骨粗鬆症は.閉経後の体内のエストロゲンの不足が主な原因となる慢性代謝性疾患です。 骨粗鬆症の発症には酸化ストレスが重要な役割を果たしていること.酸化ストレスによって生じる活性酸素が体内の骨芽細胞や破骨細胞の活動や機能に影響を与えることが国内外の研究により確認されています。 リコピンは自然界に存在する強い抗酸化物質で.新鮮な果物や野菜に広く含まれています。 これまでの疫学調査.臨床研究.in vitro細胞培養により.リコピンにはヒトに対する予防効果があることが確認され.骨粗鬆症の予防に有効であると考えられています。 骨粗鬆症の発症には酸化ストレスが重要な役割を果たしており.リコピンには抗酸化作用があることから.国内外の研究者はリコピンの摂取が骨粗鬆症の発症を予防できると予測し.多くの基礎研究.臨床研究を行ってきました。 本稿では.骨粗鬆症におけるリコピンに関する国内外での最新の研究成果を紹介する。
骨粗鬆症の概要
骨組織は生涯を通じて.破骨細胞による古い骨組織の溶解と骨芽細胞による新しい骨組織の形成というプロセスによって常に再構築されており［1, 2］.その過程には様々なサイトカインが関与し.遺伝子制御下で重要な役割を担っていることが知られています。 これらの因子には.インターロイキン.トランスフォーミング増殖因子.腫瘍壊死因子.コロニー刺激因子が含まれる。 これらの因子は.オートクラインおよびパラクライン作用により.骨芽細胞および破骨細胞の分化.増殖.成熟.活性化に影響を与え.骨吸収と骨再建のバランスを調節している。 このバランスが崩れると.破骨細胞の遺伝子発現が増加し.骨芽細胞の遺伝子発現が欠損して骨粗鬆症が起こる[3]。 骨粗鬆症は.現在でも主に代謝性疾患であり.骨組織における骨量の減少と骨の微細構造の劣化が本質的な特徴で.その結果.骨がもろくなり.骨折しやすくなる[5]。 閉経後骨粗鬆症は.原発性骨粗鬆症の中で最も多く.体内のエストロゲンが減少し.破骨細胞の活動が亢進して骨が減少することが原因です。 しかし.エストロゲン不足が破骨細胞活性を高めるメカニズムはよく分かっていない[6]。 細胞内の活性酸素種（ROS）が破骨細胞活性を著しく上昇させ.骨粗鬆症を引き起こすことが報告されています[7]。 Jenny M.L et al[8] は.エストロゲン不足により破骨細胞のチオール抗酸化物質の濃度が低下し.破骨細胞の遺伝子シグナルに対する感受性が高まり.ROSが媒介する サイトカイン（IL-1.TGF-aなど）の過剰産生は.破骨細胞の活性を高め.最終的に骨粗鬆症の発症につながるものである。
酸化ストレスと抗酸化物質
生体における酸化ストレスは.防御システムの弱体化や活性酸素種（ROS）の過剰産生の結果として生じる。ROSは.生体内の好気性代謝によって生じる酸素含有フリーラジカルで.主にスーパーオキシドアニオン（O2-）.水酸基（-OH）.過酸化水素（H2O2）から構成されている[9]。 通常の生理的条件下では.活性酸素は絶えず生成され.スーパーオキシドジスムターゼ（SOD）.カタラーゼ（CAT）.グルタチオンペルオキシダーゼ（GSH2px）やいくつかの低分子量の抗酸化物質といった体内の抗酸化物質によって消去されます[10]。 加齢.がん.エストロゲン不足などでこのバランスが崩れると.活性酸素の異常増加による酸化ストレスが.多価不飽和脂肪酸を攻撃して過酸化脂質を引き起こし.生体膜や細胞膜表面の受容体の構造や機能を変化させる.タンパク質のスルフヒドリル基やアミノ基を損傷してタンパク質の変性.架橋.酵素活性の喪失を引き起こす.DNAを損傷して以下のような一連の酸化的障害を生体にもたらす。 酸化ストレスは.核因子（NF-κB）.マイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）.P53.熱ショック因子（HSF）など多くのサイトカインに影響を与え.細胞の老化や死を加速する[11, 12]．
酸化ストレス.抗酸化物質と骨粗鬆症
骨粗鬆症の発症には.酸化ストレスによって生じる活性酸素が重要な役割を担っています。 疫学的研究 [13,14,15] により.ビタミン C.E.β-カロテンなどの特定の抗酸化物質が.骨粗鬆症の発生率と骨粗鬆症の女性の骨折のリスクを低減することが明らかにされています。 骨粗鬆症の女性の血清では抗酸化物質が有意に低下しており[16].卵巣摘出ラットでは活性酸素の増加やスーパーオキシドジスムターゼ（SOD）などの抗酸化酵素の減少が認められました[17]。 磯村秀樹らは.閉経後骨粗鬆症モデルラットを用いた研究において.モデルラットの血中アルカリフォスファターゼ活性の低下やサケカルシトニン濃度の低下から.酸化ストレスが骨粗鬆症などの代謝性骨疾患の病態に関与することを示した[18]。近年.骨粗鬆症患者22名を対象に.同年代の正常女性と比べて酸化ストレス状態をコントロールした研究を通して.酸化ストレスは.骨粗鬆症の病態に関与していると考えられる。 Yousefzadeh Gら[19]は.さらに.骨粗鬆症患者は高い酸化ストレス状態にあり.適量の抗酸化物質が骨粗鬆症患者に有益であることを確認しました。 骨粗鬆症の男性におけるBMDと酸素ラジカルおよび抗酸化物質の関係についての研究において.Yalin S [20] は.骨粗鬆症患者のSODレベルがBMDと負の相関があることを見出し.酸化ストレスも男性の骨粗鬆症の病因に重要な役割を果たすと示唆しました。 骨粗鬆症と酸化ストレス.抗酸化物質の関係をさらに明らかにするために.Ozqocmen S [21] らは.骨粗鬆症治療薬服用後の生体内赤血球内抗酸化物質と骨密度.酸化還元反応の関係について対照臨床試験を行い.骨粗鬆症の女性では過酸化水素とグルタチオンパーオキシダーゼ活性が著しく低下し.一方.脂質過酸化 このことから.骨粗鬆症の発症には酸化ストレスの増加と抗酸化物質の減少が関係しており.骨粗鬆症の薬物療法は体内の酸化還元反応を抑え.抗酸化システムの機能を高めることで効果を発揮することが示唆されます。 以上の研究により.酸化ストレスと骨粗鬆症の相関が示されたが.細胞・分子レベルでの酸化ストレスと骨粗鬆症の詳細な作用機序は十分に解明されてはいない。
酸化ストレス.抗酸化物質と破骨細胞
破骨細胞の分化と増殖.および骨吸収を促進する能力は多くの要因によって制御されている。一部の研究者 [22] は.活性酸素がこのプロセスに重要な役割を果たすことを示し.過酸化水素やスーパーオキシドアニオンなどの活性酸素が細胞外シグナル制御キナーゼ（ERKs）と卵キナーゼのcAMP応答要素結合タンパク質（PKA-CREB）経路を介して破骨細胞カーネル因子を刺激していると述べている Kim Hら[23]は.生体内のグルタチオン合成酵素.グルタチオン合成律速酵素.総グルタチオン量およびスルフヒドリル量を分析することにより.生体内の酸化還元状態と破骨細胞および骨吸収の関係について調査した。 その結果.破骨細胞新生と骨吸収の亢進とともに.体内の酸化ストレス状態が上昇していることが判明しました。 酸化ストレスレベルがあるレベルまで上昇すると.破骨細胞新生と骨吸収が一貫して抑制された。 Vaaraniemi Jら[24]は.破骨細胞が細胞膜と骨表面の間の吸収空間に酸とリゾチームを分泌することにより.細胞レベルで骨基質の吸収を促進することを発見した。 破骨細胞は.細胞膜と骨表面の間の吸収空間に酸やヒストンKなどのリソゾーム酵素を分泌して.骨吸収を促進する。 この骨吸収促進機能は.破骨細胞の細胞質小胞内の抗酒石酸フォスファターゼ（TRACP）が活性酸素を分泌し.コラーゲンなどのタンパク質を分解させることで実現されている。
中川浩[25]は.EGCGSが主に分子構造中の水酸基を介して破骨細胞死を誘導することを示した。 Lean Jら[26]は.抗酸化物質であるチオレドキシン-1 Trxの発現が骨芽細胞で有意に増加することを見いだした。 さらに.この酸化剤が破骨細胞のTrx発現を促進し.細胞増殖を促進する細胞内サイトカインの発現を増加させることにより.破骨細胞の増殖を促進することを明らかにした。 過酸化グルタチオンなどの抗酸化物質を添加すると.Trxの発現が抑制され.破骨細胞の増殖が抑制された。 また.カタラーゼ [27].エストロゲン [28].ホモシステイン [29] などの抗酸化物質を細胞培養液に加えることで.細胞内の活性酸素の産生を抑制できることも分かっています。 自然界に存在する抗酸化物質には.破骨細胞における活性酸素の産生を抑制し.破骨細胞による骨吸収を抑制する機能もあるのではないかと考えられている。
酸化ストレスと抗酸化物質と骨芽細胞
酸化ストレスが骨芽細胞のミネラル化に及ぼす影響について.Arai M [30] は.骨芽細胞 MC3T3-E1 細胞の培地に酸化剤 H2O2 を添加し.MC3T3-E1 細胞のミネラル化レベルが半分に減少すること.抗酸化酵素を制御する転写因子 Nrf2 の発現量が増加することを見いだしました。 また.抗酸化酵素を制御する転写因子Nrf2の遺伝子発現が増加し.骨由来のマーカーRunx2.ALP.BSPの発現がH2O2で処理しない細胞群に比べ有意に低下することがわかったという。 このことから.酸化ストレスは抗酸化酵素調節遺伝子の発現上昇を通じて.骨芽細胞のミネラル化を阻害することが示唆された。 骨芽細胞に対する酸化ストレスの影響についても.Chan WHら[31] が分子レベルで検討し.骨芽細胞の培養液に抗酸化物質のターメリック（クルクミン）を添加すると.活性酸素の生成や細胞内のATP量に影響を与え.核溶解や細胞死が起こることを発見した。 彼らは骨肉腫細胞ROS17/2.8を腫瘍壊死因子а（TNF-а）（10ng/ml）で処理したところ.骨のミネラル化に重要な役割を果たす骨唾液タンパク質（BSP）の細胞内mRNAが24時間後に著しく減少したが.抗酸化物質N-アセチル-システイン（20MM）で前処理し.30分後にTNFu-аを加えると.そのmRNAは減少しなかった。 Nam SH[33]らは.H2O2が骨芽細胞の細胞内Ca2+活性を制御し.細胞内Ca2+プールからのCa2+放出を増加させ.最終的に骨芽細胞の死に至ることを発見した。Vali B[34] らは.骨芽細胞の酸化的なストレスが骨芽細胞の機能へ影響を及ぼすことを研究している。 Vali B [34]は.抗酸化物質であるエピガロカテキンガレート（EGCG）の骨芽細胞への影響を調べ.骨芽細胞における活性酸素の生成を防ぎ.骨芽細胞の分化を刺激してミネラル結節の形成を促すことを明らかにしました。 以上のことから.酸化ストレスと抗酸化物質が様々な経路で骨芽細胞の増殖と分化に影響を与え.最終的に骨芽細胞の形成とミネラル化に影響を与えることが明らかとなった。
リコピンと酸化ストレス
リコピンは自然界に存在する強力な抗酸化物質で.人体で合成することはできません。 食事では主に新鮮な野菜や果物から摂取しますが.トマトが最も多く.次いでスイカ.紫ブドウが多く含まれています。 加熱処理されたトマトでは.リコピンが元のall-trans構造からcis-異性体に変換されるため.未処理のトマトよりもリコピンの吸収が有利になります[35]。 食品からのリコピンの摂取量は.国や地域によって差があり.1日平均8.2mgとされています。 ある研究では.1日7mgのリコピンを14日間摂取することで.末梢血リンパ球のDNAに対する酸化的損傷が減少することが示されました[36]。 また.別の研究では.1日30mg～75mgの摂取は副作用がなく安全で有益であり.75mg/日よりも高いレベルではリコピンの血中濃度に大きな影響を与えないことが示されました[37]。
リコピンは.化学構造上13個の二重結合を持ち.そのうち11個が共役であることからカロテノイドと呼ばれ.強い抗酸化力を持つ。 リコピンはβ-カロテンの2倍.ビタミンEの10倍の還元力がある[38]。 この強力な還元機能により.人間の慢性疾患の予防に重要な役割を果たすことができるのです。 リコピンの摂取が前立腺がんの発生率を低下させるという初期の疫学調査[36]から.その後の研究者は.疫学調査やin vitro介入試験を通じて.リコピン摂取ががんだけでなく.冠動脈心疾患.高血圧.糖尿病.メタプラシア.女性不妊症.神経変性疾患を予防することも徐々に発見していきました[39]。 これらの効果はすべて.原形質リポタンパク質.リンパ球DNA.血清タンパク質を酸化的損傷から保護するなど.リコピン自体の抗酸化機能に関連している[40]。 この抗酸化原理に基づき.研究者はリコピンが骨粗鬆症の予防と治療にも重要な役割を果たすことを発見したのです。
リコピンと破骨細胞
リコピンと破骨細胞に関する研究報告は比較的少ない。 RAOら[41]は.ラット大腿骨骨髄から破骨細胞を抽出し培養した後.リコピンと甲状腺ホルモンを異なる濃度で併用または別々に培養液に添加したことを示した。 この阻害は.骨芽細胞におけるTRACP酸化酵素系の阻害.ひいては細胞内活性酸素の合成・分泌の阻害と関連していた。 骨芽細胞を異なる濃度のリコピンとともに培養し.異なる濃度のリコピン（10-7〜10-5）が骨芽細胞に影響を与えることを発見しました（論文掲載予定）。
リコピンと骨芽細胞
Kimら[42]は.骨芽細胞SaOS-2の培地にリコピンを添加したところ.時間とともに培地中のSaOS-2細胞の数が増加し.そこからリコピンが時間依存的に骨芽細胞SaOS-2の増殖を刺激すると結論付け.その結果から.リコピンはより成熟した骨芽細胞アルカリホスファターゼ( リコピンはまた.より成熟した骨芽細胞においてアルカリホスファターゼ（骨芽細胞分化のマーカー）の活性を刺激する効果を示したが.若い骨芽細胞ではそうではなかった。 また.本研究では.濃度の異なるリコピンが骨芽細胞の増殖.アルカリホスファターゼの発現.骨ミネラル化を促進することを確認した。 リコピンの骨芽細胞への作用の分子レベルでの正確なメカニズムはよくわかっておらず.より深く研究する必要がある。
リコピンと閉経後骨粗鬆症の関係
リコピンと骨粗鬆症に関する臨床研究の報告は比較的少ないが.リコピンを多く含む新鮮な果物や野菜の摂取は.骨粗鬆症のリスクを有意に減少させることが疫学データから示唆されている[44]。 最近..Rao L.G [45]らは.50-60歳の閉経後の女性13人を対象にリコピン含有食品の7日間の臨床試験を行い.最終的に空腹時の血清リコピンレベル.脂質過酸化.タンパク質スルフヒドリル含量.Iコラーゲン架橋アミノ末端ペプチド（NTX.骨吸収）と骨アルカリホスファターゼ（骨形成）との相関を測定しました。 血清リコピンが増加すると.タンパク質酸化（タンパク質スルフヒドリル基）が有意に減少し.それに伴い血中NTX濃度も有意に減少した。 このことから.リコピンは体内の酸化ストレスを軽減し.骨粗鬆症の発症を予防することができると考えられています。
結論として.リコピンは抗酸化作用により骨芽細胞や破骨細胞の機能に影響を与えることで.骨粗鬆症発症の病的過程を阻害し.骨粗鬆症の発症を予防・遅延させることが明らかになった。 しかし.リコピンの抗酸化機能の直接的な作用機序がよく分かっていないこと.リコピンの骨粗鬆症への効果について検証された動物実験や大規模な臨床試験がないことなど.これに関するエビデンスはあまりありません。 現在.リコピンと骨粗鬆症に関する動物実験を行っており.近い将来.食事性リコピン療法が骨粗鬆症の治療薬の代わりとして.あるいは治療薬の有効な補助剤として使用できるようになることを期待しています。