主に存在比率の多い長鎖脂肪酸であり、中鎖脂肪酸はカルニチンと結合せずにミトコンドリア膜を通過できることが知られているが、カルニチンと結合されてミトコンドリア内部に運搬されている中鎖脂肪酸も存在する。脂肪酸は細胞質ではコエンザイムA（CoA）と結合したアシルCoAの状態で存在するが、ミトコンドリア内膜を通過する際にはカルニチンと結合したアシルカルニチンの状態となっている。この転換の反応はミトコンドリア膜に存在する酵素により触媒されている。
- アシルCoAはミトコンドリア外膜に存在する酵素CPT-Ⅰ（カルニチンパルミトイルトランスフェラーゼⅠ（またはカルニチンアシルトランスフェラーゼともいう））の作用により、カルニチンと結合したアシルカルニチンへと転換される。
- アシルカルニチンはCACT（カルニチン-アシルカルニチントランスロカーゼ）を通過して、ミトコンドリア内部に運搬される。
- ミトコンドリア内膜内部に存在する酵素CPT-Ⅱ（カルニチンパルミトイルトランスフェラーゼⅡ）の作用により、アシルカルニチンはアシルCoAへと転換される。
- フリー体となったカルニチンは細胞質に戻る。
先天性カルニチン欠乏症、CPT-Ⅰ欠乏症、CPT-Ⅱ欠乏症、CACT欠乏症の場合には上述のステップとは異なる。 クエン酸サイクルにおいて余剰なエネルギー源は脂肪酸として再合成されるが、CPT-Ⅰはその際の中間体であるマロニルCoAよりアロステリック阻害を受け活性を低下させることが知られている。
脂肪燃焼
安定同位体13Cを用いた厳密な試験において、運動を伴わない健常人被験者にて、経口摂取したカルニチンにより脂肪燃焼が促進されることが、Wutzkeらにより2004年証明された。
L-カルニチンの摂取
体内には約20gのカルニチンがほとんど筋肉細胞に存在する。1日のカルニチン生合成推定量は10～20mgであり、大部分は肉食により補給される。ただし、「健康な小児および成人は、1日に必要なカルニチンを肝臓および腎臓でアミノ酸のリジンとメチオニンにより十分な量を合成するため、食物やサプリメントから摂取する必要はない」[1]という報告もあり必須栄養素とはみなされず、摂取基準量などは設定されていない。
「L-カルニチンはアミノ酸の L-リジンと L-メチオニンから生合成されるので、成長期あるいは出産期以外には特に補給する必要はない」という意見もあるが、上述の通り生合成量はわずかであり、主に食事により摂取されるものが大部分である。一方、「腎臓はカルニチンを効率的に保持するため、摂取した食事のカルニチン含有量が低くても、体内のカルニチン量にはほとんど影響しない。」とする報告もある[1]。L-カルニチンはビタミンではないものの、conditional nutrientとしてコリン、イノシトールやタウリンなどとともに重要な栄養素として位置づけられている[2]。利用しやすい食材の中では、ヒツジ肉や牛肉など赤身の肉に比較的豊富に含まれる。カツオ肉に多く含まれるという記載がまれに見られるが、一般的には魚類には赤身肉類と比べると含まれる量は少なく、またカツオ肉に含まれることを示した結果は見当たらない。
| 食材 | mg/kg |
|---|---|
| ヤギ | 2210 |
| 仔羊 | 1900 |
| 牛肉 | 1180 |
| 豚肉 | 274 |
| 鶏肉 | 80 |
| ロブスター | 270 |
| 岩ガキ | 243 |
| マグロ | 34 |
| 鮭 | 31 |
| ヨーグルト | 41 |
| 牛乳 | 40 |
| ブロッコリー | 4.8 |
| アボカド | 4.0 |
| 食材 | mg/kg |
|---|---|
| 鹿肉 | 1174（ラムの2.44倍） |
| 鯨肉 | 134 |
| 牛乳 | 55 |
| 食材 | mg/kg |
|---|---|
| ラム | 856 |
| 豚肉 | 188 |
| アジ | 143 |
アセチルカルニチン
アセチル-L-カルニチン（Acetyl-L-carnitine）とは、L-カルニチンのアセチル化された形体である。天然のサプリメントで植物や動物の中に存在するアミノ酸である。 体内のカルニチンのうち約1割はアセチルカルニチンの状態で存在する。アセチルカルニチンは、血液脳関門を通過して脳内に到達し、アセチルコリン量を増やすことがわかっている。実際にアルツハイマー病初期症状の改善に効果がある可能性があるとして世界中で研究が進められており、ブレインフードとして応用されはじめている。
サプリメント・他応用例
いわゆる「ダイエット」
先述の通り、脂肪燃焼が促進されることが確認されており、ここからいわゆる「ダイエット」分野に連想されて利用されることが多い。
筋肉中のカルニチンは加齢に伴い減少することが示されており、また摂取源である食肉を摂る機会も一般的に少なくなるため不足しがちになると言われる。また近年、脂質によるエネルギー摂取比率の増えている日本人においては、相対的にカルニチン不足となっている可能性もあり、カルニチンの外部摂取の意義が認められる。
日常のカロリー摂取量をコントロールした状態で、プラセボ群に対してカルニチン摂取群がより大きな体重減少を示したという論文がいくつか存在する。またカルニチン摂取により脂肪の減量、筋肉量の増加、疲労の減少を示している論文があり、これらの効果が結果的に体重の減少に寄与するとの主張もある。
ただし、健常人に対するサプリメント効果の研究において、ポジティブな結果が得られていないデータもあり、合意を得ていないとする意見もある。
カルニチンは元々体内に存在し、エネルギー代謝に関与する物質である事から、摂取のみでは体内の働きに個人差があり、非肥満者および肥満者の「ダイエット」に有効であるというデータは得られにくいことが影響しているものと考えられる。
運動関連
運動関連については、持久力の向上や筋肉痛の軽減が認められるとする研究報告などがあるが、運動能力の向上は認められないとする報告もある。これは被験者の個人差によるものか、実験の方法論による違いなのか議論が分かれるところである。
2008年厚生労働省研究班が調査したところによると、健康食品のデータベースから入手できるヒト試験に関する文献がもっとも多い素材はL-カルニチンであり、先述のデータ取得、試験デザインの難しさと併せて考えると効果が認められない試験結果が出る可能性もあると思われる。
高齢者
100歳超の超高齢者においては、血中のカルニチン濃度が高い例が知られている。高齢者に肉食を勧める東京都老人総合研究所の調査結果とも併せて興味深いところである。一般的には高齢者は体内のカルニチン保有量が少なくなっており、また肉食の機会も少なくなる傾向がある。これを補う目的においても、流動食など臨床分野においてカルニチンが応用されている。 カルニチンのサプリメント摂取により、高齢者のエネルギー代謝、脳における神経伝達物質の機能改善に寄与したという論文がある。
乳児用粉ミルク
カルニチンは母乳に含まれている成分で、乳幼児の成長因子である。母乳代替としての粉ミルクの場合、牛乳にもカルニチンが僅かに含まれている事から一般の粉ミルクには添加されていない。しかしながら、乳アレルギーなどの対応のために導入されている大豆蛋白や乳蛋白分解物を使用した粉ミルクにおいては、カルニチンの添加が国際的に推奨されており（CODEX STAN 72- 1981 STANDARD FOR INFANT FORMULA AND FORMURAS FOR SPECIAL MEDICAL PURPOSES INTENDED FOR INFANTS）、実際に使用されている例もある。
ミトコンドリア膜の安定化によるアポトーシス抑制
日本の研究者により、カルニチンがβ酸化を通じて長鎖脂肪酸によるミトコンドリアの膜透過性を抑制する働きを担っていることが明らかになってきた。
心臓
骨格筋、心筋には多くのカルニチンが含まれており、心臓疾患への使用が期待されている。複数の臨床試験において、カルニチンとプロピオニルカルニチンが狭心症の際の投薬の減量や、胸の痛みを伴わずに身体を動かす効果を改善する事から、補助的な利用が可能であることが示されている。カルニチンを摂取している人が、ひどい心臓発作や胸の痛み、不自然な心臓の鼓動を示さない傾向があることを挙げる論文がある。しかしながら、結果の異なるデータもあり、さらなる検証が必要とされている。
糖尿病
カルニチンが妊娠性糖尿病に関連する遊離脂肪酸の上昇を抑制したという報告がある。
腎臓・透析
腎臓においてカルニチンは再吸収および合成されているという事実から、腎臓病は全身カルニチン欠乏症を及ぼす可能性がある。このため、腎臓病患者にカルニチンが処方されていることがある。
男性の生殖能力
カルニチンの摂取により、精子の異常体の発生を抑え、男性の生殖能力が改善することが示されている。
バルプロ酸摂取治療に伴う障害の解毒
抗てんかん薬であるバルプロ酸の服用により、2次性カルニチン欠乏症が引き起こされる。これを補うためにカルニチンの摂取が有効となる。また、バルプロ酸摂取により引き起こされる高アンモニア血症、脳障害、肝毒性に対しても有効とされている。
ピボキシル基含有抗菌薬による二次性カルニチン欠乏症
ピボキシル基含有抗菌薬はトミロン、フロモックス、メイアクトMS、オラペネムなど多数に製品に渡る。これらの薬剤は摂取後に抗菌活性体とピバリン酸となる。ピバリン酸はカルニチン抱合を受け、尿中に排泄される。カルニチンの尿中排泄に伴い、二次性カルニチン欠乏症が引き起こされる。バルプロ酸投与同様、カルニチン欠乏により脂肪酸代謝が障害され、低血糖・高アンモニア血症を発症することがある。[6]
他素材との相性
脂肪酸の運搬について、カルニチンは固有の役割を担っており、例えば「ダイエット」に関する他の素材と競合することがない。
カルニチンの脂肪燃焼の働きにはCPT-Ⅰという酵素が関与しているが、「ダイエット」に効果的とされる素材のメカニズムを調べていくと、このCPT-Ⅰを活性化しているという例が少なくない。これはカルニチンの働きを助けている、ということもできる。CLA（共役リノール酸）、HCA（ヒドロキシクエン酸、ガルシニア)、ω3系脂肪酸 (DHA/EPA)、アスタキサンチン、セサミン、亜麻仁（アマニ）由来リグナン、フラバンジェノール、ウコン（クルクミン）、生コーヒー豆エキスなどはCPT-Ⅰを活性化することがわかっている素材である。
動脈硬化との関連
カルニチンは腸内で一部の細菌により動脈硬化の原因物質とも言われるトリメチルアミン-N-オキシドへと代謝され、これが動脈硬化を引き起こすとする説がある。カルニチンは赤肉などに多く含まれている。
脚注
- ^ a b カルニチン-海外の情報-医療関係者の方へ -「統合医療」情報発信サイト 厚生労働省 「統合医療」に係る情報発信等推進事業
- ^ COMMISION REGULATION (EC) No 953/2009 of 13 October 2009 on substances that may be added for specific nutritional purposes in foods for particular nutritional uses, ANNEX Category 4. Carnitine and taurine - Official Journal of the European Union
- ^ HSM, Gustavsen (2000), “Bestimmung des L-Carnitin-Gehaltes in rohen und zubereiteten pflanzlichen und tierischen Lebensmititeln. Inaugural Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades, Pysiologisches Institut der tierärztlichen Hochschule Hannover”, in Billigmann, Peter; Siebrecht, Stefan, Physiologie des L-Carnitins und seine Bedeutung für Sportler, ernährung plus., Hannover: Schlütersche, 2004年, pp. 17, ISBN 3-89993-752-X
- ^ 各種食肉に含まれるL-カルニチン含有量とその変動要因[リンク切れ] - 実践女子大学生活科学部紀要第46号, 9～13, 2009（.pdf）
- ^ カルニチン｜みんなの新定番【オージー・ビーフ＆ラム公式サイト】[リンク切れ]
- ^ 伊藤 進 他: ピボキシル基含有抗菌薬投与による二次性カルニチン欠乏症への注意喚起. 日小児会誌 2012; 116: 804-806.
関連項目
外部リンク
- アセチル-L-カルニチン - 「健康食品」の安全性・有効性情報 （国立健康・栄養研究所）
- カルニチン - 「健康食品」の安全性・有効性情報 （国立健康・栄養研究所）
- L-カルニチンについて （国立健康・栄養研究所）
- 赤身肉のカルニチン、実は健康に悪い―心臓疾患リスクに ウォール・ストリート・ジャーナル（2013年4月8日）