プロリンとは…成分効果と毒性を解説

保湿成分
プロリン
[化粧品成分表示名称]
・プロリン

[医薬部外品表示名称]
・L-プロリン

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イミノ酸であり、体内で合成される非必須アミノ酸です(文献9:2016;文献3:1974)

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4:2013)

プロリンは以下のように、

プロリン → ピロリドンカルボン酸(PCA) → グルタミン酸 → α-ケトグルタル酸(中間体)

プロリンオキシダーゼという分解酵素によってピロリドンカルボン酸(PCA)になり、さらに非酵素反応を通じてグルタミン酸になり、アミノ酸とα-ケト酸の間の反応を触媒するトランスアミナーゼという酵素によってα-ケトグルタル酸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4:2013)

またプロリンは、生体内に存在する細胞外マトリックス構成成分であるコラーゲンに含まれるアミノ酸のひとつであり、ヒト皮膚においては以下の画像のように、

皮膚における真皮の潤い成分

真皮層において、細胞外マトリックスの構成成分として皮膚の強度や柔軟性に重要な役割を果たしており、その構造は、以下の図のように、

コラーゲンの構造

3種のペプチドからなる三重らせんで構成されています。

それぞれのペプチド鎖は、以下のように3種類のアミノ酸で構成されており(文献10:2010)

グリシン – アミノ酸X – アミノ酸Y

このようにグリシンが必ず存在するため、配列としては、

グリシン-アミノ酸X-アミノ酸Y-グリシン-アミノ酸X-アミノ酸Y-グリシン-アミノ酸X-アミノ酸Y

となり、人体においてはアミノ酸Xにプロリンが、アミノ酸Yにはヒドロキシプロリンが選択的に現れ(文献10:2010)、強固で弾力性に富むコラーゲン繊維を形成しています。

こういった背景からプロリンは高い保水性を有していますが、特徴的なのは、以下の表のように、

保湿成分 結合水量(g)
乳酸Na 2.5
プロリン 2.4
PCA-Na 2.1
グリセリン 1.9
ソルビトール 1.5

NMF成分を含む保湿剤の中でも多量の結合水(∗1)を保持する特性があり、温度や湿度の影響にほとんど関係なく水分を保持できることです(文献11:1993)

∗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12:1991)。

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2:2016;文献7:1995)

角質層水分量増加および水分保持による保湿作用

角質層水分量増加および水分保持による保湿作用に関しては、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5:1983)

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プロリ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、とくにプロリンの添加で著しい増加が認められた。

またイソロイシン、ロイシンの添加でも各々0.41,0.37g/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、プロリンの添加によって脂質ラメラの結合水量は著しく増加し、閉塞性はわずかながら低下する傾向がみられた。

一方でイソロイシンおよびロイシンを添加した場合には、結合水量の増加とともに閉塞性の向上が認められた。

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7:1995)、プロリンに角質層水分量増加および水分保持による保湿作用が認められています。

またプロリンと、イソロイシンまたは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7:1995)

さらに、プロリンと、グリセリン、乳酸NaまたはPCA-Naのいずれかを併用することで角質層におけるプロリン蓄積量が増大することが明らかになっています(文献8:1996)

プロリンとPCA-Naの相乗効果については1982年に味の素によって報告された技術情報でも明らかにされています(文献13:1982)

実際の配合製品数および配合量に関しては、海外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。

プロリンの配合製品数と配合量の調査結果(2012年)

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プロリンの安全性(刺激性・アレルギー)について

プロリ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

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ(文献1:2013)によると、

  • [ヒト試験] 112人の被検者に0.1%グリシンを含むアイクリームを閉塞パッチで繰り返し適用(HRIPT)したところ、皮膚刺激および皮膚感作性はなかった

と記載されています。

試験結果はひとつのみですが、生体内に存在するアミノ酸であり、皮膚刺激性および皮膚感作性はほとんどないため、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

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ(文献1:2013)によると、

  • [ヒト試験] 29人の被検者に0.1%プロリンを含むアイクリームを眼領域に4週間適用したところ、眼刺激性はなかった

と記載されています。

試験結果はひとつですが、ヒト試験で眼刺激性がないと結論付けられているため、眼刺激性はほとんどないと考えられます。

∗∗∗

プロリンは保湿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

∗∗∗

文献一覧:

  1. Cosmetic Ingredient Review(2013)「Safety Assessment of α-Amino Acids as Used in Cosmetics」International Journal of Toxicology(32)(6),41S-64S .
  2. 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,398.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Imokawa G, et al(1991)「Stratum corneum lipids serve as a bound-water modulator.」Journal of Investigate Dermatology(96)(6),845-851.
  7. 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.
  8. 川崎 由明, 他(1996)「In vitroによるアミノ酸のヒト皮膚での経皮吸収挙動の解析」日本化粧品技術者会誌(30)(1),55-61.
  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.
  10. 奥山 健二, 他(2010)「コラーゲンの分子構造・高次構造」高分子論文集(67)(4),229-247.
  11. 井形 幸代, 他(1993)「湿潤剤の差別化 吸湿性試験を用いた方法」日本化粧品技術者会誌(27)(3),450-458.
  12. Imokawa G, et al(1991)「Stratum corneum lipids serve as a bound-water modulator.」Journal of Investigate Dermatology(96)(6),845-851.
  13. 坂本 一民(1982)「プロデュウの特性と応用について」Fragrance Journal(10)(5),46-51.

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