Biotin/ja: Difference between revisions

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Biotin/ja
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血清および尿中ビオチンの低下は、ビオチン摂取不足の感度の高い指標ではない。しかし、血清検査は、ビオチンを含む栄養補助食品の摂取の確認や、サプリメントの使用を控える期間が薬物検査の妨げになる可能性を排除するのに十分な期間であるかどうかを確認するのに有用である。間接的な測定は、カルボキシラーゼのビオチン要求量に依存する。[[3-Methylcrotonyl-CoA/ja|3-メチルクロトニル-CoA]]はアミノ酸[[leucine/ja|ロイシン]]の異化の中間段階である。ビオチンがない場合、経路は[[3-hydroxyisovaleric acid/ja|3-ヒドロキシイソ吉草酸]]に分岐する。この化合物の尿中排泄は、ビオチン欠乏の早期かつ鋭敏な指標である。
血清および尿中ビオチンの低下は、ビオチン摂取不足の感度の高い指標ではない。しかし、血清検査は、ビオチンを含む栄養補助食品の摂取の確認や、サプリメントの使用を控える期間が薬物検査の妨げになる可能性を排除するのに十分な期間であるかどうかを確認するのに有用である。間接的な測定は、カルボキシラーゼのビオチン要求量に依存する。[[3-Methylcrotonyl-CoA/ja|3-メチルクロトニル-CoA]]はアミノ酸[[leucine/ja|ロイシン]]の異化の中間段階である。ビオチンがない場合、経路は[[3-hydroxyisovaleric acid/ja|3-ヒドロキシイソ吉草酸]]に分岐する。この化合物の尿中排泄は、ビオチン欠乏の早期かつ鋭敏な指標である。


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===代謝異常の結果としての欠乏症===
===Deficiency as a result of metabolic disorders===
[[Biotinidase deficiency/ja|ビオチニダーゼ欠損症]]は、ビオチンを再利用する酵素の欠損症であり、遺伝的変異の結果である。ビオチニダーゼは、ビオシチンとビオチニルペプチド（各ホロカルボキシラーゼのタンパク質分解産物）からのビオチンの切断を触媒し、それによってビオチンを再利用する。また、食事中のタンパク質結合ビオチンからビオチンを遊離させる点でも重要である。ビオチニダーゼ欠乏症の新生児スクリーニングは1984年に米国で開始され、2017年現在、30カ国以上で必要と報告されている。
[[Biotinidase deficiency]] is a deficiency of the enzyme that recycles biotin, the consequence of an inherited genetic mutation. Biotinidase catalyzes the cleavage of biotin from biocytin and biotinyl-peptides (the proteolytic degradation products of each holocarboxylase) and thereby recycles biotin. It is also important in freeing biotin from dietary protein-bound biotin. Neonatal screening for biotinidase deficiency started in the United States in 1984, which as of 2017 was reported as required in more than 30 countries.
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重度のビオチニダーゼ欠損症は、血清酵素活性が正常値の10％未満と定義され、7.1nmol/min/mLと報告されている。発症率は40,000人から60,000人に1人であるが、近親婚（2番目のいとこまたはそれに近い親族）の多い国では10,000人に1人という高率である。部分的ビオチニダーゼ欠乏症は、血清活性が正常の10％から30％と定義されている。発生率のデータは、政府が義務付けている新生児スクリーニングから得られている。重度の欠乏症の場合、治療は1日5～20mgの経口投与である。発作は数時間から数日で消失し、その他の症状は数週間で消失すると報告されている。部分的ビオチニダーゼ欠乏症の治療も推奨されるが、未治療の場合、症状が現れない人もいる。重度のビオチニダーゼ欠乏症も部分的なビオチニダーゼ欠乏症も、ビオチンの補給による生涯にわたる治療が推奨される。
Profound biotinidase deficiency, defined as less than 10% of normal serum enzyme activity, which has been reported as 7.1 nmol/min/mL, has an incidence of 1 in 40,000 to 1 in 60,000, but with rates as high as 1 in 10,000 in countries with high incidence of consanguineous marriages (second cousin or closer). Partial biotinidase deficiency is defined as 10% to 30% of normal serum activity. Incidence data stems from government mandated newborn screening. For profound deficiency, treatment is oral dosing with 5 to 20&nbsp;mg per day. Seizures are reported as resolving in hours to days, with other symptoms resolving within weeks. Treatment of partial biotinidase deficiency is also recommended even though some untreated people never manifest symptoms. Lifelong treatment with supplemental biotin is recommended for both profound and partial biotinidase deficiency.
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ビオチン依存性カルボキシラーゼの活性欠損を特徴とする遺伝性代謝異常症は[[multiple carboxylase deficiency/ja|多発性カルボキシラーゼ欠損症]]と呼ばれる。これらには酵素[[holocarboxylase synthetase/ja|ホロカルボキシラーゼ合成酵素]]の欠損が含まれる。[[Holocarboxylase synthetase deficiency/ja|ホロカルボキシラーゼ合成酵素欠損症]]は、体内の細胞がビオチンを効果的に使用することを妨げるため、多重カルボキシラーゼ反応を阻害する。また、ナトリウム依存性マルチビタミントランスポータータンパク質に影響を及ぼす遺伝子欠損もありうる。
Inherited metabolic disorders characterized by deficient activities of biotin-dependent carboxylases are termed [[multiple carboxylase deficiency]]. These include deficiencies in the enzymes [[holocarboxylase synthetase]]. [[Holocarboxylase synthetase deficiency]] prevents the body's cells from using biotin effectively and thus interferes with multiple carboxylase reactions. There can also be a genetic defect affecting the  sodium-dependent multivitamin transporter protein.
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これらの代謝異常の生化学的および臨床症状には、[[Metabolic acidosis/ja|ケト乳酸アシドーシス]]、[[organic aciduria/ja|有機酸尿]]、[[hyperammonemia/ja|高アンモニア血症]]、発疹、[[hypotonia/ja|筋緊張低下]]、[[seizure/ja|痙攣]]、[[Intellectual disability/ja|発達遅延]]、[[alopecia/ja|脱毛症]]、[[coma/ja|昏睡]]が含まれる。
Biochemical and clinical manifestations of any of these metabolic disorders can include [[Metabolic acidosis|ketolactic acidosis]], [[organic aciduria]], [[hyperammonemia]], rash, [[hypotonia]], [[seizure]]s, [[Intellectual disability|developmental delay]], [[alopecia]] and [[coma]].
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==バイオテクノロジーにおける利用==
==Use in biotechnology==
{{Anchor|Use in biotechnology}}
Chemically modified versions of biotin are widely used throughout the [[biotechnology]] industry to isolate proteins and non-protein compounds for biochemical [[assay]]s. Because egg-derived [[avidin]] binds strongly to biotin with a [[dissociation constant]] ''K''<sub>d</sub> ≈ 10<sup>−15</sup>&nbsp;M, biotinylated compounds of interest can be isolated from a sample by exploiting this highly stable interaction. First, the chemically modified biotin reagents are bound to the targeted compounds in a solution via a process called biotinylation. The choice of which chemical modification to use is responsible for the biotin reagent binding to a specific protein. Second, the sample is incubated with avidin bound to beads, then rinsed, removing all unbound proteins, while leaving only the biotinylated protein bound to avidin. Last, the biotinylated protein can be eluted from the beads with excess free biotin. The process can also utilize bacteria-derived [[streptavidin]] bound to beads, but because it has a higher dissociation constant than avidin, very harsh conditions are needed to elute the biotinylated protein from the beads, which often will denature the protein of interest.
ビオチンの化学修飾バージョンは、生化学的[[assay/ja|アッセイ]]のためにタンパク質や非タンパク質化合物を単離するために[[biotechnology/ja|バイオテクノロジー]]産業全体で広く使用されている。卵由来の[[avidin/ja|アビジン]]はビオチンと[[dissociation constant/ja|解離定数]]''K''<sub>d</sub>≈10<sup>-15</sup>&nbsp;Mで強く結合するため、この非常に安定な相互作用を利用することで、目的のビオチン化化合物をサンプルから単離することができる。まず、化学修飾されたビオチン試薬は、ビオチン化と呼ばれるプロセスを経て、溶液中の標的化合物と結合する。どの化学修飾を使用するかの選択により、ビオチン試薬が特定のタンパク質に結合する。次に、サンプルはビーズに結合したアビジンとインキュベートされ、次にすすぎ、結合していないタンパク質をすべて除去し、アビジンに結合したビオチン化タンパク質だけを残す。最後に、過剰の遊離ビオチンでビーズからビオチン化タンパク質を溶出する。このプロセスは、ビーズに結合した細菌由来の[[streptavidin/ja|ストレプトアビジン]]を利用することもできるが、アビジンよりも解離定数が高いため、ビーズからビオチン化タンパク質を溶出するには非常に過酷な条件が必要となり、目的のタンパク質が変性してしまうことが多い。
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==医療検査結果への干渉==
==Interference with medical laboratory results==
{{Anchor|Interference with medical laboratory results}}
When people are ingesting high levels of biotin in [[dietary supplement]]s, a consequence can be clinically significant interference with [[diagnosis|diagnostic]] blood tests that use biotin-streptavidin technology. This methodology is commonly used to measure levels of hormones such as [[thyroid hormones]], and other analytes such as 25-hydroxyvitamin D. Biotin interference can  produce both falsely normal and falsely abnormal results. In the US, biotin as a non-prescription dietary supplement is sold in amounts of 1 to 10&nbsp;mg per serving, with claims for supporting hair and nail health, and as 300&nbsp;mg per day as a possibly effective treatment for multiple sclerosis (see [[Biotin#Research|§ Research]]). Overconsumption of 5&nbsp;mg/day or higher causes elevated concentration in plasma that interferes with biotin-streptavidin immunoassays in an unpredictable manner. Healthcare professionals are advised to instruct patients to stop taking biotin supplements for 48 h or even up to weeks before the test, depending on the specific test, dose, and frequency of biotin uptake. Guidance for laboratory staff is proposed to detect and manage biotin interference.
人々が[[dietary supplement/ja|栄養補助食品]]に含まれる高レベルのビオチンを摂取している場合、その結果として、ビオチン-ストレプトアビジン技術を使用する[[diagnosis/ja||診断]]血液検査に臨床的に重大な干渉が起こる可能性がある。この方法は、[[thyroid hormones/ja|甲状腺ホルモン]]のようなホルモンや25-ヒドロキシビタミンDのような他の分析物のレベルを測定するために一般的に使用されている。米国では、非処方箋の栄養補助食品としてのビオチンは、髪と爪の健康をサポートするという謳い文句で、1食あたり1～10&nbsp;mgの量で販売されており、多発性硬化症の治療に効果がある可能性があるとして1日あたり300&nbsp;mgとして販売されている（[[Biotin/ja#Research|§研究]]を参照）。5&nbsp;mg/日以上の過剰摂取は血漿中濃度の上昇を引き起こし、予測不可能な方法でビオチン-ストレプトアビジン免疫測定法を妨害する。医療専門家は、特定の検査、投与量、ビオチン摂取頻度にもよるが、検査の48時間前から数週間前までビオチンサプリメントの摂取を中止するよう患者に指導することが勧められる。検査室スタッフに対しては、ビオチン干渉を検出し管理するためのガイダンスが提案されている。
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==歴史==
==History==
{{Anchor|History}}
{{Further|Vitamin#History}}
{{Further/ja|Vitamin/ja#History}}
In 1916, W. G. Bateman observed that a diet high in raw egg whites caused toxic symptoms in dogs, cats, rabbits, and humans.By 1927, scientists such as Margarete Boas and [[Helen Parsons]] had performed experiments demonstrating the symptoms associated with "egg-white injury." They had found that rats fed large amounts of egg-white as their only protein source exhibited neurological dysfunction, [[Alopecia|hair loss]], dermatitis, and eventually, death.
1916年、W.G.ベイトマンは、生の卵白を多く含む食事が、犬、猫、ウサギ、そして人間に毒性症状を引き起こすことを観察した。1927年までに、マルガレーテ・ボアスや[[:en:Helen Parsons|ヘレン・パーソンズ]]といった科学者たちが、"卵白障害 "に関連する症状を実証する実験を行った。彼らは、唯一のタンパク質源として卵白を大量に与えたラットが、神経機能障害、[[Alopecia/ja|脱毛]]、皮膚炎、そして最終的には死に至ることを発見した。
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1936年、Fritz KöglとBenno Tönnisは、"{{Lang|de|Darstellung von krystallisiertem biotin aus eigelb|italic=no}}（卵黄から結晶化したビオチンの表現）"というタイトルの学術論文で、酵母成長因子を単離したことを記録した。''ビオチン''という名前は、ギリシャ語の{{Transliteration|grc|bios}}('生きる')と接尾辞"-in"(有機化学で使われる一般的な化学接尾辞)に由来する。他の研究グループは、それぞれ別の名前で同じ化合物を単離した。ハンガリーの科学者[[Wikipedia:Paul Gyorgy|Paul Gyorgy]]は1933年に卵白傷害の原因因子の研究を始め、1939年に彼が「ビタミンH」（Hは{{Lang|de|Haar und Haut}}を表し、ドイツ語で「髪と皮膚」を意味する）と呼ぶものの同定に成功した。ビタミンHは水溶性であり、肝臓に多量に存在することが明らかになった。酵母と''Rhizobium trifolii''を用いた実験の後、ウェストとウィルソンは補酵素Rと呼ばれる化合物を単離した。Gyorgyはビオチンの研究を続け、1941年に卵白損傷が[[avidin/ja|アビジン]]によるビオチンの結合によって引き起こされることを実証する論文を発表した。多くのビタミンとは異なり、推奨される食事摂取量を設定するには十分な情報がないため、食事ガイドラインでは、入手可能な最善の科学に基づいて「適切な摂取量」を特定している。
In 1936, Fritz Kögl and Benno Tönnis documented isolating a yeast growth factor in a journal article titled "{{Lang|de|Darstellung von krystallisiertem biotin aus eigelb|italic=no}}." (Representation of crystallized biotin from egg yolk). The name ''biotin'' derives from the Greek word {{Transliteration|grc|bios}} ('to live') and the suffix "-in" (a general chemical suffix used in organic chemistry). Other research groups, working independently, had isolated the same compound under different names. Hungarian scientist [[Paul Gyorgy]] began investigating the factor responsible for egg-white injury in 1933 and in 1939, was successful identifying what he called "Vitamin H" (the H represents {{Lang|de|Haar und Haut}}, German for 'hair and skin'). Further chemical characterization of vitamin H revealed that it was water-soluble and present in high amounts in the liver. After experiments performed with yeast and ''Rhizobium trifolii'', West and Wilson isolated a compound they called co-enzyme R. By 1940, it was recognized that all three compounds were identical and were collectively given the name: biotin. Gyorgy continued his work on biotin and in 1941 published a paper demonstrating that egg-white injury was caused by the binding of biotin by [[avidin]]. Unlike for many vitamins, there is insufficient information to establish a recommended dietary allowance, so dietary guidelines identify an "adequate intake" based on best available science with the understanding that at some later date this will be replaced by more exact information.
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''大腸菌''を用いた生合成経路は、1968年にRolfeとEisenbergによって提案された。最初の段階は、ピメリル-CoAとアラニンの縮合で7-オキソ-8-アミノペラルゴン酸が形成されると説明された。そこから3段階の過程を経て、最後に硫黄原子を導入してテトラヒドロチオフェン環を形成すると説明した。
Using ''E. coli'', a biosynthesis pathway was proposed by Rolfe and Eisenberg in 1968. The initial step was described as a condensation of pimelyl-CoA and alanine to form 7-oxo-8-aminopelargonic acid. From there, they described three-step process, the last being introducing a sulfur atom to form the tetrahydrothiophene ring.
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==研究==
==Research==
{{Anchor|Research}}
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<div lang="en" dir="ltr" class="mw-content-ltr">
===多発性硬化症===
===Multiple sclerosis===
脱髄性自己免疫疾患である[[multiple sclerosis/ja|多発性硬化症]]の治療に、高用量のビオチン（300&nbsp;mg/日＝[[Dietary Reference Intake/ja|食事摂取基準]]の10,000倍）が[[clinical trial/ja|臨床試験]]で用いられている。その仮説は、ビオチンが神経細胞の[[myelin/ja|ミエリン]]鞘の再髄鞘化を促進し、神経変性を遅らせるか、あるいは逆転させるのではないかというものである。そのメカニズムとしては、ビオチンがミエリン合成の主要な律速酵素であるアセチル-CoAカルボキシラーゼを活性化すること、およびエネルギー産生を促進することで軸索の低酸素状態を軽減することが提唱されている。臨床試験の結果はまちまちで、2019年のレビューでは、多発性硬化症の症状とビオチンとの関連についてさらなる調査を行うべきであると結論づけている。一方、より多くの臨床試験を対象とした2020年の2つのレビューでは、有益性に関する一貫したエビデンスはなく、疾患活動性の増加と再発リスクの上昇に関するいくつかのエビデンスが報告されている。
High-dose biotin (300&nbsp;mg/day = 10,000 times [[Dietary Reference Intake|adequate intake]]) has been used in [[clinical trial]]s for treatment of [[multiple sclerosis]], a demyelinating autoimmune disease. The hypothesis is that biotin may promote remyelination of the [[myelin]] sheath of nerve cells, slowing or even reversing neurodegeneration. The proposed mechanisms are that biotin activates acetyl-coA carboxylase, which is a key rate-limiting enzyme during the synthesis of myelin, and by reducing axonal hypoxia through enhanced energy production. Clinical trial results are mixed; a 2019 review concluded that a further investigation of the association between multiple sclerosis symptoms and biotin should be undertaken, whereas two 2020 reviews of a larger number of clinical trials reported no consistent evidence for benefits, and some evidence for increased disease activity and higher risk of relapse.
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<div lang="en" dir="ltr" class="mw-content-ltr">
===髪、爪、皮膚===
===Hair, nails, skin===
米国では、ビオチンは毛髪と[[fingernail/ja|爪]]の強化のための[[dietary supplement/ja|栄養補助食品]]として宣伝されているが、ヒトにおけるこれらの結果を支持する科学的データは非常に弱い。指の爪に関する文献のレビューでは、プラセボ対照の比較群なしに、2.5&nbsp;mg/日の経口栄養補助食品を数ヶ月間投与した1990年以前の2つの臨床試験から得られた証拠として、もろい爪の改善が報告されている。これより新しい臨床試験の文献はない。脱毛の治療としてのビオチンに関するレビューでは、遺伝的欠陥のあるビオチン欠乏症の乳幼児がサプリメント摂取後に発毛が改善したという症例研究が確認されているが、「健常人におけるビオチン補給の有効性を証明するランダム化比較試験は行われていない」と報告している。
In the United States, biotin is promoted as a [[dietary supplement]] for strengthening hair and [[fingernail]]s, though scientific data supporting these outcomes in humans are very weak. A review of the fingernails literature reported brittle nail improvement as evidence from two pre-1990 clinical trials that had administered an oral dietary supplement of 2.5&nbsp;mg/day for several months, without a placebo control comparison group. There is no more recent clinical trial literature. A review of biotin as treatment for hair loss identified case studies of infants and young children with genetic defect biotin deficiency having improved hair growth after supplementation, but went on to report that "there have been no randomized, controlled trials to prove efficacy of supplementation with biotin in normal, healthy individuals."
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1994年に制定された[[:en:Dietary Supplement Health and Education Act of 1994|栄養補助食品健康教育法]]では、米国食品医薬品局（FDA）は製品ラベルに「構造：機能」（S:F）と表現される健康強調表示を許可しなければならないと定めている。例えば ビオチンは健康な皮膚、髪、爪の維持を助ける。S:Fを主張する場合、ラベルに「この記述は食品医薬品局（FDA）によって評価されていません」という免責事項を記載しなければならない。この製品は、いかなる疾病の診断、治療、治癒、予防を意図したものでもない。"
The [[Dietary Supplement Health and Education Act of 1994]] states that the US Food and Drug Administration must allow on the product label what are described as "Structure:Function" (S:F) health claims that ingredient(s) are essential for health. For example: Biotin helps maintain healthy skin, hair and nails. If a S:F claim is made, the label must include the disclaimer "This statement has not been evaluated by the Food and Drug Administration. This product is not intended to diagnose, treat, cure, or prevent any disease."
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==動物==
==動物==

Latest revision as of 12:55, 5 April 2024

Other languages:
Biotin
ビオチンの骨格式
ビオチン分子のボール＆スティックモデル
Names
Preferred IUPAC name
5-[(3aS,4S,6aR)-2-Oxohexahydro-1H-thieno[3,4-d]imidazol-4-yl]pentanoic acid
Other names
Vitamin B7
Identifiers
3D model (JSmol)
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
DrugBank
KEGG
UNII
Properties
C10H16N2O3S
Molar mass 244.31 g·mol−1
Appearance White crystalline needles
Melting point 232 to 233 °C (450 to 451 °F; 505 to 506 K)
22 mg/100 mL
Pharmacology
A11HA05 (WHO)
Hazards
NFPA 704 (fire diamond)
NFPA 704 four-colored diamondHealth 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g. turpentineFlammability 1: Must be pre-heated before ignition can occur. Flash point over 93 °C (200 °F). E.g. canola oilInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
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ビオチン（ビタミンB7またはビタミンHとも呼ばれる）は、ビタミンB群の1つである。ビオチンは、主に脂肪、炭水化物、アミノ酸の利用に関連し、ヒトと他の生物の両方で、代謝プロセスの広い範囲に関与している。ビオチンという名前は、ドイツ語のBiotinから借用したもので、古代ギリシャ語のβίοτος (bíotos; 'life')と接尾辞"-in"（化学では通常'形成'を示すために使用される接尾辞）に由来する。ビオチンは、針のように見える白い結晶性の固体として現れる。

化学的説明

ビオチンは複素環化合物に分類され、硫黄を含むテトラヒドロチオフェン環とウレイド基が縮合している。前者の環にはC5-カルボン酸側鎖が付加している。N-CO-N-基を含むウレイド環は、カルボキシル化反応において二酸化炭素のキャリアーとして機能する。ビオチンは5つのカルボキシラーゼ酵素の補酵素であり、アミノ酸や脂肪酸の異化、脂肪酸の合成、糖新生に関与する。核クロマチン中のヒストンタンパク質のビオチン化は、クロマチンの安定性と遺伝子発現に関与する。

食事の推奨量

米国医学アカデミーは1998年、多くのビタミンについて食事摂取基準を更新した。その時点では、ほとんどのビタミンに存在する用語である推定平均所要量または推奨食事摂取量を設定するには情報が不十分であった。このような場合、ビオチンの生理学的効果がよりよく理解された後日、AIがより正確な情報によって置き換えられることを理解した上で、学会は適切な摂取量（AI）を設定する。男女ともにビオチンのAIは以下の通りである： 0～6ヵ月児はビオチン5 μg/日、7～12ヵ月児はビオチン6 μg/日、1～3歳児はビオチン8 μg/日、12&nbsp； μg／日、9～13歳は20μg／日、14～18歳は25μg／日、19歳以上は30μg／日である。妊娠中または授乳中の女性のビオチン摂取基準は、それぞれ以下の通りである： 妊娠中の女性（14～50歳）にはビオチン30 μg/日、授乳中の女性（14～50歳）にはビオチン35 μg/日である。オーストラリアとニュージーランドは、米国と同様の基準値を設定している。

また、欧州食品安全機関（EFSA）は、成人については40 μg/日、妊娠中については40 μg/日、授乳中については45 μg/日の値を設定し、AIを特定している。1～17歳の子どもについては、年齢が上がるにつれてAI値は20～35 μg/日と増加する。

安全性

米国医学アカデミーは、ビタミンとミネラルの摂取上限値について、十分なエビデンスがある場合に、その上限値を設定している。しかし、ビオチンについては、ビオチンの大量摂取による悪影響が明らかにされていないため、上限値は設定されていない。EFSAも安全性を検討し、米国と同じ結論に達した。

表示規制

米国の食品および栄養補助食品の表示目的では、1食分の量は1日摂取量のパーセンテージで表される。ビオチンの表示目的では、1日価値の100%は300 μg/日であったが、2016年5月27日付で、適切な摂取量と一致させるために30 μg/日に改定された。更新された表示規制への適合は、年間食品売上高がUS$1,000 万以上の製造業者には2020年1月1日までに、それ以下の製造業者には2021年1月1日までに義務付けられた。新旧の成人一日摂取量の表は基準一日摂取量に掲載されている。

摂取源

摂取源 量
(μg / 100 g)
鶏肝臓 187
牛肝臓 42
卵 21
卵白 5.8
卵黄 27
Salmon/ja, 水煮缶詰 5.9
豚チョップ 4.5
ターキームネ 0.7
Tuna/ja, 白、缶詰 0.7
摂取源 量
(μg / 100 g)
Peanut/ja, ロースト 17.5
Sunflower seeds/ja, ロースト 7.8
Almond/ja, ロースト 4.4
Sweet potato/ja 1.5
Broccoli/ja 0.9
Tomato/ja 0.7
Strawberry/ja 1.5
Avocado/ja 1.0
コーン, 缶詰 0.05
摂取源 量
(μg / 100 g)
チーズ 1.4
Milk/ja 0.1
Oatmeal/ja 0.1
Bread/ja 0.1
French fries/ja 0.3
Wine/ja 0.1
Beer/ja 0.1
Potato/ja, マッシュ 0.1

ビオチンは室温で安定で、調理によって破壊されることはない。欧米人の食事からのビオチン摂取量は35～70μg/日と推定されている。授乳中の乳児は約6μg/日を摂取している。ビオチンは栄養補助食品単体またはマルチビタミンの成分として入手できる。

Global Fortification Data Exchangeによると、ビオチン欠乏症は非常にまれであるため、食品にビオチンを強化することを義務付けている国はない。

生理学

ビオチンは水溶性のビタミンB群である。栄養補助食品として多量に摂取すると吸収され、続いてビオチンとして尿中に排泄される。通常の食事の一部としてビオチンを摂取すると、ビオチンおよびビオチン代謝物が尿中に排泄される。

吸収

食品中のビオチンはタンパク質と結合している。消化酵素はタンパク質をビオチン結合ペプチドに還元する。腸内酵素ビオチニダーゼは、膵臓の分泌物や小腸の3つの部分の刷子縁膜に存在し、ビオチンを遊離させ、小腸から吸収される。ビオチンの栄養補助食品として摂取する場合、吸収は非飽和性であり、非常に多量であっても効果的に吸収されることを意味する。空腸を横切る輸送は回腸を横切るよりも速い。

大腸微生物は、食事から摂取される量と同程度と推定される量のビオチンを合成し、このビオチンのかなりの部分は遊離（タンパク質と結合していない）形で存在するため、吸収に利用可能である。ヒトでどの程度吸収されるかは不明であるが、ある総説は試験管内のヒト結腸上皮細胞がビオチンを取り込む能力を示したと報告している。

吸収されると、ナトリウム依存性マルチビタミントランスポーター（SMVT）がビオチンの肝臓への取り込みを仲介する。SMVTはパントテン酸とも結合するため、これらのビタミンのいずれかを多く摂取すると、もう一方のビタミンの輸送を妨げる可能性がある。

代謝と排泄

ビオチンの異化は2つの経路で起こる。1つはバレリン酸側鎖が切断され、ビスノルボルビオチンとなる。もう1つの経路では、硫黄が酸化され、ビオチンスルホキシドが生じる。尿中には、ビオチンが約半分、ビスノルボルビオチン、ビオチンスルホキシド、その他の代謝産物が少量含まれている。

ビオチン必要量に影響する因子=

慢性的なアルコール使用は、血漿ビオチンの有意な減少と関連している。腸内ビオチン取り込みはまた、抗てんかん薬物カルバマゼピンとプリミドンの効果に敏感であるようである。また、胃部分切除術を受けた患者や他の原因で無胃酸症になった患者、火傷患者、高齢者、運動選手の尿や血漿中のビオチン濃度が比較的低いことも報告されている。妊娠および授乳期は、ビオチンの需要増加と関連している可能性がある。妊娠中では、ビオチンの異化が促進される可能性があるためと考えられるが、授乳中では、需要が高くなることはまだ解明されていない。最近の研究では、3-ヒドロキシイソ吉草酸の尿中排泄量の増加、ビオチンおよびビスノルボルビオチンの尿中排泄量の減少、およびビオチンの血漿濃度の減少によって証明されるように、ヒトの妊娠において限界的なビオチン欠乏が存在し得ることが示されている。

生合成

ビオチンは植物体内で合成され、植物の成長と発育に不可欠である。細菌もビオチンを合成しており、大腸に常在する細菌がビオチンを合成し、宿主生物に吸収・利用されると考えられている。

生合成は2つの前駆体、アラニンとピメロイル-CoAから始まる。これらは7-ケト-8-アミノペラルゴン酸（KAPA）を形成する。KAPAは植物のペルオキシソームからミトコンドリアに運ばれ、そこで酵素BioAの助けを借りて7,8-ジアミノペラルゴン酸（DAPA）に変換される。デチオビオチン合成酵素は、ATPで活性化されたDAPAのカルバメートを介してウレイド環の形成を触媒し、酵素BioDの助けを借りてデチオビオチンを生成する。最後の段階は、ラジカルSAM酵素であるビオチン合成酵素によって触媒される。 硫黄は珍しい[2Fe-2S]フェレドキシンによって供与される。細菌の種類にもよるが、ビオチンは複数の経路で合成される。

補因子生化学=

酵素ホロカルボキシラーゼ合成酵素は5つのヒトカルボキシラーゼにビオチンを共有結合させる。酵素にビオチンを共有結合させる：

最初の2つについては、ビオチンは炭酸水素塩をアセチル-CoAに移動させ、脂肪酸合成のためのマロニル-CoAに変換する役割を担う補因子として機能する。PCは糖新生に関与する。MCCはロイシン代謝の一段階を触媒する。PCCはプロピオニル-CoAの代謝の一段階を触媒する。ビオチン化カルボキシラーゼの代謝分解はビオシチンの形成をもたらす。この化合物はビオチニダーゼによってさらに分解されてビオチンを放出し、ホロカルボキシラーゼ合成酵素によって再利用される。

核内クロマチンにおけるヒストンタンパク質のビオチン化は、クロマチンの安定性と遺伝子発現に関与する翻訳後修飾である。

欠乏症

詳細は「Biotin deficiency/ja」を参照

ビオチンは非常に多くの食品に含まれているため、一次的なビオチン欠乏症はまれである。不顕性欠乏症は、髪が薄くなる、爪がもろくなる、皮膚に発疹ができる（典型的には顔にできる）といった軽い症状を引き起こすことがある。

食事からの摂取が不十分な場合（まれ）は別として、ビオチン代謝に影響を及ぼす遺伝的疾患によってビオチンの欠乏が引き起こされることがある。これらの中で最も一般的なのはビオチニダーゼ欠損症である。この酵素の活性が低いために、ビオシチンからビオチンをリサイクルすることができない。まれにカルボキシラーゼ欠損症やビオチントランスポーター欠損症がある。ビオチニダーゼ欠乏症の新生児スクリーニングは1984年に米国で開始され、現在では多くの国で出生時にこの遺伝子疾患の検査が行われている。ビオチニダーゼ欠乏症の治療は、ビオチンの生涯にわたる食事療法である。ビオチニダーゼ欠損症が治療されない場合、致死的となる。

診断

血清および尿中ビオチンの低下は、ビオチン摂取不足の感度の高い指標ではない。しかし、血清検査は、ビオチンを含む栄養補助食品の摂取の確認や、サプリメントの使用を控える期間が薬物検査の妨げになる可能性を排除するのに十分な期間であるかどうかを確認するのに有用である。間接的な測定は、カルボキシラーゼのビオチン要求量に依存する。3-メチルクロトニル-CoAはアミノ酸ロイシンの異化の中間段階である。ビオチンがない場合、経路は3-ヒドロキシイソ吉草酸に分岐する。この化合物の尿中排泄は、ビオチン欠乏の早期かつ鋭敏な指標である。

代謝異常の結果としての欠乏症

ビオチニダーゼ欠損症は、ビオチンを再利用する酵素の欠損症であり、遺伝的変異の結果である。ビオチニダーゼは、ビオシチンとビオチニルペプチド（各ホロカルボキシラーゼのタンパク質分解産物）からのビオチンの切断を触媒し、それによってビオチンを再利用する。また、食事中のタンパク質結合ビオチンからビオチンを遊離させる点でも重要である。ビオチニダーゼ欠乏症の新生児スクリーニングは1984年に米国で開始され、2017年現在、30カ国以上で必要と報告されている。

重度のビオチニダーゼ欠損症は、血清酵素活性が正常値の10％未満と定義され、7.1nmol/min/mLと報告されている。発症率は40,000人から60,000人に1人であるが、近親婚（2番目のいとこまたはそれに近い親族）の多い国では10,000人に1人という高率である。部分的ビオチニダーゼ欠乏症は、血清活性が正常の10％から30％と定義されている。発生率のデータは、政府が義務付けている新生児スクリーニングから得られている。重度の欠乏症の場合、治療は1日5～20mgの経口投与である。発作は数時間から数日で消失し、その他の症状は数週間で消失すると報告されている。部分的ビオチニダーゼ欠乏症の治療も推奨されるが、未治療の場合、症状が現れない人もいる。重度のビオチニダーゼ欠乏症も部分的なビオチニダーゼ欠乏症も、ビオチンの補給による生涯にわたる治療が推奨される。

ビオチン依存性カルボキシラーゼの活性欠損を特徴とする遺伝性代謝異常症は多発性カルボキシラーゼ欠損症と呼ばれる。これらには酵素ホロカルボキシラーゼ合成酵素の欠損が含まれる。ホロカルボキシラーゼ合成酵素欠損症は、体内の細胞がビオチンを効果的に使用することを妨げるため、多重カルボキシラーゼ反応を阻害する。また、ナトリウム依存性マルチビタミントランスポータータンパク質に影響を及ぼす遺伝子欠損もありうる。

これらの代謝異常の生化学的および臨床症状には、ケト乳酸アシドーシス、有機酸尿、高アンモニア血症、発疹、筋緊張低下、痙攣、発達遅延、脱毛症、昏睡が含まれる。

バイオテクノロジーにおける利用

ビオチンの化学修飾バージョンは、生化学的アッセイのためにタンパク質や非タンパク質化合物を単離するためにバイオテクノロジー産業全体で広く使用されている。卵由来のアビジンはビオチンと解離定数Kd≈10-15 Mで強く結合するため、この非常に安定な相互作用を利用することで、目的のビオチン化化合物をサンプルから単離することができる。まず、化学修飾されたビオチン試薬は、ビオチン化と呼ばれるプロセスを経て、溶液中の標的化合物と結合する。どの化学修飾を使用するかの選択により、ビオチン試薬が特定のタンパク質に結合する。次に、サンプルはビーズに結合したアビジンとインキュベートされ、次にすすぎ、結合していないタンパク質をすべて除去し、アビジンに結合したビオチン化タンパク質だけを残す。最後に、過剰の遊離ビオチンでビーズからビオチン化タンパク質を溶出する。このプロセスは、ビーズに結合した細菌由来のストレプトアビジンを利用することもできるが、アビジンよりも解離定数が高いため、ビーズからビオチン化タンパク質を溶出するには非常に過酷な条件が必要となり、目的のタンパク質が変性してしまうことが多い。

医療検査結果への干渉

人々が栄養補助食品に含まれる高レベルのビオチンを摂取している場合、その結果として、ビオチン-ストレプトアビジン技術を使用する|診断血液検査に臨床的に重大な干渉が起こる可能性がある。この方法は、甲状腺ホルモンのようなホルモンや25-ヒドロキシビタミンDのような他の分析物のレベルを測定するために一般的に使用されている。米国では、非処方箋の栄養補助食品としてのビオチンは、髪と爪の健康をサポートするという謳い文句で、1食あたり1～10 mgの量で販売されており、多発性硬化症の治療に効果がある可能性があるとして1日あたり300 mgとして販売されている（§研究を参照）。5 mg/日以上の過剰摂取は血漿中濃度の上昇を引き起こし、予測不可能な方法でビオチン-ストレプトアビジン免疫測定法を妨害する。医療専門家は、特定の検査、投与量、ビオチン摂取頻度にもよるが、検査の48時間前から数週間前までビオチンサプリメントの摂取を中止するよう患者に指導することが勧められる。検査室スタッフに対しては、ビオチン干渉を検出し管理するためのガイダンスが提案されている。

歴史

詳細は「ビタミン」を参照

1916年、W.G.ベイトマンは、生の卵白を多く含む食事が、犬、猫、ウサギ、そして人間に毒性症状を引き起こすことを観察した。1927年までに、マルガレーテ・ボアスやヘレン・パーソンズといった科学者たちが、"卵白障害 "に関連する症状を実証する実験を行った。彼らは、唯一のタンパク質源として卵白を大量に与えたラットが、神経機能障害、脱毛、皮膚炎、そして最終的には死に至ることを発見した。

1936年、Fritz KöglとBenno Tönnisは、"Darstellung von krystallisiertem biotin aus eigelb（卵黄から結晶化したビオチンの表現）"というタイトルの学術論文で、酵母成長因子を単離したことを記録した。ビオチンという名前は、ギリシャ語のbios('生きる')と接尾辞"-in"(有機化学で使われる一般的な化学接尾辞)に由来する。他の研究グループは、それぞれ別の名前で同じ化合物を単離した。ハンガリーの科学者Paul Gyorgyは1933年に卵白傷害の原因因子の研究を始め、1939年に彼が「ビタミンH」（HはHaar und Hautを表し、ドイツ語で「髪と皮膚」を意味する）と呼ぶものの同定に成功した。ビタミンHは水溶性であり、肝臓に多量に存在することが明らかになった。酵母とRhizobium trifoliiを用いた実験の後、ウェストとウィルソンは補酵素Rと呼ばれる化合物を単離した。Gyorgyはビオチンの研究を続け、1941年に卵白損傷がアビジンによるビオチンの結合によって引き起こされることを実証する論文を発表した。多くのビタミンとは異なり、推奨される食事摂取量を設定するには十分な情報がないため、食事ガイドラインでは、入手可能な最善の科学に基づいて「適切な摂取量」を特定している。

大腸菌を用いた生合成経路は、1968年にRolfeとEisenbergによって提案された。最初の段階は、ピメリル-CoAとアラニンの縮合で7-オキソ-8-アミノペラルゴン酸が形成されると説明された。そこから3段階の過程を経て、最後に硫黄原子を導入してテトラヒドロチオフェン環を形成すると説明した。

研究

多発性硬化症

脱髄性自己免疫疾患である多発性硬化症の治療に、高用量のビオチン（300 mg/日＝食事摂取基準の10,000倍）が臨床試験で用いられている。その仮説は、ビオチンが神経細胞のミエリン鞘の再髄鞘化を促進し、神経変性を遅らせるか、あるいは逆転させるのではないかというものである。そのメカニズムとしては、ビオチンがミエリン合成の主要な律速酵素であるアセチル-CoAカルボキシラーゼを活性化すること、およびエネルギー産生を促進することで軸索の低酸素状態を軽減することが提唱されている。臨床試験の結果はまちまちで、2019年のレビューでは、多発性硬化症の症状とビオチンとの関連についてさらなる調査を行うべきであると結論づけている。一方、より多くの臨床試験を対象とした2020年の2つのレビューでは、有益性に関する一貫したエビデンスはなく、疾患活動性の増加と再発リスクの上昇に関するいくつかのエビデンスが報告されている。

髪、爪、皮膚

米国では、ビオチンは毛髪と爪の強化のための栄養補助食品として宣伝されているが、ヒトにおけるこれらの結果を支持する科学的データは非常に弱い。指の爪に関する文献のレビューでは、プラセボ対照の比較群なしに、2.5 mg/日の経口栄養補助食品を数ヶ月間投与した1990年以前の2つの臨床試験から得られた証拠として、もろい爪の改善が報告されている。これより新しい臨床試験の文献はない。脱毛の治療としてのビオチンに関するレビューでは、遺伝的欠陥のあるビオチン欠乏症の乳幼児がサプリメント摂取後に発毛が改善したという症例研究が確認されているが、「健常人におけるビオチン補給の有効性を証明するランダム化比較試験は行われていない」と報告している。

1994年に制定された栄養補助食品健康教育法では、米国食品医薬品局（FDA）は製品ラベルに「構造：機能」（S:F）と表現される健康強調表示を許可しなければならないと定めている。例えば ビオチンは健康な皮膚、髪、爪の維持を助ける。S:Fを主張する場合、ラベルに「この記述は食品医薬品局（FDA）によって評価されていません」という免責事項を記載しなければならない。この製品は、いかなる疾病の診断、治療、治癒、予防を意図したものでもない。"

動物

牛の場合、ビオチンは蹄の健康に必要である。蹄の問題による跛行は一般的で、牛群の有病率は 10 ～ 35% と推定されている。跛行の結果、食餌消費量の減少、乳量の減少、獣医学的治療費の増加などが起こる。ビオチンを1日20 mg/日の割合で飼料に添加すると、4～6ヶ月後に跛行のリスクが減少する。対照試験のレビューでは、20 mg/日の補給で乳量が4.8％増加したと報告している。考察では、これは蹄の健康が改善された間接的な結果か、乳量への直接的な影響ではないかと推測されている。

馬にとって、慢性的な蹄葉炎、ひび割れた蹄、靴を履くことができない乾燥した脆い蹄といった状態は、一般的な問題である。ビオチンは人気のある栄養補助食品である。馬には1日15～25mg必要であると推奨されている。研究報告によると、ビオチンは既存の蹄の状態を改善するのではなく、新しい蹄角の成長を改善するため、蹄壁が完全に入れ替わるには数ヶ月の補給が必要である。

こちらも参照

外部リンク

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