カテキン類の活性とその応用

カテキン類は皮膚障害の予防や軽減など多くの効能があるとされています。 カテキンは茶葉の重要な成分で、強い抗酸化作用と代表的な生理活性を持っています。 彼らは多くの薬用植物に見られるポリフェノール化合物のグループのメンバーである。 カテキンの主な供給源は、カメリアシネンシス（C. sinensis）およびC. assumicaです。 緑茶は75～80％の水分とポリフェノール化合物（フラバノール、フラバンジオール、フラボノイド、フェノール酸）を含み（Zillich et al. 2015）、カテキンは茶葉中のポリフェノール化合物の75％以上を占めます。 環を持つ縮合型タンニンであり、基本構造はフラバン-3-オールである。 水酸基（-OH）など、他の物質と結合しやすい化学構造を多く持っている（Singh et al.2011）。 カテキン類は8種類ある（Fig.1）。 C ((-)-catechin)、EC ((-)-epicatechin), ECG ((-)-epicatechingallate), EGC ((-)-epigallocatechin), EGCG ((-)-epigallocatechin gallate), GC ((-)-gallocatechin), CG ((-)-catechingallate) and GCG ((-)-gallocatechingallate). 主な種類は、EC、ECG、EGC、EGCG（Jin et al. 2006）で、緑茶に多く含まれています（Fung et al.） カテキンは、フリーラジカルを消去し、紫外線（UV）照射や汚染によって誘発される細胞外マトリックスの劣化を遅らせることによって、いくつかの健康上の利点を提供します（Shi et al.） カテキンはまた、コラーゲン合成を活性化し、マトリックスメタロプロテアーゼ酵素の産生を阻害することによって、皮膚に直接影響を与えます（Arct et al.） ガレート基のヒドロキシルのため、EGCGおよびECGは、アスコルビン酸、トコフェロール、トロロックスなどの他の多くの標準的な抗酸化物質と比較して、非常に効果的なフリーラジカルスカベンジャーです（Gulatiら、2009；松原ら、2013；キムら、2018）。 これらの有用な作用から、茶カテキンは医療、医薬品、化粧品に使用されることが多くなり、様々なアプローチで積極的に研究されています

8種のカテキンの構造式。 カテキン類は水酸基（-OH）など、他の物質と結合しやすい化学構造上の特徴を多く持っている。 カテキン類は8種類ある。 C（（-）-カテキン）、EC（（-）-エピカテキン）、ECG（（-）-エピカテキンガレート）、EGC（（-）-エピガロカテキン）、EGCG（（-）-エピガロカテキンガレート）、GC（（-）-ガロカテキン）、CG（（-）-カテキンアレート）、GCG（（-）-ガロカテキンガレート）である。 主な種類はC、EC、ECG、EGC、EGCG

抗酸化作用

カテキンは抗酸化作用が確認されている物質で、よく研究されているものである。 カテキンの安定性を高め、人体への吸収率を上げるための研究が行われてきました。 最近の研究では、抗酸化物質の効果を最大限に発揮させることに焦点が当てられています。 没食子酸とカテキンはガラクタンを合成することで安定した抗酸化作用を示し、カテキンの抗酸化作用はタンパク質の鎖に共有結合する（Spizzirri et al.） Caesalpinia decapetala (C. decapetala) は水中油型エマルションの酸化安定性に有効である (Gallego et al. 2017)。 カンパニア地方の自家用生殖器のLC-ESI/LTQ Orbitrap/MSを用いた分析では、非自家用生殖器と比較して高いレベルの抗酸化活性が示された（D’Urso et al.2018）。 カフェ酸とEGCGの酵素的グルコシル化は、紫外線による皮膚老化の細胞モデルにおける抗酸化能力の向上につながる（Nadim et al.2014）。 ヒメハギ（Delonix regia）は、強力な抗酸化作用と抗微生物作用を有する（Feng et al.2014）。 EGCGの抗酸化能は、H2O2誘発のヒト皮膚線維芽細胞傷害に対して有効である（Feng et al.2013）。 親油化されたEGCG誘導体は、抗酸化活性の増加を示す（Zhong and Shahidi 2011）。 Alphitonia neocaledonicaの果実から得られるフラボノイドやトリテルペノイドは、細胞毒性、抗酸化作用、抗チロシナーゼ活性を持ち、化粧品原料として有用である（Muhammad et al.2014）。 レッドメープル（Acer rubrum）葉からのフェノール化合物の迅速なプロファイリングのために、エレクトロスプレーイオン化と組み合わせた液体クロマトグラフィーアッセイを用いて、約106種類のフェノール化合物が見出されています（Li and Seeram 2018）。 竹の茎抽出物は、無細胞系およびB16F10メラノーマ細胞における抗メラノ生成および抗酸化活性を実証しました（Choi et al.2018）。 マルラの木のエタノール抽出物は、in vitroでの活性を高めるのに非常に効果的です。 マルラ樹抽出物中のECGおよびEGCGは、抗老化活性に寄与する（Shoko et al.2018）。 Cocos nucifera樹皮は前頭前野の酸化的変化を通じて抗酸化および抗うつ活性を示した（Lima et al. 2016）

紫外線保護活性

カテキンの紫外線に対する保護能力の広範な研究により、カテキンは光安定性と紫外線からの皮膚の保護を高めることができることが実証された。 また、カテキンの効能や安定性を高めることで、皮膚の老化防止など、様々な分野で有効な用途を見出す研究も行われています。 カテキンは、EGCGナノエトソーム懸濁液の安定性を向上させ、UVBによる皮膚損傷の抑制効果を高める（Zhang et al.） カテキンの乳化により、皮膚への浸透性、紫外線に対する保護能、抗老化作用が高まる（Yoshino et al.2013）。 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) やウェスタンブロットアッセイなど様々な分析から、ECGがUVBによるHaCaTケラチノサイトの損傷に対して強力な治療効果があることが示されています（Huang et al.2007). 日焼け止め吸着剤で模擬太陽放射にさらすと、ブドウ種子抽出物は、高い光安定性とUVAおよびUVB光線指数全体にわたるレッドシフトにより、幅広いスペクトルの保護効果を持つことが示された（Martincigh and Ollengo 2016）。 フラボノイドは、メタクリル酸グラフトポリ（N-ビニル-ピロリドン）酸グラフトの保存と放出において高い光と熱安定性を示す（Parisi et al.2012）。 Neolitsea aciculateから単離された成分のキノコチロシナーゼに対する阻害活性は、この植物が抗メラニン生成剤の供給源となり得ることを示している（Kim et al.、2012年）。 培養した紫外線誘発ヒト角化細胞をEGCGで処理し、炎症経路および転写因子NF-κBの核内転位に対する影響を評価した。 EGCGはUVBおよびUVAによって誘発される炎症経路と培養ヒトケラチノサイトのアポトーシスを抑制しました（Xia et al. 2005）。

抗菌活性

カテキンの天然の抗菌特性を利用して生物機能化粧品を作る研究が進行しています。 ヒト上皮KB細胞の細胞実験では、リモニウム・ブラジリエンス（L. brasiliense）由来のフラバン-3-オールとプロアントシアニジンがギンギパインと相互作用して、ポルフィロモナス・ジンジバリス（P. gingivalis）の上皮宿主細胞への付着を阻害することが示されています（de Oliveira et al.2017)。 フラーレンおよびその水酸化誘導体の抗微生物活性の研究では、C60 (OH)44 は、評価の対照として用いたカテキンと同様に強力で幅広い効果を示した（Aoshima et al.2009）。 緑茶抽出物は、小児の唾液および歯垢中のストレプトコッカス・ミュータンス（S. mutans）レベルを有意に減少させた（Goyal et al. 2017）

抗アレルギー・抗炎症活性

アレルギーは、免疫系の過剰反応により引き起こされ、かゆみや炎症が発生するものです。 特定のアレルゲンと接触することで、敏感な状態になります。 カテキンの抗アレルギー活性に関する研究が行われています。 ウーロン茶樹の抗アレルギー成分と、抗卵アルブミンIgE抗体で受動感作したラット腹膜マスト細胞から放出されるヒスタミンに対するカテキンの阻害活性が検討されました。 GCGは茶カテキン類の中で最も強力な抗アレルギー成分であった (Ohmori et al. 1995)。 アセロラバガス（A. bagasse）の抽出物は、凝固、抗凝固、血栓溶解に作用するプロテアーゼの活性やリン脂質の破壊を調節し、炎症と血小板凝集を減少させることができる（Marques et al.2018）。 Vitellaria paradoxa（V.パラドクサ）の幹樹皮のメタノール抽出物は、Wistarアルビノラットの急性および慢性炎症における抗炎症および抗関節炎活性を示した（Foyet et al.2015年）。 クロルヘキシジンと緑茶抽出物は、象牙質の腐食と摩耗を減少させた。 いくつかのマトリックスメタロプロテアーゼ阻害剤は、象牙質の侵食-摩耗を防ぐ予防策となりうる（Magalhães et al. 2009）

抗ウイルスおよび抗がん活性

ウイルス感染（麻疹、エイズ、水痘、SARS、MERS、エボラなど）の予防と治療に関して多くの研究が行われている。 緑茶カテキンの抗インフルエンザウイルス活性を実証した実験研究があります（Ide et al.2014）。 カシアジャバニカのEnt EC-(4alpha→8) EC (Ent-Epiafzelechin-(4alpha -> 8) -epiafzelechin は細胞の生存率および増殖に影響を与えなかったが、単純ヘルペスウイルスの細胞侵入および接着を妨害した（Cheng 2006）。 臨床試験において、1日3回緑茶でうがいをした場合、インフルエンザウイルスに感染する割合は変わらなかった。 研究者は、カテキンの抗ウイルス作用についてさらなる研究が必要であることを示唆した（Ide et al.2014）。 植物には、カテキンをはじめ、がん細胞の増殖を抑制する抗がん物質が含まれていることが研究で明らかにされています。 ローソニア・インエルミス（L. inermis）L.（ヘンナ）のポリフェノール豊富な抽出物は、酸化ラジカルとがん細胞の増殖を抑制する（Kumar et al. 2016）

皮膚バリア通過の活性化

カテキンは優れた抗酸化活性を持っているが、分子量が高く皮膚の脂質二重膜に結合し、皮膚バリアを通過する障害となる。 この問題を克服するために、数多くの試みがなされてきた。 マイクロニードルを介した皮内投与により、EGCGをより深い皮膚層まで浸透させることができる。 マルトースマイクロニードルによる皮膚マイクロポレーションは、角質層を越えて生存表皮および真皮を含むより深い皮膚層へのEGCGの浸透を促進する（Puri et al.2016）。 異なる油分含有量の油水エマルションの使用に基づいて、フランツ型拡散細胞を用いたカテキンを含むポリフェノールの混合物は、in vitroで豚の皮膚の表皮と真皮に浸透しました（Zillich et al.2013）。 親水性添加物は、フラボノイドの溶解度を高めることで活性を低下させる。 ブドウ葉エキスのフラボノイドだけでなく、ルチン、ケルセチン、カテキンの皮膚浸透は、親油性の膜を通して起こる（Arct et al.2002）。 EGCG、ケルセチン、14-EGCG、イチョウ葉エキスは、腹部手術で得た新鮮な白肌に、静的なフランツ型拡散セルで優れた皮膚浸透性を示す（dal Bello et al.） モノグリセロールエステル（MGE）-液晶（LC）-形成脂質およびグリセロールモノオレート（GMO）-LC製剤は、薬物の様々な物理化学的特性から皮膚浸透性が改善されています。 MGE製剤はGMO製剤に比べ、低粘度、速やかな薬物放出、優れた皮膚透過性を有している。 MGE-LC-製剤の低粘度は、皮膚を通しての薬物の拡散および透過性に影響を与える可能性がある（Kadhumら、2017）。 リポソームは、人工リン脂質膜を介して皮膚層を積極的に通過することができる。 リン脂質は特定のフラボノイド群に対して優れた親和性を持ち、天然活性成分とリン脂質（主にレシチン）の複合体であるカテキンとフィトソームの混合物は、皮膚の弾力性を高める（Bombardelli 1991）。 フィッシュコラーゲンペプチド（FCP）とEGCGの相互作用は、蛍光スペクトルコピー円二色性、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）などの分光学的手法を用いて分析された。 FCP-EGCG複合体が形成されると、プロリンがより多く露出することがわかった。 FCPはEGCGのエンハンサーとして働き、皮膚や体内へのEGCGの吸収を高める（Yang et al. 2015c）。 緑茶抽出物を含むキトサン微粒子は、皮下組織へのカテキンの浸透を示し、代謝研究は、キトサン微粒子が皮膚酵素による分解を制限しながらカテキンの皮下送達を改善することを示している（Wisuitiprotら 2011）

細胞の活性促進

カテキンを含む天然抽出物の細胞活性に対する作用は広範囲に研究されてきています。 紅茶、緑茶、白茶の抽出物は、不死化メラノサイトにおいて抗メラノジェニック活性を有している。 発酵茶葉は、細胞毒性が最も低く、抗メラノジェニック活性が最も高い（Kim et al.2015）。 EGCGは、抗酸化作用と色素沈着作用を測定した皮膚の保湿を促進するメカニズム研究において、ヒトメラノーマ細胞におけるメラニンの分泌と産生を減少させました。 EGCGは、ヒアルロン酸合成酵素の遺伝子発現と細胞増殖を増加させます（Kimら、2018年）。 EGCG誘導体であるEGCG-5′-O-α-グルコピラノシド（EGCG-5′-Glu）は、無細胞系および細胞系の両方で抗酸化作用を有する。 EGCG-5′Gluは、活性酸素種（ROS）を介した細胞生存率を回復させ、カスパーゼと細胞生存分子を調節し、NF-κB活性を調節することによって細胞増殖を増加させます（Han et al. 2018）

汚泥利用

医薬品、化粧品および食品における付加価値の高い汚泥利用はかなり進歩している。 栗の工業プロセスで生じる固形廃棄物の抽出物であるタンニンは、化粧品、食品、医薬品業界にとって有効な天然抗酸化剤である（Aires et al.2016）。 使用済みコーヒーかすは、化粧品および製薬産業にとって興味深い生物活性化合物の大きな供給源であり、メチルアンチンおよびフェノールは使用済みコーヒーかすに存在する健康関連化合物である。 FTIRは、使用済みコーヒーかすに含まれる有用な活性成分を評価するために使用されています（Magalhães et al.2016）。 Vitis vinifera L. cv noirの2つの副産物のフェノール化合物とラジカル消去活性の同定と定量化により、抗酸化物質として高い可能性を持つことが示されました（Reis et al.） カテキンオリゴマーからなるプロシアニジンは、抗酸化活性、金属キレート、ラジカルの捕捉、酵素との直接結合などで機能する。 これらの結果から、プロシアニジンオリゴマーは永久ケラチン毛と強く結合し、酸化的ダメージによる毛髪破壊を抑制する（Kim 2011）。 ラッカーゼはフェノール化合物の重合を触媒することから、ラッカーゼを触媒とした天然フェノールの重合は、新しい化粧品顔料の開発に応用できる可能性が示唆されている（Jeon et al.） 果皮と種子の試験では、果皮抽出物がより高い総ポリフェノール含量と抗酸化活性を示す (Kosińska et al. 2012)。 HPLC-ESI-MS/MSを用いた特性評価および定量分析では、アラティクム果実の可食部において最も抗酸化活性レベルが高かったのは果皮で、次いで果肉、そして種子の順でした（Arruda et al.2017）。 熱水処理を用いたカカオ豆の殻の試験では、170℃で30分間処理すると、フェノール、糖、およびオブロミンの抗酸化物質に富む抽出物が生成された（Hernández-Hernández et al.2018）。 Artocarpus heterophyllus (A. hererophyllus) の殻は、LC-MS/MSやGC/MSなどの様々な分析結果によると、カテキンを含む天然の抗酸化物質やその他の生理活性物質の良い供給源である（Sharma et al.2013）。 サプーシアの実とその副産物には、抗酸化作用の高いフェノール化合物が豊富に含まれている。 フェノールの含有量は特に殻に多い（Demoliner et al.2018）。 別の研究では、4つのココナッツ品種の樹皮繊維の抗酸化活性を調べ、ココナッツ殻のフェノール成分と抗酸化活性を確認しました（Oliveira et al. 2013）

Stability

カテキンは高い抗酸化活性を持ち、太陽の紫外線から皮膚を保護する働きがあるとされています。 太陽光の下では非常に不安定なカテキンを安定化させるために、多くの研究が行われている。 カテキンにα-リポ酸を加えることで、EGCGを安定化させ、効果的な抗酸化物質を作り出すことができます（Scalia et al.2013）。 マイクロエマルションやナノエマルションに一般的に使用されるカテキンと賦形剤の相溶性を相補試験や熱試験で評価する際には、成分を厳密に監視する必要があります。 特にリポソームを含む製剤については、熱による製造工程を避けるべきである（Ferreira-Nunes et al.2018）。 緑茶歯磨きに含まれるフラボノイド、アルカロイド、およびフェノール酸は、様々なpHレベルにおける安定性を分析し、低pHでより安定であった（Jang et al.2014）。 EGCGの光安定性は、水溶性UVBフィルターであるベンゾフェノン-4（BP-4）を用いて同じ条件下で検討された。 その結果、光安定性は濃度に依存し、EGCGの光安定性（カテキンの損失、29.4 ± 2.2%）は、2.1% (w/w) BP-4の存在下で最大レベルに達した (Bianchi et al. 2011)。 カテキンを用いたコラーゲンの安定化に関する研究では、疎水性相互作用と水素結合相互作用が、植物ポリフェノールによるコラーゲンの安定化に影響を与えることが示されました (Madhan et al. 2005)。 C. decapetala抽出物は、葉に含まれるフェノール化合物により、抗酸化作用がある。 0.2％の濃度で、C. decapetala抽出物は水中油型エマルションの酸化劣化を低減した（Gallego et al. 2017）

組織生検培養モデル

カテキンのin vivo適用結果は、in vitro結果と同一ではありません。 カテキンの研究において、動物実験に代わって組織生体培養モデルが貴重な役割を果たす。 最適化された全組織生検培養モデルにおいて、タンパク質と主要遺伝子マーカーが変化する可能性があるという原理を証明するために、緑茶カテキンを含む局所製剤を皮膚生検培養モデルで検討しました（Sidgwick et al.2016）。 EpiDermは生体と同様の抗酸化作用を有し、in vitro実験条件下でEGCGによる酸化ストレス因子を除去できる（Yuki et al.2013）。 HaCaT細胞やRBL-2H3細胞を用いた実験では、超臨界CO2抽出法を用いてナノカプセル化した脂溶性緑茶葉抽出物の安全性と抗炎症作用が客観的に証明された（Shin et al. 2019）

ヒトへの応用の安全性

天然抽出物は抗酸化剤や抗菌剤として有効だが、実際のヒトへの応用ではカテキンの安全性は確保することが必要である。 カテキンの安全性については、動物実験やヒトの臨床試験で研究が進められています。 プロピオニジンB-2は発毛促進作用があり、ヒトへの適用には安全性試験が必要である。 局所のプロシアニジンB-2は、一連の毒性試験において安全であり、許容範囲内であった。 モルモット、バクテリア、ウサギを用いた変異原性試験で、プロシアニジンB-2は変異原ではないことが示された（Takahashi et al.1999）。 緑茶ポリフェノールを用いた「グリーン」銀ナノ粒子の特性評価および生体適合性試験において、銀ナノ粒子は無毒であり、生体適合性があった（Moulton et al.2010）＜7934＞＜2851＞ その他の用途に利用されるカテキンの抗酸化性＜8206＞＜5447＞カテキンには、直接抗酸化作用があるほか、さまざまな分野で有用性を高める研究が行われている。 植物製品を用いた毛染めプロセスの速度を上げるために、Trametes versicolorからのフェノール由来の高分子染料は、カテキンおよびカテコールとのラッカーゼ反応を用いて、様々な色および色合いの永久ケラチン毛染めを実現します（Im and Jeon 2016）。 カテキン由来のEGCGやECなどの抗酸化物質を含む食品包装材料や活性膜は、バイオポリマー材料を用いて食品、化粧品、医薬品の酸化を抑える新しい方法である。 カテキンを含むメタノール抽出物とECを除去したフィルムの抗酸化活性を測定したところ、その量はそれぞれ32.90%と36.68%でした（Iñiguez-Franco et al.2012)。 タンニン酸、EGCG、ECGは疎水性相互作用によって増強された広範な水素結合によってコラーゲンと結合していた。 7934>

Synergistic effects by the method and process of extraction

カテキンの有効性と利用を改善し、その抗酸化特性を人体に効率的に適用するために、多くの試みがなされてきました。 外用製剤の開発におけるカテキンの最適な有効性を評価するための選択的高速液体クロマトグラフィー（HPLC）法が開発・検証された後、分子の抗酸化性および紫外線バリア性が化粧品および皮膚科製剤に利用できる（フェレイラ＝ヌネスら、2017）。 近赤外分光法（NIRS）は、三大フェノール（カフェ酸、（＋）-カテキン、クロロゲン酸）の含有量を迅速かつ非破壊で測定する方法として提案されています（Magalhães et al.2016）。 質量分析によるアントシアニンおよびプロシアニジンの、より親油性の高い化合物への化学修飾は、飽和脂肪酸によるプロシアニジンB4のアシル化に基づいて抗酸化活性が高まるため、生体マトリックスにおけるバイオアベイラビリティを高めるという利点がある（Cruz et al.2015年）。 ポリフェノールとコラーゲンペプチドは、ラクトフェリン（LF）-EGCG凝集体の形成を介して、主にEGCG分子との競合メカニズムによって破壊され、透明な製品の設計に適用することができる（Yang et al.2015a）。 マルチスペクトル分析におけるLFとペクチンの3価の凝集体のメカニズムと構造特性は、LFの蛍光強度が減少する一方で、EGCGの蛍光強度が増加することを示している（Yang et al.2015b）。 FTIRスペクトル分析により、ゼラチン上の脂肪族、カテキン、芳香族水酸基間の水素結合がナノ粒子の自己組織化に関与していることが確認された。 フリーラジカル実験では、カテキンはナノ粒子によって保護され、長時間持続することができた（Chen et al.2010）。 HPLC-PDA法を用いて、アグアラナ抽出液中のポリフェノールカテキンおよびECを定量する効率的で精密かつ信頼性の高い方法が開発された（Klein et al.2012）。 3種類の溶媒と2種類の抽出方法を用いて、タラのさや抽出物の総ポリフェノールおよびフラボノイド含有量を比較した。 総ポリフェノール含量は75%エタノール溶液を用い、1時間の超音波処理を行った場合に最も高く、フラボノイド含量は冷水で24時間抽出した場合に最も高くなった。 しかし、水抽出は酸化過程の初期段階でのみ有効であり、75％エタノール抽出がポリフェノールの分離に最適な方法であることが示された（Skowyra et al.2013）。 プロセスパラメータ間の非相乗的研究により、超音波処理プロセスの増強は、フェノール性抗酸化物質の回収を著しく早め、処理時間を短縮することがわかった（Arruda et al.2019)。 ブドウ種子のプロシアニジン抽出物は、ナノ粒子処理によるほとんどの組織と分子への損傷を防ぎます（Niuら、2017）

。