パントテン酸

パントテン酸（ビタミンB5 _）はBビタミンであり、必須栄養素です。^{[ 6 ]}すべての動物は、細胞エネルギー産生、タンパク質、炭水化物、脂肪の合成と分解に不可欠な補酵素A （CoA）を合成するためにパントテン酸を必要とします。^{[ 6 ] [ 7 ]}

パントテン酸は、パントイン酸とβ-アラニンの結合体です。その名前はギリシャ語のπάντοθεν pantothen（「あらゆる所から」という意味）に由来しており、パントテン酸は少なくとも少量ではほとんどすべての食品に含まれているためです。^{[ 6 ] [ 8 ] [ 7 ]}ヒトにおけるパントテン酸欠乏症は非常にまれです。^{[ 6 ] [ 7 ]}栄養補助食品や動物飼料では、一般的に使用される形態はパントテン酸カルシウムです。これは化学的に安定しており、パントテン酸ナトリウムや遊離パントテン酸よりも製品の保存期間が長くなるためです。^{[ 1 ]}

パントテン酸は水溶性ビタミンであり、ビタミンB群の一つです。アミノ酸β-アラニンとパントイン酸から合成されます（補酵素Aの生合成と構造の図を参照）。ビタミンEやビタミンKは、ビタミン異性体と呼ばれるいくつかの化学的に関連する形態で存在しますが、パントテン酸は単一の化学化合物です。多くの酵素反応の補因子である補酵素A （CoA）の合成における出発物質です。^{[ 7 ] [ 9 ] [ 10 ]}

パントテン酸は、5段階のプロセスを経てCoAの前駆体となる。生合成には、パントテン酸、システイン、および4当量のATPが必要である（図を参照）。^{[ 11 ]}

1. パントテン酸は、パントテン酸キナーゼという酵素によって4′-ホスホパントテン酸にリン酸化される。これはCoA生合成の律速段階であり、ATPを必要とする。^{[ 12 ]}
2. 4′-ホスホパントテン酸にホスホパントテノイルシステインシンテターゼという酵素によってシステインが付加され、4'-ホスホ-N-パントテノイルシステイン（PPC）が生成される。このステップはATP加水分解と共役している。^{[ 12 ]}
3. PPCはホスホパントテノイルシステイン脱炭酸酵素によって4′-ホスホパンテテインに脱炭酸される。
4. 4′-ホスホパンテテインは、ホスホパンテテインアデニリルトランスフェラーゼという酵素によってアデニル化（より正確にはAMP化）され、脱リン酸化CoAを形成する。
5. 最後に、脱リン酸化CoAは脱リン酸化補酵素Aキナーゼという酵素によって補酵素Aにリン酸化される。この最終段階にもATPが必要である。^{[ 12 ]}

この経路は最終産物阻害によって抑制される。つまり、CoAは最初のステップを担う酵素であるパントテン酸キナーゼの競合阻害剤である。^{[ 12 ]}

補酵素 A はクエン酸回路の反応機構に必要です。このプロセスは、体の主要な異化経路であり、炭水化物、アミノ酸、脂質などの細胞の構成要素を燃料として分解するのに不可欠です。^{[ 13 ]} CoA は、ピルビン酸がアセチル CoA としてトリカルボン酸回路(TCA 回路)に入り、 α-ケトグルタル酸が回路内でスクシニル CoAに変換されるために、エネルギー代謝において重要です。 ^{[ 14 ]} CoA は、例えばシグナル伝達やさまざまな酵素機能に関与するアシル化とアセチル化にも必要です。^{[ 14 ]}この化合物は CoA として機能するだけでなく、アシル基キャリアとしてアセチル CoAやその他の関連化合物を形成することもできます。これは、細胞内で炭素原子を輸送する方法です。 ^{[ 9 ]} CoAは、脂肪酸合成に必要なアシルキャリアタンパク質（ACP）の形成にも必要です。 ^{[ 15 ] [ 9 ] [ 16 ]}その合成は、チアミンや葉酸などの他のビタミンとも関連しています。^{[ 12 ]}

米国医学研究所（IOM）は、1998年にビタミンB群の推定平均必要量（EAR）と推奨栄養所要量（RDA）を更新しました。当時、パントテン酸のEARとRDAを設定するのに十分な情報はありませんでした。このような場合、委員会は、後日、より正確な情報によってAIが置き換えられる可能性があるという理解のもと、十分摂取量（AI）を設定します。^{[ 10 ] [ 17 ]}

14歳以上の青少年および成人の現在のAIは5  mg/日です。これは、一般的な食事では尿中排泄量が約2.6  mg/日であり、食品結合パントテン酸の生物学的利用能が約50%であるという観察に基づいています。 ^{[ 10 ]}妊娠中のAIは6  mg/日です。授乳中のAIは7  mg/日です。12か月までの乳児の場合、AIは1.8  mg/日です。1～13歳の子供の場合、AIは年齢とともに2～4 mg/日に増加します。EAR、RDA、AI、ULはまとめて食事摂取基準 （DRI）と呼ばれます。^{[ 10 ] [ 17 ]}

多くの栄養素については、米国農務省は食品成分データと食品消費調査の結果を組み合わせて平均消費量を推定していますが、調査や報告書にはパントテン酸は含まれていません。^{[ 18 ]}成人の1日あたりの摂取量の非公式な推定値は約4～7mg  /日と報告されています。^{[ 10 ]}

欧州食品安全機関（EFSA）は、この一連の情報を食事参照値と呼び、RDAの代わりに人口参照摂取量（PRI）、EARの代わりに平均必要量を使用しています。AIとULは米国と同じように定義されています。11歳以上の女性と男性の場合、十分摂取量（AI）は5mg  /日に設定されています。妊娠中のAIは5mg  /日、授乳中は 7mg/日です。1～10歳の子供の場合、AIは 4mg/日です。これらのAIは米国のAIと似ています。^{[ 19 ]}

食品中に存在するパントテン酸のほとんどは、CoA の形、またはアシルキャリアタンパク質(ACP) に結合した形で存在します。腸管細胞がこのビタミンを吸収するには、遊離パントテン酸に変換する必要があります。腸管内腔では、CoA と ACP は加水分解されて4'-ホスホパンテテインになります。4'-ホスホパンテテインは脱リン酸化されてパンテテインになります。 腸管酵素であるパンテテイナーゼがパンテテインを加水分解して遊離パントテン酸にします。 ^{[ 28 ]}遊離パントテン酸は、飽和可能なナトリウム依存性能動輸送システムを介して腸管細胞に吸収されます。^{[ 29 ] [ 14 ]}摂取量が多い場合、このメカニズムが飽和すると、一部のパントテン酸は受動拡散によっても追加的に吸収される可能性があります。^{[ 25 ]}全体として、摂取量が 10 倍になると、吸収率は 10% に低下します。^{[ 14 ]}

パントテン酸は尿中に排泄されます。これはCoAからの遊離後に起こります。尿中排泄量は 1日あたり約2.6mgですが、数週間の実験状況でビタミンを含まない食事を与えられた被験者では、無視できるほどの量に減少しました。^{[ 10 ]}

パントテン酸キナーゼ（パントテン酸をCoAに変換する経路の最初の酵素）の変異は、まれな神経変性疾患であるパントテン酸キナーゼ関連神経変性症（PKAN）の原因である。^{[ 30 ]}

ヒトにおけるパントテン酸欠乏症は非常にまれであり、十分に研究されていません。欠乏症が見られた数少ない症例（第二次世界大戦中の捕虜、飢餓の犠牲者、または限定的なボランティア試験）では、ほぼすべての症状が経口投与されたパントテン酸によって改善されました。^{[ 14 ] [ 9 ]}欠乏症の症状は、他のビタミンB欠乏症と似ています。CoAレベルが低いためエネルギー産生が阻害され、イライラ、疲労、無気力などの症状を引き起こす可能性があります。^{[ 14 ]}アセチルコリン合成も阻害されるため、欠乏症では神経症状も現れることがあります。^{[ 31 ]}これには、手足のしびれや灼熱感、知覚異常、筋肉のけいれんが含まれます。その他の症状には、落ち着きのなさ、倦怠感、睡眠障害、吐き気、嘔吐、腹部のけいれんなどがあります。^{[ 31 ]}

動物では、神経系、消化器系、免疫系の障害、成長速度の低下、食物摂取量の減少、皮膚病変、毛皮の変化、脂質および炭水化物代謝の変化などの症状がみられる。^{[ 32 ]}げっ歯類では毛色の喪失がみられることがあり、これがヒトの白髪を予防または治療できる栄養補助食品としてパントテン酸が販売されるきっかけとなった（ヒトでの臨床試験の証拠がないにもかかわらず）。^{[ 9 ]}

パントテン酸の状態は、全血濃度または24時間尿中排泄量を測定することによって評価できます。ヒトでは、全血値が1  μmol/L未満の場合、および尿中排泄量が4.56 mmol/日未満の場合、低値とみなされます 。^{[ 9 ]}

パントテン酸カルシウムとデクスパンテノール（D-パンテノール）は、欧州食品安全機関（EFSA）が動物飼料への添加物として承認している。^{[ 1 ]}添加量は 、豚で8～20 mg/kg、 家禽で10～15 mg/kg、 魚で30～50 mg/kg、 ペット飼料で8～14 mg/kgである。これらは推奨濃度であり、必要量と考えられている量よりも高く設定されている。^{[ 1 ]}飼料への添加により、人間が摂取する組織（肉など）や卵中のパントテン酸濃度が上昇するという証拠がいくつかあるが、これは消費者の安全性に懸念を生じさせるものではない。^{[ 1 ]}

反芻動物種ではパントテン酸の食事上の必要量は確立されていません。ルーメン微生物によるパントテン酸の合成は、食事からの摂取量の20～30倍であるようです。^{[ 33 ]}去勢子牛のルーメンにおけるパントテン酸の正味の微生物合成は、 1日あたり摂取した消化性有機物1kgあたり2.2mgと推定されています。理論上の必要量の5～10倍のパントテン酸を補給しても、肥育牛の成長成績は改善されませんでした。^{[ 34 ]}

ビタミンという用語は、1912年にポーランドの生化学者カシミール・フンクが命名したビタミンに由来する。フンクは、生命に不可欠な水溶性微量栄養素の複合体を単離し、それらはすべてアミンであると推測した。^{[ 37 ]}この推測が後に正しくないことが判明すると、名前から「e」が削除され、「ビタミン」となった。^{[ 25 ]}ビタミンの命名法はアルファベット順で、エルマー・マッカラムはこれらを脂溶性ビタミンAと水溶性ビタミンBと呼んだ。^{[ 25 ]}_{時を経て、化学的に異なる8種類の水溶性ビタミンBが単離され、番号が付けられ、パントテン酸はビタミンB5}となった。^{[ 25 ]}

パントテン酸の本質的な性質は、1933年にロジャー・J・ウィリアムズが酵母の増殖に必要であることを示すことで発見されました。 ^{[ 38 ]} 3年後、エルヴェジェムとジュークスは、それがニワトリの成長因子および抗皮膚炎因子であることを実証しました。^{[ 9 ]}ウィリアムズは、ギリシャ語の「 pantothen」 （「あらゆる場所から」という意味）からこの化合物を「パントテン酸」と名付けました。その理由は、彼が検査したほとんどすべての食品にそれが存在することを発見したからです。^{[ 9 ]}ウィリアムズは1940年にその化学構造を決定しました。^{[ 9 ]} 1953年、フリッツ・リップマンは「補酵素Aの発見と中間代謝におけるその重要性」によりノーベル生理学・医学賞を共同受賞しました。これは彼が1946年に発表した研究です。 ^{[ 39 ]}