9 号（9 月）2015〕 トピックス 459 ヒト大腸上皮細胞膜に存在するチアミンピロリン酸トランスポーター +uman colonic thiamin pyrophosphate transporter ほ乳動物はビタミン B（チアミン） を生合成できない 1 ため外界から取り入れる必要がある．チアミンの主要 結腸細胞膜には TPP をリン酸化型のまま直接取り込む 輸送担体が存在し 10），それが SLC44A4 遺伝子にコー な供給源はもちろん日常摂取している食物である．食 ドされている 11）ことを明らかにしたので紹介したい． 物から得られるチアミンの大部分は補酵素型のチアミ 先ず，結腸上皮培養細胞 NCM460 における［3H］TPP ンピロリン酸（thiamin pyrophosphate, TPP）であり，摂取 （0.23μM）の取り込みを検討したところ，TPP を添加 された TPP は小腸で分泌される豊富なアルカリホス してから 10 分まで時間に比例して細胞内への放射活 ファターゼによって加水分解される ．脱リン酸された 性の取り込みが確認され，比活性は 8.57 pmol min−1 遊離型チアミンは，小腸上皮細胞の頂端膜（apical mem- mg proten−1 であった．なお，測定時には小腸アルカリ brane）に存在するチアミン特異的高親和性輸送担体で ホスファターゼの阻害剤であるフェニルアラニンを添 ある THTR-1 および THTR-2 によって吸収される．なお， 加しており，NCM460 細胞と TPP をインキュベートし THTR-1 と THTR-2 は 共 に 促 進 拡 散 型 の solute carrier transporter 群（SLC family）に 属し，そ れ ぞ れ SLC19A2 ても TPP のリン酸エステルは加水分解されないことを および SLC19A3 遺伝子にコードされている 2）． おける［3H］TPP の取り込みは，pH 5.5 から 8.0 の間で 一方，ヒトにおけるチアミンの供給源として，摂取 はほとんど活性に差がなく，Na＋イオン依存性も認め 1） 薄層クロマトグラフィーで確認している．本測定系に される食物以外に大腸の腸内細菌叢（microÀora）が考 られなかった．しかし，脱共役剤の 2,4-ジニトロフェ えられる．腸内細菌により合成されるビタミンとして ノールの前処理によって 40% ほど活性が阻害されたこ は，ビタミン K，ビオチン，ピリドキシンなどがよく とから，TPP の取り込みはエネルギー依存性であるこ 知られているが，チアミンも合成されておりリン酸化 ．便 とが示唆された．また，その取り込み活性は基質濃度 に対して飽和曲線（見かけの Km 値は 0.157μM）を示 から解読されたメタゲノムデータから，腸内細菌叢は した．さらに，TPP に対する特異性は高く， ［3H］TPP 3 つのグループに分けられている．それらはエンテロ （0.23μM）に対して 200μM の非放射性 TPP を同時に 型と遊離型の両者が大腸内腔に存在している 3）-5） タ イ プ（enterotype）1, 2, 3 と 呼 ば れ，Bacteroides 属， 加えると放射活性の取り込みが 1% 以下に低下したが， Prevotella 属，Ruminococcus 属がそれぞれ優位に存在し， チアミンやチアミンリン酸だけでなく，ピリチアミン， そのうちエンテロタイプ 2 にチアミン生合成に関係す ベンフォチアミン，オキシチアミン，チアミンジスル 6） る酵素遺伝子が豊富に認められる ．エンテロタイプ フ ィ ド， ア ン プ ロ リ ウ ム な ど の チ ア ミ ン 誘 導 体 は は，少なくとも国籍，性別，年齢，BMI などとは無関 ［3H］TPP の取り込みにほとんど影響を与えなかった． 係であり，長期の食事内容に影響を受けるとされてい 以上の結果から，TPP の取り込みは膜に存在する特異 る．今後，エンテロタイプのパターンと宿主の代謝や 的なタンパク質によるものであることが示唆された． 疾病との関連があるのか，またあるとすればどのよう なお， ［3H］TPP の取り込みはドナーから提供された結 に相関するのかを知ることにより，診断や治療への応 腸上皮細胞から調製した頂端膜小胞（vesicle）を用いた 7） 用が期待されている ． 実験でも観察されている． さて，腸内細菌叢で合成されるチアミンも宿主の栄 次に，ヒト結腸上皮細胞に発現している TPP の輸送 担 体 を同 定 するた め，口 腔 スピロヘ ータ Treponema 養となる可能性があるにもかかわらず，ヒトの大腸に おけるチアミン吸収に関しては未だよく分かっていな denticola の TPP トランスポーター（TDE0144）と相同性 い．ヒト結腸上皮細胞にも THTR-1 と THTR-2 が発現 しており，遊離型のチアミンが吸収されることが知ら のある配列を BLASTP でホモロジー検索したところ， SLC44A4 遺 伝 子 の 翻 訳 産 物 が 候 補 に あ が っ た． れているが 8），小腸とは異なり，大腸ではアルカリホ TDE0144 タンパク質の膜貫通領域で形成される推定 スファターゼがほとんど分泌されていないため 9）， TPP 結合部位と SLC44A4 タンパク質の 272–370 アミノ TPP を利用する系が大腸にあるのか否かは興味ある課 酸領域間で 26% のアミノ酸が一致し，49% の類似性が 題であった．最近，米国の Said らのグループが，ヒト 認められている．なお，SLC44A4 タンパク質の機能は トピックス 460 〔ビタミン 89 巻 不明であるが，コリントランスポーター様タンパク質 れ，FCCP や CCCP などのプロトノフォアで約 80% 程 ファミリーの一種で CTL4（choline transporter-like pro- 度活性が抑制されたことから，H＋との共輸送によって tein 4）と注釈（annotation）が付けられていた．SLC44A4 TPP が取り込まれることが示唆された．なお，コリン 遺伝子には選択的スプライシングによるものと思われ は全くチアミンの取り込みには影響を与えなかった． る 3 種類の cDNA がデータベースに登録されていたた 最後に著者らは TPPT-1 の組織および細胞における め，NCM460 細胞で最も多く発現している cDNA をヒ 局在部位を検討している．その mRNA レベルでは， ト網膜上皮細胞 ARPE19 に発現させたところ， ［3H］TPP ヒトの結腸に多く発現し，胃，十二指腸，小腸，直腸 の取り込みが対照に比べて 5 倍に上昇した．この時， などではわずかに認められる程度であった．前立腺， SLC44A4 タンパク質の発現上昇もウェスタンブロッ 気管，肺などでは結腸と同程度に TPPT-1 mRNA が発 ティングで確認できたことから，SLC44A4 タンパク質 現していたが，これらの組織における TPPT-1 の生理 は TPP の輸送担体であると結論付け，これに新しい注 的意義は今のところ不明である．ウェスタンブロット 釈 TPPT-1（TPP transporter variant 1）が与えられた． 法でも，結腸の頂端膜で発現が観察され，空腸（小腸） ヒトの TPPT-1 タンパク質は 710 アミノ酸残基から の頂端膜（刷子縁膜）では認められなかった．興味深い なる推定分子量 79,254 のタンパク質で，他のほ乳動物 こ と に， 細 胞 極 性 を 持 つ 腎 臓 上 皮 細 胞 MDCK で にも保存されており，コリントランスポーター様タン TPPT-1 を一過性に発現させると，TPPT-1 は頂端膜側 パク質ファミリーの CTL2 や CTL5 とそれぞれ 52% お に局在し，側底膜には局在しないことが蛍光抗体染色 よび 46% のアミノ酸が一致している．また，SOSUI 法で観察された． による膜タンパク質構造予測によると，TPPT-1 には 以上のように，TPPT-1 はヒトの結腸において TPP 13 個の膜貫通領域があり，N-グリコシド結合の残基が を特異的に取り込む輸送タンパク質であることが明ら 一カ所（Asn29）存在している．著者らは，TPPT-1 を発 かとなった．Said らのグループは，結腸の頂端側細胞 現させた ARPE19 細胞について種々の生化学的性質を 膜には THTR-1 と THTR-2 が発現し（前者がより豊富 検討したが，その多くは NCM460 細胞で得られた結果 に発現），側底側細胞膜には THTR-1 のみが発現して と類似性があった．新たに明らかになった性質として， いることを報告している 8）．そこで，腸内細菌叢によっ pH 5.0 付近で最も取り込み活性が強いことが認めら て合成された TPP は TPPT-1 によって結腸上皮細胞に /XPHQ 733 7KLDPLQ 7+75䠄SLC19A2 733 7KLDPLQ 7+75䠄SLC19A3 7337SLC44A4 07337SLC25A19 7KLDPLQ 䠬䡄RVSKDWDVH %ORRG 図 1 ヒト結腸上皮細胞における消化管のチアミン利用経路 腸内細菌叢で合成された遊離型チアミンは THTR-1 と THTR-2 によって，TPP は TPPT-1 によってそれぞれ 管腔から上皮細胞内に取り込まれる．TPP は脱リン酸化されてチアミンとなり，THTR-1 を介して血管内へ 排出される．また，一部の TPP は MTPPT-1 によってミトコンドリアマトリックスに取り込まれ，補酵素と して利用されるものと思われる．ただし，結腸上皮細胞における MTPPT-1 の発現に関する報告は未だない． 9 号（9 月）2015〕 トピックス 取り込まれ，細胞内でそのまま補酵素として利用され る か， 脱 リ ン 酸 さ れ て 遊 離 型 の チ ア ミ ン に な り THTR-1 によって血管側に排出されるものと推論して 11） いる （図 1）．動物では，TPP を補酵素として利用す る酵素はピルビン酸脱水素酵素，α-ケトグルタル酸脱 水素酵素，分子鎖α-ケト酸脱水素酵素などミトコン ドリアマトリックスに存在するものが多い．既に，ミ 461 2）Said HM (2011) Intestinal absorption of water-soluble vitamins in health and disease. Biochem J 437, 357-372 3）Gurerrant NB, Dutcher RA (1932) The assay of vitamins B and G as inÀuenced by coprophagy. J Biol Chem 98, 225-235 4）Gurerrant NB, Dutcher RA, Brown RA (1937) Further studies concerning formation of B vitamins in digestive tract of rat. J Nutr 13, 305-315 5）Najjar VA, Holt LE (1943) The biosynthesis of thiamin in man トコンドリア内膜に存在する TPP の輸送担体として and its implication in human nutrition. J Am Med Assoct 123, 683- MTPP-1（SLC25A19）が報告されており，細胞質でチア 684 ミンピロホスホキナーゼによって生じた TPP のミトコ ンドリアでの利用に関与していると考えられてい る 12）．結腸上皮細胞ではチアミンピロホスホキナーゼ の発現はほとんど認められない 13）14）が，その代わりに 6）Arumugam M, et al. (2011) Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 473, 174-180 7）Holmes E, Li JV, Marchesi JR, Nicholson JK (2012) Gut microbiota composition and activity in relation to host metabolic phenotype and disease risk. Cell Metab 16, 559-564 TPPT-1 が発現しているため，細胞外で合成された TPP 8）Said HM (2013) Recent advances in transport of water-soluble vi- は直接ミトコンドリアで利用できるものと思われる tamins in organs of the digestive system: a focus on the colon and （図 1）．この Said らの報告 11）によって，遺伝子が同 the pancreas. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 305, G601- 定されたビタミン B1 分子に特異的な輸送担体は図 1 に示されている 4 種になった．さらに最近，ビグアナ イド系糖尿病治療薬メトホルミンの輸送担体として知 られていた OCT1（organic cation transporter 1, SLC22A1） が肝臓においてチアミンの取り込みを担うことが明ら かとなった 15）．今後も新たなチアミンの取り込みに関 与する輸送担体が同定される可能性があり，そのこと でヒトにおけるチアミン代謝の理解が深まることを期 待したい． G610 9）Barrow BJ, Ortiz-Reyes R, O'Riordan MA, Pretlow TP (1989) In situ localization of enzymes and mucin in normal rat colon embedded in plastic. Histochem J 21, 289-295 10）Nabokina SM, Said HM (2012) Expression of transketolase TKTL1 predicts colon and urothelial cancer patient survival: Warburg effect reinterpreted. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 303, G389-G395 11）Nabokina SM, Inoue K, Subramanian VS, Valle JE, Yuasa H, Said HM (2014) Molecular identi¿cation and functional characteriza- （平成 27.7.10 受付） Key Words : thiamin pyrophosphate, transporter, colonic epLWKHOLDOFHOOVPLFURÀRUDSLC44A4 tion of the human colonic thiamine pyrophosphate transporter. J Biol Chem 289, 4405-4416 12）Lindhurst MJ, Fiermonte G, Song S, Struys E, De Leonardis F, Schwartzberg PL, Chen A, Castegna A, Verhoeven N, Mathews CK, Palmieri F, Biesecker LG (2006) Knockout of Slc25a19 causes mitochondrial thiamine pyrophosphate depletion, embry- 1 2nd Department of Biochemistry, School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, Mukogawa Women’s University 2 Department of Chemistry, Hyogo College of Medicine onic lethality, CNS malformations, and anemia. 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