マンガン中毒に伴うパーキンソニズムにビオチンが神経保護効果をもつ

マンガン（Mn）中毒に伴う神経毒性が，パーキニズムを引き起こすメカニズムを解明し，それに対するビオチン（ビタミンB7）の保護的効果を明らかにした米国コロンビア大学などのチームによる研究が，Science Signaling誌に報告されています．ビオチンは細胞のエネルギー代謝に不可欠な補酵素として働き，特にミトコンドリアの呼吸やドパミン生成に関与しています．

この研究では，ショウジョウバエを用いたマンガン毒性モデルを作成し，パーキンソニズムの病態を再現しています．具体的には，マンガンがショウジョウバエの寿命を短縮し，運動機能を低下させることが確認しています．またドパミンを生成する酵素であるチロシンヒドロキシラーゼ陽性ニューロンの数が減少し，実際にドパミン濃度も低下していることも分かりました．さらにミトコンドリアの形態異常と，リソソームの数とサイズの増加も観察されました．これらの結果は，マンガン曝露が神経細胞に深刻なダメージを与えることを示しています．

そしてこれらのモデルを用いて，マンガンが神経細胞にダメージを及ぼすメカニズムを明らかにするため，メタボローム解析（代謝物の網羅的解析）を行いました．その結果，脳および全身でビオチン代謝に大きな変化が生じることが明らかになり（図左上），とくにビオチン濃度は，脳で約2.7倍，全身で約2倍に増加していました．ビオチン代謝が低下しているため，代償性に増加していると考えられました．

ビオチンは脳のエネルギー代謝やドパミン生成に重要な役割を果たす補酵素であり，その代謝異常はニューロンの障害と密接に関連していると考えられます．さらに，食餌にビオチンを添加することでマンガンによる運動障害（図左下）やニューロン喪失が軽減されることが示され，ビオチンが神経保護作用を持つことが明らかになりました．



加えて，ヒト由来のiPS細胞を用いて分化させた中脳ドパミン作動性ニューロンモデル（図右）でも，ビオチンがマンガン曝露によるミトコンドリア障害やニューロン喪失を抑制することが確認されました．これらの結果は，ビオチンがマンガン中毒に対する有効な介入手段となる可能性を示しています．興味深いことに，パーキンソン病患者の脳では，ビオチントランスポーターの発現が増加していることをデータベースから確認しており，ビオチン代謝がパーキンソン病の発症や進行に関与している可能性も著者らは考えているようです．今後の臨床応用が期待されます．

それにしても適切な疾患モデルができたのであれば，網羅的なメタボローム解析は治療標的の同定に非常に強力だと実感しました．とても印象に残った論文でした．

Lai Y, et al. Biotin mitigates the development of manganese-induced, Parkinson’s disease–related neurotoxicity in Drosophila and human neurons. Science Signaling. 2025;18(eadn9868). （doi.org/10.1126/scisignal.adn9868）