StudyMed医師国家試験

「油の中」のEと「水の中」のC―二人三脚で活性酸素と戦う抗酸化ビタミン

第101回医師国家試験 B問題 第46問

国試問題にチャレンジ

第101回 B問題 第46問

抗酸化作用の強いビタミンはどれか。2つ選べ。

  1. a.ビタミンA
  2. b.ビタミンB1
  3. c.ビタミンB2
  4. d.ビタミンC
  5. e.ビタミンE

対話形式の解説

ドクタードクター
今回はビタミンの機能を問う問題だ。ポイントは、ビタミンを「補酵素として代謝を助けるもの」と「自らが酸化されて他の分子を守るもの」に分けて整理できるかどうか。まず、抗酸化作用とは何か、説明できるかな。
医学生医学生
活性酸素やフリーラジカルを消して、細胞が酸化で傷つくのを防ぐ働きですよね。生化学の講義で酸化ストレスの話を聞きました。
ドクタードクター
その通り。活性酸素は細胞膜の脂質やDNA、蛋白を傷つける。そこで体は、自分が先に酸化されることで大事な分子を守る「身代わり役」を用意している。その代表がビタミンCとビタミンEなんだ。
医学生医学生
Cは何となくわかるんですが、Aも抗酸化って聞いた気がします。β-カロテンのサプリとか……。
ドクタードクター
いいところに気づいたね。前駆体のβ-カロテンなどのカロテノイドには一重項酸素を消去する作用がある。ただ、ビタミンA自体の主な役割は視覚と上皮の維持だ。網膜でロドプシンの材料になり、レチノイン酸は核内受容体を介して上皮細胞の分化を調節する。だから「抗酸化作用の強いビタミン」としてCやEと並べるものではない。
医学生医学生
欠乏すると夜盲症や角膜乾燥でしたね。眼科の実習で習いました。
ドクタードクター
そう。では正解の2つを詳しく見よう。ビタミンEは脂溶性で、細胞膜やLDLの脂質層に溶け込んでいる。多価不飽和脂肪酸が酸化されると脂質ラジカルが次々に連鎖反応を起こすけれど、Eが水素を渡してその連鎖を断ち切る。連鎖切断型抗酸化剤と呼ばれるよ。
医学生医学生
膜を守るから、欠乏すると赤血球膜が壊れて溶血性貧血になるんですね。
ドクタードクター
そのとおり。特に未熟児で問題になるし、脂肪吸収障害では脊髄小脳変性に似た神経障害が出ることもある。一方、ビタミンCは水溶性で、血漿や細胞質などの水の中でラジカルを消去する。そして大事なのは、酸化されたビタミンEを還元して再生させること。
医学生医学生
Eが膜の中で働いて、使い終わったEをCが外から復活させる、という分担ですか。
ドクタードクター
うまいまとめ方だ。「油の中のE、水の中のC」と覚えるといい。では、B群はどうだろう。
医学生医学生
B1はチアミン二リン酸として、ピルビン酸脱水素酵素の補酵素でしたよね。抗酸化というより糖代謝のイメージです。
ドクタードクター
正解。欠乏すれば脚気やWernicke脳症、乳酸アシドーシスにつながる。B2はFADやFMNとなって電子伝達系やβ酸化の酸化還元反応を担う。グルタチオン還元酵素の補酵素でもあるから抗酸化系を間接的に支えるけれど、それ自体が強力な抗酸化物質というわけではない。
医学生医学生
「酸化還元に関わる」と「抗酸化物質そのもの」は別物なんですね。そこは引っかかりそうでした。
ドクタードクター
まさにそこがこの問題のひっかけポイントだね。発展知識として、体の抗酸化防御は酵素系と非酵素系に分かれる。酵素系はSOD、カタラーゼ、セレンを含むグルタチオンペルオキシダーゼなど。非酵素系がビタミンE、C、グルタチオン、尿酸、カロテノイドなどだ。
医学生医学生
CBTでセレン欠乏の心筋症が出てきたのは、グルタチオンペルオキシダーゼが働かなくなるからでしょうか。
ドクタードクター
そういう理解でいい。それからビタミンCは抗酸化以外にも、コラーゲンのプロリン・リシン水酸化や非ヘム鉄の吸収促進に関わる。欠乏すると血管壁がもろくなり、歯肉出血や皮下出血を伴う壊血病になる。偏食の高齢者や長期の経管栄養、アルコール多飲者では、今でも臨床で見逃せない欠乏症だよ。
医学生医学生
脂溶性のEは過剰にも注意が必要ですか。
ドクタードクター
脂溶性ビタミンは蓄積しやすいので、サプリメントの大量摂取には注意が必要だ。抗酸化ビタミンの補充が病気の予防につながるかは研究によって結果が分かれていて、「多ければ多いほどよい」とは言えない。機能と欠乏症をセットで理解しておこう。

まとめ

抗酸化作用の強いビタミンの代表は、水溶性のビタミンC(アスコルビン酸)と脂溶性のビタミンE(トコフェロール)です。ビタミンEは細胞膜やリポ蛋白の脂質層で脂質過酸化の連鎖反応を断ち切り、ビタミンCは水相でラジカルを消去するとともに、酸化されたビタミンEを還元して再生させます。ビタミンB1・B2は補酵素として代謝反応を担い、ビタミンAは視覚と上皮分化が主作用で、前駆体のβ-カロテンに抗酸化作用はあるものの、強い抗酸化ビタミンとしては扱いません。欠乏症も、Eでは溶血性貧血や神経障害、Cでは壊血病と整理できます。ビタミンを「補酵素型」と「抗酸化型」に分けて理解しておくと、栄養障害の診断や補充療法を考えるときの土台になります。

解答・解説

正解はd, eです

問われていること

生体内で活性酸素やフリーラジカルを消去し、酸化ストレスから細胞を守る働き(抗酸化作用)が特に強いビタミンを選ぶ問題である。

考え方

ビタミンは機能の面から大きく二つに分けて整理すると解きやすい。 1. 補酵素として代謝反応を助けるもの: ビタミンB群(B1、B2、B6、B12、ナイアシン、パントテン酸、葉酸、ビオチン)が代表で、糖・脂質・アミノ酸代謝の酵素反応に組み込まれて働く。 2. 自らが酸化されることで他の分子の酸化を防ぐもの(抗酸化ビタミン): 水溶性のビタミンC(アスコルビン酸)と脂溶性のビタミンE(トコフェロール)が代表である。 ビタミンEは細胞膜やリポ蛋白の脂質の中に溶け込み、脂質過酸化の連鎖反応を止める。ビタミンCは細胞質や血漿などの水相で活性酸素を消去するとともに、酸化されたビタミンE(トコフェロキシルラジカル)を還元して再生させる。両者は「油の中」と「水の中」を分担し、協調して抗酸化防御を担っている。したがって正解はビタミンCとビタミンEである。

選択肢考察

  1. ×a.  ビタミンA

    ビタミンA(レチノール)の主な役割は、視覚と上皮の維持である。網膜の杆体細胞で11-cis-レチナールがオプシンと結合してロドプシンとなり、暗所での視覚に必須である。また、レチノイン酸は核内受容体を介して遺伝子発現を調節し、皮膚・粘膜などの上皮細胞の分化や生体膜の機能維持、免疫、成長に関わる。欠乏すると夜盲症、眼球乾燥症(角膜乾燥)、皮膚の角化亢進などを生じる。前駆体であるβ-カロテンなどのカロテノイドには一重項酸素を消去する作用があるが、ビタミンA自体の主作用は抗酸化ではなく、ビタミンC・Eと並べて「抗酸化作用の強いビタミン」として挙げるものではない。

  2. ×b.  ビタミンB1

    ビタミンB1(チアミン)は体内でチアミン二リン酸(TPP、チアミンピロリン酸)となり、補酵素として働く。ピルビン酸脱水素酵素やα-ケトグルタル酸脱水素酵素によるα-ケト酸の酸化的脱炭酸反応、ペントースリン酸経路のトランスケトラーゼによるケトール基転移反応に必要で、特に糖代謝の要となる。欠乏すると脚気(末梢神経障害、高拍出性心不全)やWernicke脳症を起こし、乳酸アシドーシスを伴うこともある。抗酸化ビタミンには分類されない。

  3. ×c.  ビタミンB2

    ビタミンB2(リボフラビン)は体内でフラビンモノヌクレオチド(FMN)やフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)となり、フラビン酵素の補酵素として酸化還元反応の電子の受け渡しを担う。電子伝達系、脂肪酸のβ酸化、クエン酸回路のコハク酸脱水素酵素などで働く。グルタチオン還元酵素の補酵素でもあるため抗酸化系を間接的に支えるが、それ自体が強力な抗酸化物質として働くわけではない。欠乏では口角炎、口唇炎、舌炎、脂漏性皮膚炎などがみられる。

  4. ○d.  ビタミンC

    ビタミンC(アスコルビン酸)は強い還元力をもつ水溶性の抗酸化物質である。血漿や細胞質などの水相でスーパーオキシドやヒドロキシルラジカルなどの活性酸素を消去し、さらに酸化されたビタミンEを還元して再生させる。抗酸化以外にも、プロリン・リシンの水酸化(コラーゲンの成熟に必須)、芳香族化合物の水酸化(カテコールアミン合成など)、腸管での非ヘム鉄の吸収促進などに関わる。欠乏するとコラーゲン合成が障害されて血管壁が脆弱化し、歯肉出血、皮下出血などの出血傾向や創傷治癒遅延を呈する壊血病となる。

  5. ○e.  ビタミンE

    ビタミンE(主にα-トコフェロール)は脂溶性の抗酸化物質で、細胞膜やLDLなどのリポ蛋白の脂質層に分布する。多価不飽和脂肪酸が酸化されて生じる脂質ペルオキシルラジカルに水素を与えて連鎖反応を断ち切り、過酸化脂質の生成を抑える(連鎖切断型抗酸化剤)。これにより生体膜が安定化し、赤血球膜の保護や末梢循環の改善にも寄与する。欠乏は脂肪吸収障害などでまれに起こり、溶血性貧血(特に未熟児)、脊髄小脳変性様の神経障害、網膜症などを生じる。

ビタミンの整理

脂溶性ビタミン(A、D、E、K): 脂肪とともに吸収され、体内に蓄積しやすく過剰症が問題となりうる。 ・A: 視覚・上皮分化。欠乏で夜盲症、角膜乾燥。 ・D: カルシウム・リン代謝。欠乏でくる病、骨軟化症。 ・E: 抗酸化。欠乏で溶血性貧血、神経障害。 ・K: 凝固因子(II、VII、IX、X)のγ-カルボキシ化。欠乏で出血傾向(新生児メレナなど)。 水溶性ビタミン(B群、C): 過剰分は尿中に排泄されやすい。 ・B1: 脚気、Wernicke脳症。 ・B2: 口角炎、舌炎。 ・ナイアシン: ペラグラ(皮膚炎、下痢、認知症)。 ・B6: 末梢神経障害、口内炎。 ・B12・葉酸: 巨赤芽球性貧血(B12では亜急性連合性脊髄変性症も)。 ・C: 壊血病。

生体の抗酸化防御

酵素系: スーパーオキシドジスムターゼ(SOD)、カタラーゼ、グルタチオンペルオキシダーゼ(セレンを含む)など。 非酵素系: ビタミンE(脂質相)、ビタミンC(水相)、グルタチオン、尿酸、カロテノイド、ユビキノールなど。 ビタミンCとビタミンEは互いに補い合い、酸化されたビタミンEはビタミンCによって還元され再利用される。

POINT

・抗酸化作用の代表的なビタミンはビタミンC(水溶性)とビタミンE(脂溶性)である。 ・ビタミンEは生体膜で脂質過酸化の連鎖を止め、ビタミンCは水相でラジカルを消去しつつビタミンEを再生する。 ・ビタミンB群は主に補酵素として代謝反応に働く(B1: TPP、B2: FAD・FMN)。 ・ビタミンAは視覚・上皮分化が主作用である(前駆体β-カロテンには抗酸化作用がある)。

※問題・正答は厚生労働省の公開資料をもとに掲載しています。