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論文と数値で読み解くプロテイン

MPSとは — 筋タンパク質合成のメカニズムを用語から理解する

MPS（筋タンパク質合成）はmTORC1経路を介してリボソームで新しい筋タンパク質を合成するプロセス。ロイシン閾値2〜3g/回、ホエイのMPS応答率0.091%/h（Tang 2009）、運動後24時間の感受性増大を整理する。

  • MPS
  • 筋タンパク質合成
  • mTOR
  • ロイシン
  • MPB
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MPS（筋タンパク質合成、Muscle Protein Synthesis）とは、筋肉を構成するタンパク質を新たに合成するプロセスを指す。安定同位体トレーサー法でフラクショナル合成率（FSR、fractional synthetic rate）として計測され、単位は%/h（1時間あたりの合成率）で表される。ホエイタンパク質摂取後の安静時MPSは約0.091%/h、ソイは約0.078%/h、カゼインは約0.047%/hと報告されている（Tang et al., 2009, Journal of Applied Physiology）。MPS率がタンパク質分解率（MPB、Muscle Protein Breakdown）を上回った状態が「正のタンパク質バランス」であり、筋肥大の前提条件となる。

MPSとMPBは何が違うのか — 筋タンパク質合成と分解のバランス

筋肉量はMPS（合成）とMPB（分解）の差し引きで決まる。安静状態ではMPBがMPSをわずかに上回る「負のバランス」が続き、タンパク質摂取や運動でMPSが上昇して正のバランスへ転じる。筋肥大は1回の急性MPS上昇ではなく、数週間〜数ヶ月にわたる累積した正のバランスの結果として生じる。

安静時に比べ、レジスタンス運動後はMPSが3〜5時間以内に上昇し始め、少なくとも24時間にわたって基準値を上回ることが報告されている（MacDougall JD et al., 1995, Canadian Journal of Applied Physiology; Phillips SM et al., 1997）。MPBも運動直後に上昇するが、タンパク質摂取後は正のタンパク質バランスへ向かうことが報告されている。筋肥大は1回の運動後の急性MPSではなく、数週間〜数ヶ月にわたる累積した正のバランスの結果として生じる。

MPSの測定には安定同位体トレーサー法が用いられる。重水素や13C標識したフェニルアラニン・ロイシンを投与し、筋生検で標識アミノ酸の取り込み速度を測定することでFSRを算出する。この方法により、食品や運動条件の違いによるMPS応答を定量的に比較できる。

MPSはどのようなメカニズムで起こるのか — mTORC1経路とリボソーム翻訳

mTORC1（mechanistic target of rapamycin complex 1）はアミノ酸・成長因子・エネルギー状態を統合し、リボソームでのタンパク質翻訳を制御するシグナル経路の中枢である。ロイシンがSestrin2とGATOR1/2複合体（Ragulator）を経由してセンシングされ、Rag GTPaseを介してリソソーム上でRhebと相互作用する。これによりS6K1および4E-BP1がリン酸化され、リボソームによるmRNA翻訳が促進される（Saxton RA & Sabatini DM, 2017, Cell, 169(2):361-371）。

mTORC1の活性化には、アミノ酸（特にロイシン）と筋収縮の両方が重要な役割を果たす。どちらか一方のみでもMPSは上昇するが、両者が組み合わさると相乗的なMPS応答が生じる。タンパク質摂取がmTORC1を経由してリボソーム翻訳を促進するという経路は、アミノ酸の「筋肉合成の材料」としての役割と、「シグナル分子」としての役割の両面を持つことを示す。

なお、Saxton & SabatiniのレビューはmTOR経路全体を包括的に整理した研究であり、MPS固有の知見ではなく、タンパク質合成・脂質合成・オートファジー抑制を含む広範な代謝制御の文脈で記述されている点に留意する。

MPSを高めるために必要なタンパク質量はどのくらいか — ロイシン閾値と用量反応

MPSはホエイタンパク質換算で約20gの摂取で最大化し、40gに増量しても追加の上昇はほとんどない（Moore et al., 2009）。体重ベースでは0.4g/kg/食が目安である（Schoenfeld & Aragon, 2018）。高齢者では同化抵抗性によりロイシン閾値が高く、EAA中のロイシン比率を41%に増量すると若年者と同等のMPS応答が得られる（Katsanos et al., 2006）。Witard et al.（2014, American Journal of Clinical Nutrition, 99(1):86-95）の用量反応試験（0/10/20/40g、n=48）では、20gで安静時比+49%、40gで+56%と、40gでの上昇幅は限定的であった。

1食あたりの最適量は体重によって変動する。Schoenfeld & Aragon（2018, Journal of the International Society of Sports Nutrition, 15(1):10）は0.4g/kg/食（1日最低4食）がMPS最大化の目安と報告している。20〜25gという絶対量の上限は、ホエイなど速消化タンパク質を単独で摂取した条件に限定され、ゆっくり消化されるタンパク源や混合食では上限が高くなる可能性がある。

高齢者では「同化抵抗性（anabolic resistance）」と呼ばれる現象が生じ、若年者と同等のMPS応答を得るためにより多くのタンパク質摂取が必要となる。Cuthbertson et al.（2005, FASEB Journal, 19:422-424）の研究（若年者・高齢者44名）では、高齢者のp70S6K・4E-BP1リン酸化応答が若年者より有意に低下していた。Katsanos et al.（2006, American Journal of Physiology - Endocrinology and Metabolism, 291(2):E381-E387）は、高齢者でEAA中のロイシン比率を26%から41%に増量すると若年者と同等のMPS応答が得られることを示し、高齢者ではロイシン摂取量の目安がより高いことを直接実証した。

運動はMPSにどう影響するのか — レジスタンストレーニングとの関係

レジスタンス運動後、MPSのアミノ酸感受性が高まった状態は少なくとも24時間持続する。なお「アナボリックウィンドウ」という用語は運動直後30〜60分の短い時間枠を指すことが多いが、実際のアミノ酸感受性の増大はそれより長く続く。Burd et al.（2011, Journal of Nutrition, 141(4):568-573）はn=15の若年男性を対象に、運動後24時間においても15gホエイ摂取後のミオフィブリラー（myofibrillar）MPSが安静時より有意に高いことを報告した。この感受性は疲労困憊まで行う高強度条件でより顕著である。

急性MPSの大きさと長期的な筋肥大の関係は単純ではない。Damas et al.（2016, The Journal of Physiology, 594:5209-5222）は、トレーニング初期（1週目）に生じる高いMPS応答の多くが筋損傷に起因し、筋肥大とは相関しないことを示した。筋損傷が減衰した3〜10週目にMPS上昇と実際の筋肥大が相関するようになる。この知見は、初心者が感じる「最初の筋肥大感（神経適応＋浮腫み）」と真の筋タンパク質蓄積を区別する上で重要である。

長期的に見ると、タンパク質補給とレジスタンストレーニングを組み合わせた場合の筋肉量増加効果は1日あたり1.62g/kg以上で飽和すると報告されている。Morton et al.（2018, British Journal of Sports Medicine）による49研究・1863名のメタアナリシスでは、タンパク質補給の効果としてFFM（除脂肪体重）が+0.30kg増加した。

タンパク質源別のMPS応答はどのくらい異なるのか — ホエイ・カゼイン・ソイの比較

Tang et al.（2009, Journal of Applied Physiology, 107(3):987-992）は、EAAを10gに揃えた条件でホエイ加水分解物・ソイ・カゼインのMPS応答を比較した。安静時MPSはホエイ0.091%/h、ソイ0.078%/h、カゼイン0.047%/hであり、運動後はホエイがカゼインより122%、ソイより31%高い値を示した。

タンパク質源安静時MPS（%/h）運動後相対値ロイシン含有量（/100gタンパク）吸収速度
カゼイン0.047ホエイ比 -48%（安静時）約5.8%遅い（7時間持続）
ソイ0.078ホエイ比 -31%約5.0%中間
ホエイ（加水分解物）0.091最大（基準）約8.6%速い（ピーク60〜90分）
ソイ＋ホエイ＋カゼインブレンド—後期FSRをホエイ単独より延長—前期+後期をカバー

※MPS昇順（安静時%/h）で並べた。本データはEAA量を10gに揃えた比較であり、タンパク質量を揃えた場合（各30g等）では差が縮まる可能性がある。出典: Tang et al. 2009（J Appl Physiol）、Boirie et al. 1997（PNAS）、Gorissen et al. 2018（Amino Acids）、Reidy et al. 2013（J Nutr）。

ホエイのMPS応答が高い主な要因は、高ロイシン含有量（Gorissen et al., 2018によれば約8.6g/100gタンパク質）と速い消化吸収速度の組み合わせである。カゼインは急性MPSではホエイに劣るが、緩やかな吸収によるMPB抑制効果で7時間の全身タンパク質収支（whole-body protein balance）はカゼインの方が優位という報告もある（Boirie et al., 1997, PNAS）。ロイシン含有量はGorissen et al.（2018, Amino Acids, 50(12):1685-1695）のデータによる。

よくある質問

Q. ホエイプロテインとカゼインプロテインはどちらがMPSに優れているのか

急性のMPS応答はホエイが優れており、安静時で0.091%/h対0.047%/h（Tang et al., 2009）と約2倍の差がある。一方、7時間の正味タンパク質バランスはカゼインが優位という報告があり、目的によって使い分けが検討される。就寝前など長時間タンパク質摂取が途切れる状況ではカゼインの持続供給特性が注目される。両者を組み合わせたブレンド製品は前期と後期のMPS応答をカバーできると報告されている（Reidy et al., 2013, Journal of Nutrition）。

Q. プロテインパウダーは1回あたり何gが適切か

若年健康男性の研究では、ホエイタンパク質換算で約20gでMPSの用量反応が飽和する傾向が報告されている（Moore et al., 2009; Witard et al., 2014）。体重ベースでは0.4g/kgが目安となる（Schoenfeld & Aragon, 2018）。ただしこの数値は速消化タンパク質を単独摂取した条件での知見であり、混合食や複数のタンパク質源を組み合わせた場合は上限が高くなる可能性がある。高齢者はより多くのタンパク質摂取が必要という報告もあるため、年齢や体重に応じた摂取量の検討が重要である。

Q. 筋肥大を目指す場合、1日のタンパク質摂取量はどのくらい必要か

Morton et al.（2018, British Journal of Sports Medicine）の49研究・1863名のメタアナリシスでは、レジスタンストレーニングとタンパク質補給の組み合わせで1日1.62g/kgまでは摂取量に比例した効果が見られた。それ以上の摂取量での追加効果は報告されていない。なお、厚生労働省の日本人の食事摂取基準（2020年版）ではタンパク質の推奨量は成人で0.9g/kg/日、目標量はエネルギー比13〜20%として設定されている。

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参考文献

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