ペルオキシダーゼ

ラクトペルオキシダーゼ（EC 1.11.1.7、略称：LPまたはLPO）は、動物由来乳中に存在するヘムタンパク質であり、ペルオキシダーゼの一種である。ラクトペルオキシダーゼ、過酸化水素およびチオシアン酸塩は「ラクトペルオキシダーゼ系（Lactoperoxidase System：LPS）」を形成し得る。本酵素系は抗菌活性を有し、非冷蔵条件下においてグラム陽性菌およびグラム陰性菌の増殖を抑制し、生乳の保存性（シェルフライフ）を延長するとともに、「低温殺菌（cold sterilization）」様の効果を示す。乳中のLPSは抗菌作用に加え、過酸化物の蓄積を抑制することで、過酸化物による細胞障害を回避し、乳房を保護する。

構造

LPは612残基のアミノ酸からなるポリペプチド鎖で構成され、分子量約78 kDa、等電点9.6の糖タンパク質である。LPは鉄含量0.07%、糖質含量10%のヘム（メトヘモグロビン）を含有する。触媒活性中心のヘムは、エステル結合を介してポリペプチド鎖に共有結合したプロトポルフィリンIXから構成される。LP構造中のジスルフィド結合の破壊およびヘムの有無は、LPの活性および安定性に直接影響することが示されている。LPはヒト乳およびウシ乳に共通して含まれる成分であり、乳腺、唾液腺、涙腺およびそれらの分泌物（乳、唾液、涙）に存在する内因性酵素の一つである。乳腺、唾液腺および涙腺に存在するLPの化学的特性および免疫学的特性は類似している。

特性

LPは、侵入微生物に対する宿主の自然防御機構に関与する。LPは抗菌活性を有し、各種発がん物質を分解するとともに、動物細胞を過酸化（脂質過酸化）から保護する。LPは乳中の耐熱性酵素の一つであり、その失活はパスチャライゼーション（低温殺菌）の指標の一つとして利用されてきた。通常の低温殺菌条件では乳中LPは不活化されないが、酸性条件（pH 5.3）下ではLPの熱安定性が低下し得る。これは、熱安定性に大きく寄与するLPからのカルシウム遊離に起因する可能性がある。LPはリボフラビン存在下で特に光に対して感受性が高い。

濃度および活性

ウシ乳においてLPは、キサンチンオキシダーゼに次いで2番目に豊富な酵素であり、その濃度は約30 mg/Lである。LP含量の変動は、品種、繁殖周期、季節および飼養体系と関連することが報告されている。なお、他の抗菌タンパク質とは異なり、ウシ初乳中のLP含量は低いが、分娩後3～5日で急速に増加し最大に達する点に留意が必要である。乳の由来によりLP活性は異なる。ウシ乳中LPの平均活性は2.3 U/mL、ヒト乳中LP活性はより低く0.67～0.97 U/mLである一方、モルモットのLPは最も高い活性を示し22 U/mLに達する。静菌作用を示すためには、LPの酵素活性が0.02 U/mL以上である必要があると報告されている。

ラクトペルオキシダーゼ系

ラクトペルオキシダーゼ系（LPS）は、ラクトペルオキシダーゼ、チオシアン酸塩（SCN¯）および過酸化水素の3成分から構成される。これら3成分が協働して初めて、LPSは抗菌活性を発揮する。実用上、系内のいずれかの成分濃度が不十分な場合、抗菌効果を担保するために当該成分を添加する必要があり、これをLPSの「活性化（activation）」と呼ぶ。ラクトペルオキシダーゼ濃度は0.02 U/mL以上であることが求められる。ウシ乳中の天然LP濃度は1.4 U/mLであり、この要件を満たす。チオシアン酸塩は動物の組織および分泌物に広く存在するが、乳中のチオシアン酸塩濃度は3～5 μg/mLにとどまり、LPS活性の制限因子となる。LPSを活性化するために必要なチオシアン酸塩濃度は約15 μg/mL以上と報告されており、したがってLPS活性化には外因性チオシアン酸塩の添加が必要となる。搾乳直後の乳中過酸化水素含量は1～2 μg/mLに過ぎず、LPS活性化には8～10 μg/mLの過酸化水素が必要であるため、過酸化水素も外部から供給しなければならない。

触媒機構

図1．ラクトペルオキシダーゼ触媒反応機構における反応経路（Seifu E. et al. 2005）

LPによるH₂O₂のペルオキシダーゼ反応は、以下の3つの異なるサイクルを介して進行し得て、それぞれ異なる抗菌活性をもたらす。

A．Compound Iの2電子供与体として十分量の酸化性ハロゲン化物またはSCN¯が存在する場合で、LPが最適に活性化される。

B．適切な酸化還元電位を有するハロゲン化物またはSCN¯が不十分な場合で、1電子供与体が優勢となり、Compound IIが蓄積してLPが可逆的に不活化される。

C．H₂O₂が過剰に存在する場合で、Compound IIIが形成され、LPの不可逆的な不活化に関連する。

抗菌機能

LPSの抗菌特性は、乳中の一部微生物に対する静菌作用または殺菌作用として発現する。その抗菌機序は、微生物細胞の細胞膜（形質膜）上のチオール基が酸化されることで膜構造が破綻し、カリウムイオン、アミノ酸およびポリペプチドの漏出を引き起こす点にある。これにより、細胞によるグルコース、アミノ酸、プリンおよびピリミジンの取り込み、ならびにタンパク質、DNAおよびRNAの合成が阻害される。

細菌種によりLPSに対する感受性は異なる。Pseudomonas、Escherichia coli、Salmonellaなどのグラム陰性菌は、増殖抑制されるだけでなく殺菌され得る。一方、Streptococcusおよび乳酸菌は増殖抑制にとどまる。LPSによる影響の程度は、細菌の細胞膜構造および特性の差異に関連する可能性がある。グラム陰性菌の細胞膜はグラム陽性菌の細胞膜よりもLPSによる破壊を受けやすく、その結果、一部栄養素が漏出し、細菌自身の栄養取り込みが阻害され、最終的に細菌の死滅または減少に至る。

用途

ラクトペルオキシダーゼは有効な抗菌剤であり、乳および乳製品における細菌叢の低減を目的として抗菌剤として使用される。過酸化水素およびチオシアン酸塩を添加してラクトペルオキシダーゼ系を活性化することにより、冷蔵下の生乳の保存期間が延長される。LPは比較的耐熱性が高く、乳の過度な加熱殺菌（オーバーパスチャライゼーション）の指標として用いられる。ラクトペルオキシダーゼ系は、歯肉炎および歯周疾患の処置に適すると主張されている。ラクトペルオキシダーゼは、口腔内細菌を低減し、それに伴い当該細菌が産生する酸を減少させる目的で、歯磨剤または洗口液に使用されてきた。ラクトペルオキシダーゼ、グルコース、グルコースオキシダーゼ（GOD）、ヨウ化物およびチオシアン酸塩の組合せは、化粧品の保存に有効であると主張されている。グルコースオキシダーゼおよびラクトペルオキシダーゼの抗体結合体は、in vitroで腫瘍細胞を殺傷するのに有効であることが見出されている。さらに、ラクトペルオキシダーゼに曝露したマクロファージは、がん細胞を殺傷するよう刺激される。

参考文献