ステロイド
英語名：steroid 独：steroide 仏：stéroïdes
ステロイドとは、分子中にステロイド核と称する骨格構造をもつ一連の有機化合物の総称である。ほとんどの動植物で生合成され、コレステロール、胆汁酸、ビタミンＤ、ステロイドホルモン等がその代表例である。
ステロイドの構造
ステロイド核とは、シクロペンタノペルヒドロフェナントレン核のことを指し、3つのイス型六員環と1つの五員環がつながった構造をしている[1]。右図のように構造式を書いた場合、それぞれの環を左下から順にA環、B環、C環、D環と呼ぶ。一部あるいはすべての炭素が水素化され、通常はC-10とC-13にメチル基を、また多くの場合C-17にアルキル基を有する。生体物質としてのステロイドはC-3位がヒドロキシル化もしくはカルボニル化されたステロール類である。
生体内ステロイド
コレステロール
コレステロールの分子式はC27H46Oで表わされ、ステロイド核の3位の炭素にOH基がついたステロールを基礎骨格とし、17位の炭素はアルキル化されている。その名称は、胆石からコレステロール固体を同定した際、ギリシャ語の胆汁を表すChole-、固体を表すstereos (個体)に加え、アルコールの化学命名接尾辞である-olを付けたことに由来する。コレステールは、細胞膜、胆汁酸、ステロイドホルモン、ビタミンＤ前駆体等の原料となり、一部は食事から摂取されるが主に肝臓と小腸で合成される。細胞膜上のコレステロールに富む領域は、膜マイクロドメイン(膜ミクロドメイン、脂質ラフト)と呼ばれ、膜タンパク質の集積やシグナル伝達の場として注目されている。
胆汁酸
胆汁酸(bile acid）は、胆汁に含まれるステロイド誘導体の総称である。ヒトの代表的な胆汁酸はコール酸やデオキシコール酸である。胆汁酸は、肝臓にてシトクロムP450の作用によるコレステロールの酸化により作られる。胆汁酸はグリシンやタウリンと結合して抱合体となり胆嚢に蓄積され、ビリルビンと共に胆汁として十二指腸に排出され、脂質の乳化を促進し、食物脂肪の吸収を助ける。
ビタミンＤ
ビタミンDは、ステロイド核のB環が9-10位の間で開環した構造を持つ。ビタミンDは側鎖構造の違いから、D2-D7に分けられるが、植物由来のD2と動物由来のD3は同様の生理活性を持つことから、両者を総称してビタミンDと呼ぶ。ビタミンDは肝臓と腎臓で代謝されて活性型ビタミンD(1,25-ジヒドロキシコレカルシフェロール）となり、腸管におけるカルシウムとリン酸の吸収や腎尿細管におけるカルシウムの再吸収を促進する。活性型ビタミンDの不足は小児ではくる病、成人では骨軟化症となる。
ステロイドホルモン
ステロイド核をもつホルモンをステロイドホルモンと呼ぶ。副腎、精巣、卵巣等の内分泌器官より分泌され、血流を通じて全身の標的細胞に作用する。また、脳で合成されるステロイドをニューロステロイドと呼ぶ。
ステロイドホルモンの種類
副腎皮質ホルモン
副腎皮質ホルモンは、糖質コルチコイドと鉱質コルチコイドの2種に大別され、前者の代表はコルチゾールとコルチコステロン、後者の代表はアルドステロンである。アルドステロンは副腎皮質球状帯で合成され、コルチゾール（コルチコステロン）は束状帯と網状帯にて合成される。鉱質コルチコイドは血中の塩濃度を調節し、糖質コルチコイドは糖代謝の調節の他、ストレスホルモンとしても知られている。束状帯と網状帯では少量のアンドロゲンが合成されるが、アンドロゲンは副腎皮質ホルモンに含めない場合が多い。
精巣ホルモン
精巣のライディッヒ細胞から分泌されるアンドロゲンは雄性化作用を持つホルモンの総称である。アンドロゲンの９０％はテストステロンであるが、アンドロステンジオンやデヒドロエピアンドロステロン等もアンドロゲンに含まれる。アンドロゲンは精子形成、輸精管・前立腺・精嚢・カウパー腺の維持の他、交尾などを含めた雄の性行動に重要であり、また攻撃行動などの社会行動にも関与している。雄では、周生期に大量のテストステロンが精巣から分泌され（アンドロゲンシャワーと呼ばれる）、このことにより性分化の方向性が決定される[2]。
卵巣ホルモン
卵巣から分泌されている女性ホルモンは、エストラジオール、エストロン、プロゲステロンである。ヒトの場合、下垂体ホルモンのLHとFSHが周期的に分泌されて女性ホルモンの生合成が促進される。プロゲステロンは炭素数21のステロイドで、ステロイドホルモンすべての中間代謝物でもある。哺乳類では妊娠を維持し、また交尾行動を抑制する。エストロゲンは炭素数18のステロイドホルモンでありアンドロゲンから生成される。エストロゲンはアンドロゲンのフェニル基A環の芳香化によって生成される。生物活性を持つエストロゲンは、17β-エストラジオール、エストロン、エストリオールである。内卵胞膜細胞で合成されたプロゲステロンから酵素の働きによりアンドロゲンが生成され、顆粒膜細胞内ですぐさまエストロゲンに変換される。雌の第二次性徴はエストロゲンにより影響を受ける。エストロゲンはヒトの水代謝に重要であり、水分の保持に役立っている。高濃度のエストロゲン存在下で骨形成が行われるため、閉経後の女性には骨粗鬆症の所見が見られる。さらにエストロゲンは、雌性行動、母性攻撃行動に重要な役割を果たしている。
ニューロステロイド
ニューロステロイドとは脳で合成されるステロイドホルモンの総称である。脳は長年、末梢器官が合成・分泌するステロイドホルモンの標的器官として捉えられてきたが、1981年にフランスの内分泌学者Baulieuは、ラットの脳がコレステロールからプレグネノロンとデヒドロエピアンドロステロン（DHEA）を合成し硫酸や硫酸エステルに変換していることを見出し「ニューロステロイド」と命名した。現在では、脊椎動物のほとんどがニューロステロイドを合成していることが知られる。脳には、シトクロムP450sccに加え、ステロイド硫酸基転移酵素、３β－ヒドロキシステロイド脱水素酵素、５α（β）－還元酵素、１７α－水酸化・開裂酵素、１７β－水酸基脱水素酵素など、多くのステロイド合成酵素が存在することが証明され、脳は様々なニューロステロイドを合成していることが明らかとなった。ニューロステロイドは末梢内分泌器官を除去してもあまり変動しないことから、末梢内分泌器官とは独立したステロイド合成系を有していると考えられている。 脳は、末梢器官が合成・分泌するステロイドホルモンの標的器官でありながら、なおかつ脳自身もステロイドホルモンを合成することが知られる[3]。生体におけるすべてのステロイド合成は、コレステロールからP450sccの触媒作用によりプレグネノロンに変換されることから始まるが、ほとんどの脊椎動物の脳においてもプレグネノロンが合成されていることが証明された。その後も脳には、シトクロムP450sccに加え、ステロイド硫酸基転移酵素、３β－ヒドロキシステロイド脱水素酵素、５α（β）－還元酵素、１７α－水酸化・開裂酵素、１７β－水酸基脱水素酵素など、多くのステロイド合成酵素が存在することが証明され、脳は様々なニューロステロイドを合成していることが明らかとなった。ニューロステロイドは末梢内分泌器官を除去してもあまり変動しないことから、末梢内分泌器官とは独立したステロイド合成系を有していると考えられている。 P450scc, 3β-HSDは、ニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトの全てに発現している。ほとんどの脳におけるプレグネノロン合成を証明し、脳によるステロイド合成は脊椎動物に広く見られることが明らかとなった。その後も脳には、シトクロムP450sccに加え、ステロイド硫酸基転移酵素、３β－ヒドロキシステロイド脱水素酵素、５α（β）－還元酵素、１７α－水酸化・開裂酵素、１７β－水酸基脱水素酵素など、多くのステロイド合成酵素が存在することが証明され、脳は様々なニューロステロイドを合成していることが明らかとなった。ニューロステロイドは末梢内分泌器官を除去してもあまり変動しないことから、末梢内分泌器官とは独立したステロイド合成系を有していると考えられている。
ステロイドホルモンの生合成
ステロイドホルモンはコレステロールから、主にシトクロムP450系酵素の働きによって作られる。これらの酵素は小胞体膜かミトコンドリア内膜のいずれかに局在する。以下に挙げる酵素がステロイドホルモン合成酵素として知られており、これらのうち3β-HSDと17β-HSD以外はシトクロムP450系酵素である。
・P450 scc：コレステロール側鎖切断酵素（cholesterole side chain cleavage）
・3β-HSD: 3β-ヒドキシステロイド脱水素酵素・異性化酵素 (3β-hydroxysteroid dehydrogenase)
・P450c17: 17α－水酸化・開裂酵素（17 α-hydoroxylase/17, 20 lyase）
・P450c21:21‐水酸化酵素（C21-hydroxylase）
・P450-11β: 11β-水酸化酵素（11β-hydroxylase）
・P450c18: アルドステロン合成酵素
・P450arom: アロマターゼ（aromatase）
・17β-HSD: 17β-ヒドキシステロイド脱水素酵素
炭素数27のコレステロールは、P450 sccの作用により、側鎖（炭素数6）が切断されてプレグネノロン（炭素数21）となる。この過程はホルモン分泌器官の間で共通したプロセスである。副腎では、最終的には炭素数の数は変化しないが、化学構造が変化を受けた糖質コルチコイド(グルココルチコイド)と鉱質コルチコイド(ミネラルコルチコイド)が、また精巣では炭素数が2個減少したアンドロゲン（炭素数19）が、さらに卵巣では炭素数が1個減少したエストロゲン（炭素数18）が生成される。
- ↑ G. P. Moss (1989). "Nomenclature of Steroids (Recommendations 1989)". Pure & Appl. Chem. 61 (10): 1783–1822. doi:10.1351/pac198961101783. PDF
- ↑ 近藤保彦、小川園子、菊水健史、山田一夫、富原一哉
脳とホルモンの行動学 行動神経内分泌学への招待
西村書店：2010 - ↑
Do Rego, J.L., Seong, J.Y., Burel, D., Leprince, J., Luu-The, V., Tsutsui, K., ..., & Vaudry, H. (2009).
Neurosteroid biosynthesis: enzymatic pathways and neuroendocrine regulation by neurotransmitters and neuropeptides. Frontiers in neuroendocrinology, 30(3), 259-301. [PubMed:19505496] [WorldCat] [DOI]