クルクミン(ウコン)の抗菌・抗ウイルス・抗真菌活性に関するレビュー

PMCさんのサイトより日本語翻訳(Deepl翻訳)<引用開始>

Curcuma longa L. (Zingiberaceae family) とそのポリフェノール化合物であるクルクミンは、伝統的な用途が広く、副作用が少ないことから、様々な抗菌研究の対象となっている。クルクミンやC. longaの根茎の抽出物は、さまざまな細菌、ウイルス、真菌、寄生虫に対する抗菌作用が報告されている。クルクミンの有望な抗菌作用の結果から、クルクミンは既存の抗菌剤の抑制効果を相乗的に高めるための有力な候補となった。実際、クルクミンの抗菌活性を高めるために様々な研究が行われてきた。例えば、クルクミンの水溶性を高めるために様々な化学的誘導体を合成したり、クルクミンの細胞への取り込みを高めたりした。この総説は、天然の抗菌剤として将来の研究に応用するために、クルクミンのこれまでの抗菌研究を要約することを目的としている。


1. はじめに


クルクミンは,化学式(1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione)で表されるジフェルロイルメタン(図1)をはじめとするクルクミノイド類は,ウコンと呼ばれるCurcuma longa L. (Zingiberaceae family) の根茎に含まれる主要な植物化学物質である[1]。このポリフェノール化合物は,様々な生理活性を持つことから,世界中の研究者から大きな注目を集めている[2-5]。ウコンは、アジアに古くから伝わる着色料であり、クルクミンの主な供給源として、伝統的に多くの治療法に用いられている[6]。図2に示すように、クルクミンには様々な特徴があり、近年、科学者の関心を集めています。他の多くの植物材料と同様に、異なる地域のCurcuma longaのクルクミン含有量には違いがあり、それは他のCurcuma種との交配によるものである可能性があり、クルクミンの含有量が多い植物を選択するための重要な事実である[4]。

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クルクミンの化学構造。

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抗菌薬研究におけるクルクミンの重要性。

Curcuma longaの根茎は、伝統的に抗菌剤としてだけでなく、昆虫忌避剤としても使用されてきた[7]。いくつかの研究では,クルクミンの抗菌,抗ウイルス,抗真菌,抗マラリアなどの幅広い抗菌活性が報告されている。クルクミンは、ヒトでの臨床試験で評価された高用量(12g/日)でも拡張された抗菌活性と安全性を有していることから、クルクミンに関連する様々な誘導体を合成することで、抗菌活性を変更・増強した新しい抗菌剤を設計するための構造サンプルとして使用された[8, 9]。さらに、繊維素材に適した抗菌剤としても研究された。その結果、クルクミンとアロエベラやキトサンを併用することで、排気法で評価した綿、羊毛、ウサギの毛の微生物の成長を抑制する可能性が示された[10]。クルクミンを用いた連続またはバッチ式の染色プロセスは,色に加えて抗菌特性を繊維に与えた。クルクミンで仕上げたウールは、半永久的な抗菌活性を持ち、家庭での洗濯に比べて光への耐久性が低く、家庭での洗濯を30回繰り返した後、黄色ブドウ球菌と大腸菌に対してそれぞれ45%と30%の抑制率を示した[11]。クルクミンと他の抗菌剤との混合物は、皮膚保護および創傷被覆の特性を改善した抗菌性皮膚ゲルおよびエマルジョンの開発に使用されています[12]。ハイドロゲル銀ナノ粒子とクルクミンの組成は、抗菌アプリケーションおよび創傷被覆のためのマーク付き物質としてのハイドロゲル銀ナノコンポジットの機能を高めるために使用されます[12]。皮膚消費に適した0.86μg/mLのクルクミンを担持したミリスチン酸マイクロエマルジョンは,院内感染症の1つであるS. epidermidisの成長を50%阻害した。また,ジメチルスルホキシド(DMSO)に溶解したクルクミン活性と比較して,12倍の強い抑制効果を示した[13]。

2. 抗菌作用


細菌感染症は重要な感染症の一つである。そのため、様々な場所から分離された新しい抗菌剤を実現するために、50年以上に渡って大規模な研究が行われてきた。抗菌剤の開発が進んでいるにもかかわらず,多剤耐性菌の発生により,新たな抗菌剤の発見が特に必要とされている[14]。C. longaの根茎の水抽出物を用いた抗菌試験では,S. epidermis ATCC 12228,Staph. aureus ATCC 25923,Klebsiella pneumoniae ATCC 10031,E. coli ATCC 25922に対し,MIC(最小発育阻止濃度)値が4~16 g/L,MBC(最小殺菌濃度)値が16~32 g/Lであった[15]。ウコンのメタノール抽出物では,Bacillus subtilisに対するMIC値が16μg/mL,Staph.aureusに対するMIC値が128μg/mLであった[16]。鶏肉とエビから分離した24種類の病原性細菌に対して,ヘキサン,エタノールのウコン抽出物とクルクミノイド(C. longaから分離したクルクミノイドの酢酸エチル抽出物で,クルクミン値は86.5%)を用いた研究では,エタノール抽出物のMIC値が3.91から125pptと最も高い抗菌活性を示した[17]。C. longaのヘキサンおよびメタノール抽出物は,Vibrio harveyi,V. alginolyticus,V. vulnificus,V. parahaemolyticus,V. cholerae,Bacillus subtilis,B. cereus,Aeromonas hydrophila,Streptococcus agalactiae,Staph. aureus,Staph. intermedius,Staph. epidermidis,Edwardsiella tardaの13種類の細菌に対して抗菌作用を示した。しかし,クルクミノイドは,Str. agalactiae, Staph. intermedius, Staph. epidermidis, Staph. aureus, A. hydrophila, B. subtilis, B. cereus, Ed. tardaの8菌種に対して阻害活性を示した。ヘキサン抽出物とクルクミノイドは,それぞれ125~1000pptと3.91~500pptのMIC値を示しました[17]。実際に,クルクミン水抽出物を0.3%(w/v)チーズに添加すると,Salmonella typhimurium,Pseudomonas aeruginosa,E. coli 0157:H7の菌数が減少したことが示されています。さらに、低温保存期間の14日後には、Staph.aureus、B.cereus、Listeria monocytogenesの汚染を減少させました[18]。クルクミン製造の副産物であるウコンオイルも、B. subtilis, B. coagulans, B. cereus, Staph. aureus, E. coli, P. aeruginosaに対して有効であることがわかっています[19]。また,クルクミンは,メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)に対しても,MIC値125~250μg/mLの阻害活性を示した[20]。インジウムクルクミン,インジウムジアセチルクルクミン,ジアセチルクルクミンの3つの新規化合物について,Staph.aureus,S. epidermis,E. coli,P. aeruginosaに対するin vitro試験を行ったところ,インジウムクルクミンはクルクミンそのものと比較して優れた抗菌効果を示し,今後のin vivo試験に適した化合物であると考えられた。しかし,ジアセチルクルクミンは,試験した細菌に対して抗菌効果を示さなかった[21]。これらの結果から、さまざまなクルクミン誘導体にも有望な抗菌作用があることがわかった。細菌の細胞質分裂に重要な因子であるFtsZプロトフィラメントの安定性と組み立ては、抗菌剤の可能なドラッグターゲットとして紹介されています。クルクミンは、フィラメント形成を誘導することでB. subtilisのサイトカインを抑制した。また,クルクミンは,ヌクレオイドの分離・組織化に大きな影響を与えることなく,枯草菌の細胞運動に伴うZリング形成を顕著に抑制した[22]。クルクミンは,解離定数が7.3μMのFtsZとの結合能力に関連して,FtsZプロトフィラメントの束ねを減少させることが示された。これにより、クルクミンがFtsZのZリングへの集合動態を阻害することで、細菌の細胞増殖を抑制できる可能性があることが示されました[22]。大腸菌や枯草菌を用いた研究では、クルクミンがFtsZの重合を阻害することで、FtsZのアセンブリを抑制し、原核生物の細胞分裂を阻害することが示されました[23]。

また,クルクミンは,65株のHelicobacter pyloriに対して,MIC値が5~50μg/mLの有意な抗菌活性を示しました[41]。また、クルクミンは、NF-κBの活性化を阻害し、その結果、IL-8の放出や細胞の散乱を抑制することで、胃におけるH. pyloriの主な結果としての胃組織の炎症を抑制する効果がありました。クルクミンは、IκBαの分解、NF-κBのDNA結合およびIκBキナーゼα・β(IKKα・β)の活性を阻害する[42]。実際,クルクミンは,マウスや細胞培養において,ピロリ菌感染に関わる炎症分子であるマトリックスメタロプロテイナーゼ-3およびメタロプロテイナーゼ-9(MMP-3およびMMP-9)の活性を用量依存的に阻害しました[43]。クルクミンは、H. pylori感染胃組織におけるactivator protein-1および炎症分子の活性化を減少させることにより、MMP-3およびMMP-9に対して、従来のH. pyloriの3剤併用療法よりも効率的な治療効果を示しました[43]。クルクミンのH. pyloriに対する抗菌効果をOAM(Omeprazole, Amoxicillin, and Metronidazole)治療と比較したin vivo試験では、H. pyloriの除菌効果は低いことが明らかになりました(OAM治療では78.9%に対して5.9%)。また、クルクミンを投与したピロリ菌感染者からは、炎症性サイトカイン産生の減少は報告されていませんでした[44]。H. pylori感染に対して、クルクミン、パントプラゾール、N-アセチルシステイン、ラクトフェリンからなる1週間の非抗生物質療法を行ったin vivo試験では、H. pyloriの除菌効果は認められなかった。しかし、2ヶ月間の治療スケジュールの後、胃炎の免疫学的基準と消化器症状の減少が報告されました[45]。それにもかかわらず、H. pyloriによって誘発された胃炎のラットにクルクミンを投与すると、高分子の漏出とNF-κBの活性化が有意に減少することが明らかになりました[46]。ピロリ菌に感染したC57BL/6マウスを用いたin vivo試験では、クルクミンを投与することで高い治療効果が得られ、ピロリ菌感染に対する顕著な除菌効果と胃の損傷の回復が認められました[41]。

2.1. 相乗効果のある抗微生物活性
薬剤耐性を持つ微生物が急増していることから、より広いスペクトルの活性を持ち、抗菌剤の副作用を軽減した抗菌カクテルを開発するために、植物の誘導体と組み合わせた抗生物質の相乗効果を研究する必要がある。ペニシリン系の抗生物質に対する黄色ブドウ球菌の耐性は、過敏症やアナフィラキシー反応などの副作用の出現と関連して増加している[47]。クルクミノイドとampicillinの併用による相乗効果は、臨床株およびStaph.aureus ATCC 25923株のいずれに対してもampicillinのMICを顕著に低下させた。B. amyloliquefaciensから単離されたバクテリオシンsubtilosinとカプセル化されたクルクミンを併用したところ、L. monocytogenes Scott Aの野生型株およびナイシン感受性株に対して部分的な相乗効果が認められました[48]。また、500μg/枚のクルクミンを用いた別のin vivo研究では、臨床分離された黄色ブドウ球菌に対して、セフィキシム、セフォタキシム、バンコマイシン、テトラサイクリンの抗生物質との相乗効果が示されました[49]。この結果は、これらの抗生物質、特にセフィキシムを用いた黄色ブドウ球菌感染症の治療時にウコンを摂取することが有用である可能性を証明しています。また、クルクミンは、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)に対して、アンピシリン、オキサシリン、ノルフロキサシンなどのいくつかの抗生物質との併用で相乗効果を示しました[20]。また、クルクミンは、シプロフロキサシンとの併用により、S. typhiやS. typhimuriumに対して拮抗作用を示すという証拠があるものの、MRSAに対するシプロフロキサシンとの相乗効果も報告されています[49, 50]。

抗菌剤に強く結合した金属錯体は,抗菌剤の細菌壁への結合効果を高めることで,それぞれの抗菌剤の相乗効果を得るためのもう一つの可能性として紹介されている。クルクミンとコバルトナノ粒子の複合体は,大腸菌に対して高い抗菌活性を示した[51].さらに,クルクミンを含浸させた銀ナノコンポジットフィルムを作製すると,大腸菌に対してより強い抗菌性を示した。カルボキシメチルセルロースナトリウム銀ナノコンポジットフィルム(SCMC SNCFs)の効果的な抗菌材料としての殺菌活性は,SCMC SNCFsにクルクミンを担持することで向上することが示された[52]。別のin situ調査では,クルクミンを封入したキトサン-[ポリ(ビニルアルコール)]銀ナノコンポジットフィルムの相乗効果が示された。大腸菌に対して顕著な抗菌性を示す新規抗菌フィルムは、感染症の治療や創傷被覆のための潜在的な抗菌材料であることが証明された[53]。

2.2. 抗バイオフィルム活性
アミノグリコシドやイミペネムなどの刺激によりアルギン酸を分泌すると、P. aeruginosaのバイオフィルム量が増加する。2人の嚢胞性線維症患者の口腔咽頭深部のスワップサンプルから分離されたP. aeruginosaの2株に対するクルクミンの抗バイオフィルム活性(MIC値16μg/mL)をクリスタルバイオレット染色法で調べた。MIC濃度の高い菌株をクルクミンで処理しても、バイオフィルムの光学濃度の顕著な上昇は認められなかった[54]。また、別の研究では、クルクミンは、バイオフィルム開始遺伝子の減少、31のクォーラムセンシング(QS)遺伝子の阻害、アシルホモセリンラクトン(HSL)産生、エラスターゼ/プロテアーゼ活性、ピオシアニン生合成などの病原性因子のダウンレギュレーションの可能性を示した。この抗菌作用により,植物全体や動物のP. aeruginosa感染モデルとして,シロイヌナズナや線虫で病原性の低下が認められた[7]。この結果から、クルクミンは、バイオフィルム形成を特徴とする特殊な感染症におけるP. aeruginosa感染症の治療薬の候補となり得ることが示されましたが、承認にはさらなる包括的な研究が必要です。

いくつかのケースでは、異なる抗生物質に対するクルクミンの有害作用が示されました。Ciprofloxacinは、Salmonellaの腸チフスおよび非腸チフス感染に対して最も有効な抗生物質である。シプロフロキサシンの抗菌作用の主なメカニズムは、SOS反応、染色体断片化の誘導、細菌細胞内での活性酸素の生成である。クルクミンをシプロフロキサシンと併用したin vivoおよびin vitroの研究では、シプロフロキサシンの活性への干渉を通じて、Salmonella typhiおよびSalmonella enterica serovar Typhimurium(S. typhimurium)の増殖の上昇を引き起こすことが示された。クルクミンは、シプロフロキサシンによるジラーゼ阻害作用を抑制することはできなかったが、強い抗酸化作用により、インターフェロンγ(IFNγ)やシプロフロキサシンによって引き起こされる酸化バーストからサルモネラを保護した。この結果は、クルクミンがIFNγやシプロフロキサシンの抗菌作用を抑制することで、サルモネラの病原性を高める可能性があることを示しています[55]。腸チフスのマウスモデルにクルクミンを投与したところ、Salmonella typhimuriumの病原性が上昇し、抗菌ペプチド、窒素種、活性酸素などの抗菌剤に対する抵抗性が高まったことが示されました。このような耐性上昇の原因として、mntH、sitA、sodAなどの抗酸化機能に関わる遺伝子やpmrD、pmrHFIJKLMなどの抗菌ペプチドに対する耐性に関わる遺伝子の発現が考えられた。また、クルクミンは、細胞内での生存に関与するSPI2遺伝子の発現を増加させ、上皮細胞内への侵入に関与するSPI1遺伝子の発現を減少させた。この情報は、クルクミンを無差別に使用することが、おそらくサルモネラの病原性を抑制するはずであることを証明しました[55]。さらに、クルクミンも500μg/ディスクの用量で、ディスク拡散法で調べた臨床株の黄色ブドウ球菌に対するナリジクス酸の殺菌効果に拮抗する活性を示しました[49]。

3. 抗ウイルス活性


ほとんどのウイルス性疾患に対する有効な治療法の欠如,抗ウイルス剤耐性の出現,いくつかの抗ウイルス療法の高コスト化により,新しい有効な抗ウイルス化合物を見つける必要がある[56, 57]。さらに、既存の抗ウイルス療法は、必ずしも忍容性が高いとは限らず、効果的で満足できるものではない[58]。したがって、抗ウイルス物質に対する要求の高まりがより強調されることになるだろう。植物は、抗ウイルス活性を含む様々な生物学的活性を持つ植物化学物質の豊富な供給源として、科学者の関心を集めている[59, 60]。植物由来の成分であるクルクミンは、様々なウイルスに対して幅広い抗ウイルス活性を持つことが明らかになっています。イノシン一リン酸デヒドロゲナーゼ(IMPDH)酵素は,グアニンヌクレオチドのデノボ合成における律速的な活性を有しており,抗ウイルス剤や抗癌剤の治療標的として示唆されている。15種類のポリフェノールの中で,クルクミンは,非競合的または競合的な方法でIMPDH効果を阻害することにより,このプロセスを介した強力な抗ウイルス化合物であることが示唆されている[61]。ジ-O-トリプトファニルフェニルアラニンクルクミン,ジ-O-デカノイルクルクミン,ジ-O-パミトイルクルクミン,ジ-O-ビス-(γ,γ)フォリル・クルクミン,C4-エチル-O-γ-フォリル・クルクミン,4-O-エチル-O-γ-フォリル・クルクミンといったクルクミンの様々なバイオコンジュゲートを,パラインフルエンザウイルス3型(PIV-3),猫伝染性腹膜炎ウイルスなどの様々なウイルスに対して検討しました。クルクミンは、パラインフルエンザウイルス3型(PIV-3)、猫伝染性腹膜炎ウイルス(FIPV)、水胞性口炎ウイルス(VSV)、単純ヘルペスウイルス(HSV)、フロックハウスウイルス(FHV)、呼吸器合胞体ウイルス(RSV)などの様々なウイルスに対して、MTT法により評価した結果、クルクミンおよびそのバイオコンジュゲートは、異なるウイルス病原体に対して強力な抗ウイルス活性を示すことが明らかになった。また,ジ-Oトリプトファニルフェニルアラニンクルクミンとジ-Oデカノイルクルクミンは,VSVとFIPV/FHVに対して顕著な抗ウイルス活性を示し,EC50値はそれぞれ0.011μMと0.029μMであった。しかし,MT-4細胞における1型ヒト免疫不全ウイルス(HIV-1)のIIIB株およびROD株に対しては,バイオコンジュゲートは有意な抗ウイルス活性を示さなかった[62].表1は,C. longaおよびクルクミンの抗ウイルス活性と,その阻害効果の考えられるメカニズムをまとめたものである。

表1
Curcuma longa L.およびクルクミンの抗ウイルス活性。

ウイルス 抗ウイルス物質 抗ウイルス活性の説明 タイプ 参考文献
HIV クルクミン HIV-1 LTR指向性遺伝子発現の抑制 [24] 。
クルクミン,還元型クルクミン,アリルクルクミン,トコフェロールクルクミン HIV-1 LTRのTatを介したトランザクティヴ化の抑制 [25]。
クルクミン、クルクミンボロン複合体 HIV-1およびHIV-2プロテアーゼの阻害 [26](英文
クルクミン HIV-1インテグラーゼの阻害 [27]について
クルクミン Tatタンパク質のアセチル化の阻害 [28]について
クルクミン 臨床試験では抗ウイルス効果がない [29] 。
インフルエンザ クルクミン 血球凝集阻害作用 [30] クルクミン
HSV-1 クルクミン、ガリウム-クルクミン、銅-クルクミン HSV-1の複製の減少 [31, 32] HSV-2 クルクミン
HSV-2 クルクミン マウスモデルでの有意な保護 [33]Coxsackievirus クルクミン UPSの制御異常による複製の抑制 [34]HBV 水抽出物 p53 レベルの上昇による HBV 複製の抑制 [35] HCV クルクミン
HCV クルクミン Akt-SREBP-1経路を抑制することによるHCV複製の減少 [36]。
HPV クルクミン ウイルスの癌タンパク質である E6 および E7 の発現を抑制する [37] 。
HPV クルクミン HPV-18の転写に対するダウンレギュレーション効果 [38]HPV
JEV クルクミン 感染性ウイルス粒子の産生量の減少 [39]HTLV-1 クルクミン HTLV-1に感染したT細胞株におけるJunDタンパク質のダウンレギュレーション効果 [40]別ウィンドウで開く
ウイルスの長末端リピート(LTR)は、1型ヒト免疫不全ウイルス(HIV-1)プロウイルスの転写に重要な役割を果たしています。LTRの活性を阻害することは,HIV-1の複製を阻止するための抗ウイルス剤候補の可能な経路となりうる。クルクミンは,細胞の生存率に大きな影響を与えることなく,HIV-1のLTRを介した遺伝子発現を阻害する有効な化合物であることが判明した[24]。クルクミンとその誘導体である還元型クルクミン,アリルクルクミン,トコフェリルクルクミンは,HIV-1 LTRをlacZ遺伝子の指標と融合させたHeLa細胞のβ-ガラクトシダーゼ活性で測定したHIV-1 LTRのTatタンパク質のトランザクティビティを70~85%阻害しました。トコフェロール-クルクミンは,1nMで70%の阻害作用を示し,この濃度でのクルクミンの35%の阻害作用と比較して,最も高い阻害作用を示した[25]。また,クルクミンは,HIV-1の増殖抑制に関連するp300によるHIVのTatタンパク質のアセチル化を有意に阻害しました。クルクミンは、p300/CREB結合タンパク質(CBP)のアセチルトランスフェラーゼタンパク質を標的とすることで、コンビナトリアルHIV治療薬の強力な化合物となります[28]。クルクミンは,HIV-1およびHIV-2のプロテアーゼを阻害し,IC50はそれぞれ100μMと250μMであった。クルクミンとホウ素の複合体は,時間依存的にIC50値が6μMまで低下し,顕著な阻害作用を示した。クルクミンのホウ素誘導体が高い親和性を示すのは,化合物の直交するドメインがプロテアーゼの基質結合キャビティ内の交差する部位に結合しているためであると考えられる[26]。HIV-1の複製に不可欠なもう一つの酵素であるインテグラーゼは,クルクミンによってIC50値40μMで阻害されることがわかった。インテグラーゼのアミノ酸50-212のみを含む欠失変異体の阻害は、クルクミンが酵素の触媒コアと相互作用している可能性を示している。エネルギー最小化法とクルクミンの構造類似体の研究から,クルクミンの2つのフェニル環の分子内スタッキングが,水酸基を近接させることで抗インテグラーゼ活性に関与している可能性が示唆された[27]。しかし,2つのクルクミンアナログであるロスマリン酸とジカフェオイルメタンは,HIV-1のインテグラーゼに対して10μM以下のIC50値で顕著な阻害活性を示し,酵素への結合速度が遅いことが速度論的に評価された[65]。しかし、クルクミンを抗HIV化合物として40人の患者に8週間投与した臨床試験の結果、ウイルス量の減少やCD4数の増加は認められませんでした。しかし、患者は、軽い胃腸の痛みを我慢して気分を良くするために、クルクミンを摂取することを好んだと主張しました[29]。このことは、臨床試験がin vitroの研究とは全く異なる結果を示す可能性があることを示しています。HIV患者を対象に、C. longaの根茎の0.5% w/vエタノール抽出物を含む透明な液体石鹸を使用した臨床試験では、傷口の感染が減少し、かゆみの症状が100%減少したほか、膿瘍が2週間以内に乾燥したかさぶたに変化した(78.6%)。

クルクミンは、インフルエンザウイルスPR8、H1N1、H6N1に対して抗インフルエンザ活性を示した。その結果、30μMのクルクミンを用いた細胞培養では、ウイルスの収量が90%以上減少しました。プラーク減少試験では、インフルエンザウイルスに対するクルクミンのおおよそのEC50は0.47μMでした[30]。H1N1およびH6N1亜型では、ヘマグルチニン相互作用の阻害は、ウイルス粒子の感染性に対するクルクミンの直接的な効果を反映しており、このことは薬物中毒実験の時間によって証明されました。さらに、アマンタジンとは異なり、クルクミンに対してウイルスは耐性を獲得しませんでした。クルクミンのメトキシル誘導体もまた、血液凝固において注目すべき役割を示しませんでした[30]。これらの結果は、インフルエンザの抑制に対するクルクミンの大きな可能性を証明しています。

クルクミンとその誘導体であるガリウムクルクミンと銅クルクミンのin vitro試験では,細胞培養において単純ヘルペスウイルス1型(HSV-1)に対して顕著な抗ウイルス活性を示し,IC50値はそれぞれ33.0μg/mL,13.9μg/mL,23.1μg/mLであった。また,各化合物のVero細胞株に対する50%細胞毒性濃度(CC50)は,それぞれ484.2μg/mL,255.8μg/mL,326.6μg/mLであった[31]。クルクミンは,細胞培養アッセイにおいて,HSV-1のimmediate early(IE)遺伝子の発現と感染力を大幅に低下させた。クルクミンは、p300/CBPヒストンアセチルトランスフェラーゼ効果とは独立したプロセスにより、ウイルスのトランザクテータータンパク質VP16を媒介して、IE遺伝子プロモーターへのRNAポリメラーゼIIのリクルートに効果があるとされている[32]。HSV-2のin vitro複製は,クルクミンによってED50値が0.32 mg/mLと減少した[32]。さらに,膣内HSV-2チャレンジを行ったマウスモデルを用いたin vivo研究では,クルクミンの投与によりHSV-2感染に対する有意な防御効果が示された。この研究は,クルクミンが,性感染症であるヘルペスウイルスの感染を防ぐために女性が膣内で使用する抗ウイルス製品の開発に適した候補であることを示している[33]。実際,クルクミンと銅(Cu2+)とのメタロハーブ複合体は,抗ウイルス活性を有する膣内ゲルのさらなる研究のために,微生物殺傷効果を示した[66]。

コクサッキーウイルスは、拡張型心筋症や心筋炎など様々な疾患を引き起こします。コクサッキーウイルスB3(CVB3)は、広範な研究にもかかわらず、効果的で承認された特定の治療法がないまま、いまだに主要なヒトの病原体となっています[67, 68]。クルクミンは、コクサッキーウイルスに対して、ウイルスのRNAの発現、タンパク質の合成、およびウイルスの力価を低下させることにより、抗ウイルス活性を示しました。さらに、ウイルスによって誘発されるアポトーシスや細胞質活性に対して、細胞を保護する効果があることがわかりました。異なる経路の分析により、クルクミンは、ユビキチン・プロテアソーム系(UPS)の制御異常を介して、コクサッキーウイルスの複製抑制に強力な抗ウイルス効果を強制的に発揮することが示された[34]。最近の研究では,UPSを介したタンパク質の修飾や分解が,コクサッキーウイルスの複製を制御する上で不可欠な因子であることが証明されている[69]。

ウィルス感染に伴う肝疾患は、大きなパンデミックとなっています[70]。B型肝炎ウイルス(HBV)は、肝細胞癌(HCC)発生の可能性を約100倍に高め、2008年には世界中で695,900人が肝硬変とHCCが原因で死亡したという事実から、肝炎ウイルスに対する新しい抗ウイルス剤を見つける必要があります[71, 72]。HBVのゲノムを含むHepG 2.2.15細胞におけるHBVに対するCurcuma longa rhizomaの水性抽出物の抗ウイルス効果を調べたところ、細胞毒性を伴わずに肝細胞からのHBsAgの分泌を抑制しました。また、感染細胞におけるHBV粒子の産生およびHBVのmRNAの産生速度を抑制した。Curcuma longa抽出物は、p53タンパク質の安定性を高めるとともに、p53遺伝子の転写をトランザクティヴ化することで、p53タンパク質の発現率を増加させ、HBVの複製を抑制した。この抽出物は、p53に影響を与えることにより、HBVのエンハンサーIおよびXプロモーターを抑制し、HBx遺伝子の転写を抑制することが理解された[35]。C型肝炎ウイルス(HCV)を発現させたHuh7レプリコン細胞に対するクルクミンの抗ウイルス活性をin vitroで調査した結果、クルクミンは強力な抗HCV化合物となり得ることが示されました。その結果、Akt-SREBP-1経路を抑制することで、HCV遺伝子の発現や複製が減少することが分かりました。さらに、クルクミンとIFNαの混合物は、既知の抗HCV療法として、HCVの複製に対して深い阻害活性を誘導し、クルクミンがHCVの補完的な治療法として使用できる可能性を示しました[36]。 

高リスクのヒトパピローマウイルス(HPV)の感染は,E6およびE7ウイルスのオンコプロテインの発現を介して,子宮頸がんの発生に重要な役割を果たしている。クルクミンは,癌化率の高い2つの主要なヒト乳頭腫ウイルスであるHPV-16およびHPV-18のE6およびE7遺伝子の発現に対して阻害活性を示した[37]。転写因子AP-1は,HPV-16やHPV-18などの高リスクHPVの転写制御に重要な因子である。クルクミンは、HeLa細胞のAP-1結合活性をダウンレギュレートし、HPV-18の転写に対する影響を減少させます[38]。この結果から、クルクミンはアポトーシスを調節し、また、ウイルスの癌遺伝子のダウンレギュレーションに関連するNFκBとAP-1のトランスロケーションを防ぎ、HPVの転写を減少させることで、癌化率の高いHPV感染症の管理に適した候補となり得ることがわかりました[37, 38]。

日本脳炎ウイルス(JEV)は、東南アジアの重要な風土病であるアルボウイルスで、急性脳症の主な原因であり、一般的に小児が罹患し、患者の3分の1が死に至ります。効果的な治療法がないために、永久的な精神神経系の後遺症がJEVの生存者の多くに見られる合併症となっています[73]。JEVに感染したNeuro2a細胞株に対するクルクミンの抗ウイルス活性を調べたところ、ユビキチン-プロテアソーム系の阻害により、感染性ウイルス粒子の生成が減少しました。in vitro試験の結果から、クルクミンは、細胞レベルのストレス関連タンパク質の調節、プロアポトーシスシグナル分子の減少、細胞膜の完全性の回復、および細胞レベルの活性酸素種の減少を通じて、神経保護をもたらすことが示され、さらなる研究の可能性があることが示されました[39]。

成人T細胞白血病(ATL)の病因であるヒトT細胞白血病ウイルス1型による癌化は、アクチベータープロテイン1(AP-1)の活性化に大きく依存している[74]。HTLV-1感染T細胞株におけるAP-1のDNA結合および転写作用は、クルクミン処理によって抑制されました。また、クルクミンは、HTLV-1感染T細胞におけるAP-1-DNA複合体の重要な因子であるJunDタンパク質の発現を抑制するとともに、HTLV-1 TaxによるAP-1の転写作用を抑制しました。クルクミンは、HTLV-1感染T細胞におけるHTLV-1の複製に対して、細胞周期の停止とアポトーシスの誘導を行う可能性があることがわかった。クルクミンの抗ATL活性の可能な経路として、JunDタンパク質の発現低下を介したAP-1活性の抑制が紹介されています[40]。

4. 抗真菌活性


様々な天然資源、特に植物から分離された物質や抽出物は、常に真菌感染や腐敗を制御するための豊富な武器となってきました。ウコンは伝統的に食品に広く使用されているため、真菌による腐敗や真菌性病原体の制御という観点から、ウコンやクルクミンを研究するために様々な研究が行われてきました。ウコン粉末を植物組織培養に添加した研究では、0.8および1.0g/Lのウコンが真菌汚染に対して非常に優れた阻害活性を持つことが示されました[75]。ウコンのメタノール抽出物は,Cryptococcus neoformansおよびCandida albicansに対して抗真菌活性を示し,MIC値はそれぞれ128および256μg/mLであった[16]。C. longaのヘキサン抽出物を1000 mg/Lで用いた試験では,Rhizoctonia solani,Phytophthora infestans,Erysiphe graminisに対する抗真菌効果が示されました。また、1000mg/LのC. longaの酢酸エチル抽出物は、R. solani、P. infestans、Puccinia recondita、Botrytis cinereaに対して抑制効果を示したことが明らかになった。また,500 mg/LのクルクミンはR. solani, Pu. recondita, P. infestansに対して抗真菌活性を示した[76]。クルクミンとウコンオイルは,Fusarium solaniとHelminthosporium oryzaeという2つの植物食用真菌に対して抗真菌作用を示した。ウコンオイルはF. solaniとH. oryzaeに対して最も有効な抗真菌活性を示し,IC50はそれぞれ19.73と12.7μg/mLであった[77]。C. longaの粗メタノール抽出物は,いくつかの臨床分離された皮膚糸状菌に対して阻害効果を示した。また,C. longaの根茎から抽出した18ヶ月物および新鮮な蒸留油は,29の臨床分離皮膚糸状菌に対して最も強力な抗真菌効果を示し,MIC値はそれぞれ7.2および7.8 mg/mLであった[78]。Trichophyton rubrum, T. mentagrophytes, Epidermophyton floccosum, Microsporum gypseumはウコンオイルの1 : 40-1 : 320希釈液で抑制された。T. rubrumを感染させたモルモットを用いたin vivo試験では、ウコンオイル(希釈率1:80)の経皮投与により、2〜5日後に病変の治癒が改善され、摂取6〜7日後には病変が消滅したことが示された。また,ウコンオイルは,Sporothrix schenckii,Exophiala jeanselmei,Fonsecaea pedrosoi,Scedosporium apiospermumなどの病原性カビに対しても,MIC値がそれぞれ114.9,459.6,459.6,114.9μg/mLとなる活性を示した[79]。しかし,クルクミンは,Aspergillus種の増殖には影響を与えなかったものの,Paracoccidioides brasiliensisに対してフルコナゾールよりも顕著な効果を示した[80]。上述の抗真菌効果のメカニズムとして、Δ5,6デサチュラーゼ(ERG3)のダウンレギュレーションにより、真菌細胞のエルゴステロールが大幅に減少することが明らかになった。エルゴステロールの生産量が減少すると、エルゴステロールの生合成前駆体が蓄積され、活性酸素の発生により細胞死に至る[81]。プロテアーゼ分泌の減少やATPase活性の膜関連特性の変化も、クルクミンの抗真菌活性の重要な要因であると考えられます[82]。

既存の抗真菌薬に対するカンジダ種の耐性菌の発生は、治療戦略上の重要な問題となった。そのため,新たな抗カンジダ物質を見つけることが重要であると考えられている[83]。ATCCの4株と臨床分離株10株を含む14株のCandidaに対してクルクミンを用いた研究では、クルクミンはCandida種に対して強力な殺菌剤であり、MIC値は250~2000μg/mLであった[82]。別の研究では、C. albicans, C. glabrata, C. krusei, C. tropicalis, C. guilliermondiiのフルコナゾール耐性株や臨床分離株を含む38種類のCandida株に対してクルクミンの抗Candida活性が示された。感受性株および耐性株のMIC90値は,それぞれ250~650および250~500μg/mLであった。Candida属の細胞死のメカニズムとして,H+流出の阻害による細胞内の酸性化が考えられた[84]。クルクミンは、グローバルサプレッサーであるthymidine uptake 1 (TUP1)を標的とすることで、菌糸の発達を阻害することが証明された[81, 85]。また、クルクミンは、Cryptococcus neoformansおよびC. dubliniensisに対しても阻害効果を示し、MIC値は32 mg/Lでした[80]。慢性喘息の治療中の主要な合併症の1つに口腔咽頭カンジダ症があります。クルクミンは、抗炎症作用を持つカンジダ症の治療薬の候補として、喘息のマウスモデルで研究されました。クルクミンの経口投与は、デキサメタゾンよりもBALB/cマウスの真菌負荷を減少させるのに有効である。また、喘息の病理学的変化を有意に減少させました[86]。AIDS患者から分離されたカンジダ種の頬側上皮細胞への付着もクルクミンによって顕著に抑制され、フルコナゾールと比較してより効果的であることがわかりました[80]。

クルクミンを媒介とした光線力学的療法の検討では,C. albicans,C. glabrata,C. tropicalisのバイオフィルムバイオマスを減少させることができる。その結果、40μM濃度のクルクミンを18J/cm2で照射した場合、4種類のLEDフルエンスの光励起により、テストしたCandida種の代謝活性を最大85%阻害することができた。クルクミンと光の併用は、プランクトン状の酵母に対する抗真菌活性を顕著に向上させる効果的な方法であることが証明された[87]。光力学的効果は、おそらく細胞によるクルクミンの取り込みを増加させることにより、プランクトンまたはバイオフィルムのいずれかの培養においてC. albicansの生存率を大幅に減少させた。しかし、光線力学的療法は、マクロファージに対して光毒性を示すことが、より少ない程度で判明した。[88]. 口腔カンジダ症のマウスモデルを用いた研究では、クルクミンを媒介としたin vivoでの光線力学療法の効果に関する信頼性の高いデータを収集した。その結果、LED光とともにクルクミンを照射すると、マウスの宿主組織に害を与えることなく、光線力学療法後のC. albicansの生存率を顕著に阻害することが証明された。しかし、80μMのクルクミンを光と一緒に照射した場合、C. albicansのコロニー数の減少が最も顕著であった[89]。これらの結果から,クルクミンは,特にCandida種に対する殺菌的光線力学療法のための光増感剤化合物として高い可能性を持つことが示された。

C. longa rhizomeの強い抗真菌活性とその副作用の少なさが、既存の殺菌剤との相乗効果の可能性を調査する主な理由であった。クルクミンと5種類のアゾール系および2種類のポリエン系薬剤(voriconazole, itraconazole, ketoconazole, miconazole, fluconazole, amphotericin B, nystatin)との相乗効果を調べたところ,C. albicansの臨床分離株21株に対して,殺菌剤のMIC値を10~35倍に減少させることができた。クルクミンとamphotericin Bおよびfluconazoleとの相乗効果は、抗酸化剤を添加することで抑制される活性酸素の蓄積と関連している可能性がある[85]。C. tropicalis, C. kefyr, C. krusei, C. guilliermondii, C. glabrata, C. parapsilosis, C. albicansを含むCandida種の200の臨床分離株を対象とした研究では、クルクミンの殺菌活性が示され、そのMIC値は32-128μg/mLであった。また,クルクミンとamphotericin Bの併用は,試験したCandida属に対して相乗効果を示したが,fluconazoleとクルクミンは相乗効果ではなく相加効果を示す場合もあった。これらの結果から、クルクミンと既存の殺菌剤を併用することで、カンジダ症やカンジタ症などの全身性真菌感染症に対してより大きな効果が得られることが証明されました[90]。クルクミンは,アンフォテリシンBの別の結合部位である血清アルブミンに結合し,複合体を形成することで,赤血球の溶解を遅らせ,アンフォテリシンBの副作用を軽減することがインシリコ解析で明らかになった。クルクミンとアンフォテリシンBのアルブミン血清との複合体の安定性と水溶解性は、内臓リーシュマニア症と全身性真菌感染症の治療の候補となりうるものである[91]。マウスのカンジダ感染モデルにおいて、クルクミンとピペリンの組み合わせをin vivoで検討したところ、スイスマウスの腎臓における真菌負荷を顕著に減少させ、相乗効果が得られました[85]。また、クルクミンとアスコルビン酸の混合物は、カンジダの異なる菌株に対して、クルクミンを単独で試験した時と比較して、MIC値が5~10倍に減少した[92]。これらの相乗効果は、クルクミンを異なる殺菌剤と併用することで、既存の抗真菌戦略の有効性を高めるための相乗効果を著しく引き出すことができることを示している。


5. クルクミンのバイオアベイラビリティと溶解性を高めて抗菌作用を向上させる


クルクミンは、経口でのバイオアベイラビリティが低く、水性溶媒への溶解性が不十分なため、吸収率が低く、代謝が速く、全身への排泄が早いため、最適な可能性は限られています[5, 93]。この障害を克服するために、クルクミンを担持したPLGA(ポリラクチド-コ-グリコリド)やクルクミンのナノ粒子製剤などのナノキャリアが研究され、クルクミンに比べて優れた生物活性とバイオアベイラビリティ、さらには細胞内への取り込みの増加が報告されている[5]。また、別の研究では、熱抽出されたクルクミンは、熱処理による著しい崩壊を伴わずに、クルクミンの溶解度を12倍に高めたことが明らかになった。4-hydroxy-2-nonenal (HNE)は、細胞毒性、遺伝毒性、変異原性を介して病気の発症に関与する重要な酸化副産物であるが、熱可溶化されたクルクミンによってその修飾が80%抑制され、クルクミンの生理活性を誘発するメカニズムの可能性が示唆された[94]。湿式粉砕技術によって処理された2~40nmのサイズのクルクミンのナノ粒子としてのナノクルクミンの研究では、クルクミンが水中でより自由に分散することが示され、粒子サイズの縮小とバイオアベイラビリティの向上により、黄色ブドウ球菌、大腸菌、緑膿菌、枯草菌、およびP. notatumとA. nigerの2つの真菌に対してより顕著な抗菌活性を示した[95, 96]。しかし、ナノクルクミンは、グラム陰性菌よりもグラム陽性菌に対してより顕著な活性を示した[95]。クルクミンの安定性と溶解性を向上させるための別の研究では、マイクロカプセル化プロセスが検討されました。溶解性が改善されたクルクミンのマイクロカプセルは、食品産業における保存料や着色料として適しており、E. coli、Staph. aureus、B. subtilis、B. cereus、Yersinia enterocolitica、Penicillium notatum、Saccharomyces cerevisiaeなどの食品由来の病原菌に対して、15.7~250μg/mLのMIC値で強力な抗菌作用を示した。グラム陽性菌は、グラム陰性菌に比べて、マイクロカプセル化されたクルクミンに感受性が高いことが示された。しかし、抗真菌効果は殺菌効果よりも強いことが分かりました[97, 98]。

6. 結論


これまでの研究では、クルクミンの広範な抗菌活性が示されているが、生体内での研究ではクルクミンの阻害効果が低い結果が報告されている場合もある。クルクミンの抗菌活性に関する過去の研究の中で、最も有望な結果はHelicobacter pyloriに対するものであり、少なくとも胃炎の症状を軽減するために他の既存の医薬品と組み合わせて補完的な化合物としてクルクミンを使用するためのものである。クルクミンの様々なウイルス病原体に対する広範な抗ウイルス効果は、この化合物を抗ウイルス剤の候補として、特に異なるクルクミン誘導体を開発することにより、感受性の高いウイルスに対する天然資源からの新しい抗ウイルス剤を開発することを可能にする。しかし、クルクミンやその誘導体を抗ウイルス剤として使用するには、さらなる研究が必要である。クルクミンの抗真菌活性に関する研究では、Candida speciesとParacoccidioides brasiliensisに対して最も顕著な効果が見られたが、クルクミンは様々な真菌に対して殺菌効果を示した。クルクミンの様々な生物学的活性にもかかわらず、この化合物の実際の臨床用途は報告されておらず、現在も、大腸がんや膵臓がん、多発性骨髄腫、骨髄異形成症候群、アルツハイマー、乾癬など、様々な病気や疾患を対象とした臨床試験が行われている[99]。2013年までに65件以上のクルクミンの臨床試験が行われており,さらに多くの試験が進行中である。このポリフェノール化合物は、現在、中国、インド、日本、韓国、南アフリカ、米国、タイ、トルコなど、いくつかの国でサプリメントとして使用されています[100]。

ソース元:(Deepl翻訳)

 

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