イソロイシンとは…成分効果と毒性を解説

保湿成分 バリア改善成分 美白成分
イソロイシン
[化粧品成分表示名称]
・イソロイシン

[医薬部外品表示名称]
・L-イソロイシン

生体内に存在するアミノ酸の一種であり、詳しくは以下のタンパク質を構成するアミノ酸の分類と物性表をみてもらうとわかりやすいと思いますが、

分類 分類 アミノ酸名 分子量 体内合成
中性アミノ酸 脂肪族アミノ酸 グリシン 75.07 可(非必須)
アラニン 89.09 可(非必須)
バリン 117.15 不可(必須)
ロイシン 131.17 不可(必須)
イソロイシン 131.17 不可(必須)
オキシアミノ酸 セリン 105.09 可(非必須)
トレオニン 119.12 不可(必須)
含硫アミノ酸 システイン 121.16 可(非必須)
シスチン 240.30 可(非必須)
メチオニン 149.21 不可(必須)
芳香族アミノ酸 フェニルアラニン 165.19 不可(必須)
チロシン 181.19 可(非必須)
トリプトファン 204.23 不可(必須)
イミノ酸 プロリン 115.13 可(非必須)
酢酸アミノ酸アミド アスパラギン 133.10 可(非必須)
グルタミン 146.14 可(非必須)
酸性アミノ酸 アスパラギン酸 133.10 可(非必須)
グルタミン酸 147.13 可(非必須)
塩基性アミノ酸 アルギニン 174.20 可(非必須)
ヒスチジン 155.15 可(非必須)
リシン 146.19 不可(必須)

中性アミノ酸の一種である脂肪族アミノ酸であり、体内で合成されない必須アミノ酸です(文献9:2016;文献2:1974)

また表皮角質層における天然保湿因子(NMF)の主成分であるアミノ酸の構成成分でもあり、ほとんどのタンパク質においてロイシンとともに存在しています。

生体内では、エネルギーを産生するためのクエン酸回路という代謝回路が存在しており、クエン酸回路が一周することによってATPなどのエネルギーを産生しますが、個々のアミノ酸は代謝分解によって、クエン酸回路における中間体として組み込まれ、この中間体が変化をともなって一周することでATPなどのエネルギーを産生します(文献3:2013)

イソロイシンは以下のように、

イソロイシン → スクシニルCoA(中間体)

いくつかの酵素分解を通じてスクシニルCoA(補酵素A)という中間体になり、クエン酸回路に組み込まれます(文献3:2013)

また、イソロイシンは筋肉をつくる上でバリン、ロイシンとともにBCAA(Branched Chain Amino Acids:分岐鎖アミノ酸)と呼ばれ重要視されていますが、これはヒトの筋タンパク質中の必須アミノ酸のBCAAの割合が約35%を占め、運動中の筋損傷によりBCAAの分解が促進されることが明らかになっており、BCAAサプリメントの投与により筋タンパクの分解が抑制される効果が報告されていることに由来しています(文献7:2007)

化粧品に配合される場合は、

これらの目的で、スキンケア化粧品、メイクアップ化粧品、ヘアケア製品、洗浄製品、洗顔料&洗顔石鹸、シート&マスク製品など様々な製品に使用されます(文献1:2016;文献6:1995;文献8:2008)

角質層水分量増加による保湿・バリア改善作用

角質層水分量増加による保湿・バリア改善作用に関しては、まず前提知識として天然保湿因子について解説します。

天然保湿因子は、以下の画像のように、

角質層の構造

角質層の角質に存在する水溶性の保湿成分であり、その構成成分は、以下の表のように、

成分 含量(%)
アミノ酸類 40.0
ピロリドンカルボン酸 12.0
乳酸Na 12.0
尿素 7.0
アンモニア、尿酸、グルコサミン、クレアチン 1.5
ナトリウム 5.0
カリウム 4.0
カルシウム 1.5
マグネシウム 1.5
リン酸Na 0.5
塩化物 6.0
クエン酸Na 0.5
糖、有機酸、ペプチド、未確認物質 8.5

アミノ酸が40%を占めており、ピロリドンカルボン酸や尿素などアミノ酸の代謝物を含めると60%にも及びます。

またアミノ酸の組成は、以下の表のように、

アミノ酸の種類 含量(%)
アスパラギン + アスパラギン酸 1.09
トレオニン 0.64
セリン 20.13
グルタミン + グルタミン酸 3.88
プロリン 6.09
グリシン 13.27
アラニン 9.87
バリン 3.61
メチオニン 0.41
イソロイシン 0.83
ロイシン 1.74
フェニルアラニン 0.78
チロシン 0.98
リシン 1.70
ヒスチジン 1.73
アルギニン 9.18

16種類のアミノ酸が含まれていることが明らかになっています(文献4:1983)

これらの成分が角質層の水分を保持しており、こういった背景から天然保湿因子であるイソロイシンは角層と親和性が高く、角質層の水分増加が認められています。

1995年にノエビアによって公開された技術情報によると、

細胞膜と同様の構造をした脂質二分子膜に、種々のアミノ酸を10%添加した場合の結合水(∗1)量を測定したところ、以下のグラフのように、

∗1 結合水とは、たんぱく質分子や親液コロイド粒子などの成分物質と強く結合している水分であり、純粋な水であれば0℃で凍るところ、角層中の水のうち33%は-40℃まで冷却しても凍らないのは、角層内に存在する水のうち約⅓が結合水であることに由来しています(文献6:1991)。

アミノ酸添加による脂質二分子膜の水分保持作用

脂質二分子膜単独での結合量は0.3g/g lipidであったが、アミノ酸を添加した場合ではアミノ酸の種類によって結合水量は変化し、イソロイシンを添加した場合には有意な水分量の増加が認められた。

またプロリン、ロイシンの添加でも各々0.49,0.37g/g lipidと結合水量の増加が認められた。

さらに、上記試験における種々のアミノ酸を添加した場合の脂質二分子膜の閉塞性(水分透過抑制)を添加から24時間後に測定したところ、以下のグラフのように、

アミノ酸添加による脂質二分子膜の水分蒸散量変化

親水性の高いアミノ酸を添加した場合には水分透過量に大きな変化は認められなかったが、水に対する溶解性の低いメチオニン、イソロイシンの添加で水分透過を抑制する傾向が示され、添加したアミノ酸の水に対する親和性と閉塞性の間に相関関係が認められた。

これらの結果から脂質二分子膜のバリア機能および水分保持能はアミノ酸の添加に大きく影響を受けることが示された。

ここまでの結果を要約すると、イソロイシンまたはロイシンの添加によって脂質ラメラの結合水量は有意に増加し、閉塞性も有意に高くなることが確認された。

一方でプロリンを添加した場合には、脂質ラメラの結合水量は著しく増加したが閉塞性はわずかながら低下する傾向がみられた。

そこで単独の添加で結合水量が最大を示した15%プロリンと、10%イソロイシンまたは10%ロイシンを組み合わせて添加下場合の結合水量と水分透過量を測定したところ、以下のグラフのように、

アミノ酸添加による脂質二分子膜の水分保持作用

アミノ酸添加による脂質二分子膜の水分蒸散量変化

プロリンとイソロイシンあるいはプロリンとロイシンを混合添加することにより、高い水分透過抑制と著しい結合水量の増加が認められた。

これらの結果から混合添加による相乗効果が示唆された。

さらに、これらの水分量経時変化を測定したところ、脂質二分子膜単独では塗布後3時間まで水分量は急激に減少したが、プロリンを添加すると水分減少量は40%程度抑制された。

またイソロイシンなどその他のアミノ酸の添加では水分保持能の大きな向上は認められず、これに対してプロリンとイソロイシンおよびプロリンとロイシンの混合添加では、急激な水分減少は認められず、その後も長時間にわたって高レベルで水分量が維持された。

このような検証結果が明らかにされており(文献6:1995)、イソロイシンに角質層水分量増加およびバリア機能向上による保湿・バリア改善作用が認められています。

またプロリンと、イソロイシンを併用することで角層水分量の向上および水分保持能に相乗効果が認められています(文献6:1995)

メラニン生成抑制による色素沈着抑制作用

メラニン生成抑制による色素沈着抑制作用に関しては、まず前提知識としてメラニン生合成のメカニズムについて解説します。

以下のメラニン生合成のメカニズム図をみてもらうとわかりやすいと思うのですが、

紫外線におけるメラニン生合成までのプロセス

紫外線を浴びるとまず最初に活性酸素が発生し、様々な情報伝達物質(メラノサイト活性化因子)をメラノサイトで発現するレセプター(受容体)に届けることで、メラノサイト内でメラニンの生合成がはじまり、ユーメラニン(黒化メラニン)へと合成されます。

メラノサイト内でのメラニン生合成は、まずアミノ酸であるチロシンに活性酵素であるチロシナーゼが結合することでドーパ、ドーパキノン、ドーパクロムへと変化し、最終的に黒化メラニンが合成されます。

2008年にエスエス製薬によって公開された技術情報によると、

B16メラノーマ細胞の組織培養系を用いてL-アラニン、グリシン、L-イソロイシンおよびL-ロイシンのメラニン生成抑制作用を検討した。

陽性対照としてメラニン生成抑制作用が知られているコウジ酸(2.5mM)を用いて、各試料(4mM)を単体および複数添加した際の相対メラニン生成抑制率を測定して比較したところ、以下の表のように、

  ロイシン イソロイシン アラニン グリシン コウジ酸 メラニン抑制率(%)
組成1 4 8
組成2 4 9
組成3 4 8
組成4 4 9
組成5 4 4 12
組成6 4 4 13
組成7 4 4 10
組成8 4 4 12
組成9 4 4 15
組成10 4 4 16
組成11 4 4 4 13
組成12 4 4 4 13
組成13 4 4 4 16
組成14 4 4 4 12
組成15 4 4 4 4 17
組成16 2.5 17

イソロイシンはメラニンの生成を抑制する作用が認められることがわかった。

さらにイソロイシンはロイシン、グリシン、アラニンを添加することでメラニンの生成抑制作用を強めることができることがわかった。

とくにロイシン、イソロイシン、アラニンおよびグリシンの4種を組み合わせるとコウジ酸と同程度のメラニン生成抑制作用を示すことがわかった。

なお配合量は0.01%以上が好ましい。

このような検証結果が明らかにされており(文献8:2008)、イソロイシンにメラニン生成抑制による色素沈着抑制作用が認められています。

またイソロイシンおよび/またはロイシンに、同じくアミノ酸であるグリシンおよび/またはアラニンを併用することでメラニン生成抑制率の向上も認められています(文献8:2008)

実際の配合製品数および配合量に関しては、海外の2012年の調査結果になりますが、以下のように報告されています。

ちなみに表の中の製品タイプのリーブオン製品というのは付けっ放し製品という意味で、主にスキンケア化粧品やメイクアップ化粧品などを指し、リンスオフ製品というのは洗浄系製品を指します。

イソロイシンの配合製品数と配合量の調査結果(2012年)

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イソロイシンの安全性(刺激性・アレルギー)について

イソロイシンの現時点での安全性は、

  • 医療上汎用性があり有効性および安全性の基準を満たした成分が収載される日本薬局方に収載
  • 外原規2006規格の基準を満たした成分が収載される医薬部外品原料規格2006に収載
  • 生体内に存在するアミノ酸の一種
  • 10年以上の使用実績
  • 皮膚刺激性:ほとんどなし
  • 眼刺激性:ほとんどなし
  • 皮膚感作性(アレルギー性):ほとんどなし

これらの結果から、化粧品配合量および通常使用下において、一般的に安全性に問題のない成分であると考えられます。

以下は、この結論にいたった根拠です。

皮膚刺激性および皮膚感作性(アレルギー性)について

安全性データはみあたりませんが、ヒト皮膚を含む生体内に存在するアミノ酸であり、日本薬局方および医薬部外品原料規格2006に収載されており、また10年以上の使用実績があるため、一般的に皮膚刺激および皮膚感作(アレルギー)はほとんどないと考えられます。

眼刺激性について

安全性データはみあたらず、ヒト皮膚を含む生体内に存在するアミノ酸ですが、アミノ酸によっては最小限の眼刺激性が起こる可能性があるものもあるため、一般的に非刺激性またはわずかな眼刺激性が起こる可能性があると考えられます。

∗∗∗

イソロイシンは保湿成分、バリア改善成分、美白成分にカテゴライズされています。

成分一覧は以下からお読みください。

参考:保湿成分 バリア改善成分 美白成分

∗∗∗

文献一覧:

  1. 日光ケミカルズ(2016)「アミノ酸およびペプチド」パーソナルケアハンドブック,394-395.
  2. 太田 博之(1974)「アミノ酸工業の展望」有機合成化学協会誌(32)(6),480-486.
  3. 清水 孝雄(2013)「クエン酸回路:アセチル-CoAの異化代謝」イラストレイテッド ハーパー・生化学 原書29版,186-193.
  4. Horii I, et al(1983)「Histidine-rich protein as a possible origin of free amino acids of stratum corneum.」Journal of Dermatology(10)(1),25-33.
  5. Imokawa G, et al(1991)「Stratum corneum lipids serve as a bound-water modulator.」Journal of Investigate Dermatology(96)(6),845-851.
  6. 野口 千笑, 他(1995)「脂質二分子膜の水分保持作用に対するアミノ酸の影響」日本化粧品技術者会誌(29)(1),49-54.
  7. 下村 吉治(2007)「運動による分岐鎖アミノ酸(BCAA)代謝の促進と BCAA 投与効果」体力科学(56)(1),52.
  8. エスエス製薬株式会社(2008)「美白組成物」特開2008-088113.
  9. 日光ケミカルズ(2016)「アミノ酸およびペプチド」パーソナルケアハンドブック,403.

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