S-Methylcysteine
Sulfoxide
(Methiin)
の
栄 養 学 的 価 値 に 関 す る 研 究
(V)
Methiin
の Methionine
代 用 性 と ア ミ ノ 酸
imbalance
の 有 無 に つ い て
Nutritional
Value of S-Methylcysteine
Sulfoxide (Methiin)
(V)
Investigations
on effects of S-Methylcysteine
Sulfoxide on
Methionine-substitution
and amino acid imbalance.
京都大学医学部衛生学教室
八
木
典
子 ・高 島 真 知 子 ・糸
川
嘉
則
Noriko
Yagi,
Machiko
Takashima
and Yoshinori
Itokawa
Department of Hygiene, Faculty of Medicine, Kyoto University, Kyoto
Comparative studies on the effects of S-methylcysteine sulfoxide (SMCS), S-allylcysteine sulfoxide
(SACS) and methionine on rats were carried out.
Experiment No. 1
Young male Wistar rats were separated into five groups and five synthetic diets (amino acids
mixture was used as protein source) were given.
To group 1, methionine and cystine deficient diet;
to group 2, SMCS supplemented to methionine and cystine deficient diet; to group 3, SACS
supple-mented to methionine and cystine deficient diet; to group 4, cystine supplesupple-mented to methionine deficient
diet; and to group 5, complete amino acid mixture diet were given.
In group 5, good growth was observed while body weight in group 1, 2, 3 and 4 showed progressive
loss and after 20-30
days these animals died.
These facts suggested that SMCS, SACS and cystine had no methionine-substitution
effect on the
growth of methionine-cystine
deficient rats.
Experiment No. 2
Adult male Wistar rats were separated into six groups and six semisynthetic diets were given.
Group 1, low protein diet (5% casein); group 2, high protein (15% casein);
group 3, low protein
plus 2% methionine;
group 4, high protein plus 2% methionine;
group 5, low protein plus 2%
SMCS; group 6, high protein plus 2% SMCS containing
diet.
After two weeks of these dietary
re-gimens, the animals were sacrificed and various examinations
were carried out.
Increase
of liver triglyceride,
abnormal pattern
of fatty acids in liver and decrease in serum
threonine were prominent in group 3. While in the other groups such abnormalities
were not seen.
From these findings, it was clarified that even when an excessive amount of SMCS was added
to the low protein diet, this amino acid do not produce symptoms of amino acid imbalance as seen
in rats fed excessive amount of methionine.
我 々 の 教 室 で は, S-Methylcysteine Sulfoxide (Methi-in) に 関 す る 一 連 の 研 究 を 行 な っ て い る が, そ の 中 で, Fujiwara ら1), Itokawa ら2), 糸 川 ら3)は, Methiin 及 び Allylcysteine Sulfoxide (Alliin) が 高 コ レ ス テ ロ ー ル 投 与
時 ラ ッ トの血 中及 び肝 臓 中 コ レス テ ロー ルの 蓄 積 を妨 げ る こ とを 発見 し, 食 物 中 の抗 コ レス テ ロール 作 用 因子 と して の Methiin の意 義 につ き 報 告 した。 つ づ い て 内野 は, 一 連 の 研究 に よ り Methiin を多 量 に ラ ッ トに投 与 す
れ ば 貧 血 を 来 し, 同 時 に 脾 臓 の 肥 大 な ら び に 脾 臓 ・肝 臓 中 に 鉄 の 沈 着 を 来 す こ と を 報 告 して い る4∼6)。 しか し, Methiin の み で な く, Methyl 基 を 有 す る Methionine, S-Methylcysteine な ど を ラ ッ トに 投 与 して も, こ の よ う な 貧 血 お よ び 脾 臓 肥 大 作 用 が 同 じ よ う に 起 こ る こ と及 び, Methiin の 同 属 体 で あ る Alliin に は, こ の 作 用 が な い こ と か ら, こ の よ う な 作 用 は Methyl 基 に よ る 赤 血 球 の turnover の 促 進 で あ ろ う と考 察 して い る4)。 こ の よ う に, Methiin は Methignine と 類 似 し た 作 用 を 有 して い る こ と が 判 明 した が, ラ ッ トに お い て は Me-thiin の 同 属 体 の Alliin は Methionine の 代 用 に な ら な い
こ と が 報 告 さ れ て い る7)。 一 方, 微 生 物 の Methionine-less mutant, Leuconstoc menteroides P-60に お い て は,
そ れ に S-Methylcysteine 等 を 加 え る と 成 長 が よ くな っ た と い う報 告 も あ り8∼11), 微 生 物 で は Methiin も Meth-ionine の 代 用 に な る 可 能 性 が 示 唆 さ れ て い る。 そ こ で 我 々 は, 更 に ラ ッ トに お い て Methiin が た と え 一 部 で も Methionine の 代 用 と な り う る の か ど うか に つ い て, 検 討 を 加 え る と共 に, Methiin は 我 々 の 食 物 に 比 較 的 多 く, そ の 摂 取 量 も場 合 に よ っ て は 過 剰 と な り う る と い う 栄 養 学 的 な 見 地 か ら1), こ れ を 過 剰 に 与 え た 場 合 Methionine に 認 め ら れ る よ う な ア ミ ノ酸 imbalance と 考 え ら れ る 脂 肪 肝 等 の 発 生 が あ る か 否 か を 解 明 す る た め, 以 下 の 研 究 を 行 な っ た。 実 験 材 料 な ら び に 実 験 方 法 (1) Methiin 及 び含 硫 ア ミノ 酸 類 Methiin は 前 報4∼6)と 同 じ く津 野 ら の 方 法12)で キ ャ ベ ツ よ り, Alliin は 芳 村 ら の 方 法13)に よ り ニ ン ニ ク か ら抽 出 単 離 した も の を 用 い た。L-Methionine は 市 販 の も の を 用 い た。 (2) 実 験 動 物 実 験1に お い て は, 体 重50∼60gの 同 腹 雄, Wistar 系 ラ ッ トを, ま た 実 験2に お い て は 生 後36日 目体 重150 g前 後 の 同 腹 雄 Wistar 系 ラ ッ トを 用 い た。 (3) 飼 育 方 法 実 験1. ラ ッ トを5群 (1群5匹) に 分 け, 各 々 に Table 1に 示 す よ う な 合 成 飼 料 を 与 え て20日 間 飼 育 し た。 体 重 は1日 お き に 測 定 し た。 実 験2. ラ ッ トを6群( 1群6匹) に 分 け て 各 々 に Table 2に 示 す よ う な 合 成 飼 料 を 与 え, 2週 間 飼 育 し た。 (4) 分 析 方 法 (実 験2) ラ ッ トは, 2週 間 飼 育 した 後 Sodium pentobarbital 麻 酔 下 にて 開腹 し, 腹 部大 動 脈 よ り注 射 器 に よ り 約7ml 採 血 し, 失 血 死 させ た。 血 液 は36℃に て1時 間 イ ンキ ュ ベ ー トした後, 遠 心 分 離 して 血 清 を 得 た。 そ の 後, 肝臓 ・ 腎臓 ・脾 臓 を摘 出秤量 した。 組 織 学 的検 査 には, 肝臓 の
Table 1 Composition of Synthetic Diets (Experiment No. 1) Amino Acids Mixture* (in 1kg of diet)
Basal amino acids mixture (sulfur containing amino acids free)
To basal amino acids mixture followings were added;
Group 1; Sucrose 6.93g, Group 2; S-Methylcysteine
Sulfoxide 6.93g, Group 3; S-Allylcysteine Sulfoxide
6.93g, Group 4; Cystine 6.93g, Group 5; Methionine
6.93g.
Besides amino acids mixture each diet contains the
following; (in 1kg diet).
Sucrose; 713g, Olive oil;
100.0g, Salt mixture;
40.0g**,
Cellulose; 20.0g,
Vitamin mixture; 5.0g**, Choline chloride; 2.0g.
*Amino Acids composition was prepared according
to Miyazaki17).
**Salt mixture
and Vitamin
mixture
were
pre-scribed as depre-scribed in a previous paper2).
Table 2 Composition
of Synthetic Diets
(Experiment
No. 2)
(%)
* Salt mixture and vitamin mixture were prepared as described in a previous paper2).
一 部 を3%フ ォル ム ア ル デ ヒ ドで 固 定 し, 5μの 厚 さ の 組 織 切 片 を 作 製 し, Sudan IIIに よ り染 色 し た。 血 清 コ レ ス テ ロ ー ル 量 は, Abell ら の 方 法14), 肝 臓 の 総 コ レ ス テ ロ ー ル 量 は Sperry と Webb の 方 法15)に よ り 測 定 し た。 血 清 及 び 肝 臓 の ト リグ リ セ ラ イ ド量 は Sardesai と Manning の 方 法16)に よ り測 定 した。 肝 臓 中の 脂 肪 酸 の 定 量 は, ま ず 肝 臓 を ク ロ ロ ホ ル ム: メ タ ノ ー ル 混 液 (2: 1) で 抽 出 し, 抽 出 さ れ た 脂 肪 を 塩 酸 メ タ ノ ー ル で メ チ ル エ ス テ ル 化 し, ガ ス ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー (島 津GC-4BMPFE) に よ り分 析 し た。 検 出 器 はFIDを 用 い, 検 出 器 温 度 は210℃, カ ラ ム温 度 は180℃, キ ャ リ ア ガ ス (N2) 流 量25ml/minの 条 件 で Neopak-IA の15% diethylene glycol succinate poly-ester 樹 脂 を カ ラ ム に 充 て ん して 分 析 を 行 な っ た。 血 清 中 遊 離 ア ミノ 酸 は, 血 清 を ピ ク リ ン 酸 に よ り除 タ ン パ ク した 後, 日 本 電 子JLC-6AHア ミ ノ 酸 ア ナ ラ イ ザ ー を 用 い て 分 析 し た。 実 験 結 果 実 験1. 各 群 の 成長 曲線 を Fig. 1に 示 す。 完 全 ア ミノ酸 合 成 食 ラ ッ ト (5群) は良 い 成 長 を示 し た が, Methionine 欠 乏 食 ラ ッ ト (1群) は, 体 重 が 日を 追 うに従 っ て 低下 した。 Methionine の 代 わ り に Cystine, Methiin あ る いは Alliin を加 えて も 成 長 の 改善 は 認 め られ な か っ た。 そ して, 1∼4群 は飼 育後20∼ 30日 内 に全 例 が死 亡 した。 実 験2. 1) 成 長 曲線 及 び臓 器 重量 成 長 曲 線 を Fig. 2に 示 す。5% タ ンパ ク 食 群 ラ ッ ト (1, 3, 5群) Fig. 1 Growth Curves. (Experiment No. 1)
addition to basal amino acid mixture 5 Rats Average
Fig. 2 Growth Curves (Experiment No. 2) Group 1; 5% Protein
Group 2; 15% Protein
Group 3; 5% Protein+Methionine Group 4; 15% Protein+Methionine
Group 5; 5% Protein+S-Methylcysteine sulfoxide Group 6; 15% Protein+S-Methylcysteine sulfoxide
6 Rats Average
Table 3 Ratio of Liver, Kidney and Spleen Weight to Body Weight (Experiment
No. 2)
(%)
Values represent mean±S.E. of six rats. * MeSH: Methionine, ** SMCS: S-Methylcysteine sulfoxide † Significant difference (p<0.05) compared with group 2. Statistical analysis was carried out according to
は, 15%タ ン パ ク 食 群 ラ ッ ト (2, 4, 6群) に 比 較 し 成 長 が 悪 か っ た。Methiin を 添 加 し た ラ ッ ト (5, 6群) は, そ れ を 添 加 し な か っ た ラ ッ ト (1, 2群) よ り も 成 長 が お くれ る 傾 向 が み ら れ た。 体 重 当 り の 肝 臓 ・腎臓 ・脾臓 重 量 は Table 3に 示 す 如 くで あ っ た。 腎 臓 重 量 は Methiin あ る い は Me-thionine 添 加 食 を 摂 取 した3, 4, 5及 び6群 で 増 加 し, 脾 臓 重 量 は 15%タ ンパ ク に Methionine あ る い は Methiin を 添 加 し た 飼 料 を 摂 取 した 群 で 増 加 が 認 め られ た。 肉 眼 的 に は5%タ ンパ ク に Methio-nine 添 加 した 飼 料 を 摂 取 した ラ ッ ト (3群) の 肝 臓 の 色 調 が 白 黄 色 に な っ て い た。 2) 組 織 学 的 所 見 肝 臓 の 脂 肪 染 色 組 織 像 は, Fig. 3に 示 す と お りで あ っ た。5%タ
Fig. 3 Microscopic picture of Livers. (Experiment No. 2) Sudan III stain. 100×
A. Group 3. Fat accumulation is seen in periportal and midzonal hepatocytes. B. Group 5. Fat accumulation
is not seen in all hepa-tocytes.
Table 4 Triglyceride and Cholesterol Levels in Serum and Liver (Experiment No. 2)
Values represent mean±S.E. of six rats. * SMCS: S-Methylcysteine sulfoxide.
† Significant difference (p<0.05) compared with group 2. Statistical analysis was carried out according to
Table 5 Fatty Acids Composition in Livers (Experiment
No. 2)
(%)
Values represent mean±S.E. of six rats. * MeSH: Methionine ** SMCS: S-Methylcysteine sulfoxide † Significant difference (p<0.05) compared with group 2. Statistical analysis was carried out according to
the method of Student's "t" test.
Table 6 Serum Amino Acid Patterns (Experiment No. 2)
Values are average of six rats. (μmoles/ml. of serum)
† Significant difference (p<0.05) compared with group 2. Statistical analysis was carried out according to
the method of Student's "t" test.
ン パ ク Methionine 添 加 食 ラ ッ ト (3群) に お い て は, periportal 及 び midzonal hepatocytes に 脂 肪 蓄 積 が 明 ら か に 認 め ら れ た が, 5%タ ン パ ク Methiin 添 加 食 ラ ッ ト (5群) に お い て は, 異 常 な 脂 肪 蓄 積 は 認 め ら れ な か っ た。 3) ト リ グ リセ ラ イ ド ・コ レ ス テ ロ ー ル 及 び 脂 肪 酸 の 組 成 肝 臓 中 ト リ グ リセ ラ イ ドの 値 は, 5%カ ゼ イ ン Meth-ionine 添 加 食 ラ ッ ト (3群) に お い て の み 著 し く増 加 し て い た。 ま た, 血 中 コ レ ス テ ロ ー ル 及 び 肝 臓 中 コ レ ス テ ロ ー ル 濃 度 に は, 各 群 間 に 有 意 の 差 が 認 め られ な か っ た (Table 4)。 肝 臓 中 の 脂 肪 酸 組 成 は, 脂 肪 肝 に な っ た と み られ る3 群 に お い て, Stearate 酸 の 比 率 が 低 下 し, Oleate 酸 の 比 率 が 増 加 して い た。 他 の 群 で は 著 し い 変 化 は 認 め ら れ な か っ た (Table 5)。 4) ア ミ ノ 酸 の 組 成 血 清 中 の 遊 離 ア ミ ノ 酸 の 組 成 は Table 6に 示 す と お り で あ っ た。Methionine を 添 加 し た3, 4群 に お い て は Methionine が 増 加 す る 傾 向 が 認 め られ た が, Methiin を 添 加 し た5, 6群 で は, Methiin の ピ ー ク が 出 現 し た。 ま た, こ の5及 び6群 で は, Methiin の 代 謝 産 物 で あ る S-Methylcysteine が 証 明 さ れ た。3, 4及 び5群 で Tau-rine が 増 加 して い た。5%タ ンパ ク Methionine 添 加 食 ラ ッ ト (3群) で は, Threonine が 減 少 し, α-Amino-Buthylic-Acid は 増 加 して い た。Serine と Glycine は, 5%タ ン パ ク Methiin 添 加 食 ラ ッ ト (5群) で 増 加 し, Phenylalanine は Methiin 添 加 食 ラ ッ ト (5, 6群) で 増 加 して い た。 考 察 内 野 ら4)の 発 見 し た Methiin 過 剰 添 加 に よ る 貧 血 及 び 脾 臓 肥 大 作 用, Fujiwara ら1), Itokawa ら2)の 発 見 し た 抗 コ レ ス テ ロ ー ル 作 用 は, Methionine と 類 似 し た 作 用 で あ る こ と か ら, 動 物 体 内 に お け る Methiin の 代 謝 経 路 の う ち で 何 処 か で Methionine と 共 通 し た と こ ろ が あ ろ う こ と が 想 像 さ れ る が, 本 実 験 で は Methionine 欠 乏 ラ ッ トに Methiin あ る い は Alliin を 与 え て も ラ ッ トの 成 長 が 改 善 され な い こ と か ら み て, 少 く と も 高 等 動 物 の 成 長 に 関 し て は, Methiin は 直 接 Methionine の 代 用 に は な ら な い こ と は 確 実 で あ る。 さ ら に 本 実 験2に お い て5%タ ン パ ク, Methiin 添 加 食 ラ ッ ト群 (5群) に お い て は, 1) 組 織 学 的 検 査 に よ り, 肝 臓 に 脂 肪 蓄 積 が み ら れ な か っ た こ と, 2) 生 化 学 的検 査 に よ って も肝 臓 中 ト リグ リセ ラ イ ドの増 加 が み ら れ なか った こ と, 3) 5%タ ンパ ク, Methionine 添 加 食 (3群) にみ られ る よ うな, 肝 臓 中 Stearate の 低 下, Ole-ate の増 加 が 認 め られ なか った こ と, 4) 5%タ ンパ ク, Methionine 添加 食 群 にみ られ る よ うな 血 清 Threonine の低 下 も認 め られ なか った こ と, お よび5) この 群 で は 血 清 中の Taurine, Glycine, Phenylalanine が 増 加 す る が Methionine の添 加 で は この よ うな現 象 が 起 こ らない 事 な どか ら考 え て も, Methiin は ラ ッ トの 体 内 に お いて, Methionine と相 当 に異 な った挙 動 をす る こ とは, 明 らか で あ ろ うと考 え られ る。 Methiin を 添加 した ラ ッ トの血 中 に 大 量 の S-Methyl-cysteine を 検 出 した こ とは, Methiin が 体 内 で容 易 に還 元 され る こ とを 示 す もの で あ る。 一 方, 芳 村18)は, in vitro に お いて Methiin に ニ ンニ ク中 に 存 在 す る 酵 素 Alliinase を 作 用 させ て Methylallicin, ピル ビ ン 酸 及 び ア ンモ ニ アの発 生 を み て い るが, 動 物 体 内 に お いて も, この よ うな 経 路 が考 え られ な い で は ない。 い ず れ に して も, 今 後 Methiin の体 内で の 分解 過 程 を 検 討 す る こ と は, 上 記 の 問 題 の解 決 に対 して不 可 欠 の こ とで あ り, ひ い て は我 々が 多 く摂 取 す る野 菜食 の栄 養 学 的 意 義 を 明 ら か にす る こ とに な る もの と思 うの で, 更 に この方 面 の研 究 を進 めた い。 結 論 キ ャベ ッ よ り単 離 した Methiin を用 い て, 動 物 実 験 を お こな い以 下 の結 果 を得 た。 1) Methiin は, 高 等 動 物 の成 長 に対 して は, Meth-ionine の 代用 に は な らな い。 2) 5%タ ンパ ク, Methiin 添 加 食 ラ ッ トに お い て は, 脂 肪 肝を 起 こ さな い。 従 って, Methiin で は, Methion-ine に み られ るよ うな ア ミノ酸 imbalance を 起 こ さな い と考 え られ る。 3) 血 清 中遊 離 ア ミノ酸 の分 析 によ り, Methiin の一 部 は動 物 体 内 で S-Methylcysteine にな る こ とを 認 め た。 稿 を 終 わ る に臨 み, 御指 導, 御 校 閲 を い た だ いた 藤 原 元 典 教 授 に深 く感 謝 す る。 な お, 本 研 究 の一 部 は, 昭 和 49年 度, 文 部 省 科 学 研 究 費 の補 助 に よ って行 な った もの で あ る。 文 献
1) M. Fujiwara, Y. Itokawa, H. Uchino and K.
Ino-ue: Anti-hypercholesterolemic
effect of a sulfur
containing amino acid, S-Methyl-L-Cysteine
sul-foxide, isolated from cabbage.
Experientia, 28,
254-255 (1972).
2) Y. Itokawa, K. Inoue, S. Sasagawa and M.
Fuji-wara: Effect of S-Methylcysteine sulfoxide,
S-Allyl-cysteine sulfoxide and related sulfur containing
amino acids on lipid metabolism of experimental
hypercholesterolemic rats. J. Nutrition, 103, 88-92
(1973).
3) 糸 川 嘉 則, 内 野 碩, 西 野 紀 子: S-Methyl-L-cys-teine sulfoxide (Methiin) の 抗 コ レ ス テ ロ ー ル 作 用 (第2報), Methiin 食 の 高 コ レ ス テ ロ ー ル 食 シ ロ ネ ズ ミに お け る 脂 質 代 謝 に 及 ぼす 影 響, 栄 養 と 食 糧, 24, 481-484 (1971). 4) 内 野 碩, 糸 川 嘉 則: S-Methylcysteine Sulfoxide の 栄 養 学 的 価 値 に 関 す る研 究 (I), S-Methylcysteine sulfoxide (Methiin) 投 与 の ラ ッ テ の 成 長 及 び 組 織 に 及 ぼ す 影 響, 日 衛 誌, 27, 248-252 (1972). 5) 内 野 碩, 糸 川 嘉 則: S-Methylcysteine Sulfoxide の 栄 養 学 的 価 値 に 関 す る 研 究 (II), S-Methylcysteine Sulfoxide (Methiin) 投 与 に よ る 脾 臓 の 腫 張 お よ び 脾 臓 摘 出 ラ ッ テ に 対 す る Methiin 投 与 の 影 響, 日 衛 誌, 27, 253-256 (1972). 6) 内 野 碩: S-Methylcysteine Sulfoxide の 栄 養 学 的 価 値 に 関 す る 研 究 (III), S-Methylcysteine Sulfoxide 及 び 関 連 含 硫 ア ミ ノ 酸 投 与 ラ ッ テ に 及 ぼ す 影 響, 日 衛 誌, 28, 385-391 (1973).