2.1 Inhibition of Matrix Metalloproteases by Flavonoids

厳しい病的状態の調節にMMP阻害剤としてのフラボノイドが使用できることが過去20年間に研究され、そのほとんどがMMPの活性抑制に効果があることが判明しています。

太陽光からの紫外線（UV）照射が皮膚の光老化に及ぼす影響については広く研究されており、in vitroまたはin vivoでのヒト皮膚線維芽細胞への紫外線照射は、皮膚の光老化におけるECM成分の分解に重要な役割を果たしているマトリックスメタロプロテイナーゼ-1（MMP-1、コラゲナーゼ-1）などのMMPの遺伝子を過剰発現させることがわかっています ……….このように、紫外線照射は皮膚老化の原因であるMMPの働きを阻害し、その結果、皮膚の光老化が進行することが知られています。 新しい光老化防止剤を開発するために、Kimらは海産物Zostera marinaからの抽出物のMMP-1に対する抑制効果を検討し、ルテオリンがヒト皮膚線維芽細胞（Hs68）細胞におけるMMP-1の発現を抑制することを明らかにし、Aslamらは線維芽細胞調整培地におけるMMP-1の蓄積がザクロ果皮抽出物の主要成分であるケルセチン、ルテオリン、ケンフェロールおよびナリンゲニン存在下に劇的に減少することを証明した。 同様に、ケルセチン、ケンフェロール、アピゲニン、ウォゴニンなどのフラボノイドは、MMP-1阻害剤であることが証明され、12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate（TPA）処理ヒト新生皮膚線維芽細胞の転写因子、活性化蛋白1（AP-1）の活性化を抑制することによりMMP-1の誘導を抑制することも明らかにされた。 したがって、ある種の植物フラボノイドは、いくつかの炎症性皮膚疾患の治療や光老化から皮膚を保護するために有益であると考えられる。 さらに、フラボノイドのアピゲニンとルテオリンは、マイトジェン活性化プロテインキナーゼおよびAP-1依存性シグナルを介して、ヒト角化細胞HaCaT細胞におけるUV-A誘発MMP-1の発現を抑制し、メトキシフラボノイドのイソサクラネチンはERK1/2キナーゼ経路を抑制してHaCaT細胞におけるUV-B誘発MMP-1の発現を阻害する. Simらは、フラボノイド化合物のMMP-1活性阻害効果に関する構造活性相関を調べるために、in vitroおよびUV-Aで誘導されたヒト皮膚線維芽細胞でいくつかのフラボノイドの効果を調べ、ミリセチン、ケルセチン、ケンフェロール、ルテオリン、アピゲニン、クリシンが用量依存的にコラゲナーゼ活性とMMP-1発現を阻害することを明らかにした。 また、ヒト皮膚線維芽細胞におけるフラボノイドのMMP-1発現阻害効果は、フラボノイド構造中のOH基の数と順序に依存することを示した。

MMP-1阻害剤のスクリーニングと、酵素-阻害剤複合体の研究によるさらなる構造および生化学的特性の要求に適合するために、Luたちは大腸菌における可溶性ヒトMMP-1触媒ドメイン（cd-MMP-1）高度発現法を改善したと報告した。 この目的のために、17種の構造関連フラボノイドが可溶性cd-MMP-1に対する阻害効果を試験し、6種の化合物（ルテオリン、フィセチン、ケンフェロール、モリン、ミリセチン、ケルセチン）がIC50値10μM未満で活性を有していた。 その中で、最も強力な阻害剤であるフィセチンは、cd-MMP-1の混合型阻害剤であることが確認された。

変形性関節症（OA）は、滑膜炎と関節軟骨破壊を伴う複雑なメカニズムを伴う慢性進行性疾患である。 インターロイキン-1β（IL-1β）などの炎症性サイトカインは、オートクライン・パラクライン様式で軟骨細胞のMMP発現を誘導し、OA軟骨の損傷を引き起こすことが疑われている。 Zhengらは、フラボノイドのクリシンが、IL-1βによるヒトOA軟骨細胞のMMP-1、MMP-3、MMP-13の発現を有意に抑制することを初めて明らかにした。 同様に、Scutellaria baicalensis Georgiの乾燥根から単離された主なフラボノイドであるバイカリンは、IL-1誘発のMMP-1、MMP-3、MMP-13の発現をmRNAおよびタンパク質レベルで顕著に抑制した。 Limらは、軟骨劣化の治療可能性とその作用機序を明らかにするために、アピゲニンとウォゴニンのMMP-13誘導に対する効果を調べ、これらの天然由来フラボノイドがインターロイキンIL-1β処理したヒト軟骨細胞SW1353のMMP-13発現を低下させることを明らかにした。 これらの研究結果は、MMPの発現と活性を抑制することがOA対策として魅力的な戦略であることを示しています。

MMP、特にゼラチナーゼMMP-2とMMP-9はがんの浸潤に重要な役割を果たし、ほとんどすべての種類のがんで過剰発現していることが判明しています 。 緑茶の摂取とがん発症の予防との関連は、いくつかの疫学的観察に基づいている。 緑茶に含まれる主要フラバノールであるエピガロカテキン-3-ガレート（EGCG）が、癌や血管新生で最も頻繁に過剰発現している2つのゼラチナーゼ（MMP-2とMMP-9）および腫瘍細胞の侵入と化学走性に対してどのような影響を及ぼすかを検討した . その結果、EGCGは、基底膜コラーゲンおよびゼラチン分解メタロプロテアーゼであるMMP-2およびMMP-9の活性を用量依存的、沈殿非依存的に阻害し、また活性化MMPの活性を阻害するTIMP-1とTIMP-2の発現を増加させることが明らかになりました。 さらに、Chengらは、EGCGがMMP-2と可逆的な複合体を形成し、酵素活性を阻害することを明らかにした。 具体的には、EGCGはMMP-2のI型コラーゲンへの結合を阻害しなかったが、TIMP-2へのプロおよび活性化MMP-2の結合を著しく増強した。

MMPの分泌とフラボノイドの相互作用を調べるために、Huangらはケルセチンがヒト扁平上皮がんA431細胞の上皮成長因子によるMMP-2とMMP-9の生成を抑制することを報告した。 さらに、Lin らは、ケルセチンがプロテインキナーゼ C/細胞外シグナル制御キナーゼおよび c-Jun/activator protein-1 カスケードを抑制することにより、TPA によって誘導される MMP-9 遺伝子発現を効果的に抑え、結果としてヒト乳癌細胞のコロニー形成、腫瘍移動および浸潤が抑制されることを示しました。 Saragustiらは、ドッキングと分子動力学シミュレーションを用いて、ケルセチンがMMP-9活性部位のS1′サブサイトで相互作用することを明らかにした。 さらに、構造活性相関解析により、フラボノイドのR 3′-OH およびR 4′-OH の置換が、MMP-9活性に対する阻害特性に関係していることが示された。 最近、Lanらは、このフラボノイドがin vitroで低酸素誘導因子、HIF-1α、血管内皮細胞増殖因子、VEGF、MMP-2およびMMP-9の発現を調節することにより、ヒト骨肉腫細胞株の細胞移動および浸潤を阻害すること、およびケルセチンがin vivoで骨肉腫ヌードマウスモデルの腫瘍転移を改善することを実証している。 また、マメ科のイソフラボノイドであるゲニステインは、前立腺細胞株におけるMMP-2およびMMP-9活性を阻害することにより、細胞浸潤および転移プロセスを調節する . 癌などの病的状態から保護するのに役立つ天然化合物の中で、柑橘類のフラボノイドであるノビレチンなど、他のフラボノイドも分析されている。 このポリメトキシフラボノイドは、ヒト線維肉腫HT-1080細胞のマトリゲルモデルにおける浸潤を阻害し、MMP-1とMMP-9の発現を転写的に低下させ、TIMP-1の発現を上昇させることから、ノビレチンは腫瘍細胞においてMMPの産出を抑制するだけでなくTIMP-1の産出を増大させることによっても腫瘍浸潤を防止すると考えられている . また、ノビレチンはHT-29ヒト大腸がん細胞において、AP-1活性を阻害することにより、MMP-7の発現および産生を強く抑制する明確な能力を有していると推定された。 は、ローブッシュブルーベリー（Vaccinium angustifolium）由来のフラボノイド濃縮画分が、DU145ヒト前立腺がん細胞におけるMMP-2およびMMP-9の活性をダウンレギュレートできることを示し、フラボノイド、特にローブッシュブルーベリーの複合特性をさらに理解することによって、発がんおよび転移の予防におけるフラボノイドの役割をさらに発展、向上させることができると提案しました。 さらに、Zhengらは、Derris trifoliataやMundulea sericeaなど、いくつかの植物種から単離されたフラボノイドであるデグーリンの効果を調べ、この天然化合物がMMP-2とMMP-9の発現を低下させることによって、ヒト膵臓癌細胞の遊走と浸潤を調節できることを実証しています。

バイカレインのMMP-2およびMMP-9発現抑制効果をin vitroで検討し、バイカレインがプロテインキナーゼBおよび細胞外シグナル制御キナーゼのシグナル伝達経路を抑制することによりMMP-2とMMP-9の発現を低下させて大腸がん細胞の移動と浸潤を抑制することを示しました． 同様に、バイカレインは、MMP-2およびMMP-9の発現および活性を抑制することにより、B16F10メラノーマ細胞の移動および浸潤を有意に阻害する。 このように、バイカレインは、大腸がんやメラノーマの化学療法剤の開発候補となり得る。 柑橘類やオリーブの葉から得られる糖化フラボノイドであるジオスミンは、A431 皮膚癌細胞において MMP-2 と MMP-9 の過剰発現を抑制することにより細胞毒性を示し、このポリフェノール化合物の抗侵襲性が示唆された . ヒト繊維肉腫細胞株 HT-1080 における MMP-2 および MMP-9 に対する有意な阻害効果は、ハロゲン植物 Salicornia herbacea からの糖化フラボノイド、isorhamnetin 3-O-b-d-glucoside および quercetin 3-O-b-d-glucoside でも示された . さらに最近、Crascìらは、フラボンのアピゲニン、ルテオリン、およびそれらのグルコシドが、MMP-1、MMP-3、MMP-8、MMP-9、およびMMP-13に対して異なる選択性を示すと報告している。 特に、アグリコンであるアピゲニンとルテオリンは、他のMMPに対して、MMP-9とMMP-13の両方に対して非常に選択的である。 しかし、これらのフラボンはメタロプロテアーゼとの相互作用に優れており、今後の開発のリード化合物となる可能性がある

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