カルニチン
概要
カルニチンは、1905年ロシアの化学者により肉抽出エキス中に発見され、1927年に構造決定された。当時チャイロコメノゴミムシダマシ(Tenebrio molitor)に必須の成長因子として、ビタミンBTと名付けられた。1960年代までにカルニチンが長鎖脂肪酸のエネルギー代謝に必須の物質として認識され、その後も生理機能に関する研究が続けられている。なお、生体内で微量生合成されることがわかり、先述のビタミンの名称は現在では使われていない。
日本においては、薬事法の適用を受けない（医薬品に該当しない）食品分野で利用されるL-カルニチン（フリーのL-カルニチン以外に加工特性を高めたL-酒石酸塩とフマル酸塩が使用されている）と、先天性欠乏症患者向け希少病医薬品であるレボカルニチン（塩化レボカルニチン、塩化L-カルニチン）、消化管機能低下に対する胃薬として数十年来使用されているDL-カルニチン（DL-カルニチン塩酸塩）がある。この中で、脂質のエネルギー代謝に関与するのはL-カルニチンである。
吸収
食事由来の外部摂取されたカルニチンは腸管において吸収される。この際、主としてOCTN (Organic zwitterions/cation transporters, Organic cation/carnitine transporters) を介して能動的に吸収され、高濃度の場合は一部受動的に吸収される。正確な吸収率についてはわかっていない。また尿細管においてもOCTNにより再吸収され、体内で効率よく使われていることが知られている。
脂肪燃焼
安定同位体¹³Cを用いた厳密な試験において、運動を伴わない健常人被験者にて、経口摂取したカルニチンにより脂肪燃焼が促進されることが、Wutzkeらにより2004年報告された。
欠乏症
必要量の25%が生合成されるが必要量には不足するので食物から摂取する必要があり、摂取不足（ダイエット、特殊除去乳の常用）や過剰消費（透析、下痢、てんかん治療薬のバルプロ酸ナトリウムやピボキシル基含有抗菌薬の副作用、腎不全、肝不全、多臓器不全、遺伝性疾患（カルニチン代謝異常症）など）によって発症する。小児では合成能が低い、利用率が高い、筋肉量が少ないため体内蓄積量が少ないなどの理由りによって、2次性欠乏症を発症しやすいとされる。しかし、医療従事者のカルニチン欠乏症に関する知識が少ないとの指摘がある。
おもな症状は、低血糖筋緊張低下、けいれん、意識障害、ライ様症状、横紋筋融解症、ミオグロビン尿症、脂質蓄積性ミオパチー、低血糖、脂肪肝、ならびに筋肉痛、疲労、錯乱、および心筋症を伴う高アンモニア血症、死亡することもある。
ピボキシル基含有抗菌薬による二次性カルニチン欠乏症
ピボキシル基含有抗菌薬はトミロン、フロモックス、メイアクトMS、オラペネムなど多数の製品に渡る。これらの薬剤は摂取後に抗菌活性体とピバリン酸となる。ピバリン酸はカルニチン抱合を受け、尿中に排泄される。カルニチンの尿中排泄に伴い、二次性カルニチン欠乏症が引き起こされる。バルプロ酸投与同様、カルニチン欠乏により脂肪酸代謝が障害され、低血糖・高アンモニア血症を発症することがある。
カルニチンの構造と生合成
カルニチンは、分子構造内に四級アンモニウムを持ち、ベタイン構造をとるアミノ酸の誘導体である。水酸基を配する不斉炭素と四級アンモニウムイオン、カルボキシラートアニオンとの結合間にはそれぞれメチレン基を持っている。タンパク質を構成するα-アミノ酸はもちろん、構造的な広義のアミノ酸には定義上は該当しない物質である。
ヒトの体内においては、カルニチンは主に肝臓、腎臓においてタンパク結合性のアミノ酸のリシンにメチオニンがメチル基を供与する反応を経由し、数段階の反応過程を経て生合成される。この際にメチオニンはS-アデノシルメチオニンに変換されメチル基を供与し、さらに続く反応ではビタミンC、鉄、ビタミンB6、ナイアシンが必要とされる。特に成長時や妊娠中には、カルニチンの必要量が通常時よりも多くなり、また生合成時に必要な各物質も不足気味となる事から外部摂取が推奨されることがある。
アセチルカルニチン
アセチルカルニチン (Acetylcarnitine) とは、カルニチンのアセチル化された形体であり、通常はL体で存在する。天然のサプリメントで植物や動物の中に存在するアミノ酸である。
体内のカルニチンのうち約1割はアセチルカルニチンの状態で存在する。アセチルカルニチンは、血液脳関門を通過して脳内に到達し、アセチルコリン量を増やすことがわかっている。実際にアルツハイマー病初期症状の改善に効果がある可能性があるとして世界中で研究が進められており、ブレインフードとして応用されはじめている。
筋肉中のカルニチンは加齢に伴い減少することが示されている。
サプリメント・他応用例
カルニチンの血中濃度は身体が調整しているため、多量に摂取しても追加の利益はない可能性がある。
先述の通り脂肪燃焼が促進されることから、いわゆる「ダイエット」分野に連想されて利用されることが多い。9件のランダム化比較試験 (RCT) のメタアナリシスからは、体重やBMIが減少していた。2017年に5件のRCTから、カルニチンはインスリン抵抗性の治療に有用であったが、1年までの長期間の試験は一部であるため、強く確認されるにはより長期間の試験が必要とされている。4週間以上の試験期間の14件のランダム化比較試験から、慢性腎臓病に対するカルニチンのサプリメントは、アルブミン、総タンパク質、総コレステロールなどを上昇させ、有用であることを示しているためより厳格な試験によって確認されていく必要があり、また慢性腎臓病では体重とBMIに明確な影響はみられなかった。多嚢胞性卵巣症候群では、2019年の文献探索で卵胞や卵巣細胞が大きくなり、体重減少の可能性が示されるが、確認にはランダム化比較試験などより厳格な必要である。
24件のRCTから、カルニチンは特に1日1500mg以上の場合に脂質プロファイルを改善し、また低カロリーな食事と共に血糖制御を改善する。
運動関連
合計32人でのランダム化比較試験では運動能力に影響を与えていないことが判明した。跛行を患う人では、メタアナリシスから歩行能力の小さな改善が示されている。変形性関節症に対するメタアナリシスでは証拠の質は低いが、痛みの軽減に効果量0.8と大きな効果を示している。
癌に関連した疲労では、偏りの少ない結果では3件の研究をメタアナリシスして疲労の減少はなく、この目的での使用は裏付けられていない。多発性硬化症の疲労では効果は不明である。肝性脳症では、疲労や生活の質に効果はない。
心筋梗塞後の使用では、メタアナリシスにて死亡率や同様の症状の発症に対する利益は見られない。末梢性神経障害性疼痛では、4件のランダム化比較試験があり中等度の効果であった。
精神機能
文献を調査し認知症に対し利益を示す証拠はなかった。アルツハイマー病に効果はなく、研究規模は合計417人での多施設で実施されたランダム化比較試験である。45歳以上の若年性アルツハイマーで、合計229人での多施設で実施されたランダム化比較試験を実施し、1年後に効果はなかった。軽度の認知症やアルツハイマーでは、メタアナリシスによって効果量0.2と小さな効果が判明した。認知症のない成人で認知機能への影響では、ランダム化比較試験は2017年までに2件しかなくその効果に結論は下せない。急性ではない肝硬変の肝性脳症にて5件のランダム化比較試験から血中アンモニアを低下させる証拠があるが、低品質な証拠である。
抗うつ効果では、12件のランダム化比較試験を分析すると抗うつ薬と同等でカルニチンの方が副作用は少ない。
100歳超の超高齢者においては、血中のカルニチン濃度が高い例が知られている。高齢者に肉食を勧める東京都老人総合研究所の調査結果とも併せて興味深いところである。一般的には高齢者は体内のカルニチン保有量が少なくなっており、また肉食の機会も少なくなる傾向がある。流動食など臨床分野においてカルニチンが応用されている。
乳児用粉ミルク
カルニチンは母乳に含まれている成分で、乳幼児の成長因子である。牛乳にもカルニチンがわずかに含まれている。
牛乳アレルギーなどの対応のために導入されている大豆蛋白や乳蛋白分解物を使用した母乳代替用の粉ミルクでは、カルニチンの添加がCODEXにより国際的に推奨されており、諸外国ではこの基準に準じているが 日本では法規制によってそうではないため欠乏症に注意が必要となる。
動脈硬化との関連
カルニチンは腸内で一部の細菌により動脈硬化の原因物質とも言われるトリメチルアミン-N-オキシドへと代謝され、これが動脈硬化を引き起こすとする説がある。