ホルモン｜体内の働きを調節する化学伝達物質

ホルモン

ホルモンとは、体内の特定の内分泌腺や細胞でつくられ、血液などの体液に乗って離れた標的器官へ運ばれ、ごく微量で生理作用をあらわす化学物質の総称である。血中濃度はおおむね10^-12〜10^-9 mol/Lと非常に低い。それでも代謝、成長、生殖、ストレスへの反応など、体の幅広い機能を調節している。動物だけでなく植物にも同じような働きをもつ物質があり、医薬品工業や農業の分野では、工業的に製造・利用される対象にもなっている。

発見と命名の歴史

1902年、英国の生理学者ベイリスとスターリングは、十二指腸の粘膜から出る物質が血流に乗って膵臓の分泌を促すことを確かめ、この物質をセクレチンと名付けた。神経を通さない化学的な情報伝達が、ここで初めて実証されたことになる。1905年にはスターリングが、ギリシア語の「hormao（刺激する、呼び覚ます）」をもとにホルモンという語を提唱した。日本とのかかわりも深い。1901年には高峰譲吉と上中啓三が、ウシの副腎からアドレナリンを結晶として取り出しており、これは純粋な形で得られた世界初のホルモンとされる。1921年にはトロント大学のバンティングとベストが膵臓からインスリンを抽出し、糖尿病治療に道を開いた。

化学構造による分類

化学構造の違いは、水への溶けやすさ、血液中での運ばれ方、効き始めるまでの速さを左右する。水に溶けやすいペプチド系は細胞膜を通り抜けられないため、膜の表面で信号を受け取る。脂に溶けやすいステロイド系は膜を通過し、細胞の内部で働く。アミノ酸から派生した物質は、種類によってどちらの性質も示す。

受容体を介した作用の仕組み

ホルモンが働きかけるのは、その物質だけを見分ける受容体をもった細胞に限られる。ペプチド系の場合、細胞膜の受容体に結合すると、サイクリックAMP（cAMP）などのセカンドメッセンジャーが細胞内で信号を増幅する。1分子が結合しただけで数千〜数万分子の反応が起こるため、ごくわずかな量でも十分に効く。ステロイド系は核内受容体と結合して複合体をつくり、DNAの特定の配列に結びついて遺伝子の転写そのものを変える。ペプチド系が数秒〜数分で反応するのに比べ、ステロイド系の効果は数時間から数日かけて現れる。分解の速さも物質によって大きく異なり、血中半減期はインスリンで約5分、コルチゾールで60〜90分、T₄では約7日に及ぶ。時間tが経過したあとの血中濃度は、C = C₀ × (1/2)^{t / t_1/2}でおおよそ見積もることができる。

負のフィードバックによる分泌調節

分泌量の調節には、出力が増えると入力を抑える負のフィードバックが広く使われている。甲状腺の系統でみると、視床下部から出るTRHが下垂体にTSHを放出させ、TSHが甲状腺にT₃とT₄の分泌を促す。血中のT₄が増えすぎると視床下部と下垂体の働きが弱まり、濃度は一定の範囲に戻る。工学でいうフィードバック制御の閉ループとほぼ同じ構造であり、設定値からずれると自動的に元へ戻すという点も共通している。

主な分泌器官と分泌物

ヒトの代表的な分泌器官と、それぞれが出す物質を以下に示す。近年は、脂肪組織が出すレプチンや胃から出るグレリンのように、かつては内分泌器官とみなされていなかった組織からも次々と新しい物質が見つかっている。

• 視床下部：TRH、CRH、GnRHなどの放出ホルモン
• 下垂体前葉：成長ホルモン、TSH、ACTH、プロラクチン
• 甲状腺：サイロキシン（T₄）、トリヨードサイロニン（T₃）
• 副腎：皮質のコルチゾールとアルドステロン、髄質のアドレナリン
• 膵臓ランゲルハンス島：インスリン、グルカゴン
• 性腺：エストロゲン、プロゲステロン、テストステロン

医薬品としての工業生産

かつて治療に使うインスリンはウシやブタの膵臓から抽出しており、原料の供給量は食肉の処理量に左右されていた。1982年、米イーライリリー社が遺伝子組換えした大腸菌で生産したヒトインスリン「ヒューマリン」が米国で承認され、動物由来の原料に頼らなくて済むようになった。現在は大腸菌のほか酵母を使った発現系もあり、培養、封入体の回収、リフォールディング（正しい立体構造への巻き戻し）、クロマトグラフィーによる精製という工程を経て製品になる。製造現場で品質上もっとも警戒されるのは、タンパク質が熱やせん断力で変性しやすい点である。原薬も製剤も2〜8℃の冷蔵管理が基本で、輸送中に温度が外れるとロット全体が不適合になるおそれがある。GMP（医薬品の製造管理及び品質管理の基準）のもとでは、充填ラインの撹拌速度や配管内での滞留時間まで管理項目に入れることが多い。一方で、ステロイド系はヤマノイモ類に含まれるダイオスゲニンなど植物由来の原料から半合成する方法が主流であり、タンパク質医薬とは設備の構成がまったく異なる。

植物ホルモンと農業・物流での利用

植物の体内にも、植物ホルモンと総称されるオーキシン、ジベレリン、サイトカイニン、アブシシン酸、エチレンなどが存在する。ジベレリンは日本で見つかった物質である。1926年に黒沢英一がイネの馬鹿苗病菌の研究からその存在を示し、1938年に薮田貞治郎らが結晶として取り出した。種なしブドウの代表品種デラウェアでは、開花の前後に花房を100 ppm程度のジベレリン水溶液に浸す処理が定着している。エチレンは気体の状態で果実の成熟を促すため、バナナの追熟室では温度を15〜20℃前後に保ちながらエチレン濃度を調整し、出荷時期をそろえる。反対に熟すのを遅らせたい場合には、エチレンの受容体をふさぐ1-MCP（1-メチルシクロプロペン）が使われ、リンゴの長期貯蔵で成果を上げている。

料理名としての「ホルモン」

日本語のホルモンは、ウシやブタの内臓肉を使った料理の名前としても広く使われている。昭和初期、内臓肉は精がつく食材というイメージと結びつき、「ホルモン料理」という呼び名が大阪を中心に広まったとされる。関西弁の「放るもん（捨てるもの）」が語源だという説はよく知られているが、言葉の歴史からみると根拠に乏しい俗説だという見方が有力である。