乳酸脱水素酵素

乳酸脱水素酵素 (LDH): 構造、機能、そして臨床的意義

乳酸脱水素酵素（LDH）は、生命維持に不可欠な酵素です。あらゆる生物において、糖代謝の中心的な役割を担っており、ピルビン酸と乳酸の相互変換を触媒することで、細胞のエネルギー産生や代謝バランスの維持に貢献しています。

LDHの多様性

LDHは、その立体特異性と使用する電子受容体の違いから、大きく5種類に分類されます。主なものは、NAD(P)依存型のD-乳酸デヒドロゲナーゼとL-乳酸デヒドロゲナーゼです。これらの酵素は、細胞質基質に多く存在し、解糖系における重要な役割を果たしています。一方、シトクロムcやキノンを電子受容体とするLDHも存在し、原核生物や真核生物の特定の細胞区画に局在しています。

LDHの反応機構

LDHの主要な反応は、ピルビン酸と乳酸の可逆的な相互変換です。この反応は、NADHとNAD+の酸化還元反応を伴い、酸素の有無に関わらず進行します。糖の供給量に応じて反応の方向性が変化し、糖が豊富な状態ではピルビン酸から乳酸への変換が促進されます。この反応は、解糖系の代謝バランスを維持する上で非常に重要です。肝臓においては、この反応の逆反応である乳酸からピルビン酸への変換（コリ回路）が行われ、全身のエネルギー代謝に貢献しています。

LDHの構造とアイソザイム

LDHの単量体は、NAD結合部位とα／βフォールドから構成されています。リンゴ酸デヒドロゲナーゼと類似した構造を持ち、通常は4量体として機能します。ヒトにおいては、H(B)サブユニットとM(A)サブユニットという2種類の主要なサブユニットが存在し、これらが様々な組み合わせで5種類のアイソザイム（LDH-1～5）を形成します。各アイソザイムの触媒活性はほぼ同等ですが、臓器特異的な分布を示します。例えば、LDH-1は心臓、赤血球、脳に多く、LDH-5は肝臓、骨格筋に多く存在します。H(B)とM(A)サブユニット以外に、精巣特異的なCサブユニットやペルオキシソームに局在するBxサブユニットも存在します。

LDHと疾患

LDH遺伝子の変異は、乳酸脱水素酵素サブユニット欠損症を引き起こす可能性があります。サブユニットAの欠損は、肝臓や骨格筋機能の低下につながり、疲労、痙攣、筋肉痛などを引き起こします。重症の場合、横紋筋融解症や腎不全を誘発する可能性もあります。一方、サブユニットBの欠損は、心臓機能に影響を与える可能性がありますが、必ずしも顕著な臨床症状を示すとは限りません。

LDHの臨床検査

LDHは、細胞が損傷を受けると血中に放出される逸脱酵素として知られています。そのため、血清LDH濃度の測定は、様々な疾患の診断において重要な指標となります。LDHの上昇は、肝障害、心筋梗塞、溶血、感染症など様々な病態でみられます。特異性が低いため、単独での診断には不向きですが、他の検査結果と組み合わせることで、疾患の診断に役立ちます。特に、他のマーカーが正常値であるにも関わらずLDH値が上昇している場合は、悪性腫瘍の可能性を考慮する必要があります。LDHアイソザイムの分析は、疾患の鑑別診断に有用となる場合があります。

まとめ

LDHは、生命維持に不可欠な酵素であり、その機能異常は様々な疾患と関連しています。LDHの反応機構、構造、アイソザイムの特性、そして臨床検査における意義を理解することは、医学の現場において非常に重要です。今後の研究により、LDHのさらなる機能解明と、疾患診断・治療への応用が期待されます。

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