ミトコンドリア機能におけるビタミン

ビタミンは体内で必須の代謝反応を行い、多くのビタミンは酵素反応の触媒や、酵素間の化学基を運ぶ補酵素として働き、ミトコンドリアの機能にも不可欠な役割を果たしている。
ビタミンは哺乳類の細胞内では合成できないため、食物から摂取するか栄養補助食品の形で摂取しなければならない。

多くのビタミンは、ミトコンドリアの呼吸とエネルギー生産に関与する酵素複合体で機能し、ミトコンドリアの呼吸鎖成分の合成に必要である。
ビタミンB1、B2、B6、ナイアシン、ビオチン、葉酸、パントテン酸は、ミトコンドリアの呼吸とエネルギー生産の代謝経路に重要な役割を果たしている。
ビタミンC、E、ナイアシン、葉酸はフリーラジカルを除去し、ミトコンドリアの酸化物質の生成やミトコンドリアの老化を防ぐ。

Vitamins in Mitochondrial Function

・ビタミンKやビオチンは腸内の微生物によって生成され、ビタミンDの一つは太陽光を浴びることで皮膚で合成される。ビタミンの中には、体内でプロビタミンから生成されるものもあります。例えばビタミンAはβ-カロテンから生成される。

・ビタミンの欠乏は一次性または二次性に分類される。一次性欠乏は、食物から十分な量のビタミンが得られない場合に起こり、二次性欠乏は基礎疾患によってビタミンの吸収が妨げられたり、減少したりすることが原因となって起こる。また、喫煙、過度の飲酒、薬物相互作用などの生活習慣が原因となる場合もある。既知のビタミン欠乏症としては、チアミン（脚気）、ナイアシン（ペラグラ）、ビタミンC (壊血病)、ビタミンD(くる病)など。

・1種類のビタミンのみにしか依存しない代謝経路はほぼ無いため、重度の栄養失調になると複数のビタミンが欠乏しミトコンドリア機能の損傷が起こる。
ミトコンドリア呼吸鎖の一部であるコエンザイムQの生合成には、ビタミンB2，B6，B12，葉酸，パンソテン酸，ナイアシンアミド，ビタミンCに依存している。チアミン，リボフラビン ナイアシン，パントテン酸は，ミトコンドリアの好気的呼吸とエネルギー産生に直接影響を及す。
ビオチンやパントテン酸などのビタミンの欠乏は、ミトコンドリアの酸化物質の生成を増加させ、ミトコンドリアの老化を促進する。

・ビタミンの欠乏は体内の貯蔵量に依存する。ビタミンA、D、B12は、主に肝臓を中心に体内に大量に貯蔵されており、成人の場合欠乏症を発症する前に、長期間にわたって欠乏することがある。ビタミンB3 は 体内に大量に蓄積されることはなく、蓄積される期間は2、3週間程度。

・食品からビタミンを過剰に摂取する可能性はほとんどない。
一部のビタミンを大量に補給すると、吐き気、下痢、嘔吐などの副作用が生じることがある。投与量を減らすことで回復することが多い。
ビタミンは水や脂肪への溶解度によって2つのグループに分けられる。
水溶性：ビタミンB群8種、ビタミンC
脂溶性：ビタミンA、D、E、K

・チアミン（ビタミンB1）
チアミンは、ミトコンドリアのエネルギー生産の中心となる酵素複合体（ピルビン酸、α-ケトグルタル酸、分岐鎖ケト酸デヒドロゲナーゼ）の補酵素 。
ビタミンB1は、神経系の正常な機能と代謝に不可欠。
ビタミンB1の欠乏は神経系や循環器系の障害、感覚異常、足や腕の脱力の原因となる
先天的な代謝異常やmtDNAの遺伝子変異、神経変性疾患などは、チアミン欠乏との関連が指摘されている。
神経変性疾患では、ミトコンドリア呼吸鎖における活性酸素種の生成が増加する。
パーキンソン病やアルツハイマー病などの神経変性疾患におけるミトコンドリア呼吸鎖での活性酸素の増加は、チアミンの補給によって防ぐことができる。
チアミンの欠乏はアルコール依存症患者に見られることがあり、大腸がんへの関与が示唆されている。欠乏症の症状としては、疲労感、抑うつ、精神症状、筋肉痛、吐き気、心臓肥大など。
チアミンは、小麦胚芽、全粒粉製品、玄米、生米、ビール酵母、牛の腎臓、レバーにも含まれている。

・リボフラビン（ビタミンB2 )
リボフラビンは、フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）とフラビンモノヌクレオチド（FMN）という補酵素の重要な構成要素である。酵素の中でもリボフラビンは、フラボタンパク質と呼ばれるグループに属し、糖質、脂肪、タンパク質の多くの代謝経路で酸化還元反応に関与する。
リボフラビンはミトコンドリアのエネルギー生産に重要な役割を果たす。
ミトコンドリアでは、リボフラビン輸送装置によってリボフラビンが取り込まれ、FMNとFADが形成される。FADは、5つのミトコンドリアアシル-CoAデヒドロゲナーゼの機能に必要。
リボフラビンの補給は、ミトコンドリア呼吸鎖酵素複合体欠損症の一部の患者に有効であることが報告されている。
筋緊張と運動能力の改善が認められたことから、リボフラビンはミオパチーの治療における有望な添加物であることも示唆されている。
加齢に伴う水晶体タンパク質の酸化的損傷による白内障の形成は、リボフラビンの摂取により減少することが分かっている。
リボフラビン欠乏の典型症状は、口唇や舌の炎症、疲労感、抑うつ、貧血。
運動量の多い人やアルコール依存症の人は、リボフラビンの必要量が増える。
リボフラビンの主な摂取源は、卵、赤身の肉、牛乳、ブロッコリー。

・ナイアシン(ビタミンB3)
ナイアシンは補酵素であるニコチンアミドアデニンジヌクレオチ(NAD+/NADH)とニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP+/NADPH)を形成する。500以上の酵素がナイアシンの補酵素としての作用を必要とし、ミトコンドリアの酸化的リン酸化、クエン酸サイクル、脂肪酸のβ酸化、細胞質の解糖系などのエネルギー代謝経路が含まれ、細胞質の解糖を含むすべてのエネルギー代謝経路はこれらの酵素に依存している。
細胞内に入ったニコチンアミドは、ミトコンドリア呼吸や解糖系でATPを生成する電子伝達体として機能するNAD+と 還元的な生合成反応において水素供与体として機能するNADP+に代謝される。

・パントテン酸(ビタミンB5)
ビタミンB5として知られるパントテン酸は、体内の様々な化学反応に不可欠。
パントテン酸はコエンザイムA（CoA）とアシルキャリアータンパク質の2つの活性型で細胞内に存在する。
コエンザイムAは、脂肪、炭水化物からエネルギーを生成する酵素反応に不可欠な分子であり、ミトコンドリアのエネルギー生成や細胞機能にも関与しているCoAはまた，ミトコンドリアの呼吸鎖の一部であるコレステロールとユビキノンの生合成の第一段階にも必要である。

筋ジストロフィーのモデルマウスでは、パントテン酸を補給すると筋肉の反応が改善された。
パントテン酸の補給は、ミトコンドリアの膜電位の崩壊を防ぎ 膜電位の低下を防ぎ，肝臓におけるATP合成と抗酸化酵素の活性を回復させた。パントテン酸の補給は、ミトコンドリアのCoAと還元型グルタチオンの増加に起因すると考えられ、肝臓のATP合成と抗酸化酵素の活性を回復させた。このことから、パントテン酸治療は肝不全に有用であると考えられる。

ヒトにおけるパントテン酸の欠乏は非常に稀で、重度の栄養失調の場合にのみ観察される。
症状としては過度の疲労、睡眠障害、食欲不振、吐き気、皮膚炎など。

・ピリドキサール、ピリドキサミン、ピリドキシン (ビタミンB6)
ビタミンB6は、ピリドキサール、ピリドキサミン、ピリドキシンの形で存在し、ピリドキサールリン酸に変換される。
リン酸ピリドキサール（PLP）は、体内の重要な代謝反応を触媒する約100種類の酵素の働きに重要な役割を果たしている。
ミトコンドリアの機能は、他の細胞内小器官の機能よりもPLPに依存している。PLPは、アミノ酸の分解に関与するトランスアミナーゼの補酵素として、また、グリコーゲンの分解に関与するグリコーゲンホスホリラーゼの補酵素として機能している。
ビタミンB6は、ヘモグロビンの構成要素であるヘムの合成を担うミトコンドリアマトリックスの脱炭酸反応にも関与している。これらの反応において、ビタミンB6が欠乏すると、ヘム/シトクロム反応が低下するため、活性酸素物質の生成が増加する可能性がある。
ビタミンB6の欠乏症はまれで、高齢者、重度の栄養失調、過度のアルコール摂取、透析患者、一部の薬剤（イソニアザ 薬剤（イソニアジド、シクロセリン、ヒドラジン、ペニシラミン）を使用している患者で観察される。
B6不足の症状は神経質、眠れない、多動性、貧血、皮膚病、腎臓結石などがある。

・ビオチン（ビタミンB7 またはビタミンH)
ビオチンはエネルギー生産や細胞機能に重要な役割を果たしているミトコンドリアのカルボキシラーゼの補酵素。ミトコンドリアのピルビン酸カルボキシラーゼは、糖新生の第一段階を触媒する。
ビオチンが不足するとミトコンドリアにメチルクロトニル-CoAが蓄積され、グリシンとスクシニル-CoAが枯渇する。これによりヘム／シトクロムの合成が阻害され、ミトコンドリア内で活性酸素が生成される。

不足症状は、脱毛、皮膚炎、貧血、筋肉痛、うつ、無気力、免疫力の低下などが。ビオチン欠乏症は、先天性代謝異常、乳幼児突然死症候群、プロピオン酸尿症、および糖尿病の発症に関連している。
ビオチンの摂取により はII型糖尿病患者の血糖値を低下させたというデータもある。

・コバラミン(ビタミンB12)
コバラミンはすべてのビタミンの中で最も大きく、最も複雑なコバルトイオンを含み、微生物によって合成されるアデノシルコバラミン、メチルコバラミン、ヒドロキシコバラミンの3つの形態がある。
ビタミンB12を食物から吸収するためには、胃、膵臓、小腸が正常に機能している必要がある。
活性型は、胃酸と酵素による加水分解が必要である。
ビタミンB12は、胃の特殊な細胞から分泌されるタンパク質である内因性因子と結合して小腸に運ばれて吸収され、肝臓に運ばれる。
ビタミンB12欠乏症の最も一般的な原因は、胃の自己免疫性炎症と内在性因子の不足で発症する悪性貧血。コバラミンの抗悪性貧血効果は、新鮮な肝臓および肝臓エキスを用いた抽出物を使用する。
肝臓はビタミンB12を6年も貯蔵するので、欠乏症になることはまれである。
厳格なベジタリアンは、サプリメントとしてコバラミンを定期的に摂取する必要がある。
ほとんどのサプリで使用されているコバラミンの形態はシアノコバラミンで、アデノシルコバラミンとメチルコバラミンに変換される。メチルコバラミンは、ホモシステインからアミノ酸のメチオニンを合成するのに必要。メチオニンは、DNAのメチル化に使用されるメチル基供与体であるS-アデノシルメチオニンの合成に必要であり、これは癌の予防に重要であると考えられる。
コバラミンが欠乏するとメチオニン合成酵素が阻害され、ホモシステインの蓄積を招き、心血管疾患のリスクを高める。

アスコルビン酸（ビタミンC）
アスコルビン酸は体液中にアスコルビン酸として存在する。アスコルビン酸は、血管、腱、靭帯、骨の重要な構成要素であるコラーゲンの合成に関わる多くの水酸化反応に関与する。
他にも、アスコルビン酸を補酵素として必要とする代謝反応がいくつかある。脳の働きに重要な神経伝達物質であるノルエピネフリンの合成やカルニチンの合成（エネルギー変換のために脂肪をミトコンドリアに運ぶのに不可欠）。
免疫系では抗体の産生や、癌に作用する化合物のインターフェロンの促進剤としての役割を果たしている。
強い還元力を持つアスコルビン酸は、様々な種類のフリーラジカルを効率的に除去し、タンパク質、脂質、炭水化物、核酸を酸化損傷から保護する。
α-トコフェロキシルラジカルからα-トコフェロールを再生させることは、アスコルビン酸の重要な機能。
最近のヒト細胞培養の結果では、酸化型 ビタミンCのデヒドロアスコルビン酸がミトコンドリアを酸化的傷害から保護することが明らかになった。
重度のビタミンC欠乏症は壊血病として知られ、出血、髪や歯の喪失、関節の痛みや腫れ、傷の治りが遅い、感染症にかかりやすいなどが特徴。

・ビタミンA（レチノイド
ビタミンAには2種類あり、動物性食品（レバー、牛乳）に含まれるビタミンAはプレフォームドビタミンAと呼ばれる。野菜や果物に含まれるビタミンAはプロビタミンAと呼ばれ、代表的なものはβ-、α-カロテンとクリプトキサンチン。
β-カロテンは体内で最も効率よくレチノールになる。
カロテノイドは、脂肪分の多い食事の一部として、調理された状態で摂取すると吸収率が高くなる。
ビタミンAは視覚に重要な役割を果たしている。
光量が少ないときに使われる視覚色素であるロドプシンの生成に必要。
ビタミンAは、上皮細胞の正常な機能、糖タンパク質の合成、免疫系機能の維持、赤血球の形成、ヒト成長ホルモンの産生に重要である。

ビタミンAとカロテノイドは，体内で抗酸化物質として作用し，フリーラジカルの生成増加に関連するいくつかの疾患のリスクを低減させる可能性がある。
ビタミンAの欠乏は先進国ではほとんど見られない。
ビタミンA欠乏症の初期兆候の1つは夜盲症で、視力低下が起こる。
またビタミンAが不足すると、感染症に対する能力が低下する。

過剰なアルコール摂取はビタミンAを枯渇させ、ストレスを受けた肝臓はビタミンAの中毒症状を起こしやすくなります。過剰なアルコールを摂取している人は、ビタミンAサプリを摂取する前に医師の診断を受けるべき。

ビタミンAは肝臓に蓄積されるため、過剰摂取は有害または致命的になる可能性がある。毒性は、骨痛、肝脾腫、吐き気、下痢などの症状として現れる。
過剰なビタミンAは、骨粗鬆症の原因になる疑いがある。
妊娠初期にビタミンAを過剰に摂取すると、骨粗鬆症や先天性異常の増加につながる疑いがある。
野菜や果物の摂取量増加による高濃度のカロテノイドは有害ではない。

興味深いことにベータカロチンの大量摂取を調べた臨床研究では、男性および女性の喫煙者において、高用量のβ-カロチンを補給することで肺がんが増加した。
非喫煙者では逆の効果が見られた。

ビタミンAの1日の推奨摂取量は、成人で約3,000IU、5,000IUを超えない範囲とされている。

・ビタミンD
ビタミンDは、2つの形態があり、D2(エルゴカルシフェロール）とD3（コレカルシフェロール）である。
D2は真菌類や植物由来のもので、人体では生成されない。D3は動物由来で、皮膚の中で7つのデヒドロコレステロールから作られ、特にUVB紫外線を浴びた7-デヒドロコレステロールから皮膚で作られる。

ビタミンDはホルモンとして作用するいくつかの活性代謝物を持つプロホルモンで、多くの器官に影響を与える。腸からのカルシウムとリンの吸収を促進し、正常な骨の形成と石灰化を促進する（副甲状腺ホルモンとカルシトニンの助けを借りて）。
小児では重度の欠乏症になると、骨のミネラル化が進まず、くる病になります。
ビタミンDが不足すると、骨粗鬆症、関節炎、がんなどのリスクが高まる。
過剰摂取による症状には、食欲不振、吐き気、嘔吐、高血圧、動脈の早期硬化などがある。

・ビタミンE
ビタミンEは、4種類のトコフェロール（α-, β-, γ-, δ-）と4種類のトコトリエノール（同じくα-, β-, γ-, δ-）を持つ。
α-トコフェロールの抗酸化物質としての主な役割は、膜やリポタンパク質中の多価不飽和脂肪酸をフリーラジカルによる過酸化から守ること。フリーラジカルは、通常の新陳代謝の際に体内で生成されるほか、疾患や環境要因（タバコの煙や汚染物質など）によって生成される。
ビタミンEの欠乏は重度の栄養不良、α-トコフェロール転移タンパク質の遺伝子異常、脂肪吸収不良症候群などで認められる。
重度のビタミンE欠乏症は、感覚神経の障害、筋力の低下、平衡感覚、目の網膜の損傷などの神経症状が現れる。
超低出生体重児の場合、ビタミンE欠乏症は、急速に神経症状を引き起こす可能性がある。
ビタミンEの摂取量を増やすと、冠動脈疾患、がん、白内障の発症、加齢黄斑変性症、アルツハイマー病などの アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患を予防・遅延させる可能性がある。
α-トコフェロールの主な摂取源は，植物油（オリーブ，大豆，ヒマワリ，トウモロコシ），ナッツ類，全粒穀物です。コーン），ナッツ類，全粒穀物，緑葉野菜などがある。