単孔類（カモノハシ，ハリモグラ）や有袋類（カンガルー，
ポッサム，コアラなど）の乳では，多くの有胎盤類（ヒト，
ウシなど）とは異なり，ミルクオリゴ糖の方がラクトースよ りも優先的である．有胎盤類の乳仔がラクトースを主要なエ ネルギー源としているのに対し，単孔類や有袋類の乳仔はミ ルクオリゴ糖をピノサートーシスかエンドサイトーシスで小 腸細胞内に取り込み，リソソーム内のグリコシダーゼの働き で単糖に分解し，エネルギー源とする．単孔類のシアル酸含 有 ミ ル ク オ リ ゴ 糖 に 付 加 す る -ア セ チ ル ノ イ ラ ミ ン 酸 は，
4位が -アセチル化した固有の形をしているが，そのことで
細菌の生産するノイラミニダーゼへの加水分解抵抗性を付与 する．それには乳首がなくて皮膚の上に乳を分泌する単孔類 において，乳が細菌の増殖源にならないメカニズムが潜んで いる．単孔類や有袋類の固有のミルクオリゴ糖には，それら の繁殖戦略や子育て戦略との密接なかかわりがある．
はじめに
乳 に 含 ま れ る 糖 質 は 専 ら ラ ク ト ー ス（乳 糖，Gal
（
β
1-4） Glc）であるという先入観は，多くの哺乳動物の 乳の糖質を分析した事例によって覆りつつある(1〜9)．確 かに，牛乳の中の糖質は専らラクトースであると断言で きるほど，ラクトース以外の糖質の量は少ない(9, 10)．一 方で人乳を観察してみると，7％の糖質のうちの80％を ラクトースが，そして残りの20％を240種類にも数えら れるミルクオリゴ糖が占めている(11)．ミルクオリゴ糖 の大半はラクトース骨格を還元末端側に有し，それに -アセチルグルコサミン，ガラクトース，フコース，-アセチルノイラミン酸などの単糖が付加した構造を
している(1〜9)．ヒトを含む哺乳動物の乳仔が母乳を摂取
した際，母乳の中のラクトースは小腸上皮微絨毛膜に存 在するラクターゼの働きによって，グルコースとガラク トースに分解される(6〜8, 12)．グルコースは吸収されて循 環に入り，ガラクトースは肝臓でグルコースに変換され てから循環する．つまりラクトースは多くの哺乳動物の 乳仔にとっては重要な栄養源になっている．一方でミル クオリゴ糖はたとえばヒトの乳児の場合，大半は小腸で 分解・吸収されないで大腸に到達し，（1）ビフィズス菌 などの有用な腸内細菌の栄養源となってその増殖を促進 する，（2）病原性微生物が腸管内に付着するのを防ぐな
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【解説】
Species Specific Evolution of Milk Oligosaccharides in Monotremes and Marsupials: Relationship to Their Reproductive Strategy
Tadasu URASHIMA, 帯広畜産大学大学院畜産学研究科
単孔類 ， 有袋類ミルクオリゴ糖の 種特異的進化と生存戦略
浦島 匡
どの機能的役割を果たしている(1〜9)．
クマやアザラシ，ミンクなどの一部の例外を除き多く の有胎盤類（胎盤をもち，妊娠期間が長くて胎盤の中で 仔を育てる哺乳類）の乳では主要な糖質はラクトースで あるが，有胎盤類とは異なる固有の進化をたどった単孔 類や有袋類では，乳の中のラクトースの量は少なく，ミ ルクオリゴ糖の方が圧倒的に多い(1〜4, 7, 8)．またミルク オリゴ糖の化学構造も固有の特徴を有している(1〜4, 7, 8)． それは，哺乳類の共通祖先からの乳成分の進化と種の生 存戦略によって形成されたと考えられる．この解説の中 では，乳の糖質の生理的意義と進化を特に単孔類と有袋 類にフォーカスしながら，化学構造と絡めて考察してみ たい．
乳腺の進化とミルク糖質の発生
現存の哺乳類はキノドン類を共通祖先として進化をと げ，祖先の原獣類よりまず約1億9000万年前に単孔類 が，ついで約1億6000万年前に有袋類と有胎盤類が相互 に分化したと推測されている(13, 14)．現存する単孔類は ハリモグラとカモノハシの2種であり，それは卵生で あって乳首をもたず，乳は乳嚢と言われる2つの皮膚領 域の小孔から皮膚の上に分泌される．これは哺乳類祖先 から受け継いだ特徴であろう．乳を分泌する乳腺細胞の 集合体である乳腺は，アポクリン腺から進化したと予想
される(12, 15)．それは細胞内で合成された脂肪球が，乳
腺とアポクリン腺では共通して細胞外へと分泌される際 に細胞の頂上細胞膜を突き破り，細胞膜に由来する脂肪 球膜に包まれるような形で分泌される（アポクリン分泌 と命名される）事実に基づいている．本来水と油は交わ らないものの代名詞のように言われるが，乳の中では水 と油が混じり合っているのは脂肪の粒子の周りを取り囲 むこのような脂肪球膜の存在のためである．乳タンパク 質は乳腺細胞の中で合成される成分（カゼイン，
α
-ラク トアルブミン，β
-ラクトグロブリンなど）と血液タンパ ク質に由来する成分（免疫グロブリン，血清アルブミン など）があるが，乳腺の進化の中で一部の血液成分を乳 腺細胞へと取り込む機構とともに，ほかの祖先タンパク 質から乳腺特異的発現タンパク質への遺伝子の変異が あったであろうと予想される．たとえばカゼインは歯の エナメル芽関連タンパク質を先祖成分とすると推定され ている(16)．そのような仮説は，歯のエナメルタンパク 質とカゼインがどちらもカルシウムの運搬機能を担って いるという事実に基づく．泌乳期乳腺においてラクトースの合成は，ホエータン
パク質の一種である
α
-ラクトアルブミンとβ
4-ガラクト シルトランスフェラーゼIの共同作用によって，遊離の グルコースをアクセプター，UDP-ガラクトースをド ナーとして行われる．β
4-ガラクトシルトランスフェ ラーゼIは乳腺以外の組織でも発現し，乳腺以外では複 合糖質の末端の -アセチルグルコサミンに対してガラ ク ト ー ス を 転 移 し， -ア セ チ ル ラ ク ト サ ミ ン（Gal（
β
1-4） GlcNAc）単位の合成を触媒している．乳腺でのα
-ラクトアルブミンの働きは，β
4-ガラクトシルトラン スフェラーゼIの基質特異性を糖鎖末端の -アセチルグ ルコサミンから遊離のグルコースに変換するmodifierで ある(17)．α
-ラクトアルブミンは，細菌の細胞壁を破壊し て殺菌作用を司る酵素リゾチームと一次構造や三次構造 が類似している(18)．α
-ラクトアルブミンは哺乳類の乳腺 のみに発現する 新しい タンパク質であるから，哺乳 類以外に魚類や昆虫にも発現している 古い タンパク 質であるリゾチームからの遺伝子変異によって獲得され たことは疑いない．α
-ラクトアルブミンの出現によっ て，乳腺の中でラクトース単位の合成が開始された．一方，ミルクオリゴ糖は還元末端にラクトース単位を 有しており，乳腺の中で生合成されたラクトースに対し て各種の糖転移酵素が作用することで生合成される．つ まり
α
-ラクトアルブミンの出現はミルクオリゴ糖の生合 成をも開始させた．α
-ラクトアルブミンの出現は，約3 億1000万年前という推定もある(19)．その当時哺乳類は おろか恐竜さえも出現しておらず，祖先に乳腺様の組織 も存在しなかったであろう．特殊な皮膚腺から何かの成 分が分泌されていたのであろうか．α
-ラクトアルブミンの偶然の出現によってラクトース 単位の生合成は開始されるようになった．一方でスフィ ンゴ糖脂質の還元末端側にラクトース単位が含まれるよ うに，ラクトース単位は細胞内ゴルジ体で各種の糖転移 酵素のアクセプターになりうる．α
-ラクトアルブミンの 発現量が低くてラクトースの生合成速度が遅い場合は，生合成された遊離のラクトースは主に糖転移酵素のアク セプターとして利用されていたであろう．哺乳類の共通 祖先で乳様の分泌物が原始的な乳腺または乳腺の先祖腺 において分泌されていた段階では，その分泌物の中にラ クトースは少なくてミルクオリゴ糖のほうがはるかに優 先的であったと予想される(2, 7, 8)．それは卵生や乳首の ない乳腺からの乳分泌など，哺乳類祖先の特徴を今日で も残している単孔類の乳において，ラクトースよりもミ ルクオリゴ糖のほうが圧倒的に多い事実からも推測され る．今日有胎盤類の乳においては主要な糖質はラクトー スであり，ラクトースは乳仔にとって重要な栄養源であ
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る．それは有胎盤類において
α
-ラクトアルブミンの発現 量が増加し，ラクトースの合成速度が速くなってその合 成がミルクオリゴ糖生合成の律速段階ではなくなったこ と，また乳仔の小腸上皮にラクターゼが出現して，ラク トースをグルコースとガラクトースに小腸細胞頂端膜（刷子縁）上で加水分解できるようになってから初めて 可能になった(2, 7, 8)．では初期乳様分泌物において，優 先的なミルクオリゴ糖はどのような生理機能を果たして いたのであろうか．人乳などでは構造的に分散したミル クオリゴ糖は一定の濃度で存在し，デコイレセプターと して乳仔の腸管に病原性細菌が付着するのを阻止すると いう観察結果が多く報告されている(4, 6, 9)．哺乳類共通 祖先の原始的乳腺によって皮膚上に分泌された乳様分泌 物は，皮膚の上に細菌などが増殖する栄養源とならな い，病原性微生物が皮膚の上に付着するのを阻止する，
皮膚の上をなめるように分泌物を摂取した仔に対して感 染防御能を果たす，などの機能を有していたのではない
か(2, 7, 8)．それは単孔類の乳に含まれるミルクオリゴ糖
の観察に基づいて推測された．
単孔類ミルクオリゴ糖
現存する単孔類はカモノハシとハリモグラの2種であ り，ハリモグラはさらに長くちばしハリモグラと短くち ばしハリモグラの2種に分類される．カモノハシ（
）はオーストラリア大陸の東側，
クイーンズランド北部からタスマニアにかけての川や湖 に棲息している．短くちばしハリモグラ（
）はオーストラリア，ニューギニアに，長く ちばしハリモグラ（ ）はニューギニア のみに棲息する（オーストラリアでは2万年前に絶滅し た）．前述のように単孔類の乳腺は乳首をもたず，乳は 乳嚢といわれる2つの皮膚領域内の約100の散らばった 孔から分泌される．
カモノハシとハリモグラミルクオリゴ糖の研究は，
1973年にMesserとKerryによって開始された(20)．図1 はハリモグラ（カンガルー島ならびにオーストラリア・
図1■ハリモグラとカモノハシの乳の糖質画分のSephadex G-15カラムによるゲルろ過プロファイル
各フラクションのアリコートはヘキソース，フコース，シアル酸 に対して測定された． eは溶出容量， oはボイドボリュームを示 す．図は文献（20）より引用した．
図2■従来（文献（21〜24））構造決定されて いたハリモグラとカモノハシのミルクオリ ゴ糖
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ニューサウスウェールズ州で捕獲されたハリモグラから 採 乳 し た） と カ モ ノ ハ シ の 乳 か ら 抽 出 し た 糖 質 の Sephadex G-15カラムによるゲルクロマトグラムであ る．いずれの乳でもラクトースはごく少量しか含まれず
（最後に溶出した小さなピークがラクトース），ミルクオ リゴ糖のほうが圧倒的に多い．ハリモグラではフコシル ラクトースとシアリルラクトースが，カモノハシ乳では ジフコシルラクトースが主要な糖質であった．ハリモグ ラのミルクオリゴ糖は引き続いて，Messer(21)，Kamerling ら(22)，Jenkinsら(23)に よ っ てFuc（
α
1-2） Gal（β
1-4） Glc, Fuc（
α
1-2） Gal（β
1-4）［Fuc（α
1-3）］ Glc, Neu4,5Ac2（α
2-3） Gal（
β
1-4） Glc（4- -アセチル-3′-シアリルラクトース）が同定 された．一方，カモノハシの中性オリゴ糖は，Jenkins ら(23)，ならびにAmanoら(24)によって図2のように決定 された．筆者は2012年9月にタスマニア島の州都ホバートの北 方50 kmのフィールドにおいて，タスマニア大学の Stewart Nicol博士とともにハリモグラ・タスマニア亜 種の捕獲と乳試料採集を行った．泌乳中の個体はNicol
博士が取り付けたGPS発信器の信号を頼りに探し，巣 の地中から掘り起こして捕獲した．図3はGPSを頼りに 泌乳個体を探しているところ，図4は捕獲した個体への オキシトシン静脈注入後に皮膚上の乳嚢から採乳してい るところである．ハリモグラは，乳首をもたない乳腺か ら泌乳することが理解されるであろう．この際のフィー ルド調査によって回収されたものも含め，乳試料は，仔 の孵化後39日の初期乳，約90日の中期乳，約150日の 後期乳が採集された．
初期乳，中期乳，ならびに後期乳から抽出された糖質 画分は，超高速液体クロマトグラフィーと連結した三重 極質量分析（UPLC-MS）によって分析した．一方，後 期乳から抽出した糖質画分は，BioGel P-2によるゲルろ 過，グラファイトカーボンカラムを用いた中性オリゴ糖 の高速液体クロマトグラフィー（HPLC）による分離・
精製，ならびにプロトン核磁気共鳴スペクトル（1H- NMR）測定によって構造決定した(25)．初期乳，中期乳 には圧倒的に優先的なオリゴ糖として4-O-アセチル-3′- シアリルラクトースが，後期乳ではそれとともにGal
（
α
1-3）［Fuc（α
1-2）］ Gal（β
1-4）［Fuc（α
1-3）］ Glc（Bペンタ サッカライド）とGal（α
1-3）［Fuc（α
1-2）］ Gal（β
1-4） Glc（B テトラサッカイライド）が含まれていた．同時にマイ ナー成分としてFuc（α
1-2） Gal（β
1-4） Glc（2′フコシルラク トース），Fuc（α
1-2） Gal（β
1-4）［Fuc（α
1-3）］ Glc（ジフコシ ルラクトース），Gal（β
1-4）［Fuc（α
1-3）］ GlcNAc（β
1-3）Gal（
β
1-4） Glc（ラクト-N-フコペンタオースIII, LNFP-III）が後期乳に，Neu4,5Ac2（
α
2-3） Gal（β
1-4）［Fuc（α
1-3）］ Glc が初期乳，中期乳，後期乳に発見された．初期乳，中期 乳 に はNeu5Ac（α
2-3） Gal（β
（1-4） Glc（3′-シ ア リ ル ラ ク トース），ジ-O-アセチル-3′-シアリルラクトースと4-O-ア セチル-3′-シアリルラクトース硫酸が発見された．ここで注目されるのは初期乳で圧倒的に優先的な4-O- アセチル-3′-シアリルラクトースである．単孔類の特に 初期乳は，哺乳類祖先の原始的な乳の特徴を残している と予想されるので，哺乳類祖先の乳の糖質はラクトース ではなくこのようなオリゴ糖を優先的に含んでいたと推 測される．N-アセチルノイラミン酸への4-O-アセチル基 の付加の意義については，後に考察する．以前のMess- erらの研究において，カンガルー島ならびにオースト ラリア大陸のハリモグラの乳で2′フコシルラクトースが 優先的な糖質であり，BペンタサッカイライドやBテト ラサッカライドは発見されなかった(20〜23)．この違いは，
ハリモグラの亜種どうしでのミルクオリゴ糖の不均一性 を示している．ミルクオリゴ糖の非還元末端単位として B抗原（Gal（
α
1-3）［Fuc（α
1-2）］ Gal），A抗原（GalNAc（α
1-3）図3■2012年9月タスマニアでのハリモグラフィールド調査 GPS発信器を取り付けたハリモグラを探しているところ．写真は タスマニア大学のStewart Nicol博士．
図4■タスマニアハリモグラから採乳しているところ
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［Fuc（
α
1-2）］ Gal）またH抗原（Fuc（α
1-2） Gal）の存在と 不在による不均一性は，近縁種のクマのミルクオリゴ糖 においても発見されている．ツキノワグマではB抗原を 含むミルクオリゴ糖が(26)，ホッキョクグマではA抗原 またB抗原を含むミルクオリゴ糖が(27)，エゾヒグマで はH抗原を含むオリゴ糖が(28)発見されている．タスマ ニアハリモグラの泌乳期乳腺ではH抗原をB抗原に変換 するα
3ガラクトシルトランスフェラーゼ活性が存在す るのに対し，オーストラリア大陸やカンガルー島のハリ モグラの乳腺ではこの酵素の活性が失われた可能性があ る．また大半のハリモグラミルクオリゴ糖のコア骨格はラクトースであるが，微量ながらラクト-N-ネオテトラ オ ー ス（Gal（
β
1-4） GlcNAc（β
1-3） Gal（β
1-4） Glc） を コ ア 骨格とするLNFP-IIIが発見されたことも注目される．カモノハシミルクオリゴ糖に対しては，1984年に 中性ミルクオリゴ糖の化学構造がAmanoらによって 報告(24)されて以降研究報告はなかったが，最近筆者ら が酸性オリゴ糖の化学構造を解析した(29)．カモノハシ 乳から抽出した糖質画分をBioGel P-2カラムによるゲル ろ過に供して，早く溶出したシアル酸を含む画分を，
Amide-80カラムを使用した順相系のHPLCに供して各 オリゴ糖の分離・精製を行った．分離された各ピークに
図5■構造決定されたカモノハシ酸性ミルクオリゴ 糖（文献（29））
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含まれるオリゴ糖は，1H-NMRとマトリックス支援レー ザー脱離イオン化質量分析（MALDI TOFMS）に供し て構造決定した．決定された酸性オリゴ糖の構造は図5 に示した．オリゴ糖はラクトース，ラクト-N-ネオテト ラオース，またラクト-N-ネオヘキサオース（Gal（
β
1-4）GlcNAc（
β
1-3）［Gal（β
1-4） GlcNAc（β
1-6）］ Gal（β
1-4） Glc）を コ ア 骨 格 と し， ル イ スx（Gal（
β
1-4）［Fuc（α
1-3）］GlcNAc）， ル イ スy（Fuc（
α
1-2） Gal（β
1-4）［Fuc（α
1-3）］GlcNAc），シアリルルイス（Neu4,5Ac2（
α
2-3） Gal（β
1-4）［Fuc（
α
1-3）］ GlcNAc）などの構造単位を有していた．こ れらのコア骨格やルイス ，ルイス 単位は中性ミルク オリゴ糖にも発見されているので，酸性オリゴ糖は基本 的に中性オリゴ糖と同じ構造単位をもちシアル酸が付加 したような構造であった．また，シアル酸を含むオリゴ 糖の大半が，4-O-アセチル化したN-アセチルノイラミン 酸（Neu4,5Ac2）を含んでいた．ミルクオリゴ糖におけるO-アセチル化N-アセチルノ イラミン酸の存在は，ウシオリゴ糖の微量成分に示され ている（完全構造は決定されていない）(30)が，シアリル オリゴ糖の大半がNeu4,5Ac2を含むのは単孔類の固有 の特徴である．4-O-アセチルシアル酸を含むシアリルラ クトースは，細菌が生産するシアリダーゼに対して加水 分解抵抗性を有している(31)．単孔類は前述のように乳 首のない乳腺で，皮膚の上に乳を分泌する．それに細菌 が増殖しては母体にとっても仔にとっても不都合であ る．シアル酸へのO-アセチル基の付加は，ミルクオリ ゴ糖が細菌増殖のための栄養源とならないような機能を 付与するものと予想される．一方で有袋類や有胎盤類で の乳首の存在は，それ自体が感染防御に対してある程度 有効であり，シアル酸のO-アセチル化の必要性が失わ れたのではないかと考えられる．
Stewartらは，ハリモグラやラットの乳仔の腸粘膜の ホモゲネートとともに4-O-アセチルシアリルラクトース をインキュベートした(32)．ハリモグラのホモゲネート では中間分解産物としてシアリルラクトースが，最終分 解産物として，ラクトース，シアル酸，グルコース，ガ ラクトースが生成したが，ラットでは加水分解生成物が えられたかった(32)．このことはハリモグラの乳仔が，
主要糖質の4-O-アセチルシアリルラクトースを小腸内で 分解できることを示している．ハリモグラ乳仔はおそら くピノサイトーシスのような単純な輸送方式で小腸細胞 内にそれを取り込み，リソソームで加水分解して栄養源 として利用していることが予想される．カモノハシでも 同様であると考えられるが，ミルクオリゴ糖を構成する 単糖の中で栄養源として利用できるのは，グルコースと
ガラクトースだけであり，栄養効率は高くないであろ う．ミルクオリゴ糖は母体の乳腺付近でも，授乳した乳 仔の腸管内でも感染防御因子として機能することが予想 される． の実験で3′-シアリルラクトースは，
や P1422株のHT-29細胞へ の侵入やロタウィルスのMA-104細胞への感染を阻害す ることが観察されているので(33〜35)，単孔類の母体皮膚 や乳仔腸管でも病原性細菌やウィルスへの感染防御を果 たしていることが想像できる．
以上のような構造解析によって，ハリモグラにはラク トースやラクト-N-ネオテトラオースをコア骨格とする ミルクオリゴ糖が，カモノハシにはラクトース，ラク ト-N-ネオテトラオース，ラクト-N-テトラオース，ラク ト-N-ネオヘキサオースをコア骨格とするミルクオリゴ 糖が発見された．ラクトースコア以外のこれらのコア骨 格をもつオリゴ糖は，ヒトなどの有胎盤類でも発見され ているが，有袋類には見つかっていない(2, 7, 8)．これら の共通のコア骨格オリゴ糖が単孔類と有胎盤類で発見さ れたという事実は，それらが共通祖先哺乳類の乳様分泌 物にすでに存在していた可能性を示唆している．
有袋類のミルクオリゴ糖
現存する有袋類は約250種類であり，南アメリカ，
オーストラリア，ニューギニアに棲息する．妊娠期間が 20日前後と短く200 mg未満の未熟な新生仔を出産し，
乳仔は授乳の一定期間を育仔嚢の中で発育する．有袋類 の一種カンガルーの袋の中には4つの乳首が存在する が，そのうちの一つに仔が吸い付き，仔の付着した乳首 のみで泌乳が開始される，泌乳期の経過とともに乳首の サイズは増加する．それはある泌乳時期に2つの異なる 乳首から異なる組成の乳を分泌するが，一方の小さな乳 首から分泌される新生仔用の乳でも，他方の大きな乳首 から分泌され，乳仔が袋の外側から授乳する乳でも，ラ クトースはマイナーな成分にすぎない．有袋類の乳の糖 質分析は，従来薄層クロマトグラフィーによってアカク ビワラビー(36)，イースタンクオール（フクロネコ）(37)，ブ ラッシュテイルポッサム(38)，リングタイルポッサム(39)， コアラ(40)およびグレーショートテイルオポッサム(41)な どに対して行われた．一方でミルクオリゴ糖の構造解析 は，従来のMesserらによるタマーワラビー以外に，近 年筆者らによってアカカンガルー，コアラ，ブラッシュ テイルポッサム，イースタンクオールに対して行われ た．
タマーワラビーの中性オリゴ糖の構造解析は，1980年
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のMesserら(42)の研究によって開始され，Collinsら(43)， Messerら(44)，Bradburyら(45)の研究が続いた．この一 連の研究によって，主要オリゴ糖系列としてGal（
β
1-3）Gal（
β
1-4） Glc（3′-ガ ラ ク ト シ ル ラクトース）(42)，Gal（
β
1-3） Gal（β
1-3） Gal（β
1-4） Glc(43)，Gal（β
1-3） Gal（β
1-3） Gal（
β
1-3） Gal（β
1-4） Glc(43)，Gal（β
1-3） Gal（β
1-3） Gal（β
1-3） Gal（
β
1-3） Gal（β
1-4） Glc(43)が，マイナーオリゴ糖系列として Gal（β
1-3）［GlcNAc（β
1-6）］ Gal（β
1-4） Glc（ラ ク ト-N-ノ ボ テ ト ラ オ ー ス）(44)，Gal（β
1-3）［Gal（β
1-4） GlcNAc（β
1-6）］Gal（
β
1-4） Glc（ラ ク ト-N-ノ ボ ペ ン タ オ ー スI）(45)，Gal（
β
1-3） Gal（β
1-3）［Gal（β
1-4） GlcNAc（β
1-6）］ Gal（β
1-4） Glc（ガラクトシルラクト-N-ノボペンタオースI）(45)が決定さ れた．
アカカンガルーの酸性ミルクオリゴ糖はAnrakuら(46)， コアラ，ブラッシュテイルポッサム，イースタンクオー ル の ミ ル ク オ リ ゴ 糖 は そ れ ぞ れUrashimaら(47〜49)に よって構造決定された．図6に泌乳中期のブラッシュテ イルポッサム乳より抽出された糖質画分のBioGel P-2に よるゲルクロマトグラムを示した(48)．BP-6はラクトー スであるが，ラクトースは少量でラクトースよりも前に 溶出するミルクオリゴ糖の方が優先的である．分離され た中性オリゴ糖ピークのうち複数のオリゴ糖を含む画分 はグラファイトカーボンカラムによるHPLCによって，
酸性オリゴ糖はAmide-80カラムによる順相系HPLCに よ っ て 各 オ リ ゴ 糖 の 分 離・精 製 を 行 い，1H-NMRと MALDI TOFMSに供して構造決定された(48)．構造決定 されたブラッシュテイルポッサム中性ミルクオリゴ糖は
図6■ブラッシュテイルポッサム乳より抽出した糖質画分の
BioGel P-2カラムのよるゲルろ過プロファイル
各フラクションのアリコートは，490 nmでのフェノール硫酸法で ヘキソースを，630 nmでの過ヨー素酸レゾルシノール法でシアル 酸のモニターを行った．図は文献（48）より引用した
図7■構造決定されたブラッシュテイルポッサムの中性ミルク オリゴ糖（文献（48））
図8■構造決定されたブラッシュテイル ポッサムの酸性ミルクオリゴ糖（文献（48））
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図7に，酸性ミルクオリゴ糖は図8に示した．ブラッ シュテイルポッサムの中性ミルクオリゴ糖の構造と組成 は，タマーワラビーの中性ミルクオリゴ糖と非常に近 い．新 規 化 合 物 と し てGal（
β
1-3）［Gal（β
1-4） GlcNAc（
β
1-6）］ Gal（β
1-3） Gal（β
1-4） Glc（ガラクトシルラクト-N- ノボペンタオースII）が発見されたが，これはタマーワ ラビーのミルクオリゴ糖の未同定の画分の中にも含まれ ていると予想される．酸性オリゴ糖は中性オリゴ糖と同 様のコア骨格に対して，N-アセチルノイラミン酸また非 還元末端ガラクトースの3位に硫酸基が付加している．オリゴ糖の直鎖部分の末端ガラクトースには，Neu5Ac が
α
（2-3）結合のみで結合していることが注目される．また，高度に硫酸基が付加していることも特徴的である が，ブラッシュテイルポッサム乳仔の脳などの成長に とって，ミルクオリゴ糖由来の硫酸基が利用されている
かもしれない．一方，アカカンガルーの酸性ミルクオリ ゴ糖は，ブラッシュテイルポッサムの酸性ミルクオリゴ 糖と構造と組成が極めて類似していた(46)．
イースタンクオールのミルクオリゴ糖に対しては，同 様の方法によって中性ならびに酸性オリゴ糖の分離・精 製，および構造解析が行われた(49)（図9はイースタンク オール）．決定された化学構造は図10に示した．新規オ リゴ糖として2単位の分枝型N-アセチルラクトサミンを 含む Gal（
β
1-3）［Gal（β
1-4） GlcNAc（β
1-6）］ Gal（β
1-3）［Gal（
β
1-4） GlcNAc（β
1-6）］ Gal（β
1-4） Glc（ラクト-N-ノボオク タオース）とそのシアリル誘導体，ならびにGal（β
1-3）［Gal（
β
1-3） Gal（β
1-4） GlcNAc（β
1-6）］ Gal（β
1-4） Glc（ラク ト-N-ノボペンタオースIII）が発見されたが，これらは ほかの有袋類種のミルクオリゴ糖の未同定画分の中にも 含まれている可能性がある．他種の有袋類乳の糖質画分 は，優先種として直鎖のβ
（1-3）ガラクトシルラクトース シリーズ，一方マイナーシリーズとしてGlcNAcを含む 分枝オリゴ糖を含んでいたが，イースタンクオール乳の 糖質画分では，ラクト-N-ノボペンタオースIやラクト-N- ノボオクタオースなどの分枝型オリゴ糖のほうが優先的 であった．タマーワラビーの泌乳期乳腺にはミルクオリ ゴ糖の生合成にかかわる酵素として，グルコースやN- アセチルグルコサミンにガラクトースを転移するβ
4-ガ ラクトシルトランスフェラーゼ，ラクトースなどの非還 元末端にガラクトースを転移するβ
3-ガラクトシルトラ ンスフェラーゼ，および3′-ガラクトシルラクトースな 図9■イースタンクオールの写真（Jim Merchant博士より提供された）
図10■構造決定されたイースタンクオー ルのミルクオリゴ糖（文献（49））
日本農芸化学会
● 化学 と 生物
どの非還元末端から2番目のガラクトースにN-アセチル グルコサミンを転移する
β
6-N-アセチルグルコサミニル トランスフェラーゼの活性が発見されている(50, 51)．同 様の酵素系がイースタンクオールの泌乳期乳腺にも存在 すると予想し，イースタンクオールの決定されたミルク オリゴ糖の推定される生合成経路を図11に示した(49)． イースタンクオールとほかの有袋類種のミルクオリゴ糖 のパターンの違いは，イースタンクオールにおいてβ
6-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ活性 が相対的に高いためであると予想された．コアラの乳の糖質画分においては，ほかの有袋類種と 同様のミルクオリゴ糖とともに，フコースを含むGal
（
β
1-3）{Gal（β
1-4）［Fuc（α
1-3）］ GlcNAc（β
1-6）}Gal（β
1-4）G l c お よ び N e u 5 A c（
α
2-3） G a l（β
1-3）{G a l（β
1-4）［Fuc（
α
1-3）］ GlcNAc（β
1-6）}Gal（β
1-4） Glcが発見された(47)．こ れまでに分析された有袋類種の中でフコースを含むミル クオリゴ糖が発見されたのはコアラだけであり，注目さ れる．有袋類のミルクオリゴ糖のコア骨格には，単孔類や一 部の有胎盤類のミルクオリゴ糖に共通のコア骨格として 発見されるラクト-N-ネオテトラオースやラクト-N-ネオ ヘキサオースはなく，代わりにラクト-N-ノボペンタ オースIをコア骨格とするオリゴ糖が発見された．後者 のタイプのミルクオリゴ糖は単孔類には見当たらない が，ウシ，ウマ，ヤギ，ヒツジ，ラクダ，ブタ，フサオ マキザルなどの一部の有胎盤類では，ラクト-N-ノボペ ンタオースI自身とそのシアリル誘導体が発見されてい る(8)．ラクト-N-ネオテトラオース，ラクト-N-ネオヘキ サオースまたラクト-N-ノボペンタオースIは，ラクトー スのガラクトース残基の3位にN-アセチルグルコサミン を転移する
β
3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェ ラーゼ，GlcNAc（β
1-3） Gal（β
1-4） Glcのガラクトース残 基の6位にN-アセチルグルコサミンを転移するβ
6-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ，3′-ガラクト シルラクトースなどの非還元末端より2番目のガラク トース残基の6位にN-アセチルグルコサミンを転移する
β
6-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼのい ずれかの活性によって生合成される．これらのN-アセ チルグルコサミニルトランスフェラーゼは哺乳類共通祖 先においては共通に存在していたが，各々の哺乳類系統 への進化過程で一部が失われたと予想される(8)．一方 で，2単位以上のβ
（1-3）ガラクトース残基が直鎖につな がったミルクオリゴ糖は，有袋類でしか発見されていな い(8)．これはβ
3-ガラクトシルトランスフェラーゼの発 現量が，有袋類の泌乳期乳腺で著しく高まったことによ るものと考えられる(8)．有胎盤類の乳仔では，母乳中のラクトースは小腸ラク ターゼ（中性
β
-ガラクトシダーゼ）活性によってグル コースとガラクトースに加水分解され，吸収される．一 方で中性および酸性β
-ガラクトシダーゼに対する特異的 な組織化学実験によって，タマーワラビー乳仔小腸上皮 微絨毛膜にラクターゼ活性が欠損していることが示された(52, 53)．その一方で非常に強い酸性
β
-ガラクトシダーゼ活性が，リソソームか超核液胞と予想される細胞内に存 在している．酸性
β
-ガラクトシダーゼは，ラクトースしか 加水分解しない有胎盤類中性ラクターゼとは異なり，ラ クトースもβ
1-3ガラクトシドも切断する(52, 53)．また，β
-ガ ラクトシダーゼのほかに，N-アセチルグルコサミニダー ゼ，α
-L-フコシダーゼ，ノイラミニダーゼなどの酸性グリ コシダーゼ活性が，タマーワラビー小腸に検出された(53)． この結果，タマーワラビーのミルクオリゴ糖は小腸微絨 毛膜で加水分解されず，それらが消化されるためには，まずピノサイトーシスかエンドサイトーシスにより細胞内 に取り込まれなければならないことを示している．おそ らくこれらのオリゴ糖は，それからリソソームか超核液 胞に入り，構成単糖に加水分解されるであろう．このよ 図11■イースタンクオール中性ミルクオ リゴ糖の予想される生合成経路
図は文献（49）より引用した．
日本農芸化学会
● 化学 と 生物
うなミルクオリゴ糖の吸収・消化は，タマーワラビー以 外のほかの有袋類種の乳仔にもあてはまるであろう．
上の観察は有袋類では乳の中で優先的な糖質であるミ ルクオリゴ糖が，有仔への重要な栄養源として利用され ていることを示唆している．有袋類の乳は，タマーワラ ビーでの観察結果のように最大で14％もの糖質含量を 含んでいるが(54)，ラクトースよりも分子量の大きなオ リゴ糖を高濃度に含むことによって乳の低浸透圧を維持 している．同重量濃度の溶液において2糖を溶解した溶 液の浸透圧が，単糖の溶液のそれの2倍であることから も，低浸透圧維持のメカニズムが理解されるであろう．
浸透圧が高くない状態で高濃度の糖質を含む乳を摂取す れば，乳仔は下痢をしないで高エネルギーを獲得するこ とができる．有袋類乳の高ガラクトシルオリゴ糖のガラ クトースは，乳仔での循環過程でグルコースに変換さ れ，エネルギーとして利用されているであろう．つまり このような高ガラクトシルオリゴ糖の獲得が，非常に未 熟な状態で出産された有袋類乳仔の成長にとって重要な 生存戦略になっていった．
おわりに
筆者は恩師で友人のMichael Messerとともに2002年
に 誌に
「ミルクオリゴ糖とラクトースの進化」というタイトル で，乳の糖質の進化と単孔類，有袋類，有胎盤類の泌 乳・子育て戦略についての総説を出版した(2)．それから 10年以上が経過し，それまでに研究されていなかった カモノハシの酸性ミルクオリゴ糖や，タマーワラビー以 外の有袋類の中性ならびに酸性ミルクオリゴ糖の構造情 報 が 新 た に 蓄 積 さ れ た．そ れ はNMRやMALDI TOFMSのような構造解析方法とともに，中性オリゴ糖 や酸性オリゴ糖の分離・精製技術の進歩によるところが 大きい．ハリモグラのみならず，カモノハシの酸性ミル クオリゴ糖における4-O-N-アセチルノイラミン酸の存在 や，有袋類と一部の有胎盤類ミルクオリゴ糖の共通コア 骨格としてのラクト-N-ノボペンタオースIの存在，有袋 類の酸性ミルクオリゴ糖における高濃度の硫酸基の存在 など，新たな知見が付け加わった．そのことで，特に単 孔類や有袋類の乳仔の子育て戦略，生存戦略はより詳細 に考察できるようになった．乳に含まれる糖質はラク トースであるという単純なドグマはすでに過去のものと なり，多様なミルクオリゴ糖の存在は哺乳類の多様な進 化と生存戦略とも密接に関連している．一方でミルクオ リゴ糖研究は，動物園などの飼育下での単孔類や有袋類
の乳仔への人工調合乳の調整方法にもヒントを与えてい る．たとえば，一部の乳業会社がヒトへの育児用調合乳 にプレバイオティクス素材として添加しているガラクト オリゴ糖を，カンガルー用の調合乳に添加すれば，仔に とっての重要な成長のための栄養源となるであろう．
謝辞：本文の中でも紹介した2012年9月にオーストラリア・タスマニア 島で行ったハリモグラのフィールドワークは，文部科学省グローバル COEプログラムによる研究助成によって行われた．
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プロフィール
浦 島 匡（Tadasu URASHIMA）
＜略歴＞1980年東京農工大学農学部卒／
1986年東北大学大学院農学研究科博士後 期課程修了／同年帯広畜産大学畜産学部助 手／1994年同助教授／2003年同大学大学 院畜産学研究科教授，現在に至る＜研究 テーマと抱負＞ミルクオリゴ糖の比較生化 学，ミルクオリゴ糖とラクトースが泌乳の 進化に及ぼした影響について＜趣味＞国内 外の史跡探訪，食べ歩き
Copyright © 2016 公益社団法人日本農芸化学会 DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.54.159
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