腸内環境と骨格筋代謝のコミュニケーションに着目した運動効果の実験的・疫学的検証

• Project/Area Number: 20H04080
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59020:Sports sciences-related
• Research Institution: Kyoto Prefectural University
• Principal Investigator: 青井 渉 京都府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (60405272)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内藤 裕二 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00305575) ; 小山 晃英 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (40711362) ; 井上 亮 摂南大学, 農学部, 教授 (70443926)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥14,170,000 (Direct Cost: ¥10,900,000、Indirect Cost: ¥3,270,000); Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
• Keywords: 骨格筋 / エネルギー代謝 / 腸内細菌 / 臓器連関 / 血液中因子 / 代謝 / 胆汁酸

Outline of Research at the Start

本研究は、運動習慣によりエネルギー代謝が高まる仕組みについて、腸内細菌の働きに着目して解明することを目的としている。
実験動物モデルや培養細胞を利用して、骨格筋、腸内細菌、血液成分の働きや変化を実験的に検討する。また、健常者を対象とした試験・調査によって、運動習慣と腸内細菌の関連を検討する。
一連の研究から、腸内細菌や血液成分の改善を考慮した健康長寿のための運動処方、栄養処方の確立を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

前年度からの継続で，腸内細菌叢，血液中胆汁酸，骨格筋代謝の関係を検討した。
高強度走運動（最大運動強度80%以上）を負荷したマウスの腸内細菌の機能を評価し，運動強度の違いが宿主へおよぼす影響を考察した。腸内細菌を移植したレシピエントでは，高脂肪食条件下での血糖上昇が抑制され，耐糖能の改善を観察した。糖負荷試験，インスリン負荷試験での血糖変動においても同様の傾向が確認された。そのため，運動マウス由来の腸内細菌による糖代謝改善作用は，高強度運動においても認められることが示唆された。一方，高強度運動直後には，腸管バリア機能の低下がみられた。腸組織で生じる酸化ストレスによりタイトジャンクションが破綻し，腸管透過性が亢進することが示唆された。水溶性食物繊維を摂取させたマウスでは，高強度運動による腸管透過性の上昇は抑制され，食事による腸内環境の改善が朝刊バリア機能の維持に寄与することが示唆された。また，骨格筋AMPK欠損マウスにおいて，腸内細菌占有率を野生型マウスと比較したところ，Butyricicoccus属，Lachnospiraceae科など複数の菌で違いがみられ，菌叢の変化を観察した。さらに，中高齢健常者を対象に血漿中胆汁酸の解析を進めた。胆汁酸プロファイルと体格，体力，身体活動，食習慣の関係について，重相関分析をしたところ，身体活動や茶摂取とデオキシコール酸濃度の間に負の相関を認めた。また，コレステロール摂取量と抱合型一次胆汁酸濃度の間に正の相関を認めた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カロリンスカ研究所(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] Karolinska Institutet(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] Karolinska Institutet(スウェーデン)
• [Journal Article] High-intensity exercise impairs intestinal barrier function by generating oxidative stress (2024)
  • Author(s): Takami, M., Aoi, W., Matsumoto, K., Kato, Y., Kobayashi, Y., Kuwahata, M.
  • Journal Title: Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition Volume: 74 Issue: 2 Pages: 136-140
  • DOI: 10.3164/jcbn.23-96
  • ISSN: 0912-0009, 1880-5086
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Exercise-acclimated microbiota improves skeletal muscle metabolism via circulating bile acid deconjugation (2023)
  • Author(s): Aoi, W., Inoue, R., Mizushima, K., Honda, A., Bjornholm, M., Takagi, T., Naito, Y.
  • Journal Title: iScience Volume: 26 Issue: 3 Pages: 106251-106251
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.106251
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Matcha green tea beverage moderates fatigue and supports resistance training-induced adaptation (2023)
  • Author(s): Shigeta Mizuho、Aoi Wataru、Morita Chiharu、Soga Kurumi、Inoue Ryo、Fukushima Yoichi、Kobayashi Yukiko、Kuwahata Masashi
  • Journal Title: Nutrition Journal Volume: 22 Issue: 1 Pages: 32-32
  • DOI: 10.1186/s12937-023-00859-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-intensity exercise training induces the oxidative modification of malate dehydrogenase 2 in skeletal muscles (2023)
  • Author(s): Takami Maki、Aoi Wataru、Ando Chinatsu、Kato Yoji、Kobayashi Yukiko、Kuwahata Masashi
  • Journal Title: Advances in Redox Research Volume: 9 Pages: 100076-100076
  • DOI: 10.1016/j.arres.2023.100076
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation of Metabolism and Exercise Functions Associated with Skeletal Muscle and Gut Crosstalk (2023)
  • Author(s): 青井渉
  • Journal Title: Nippon Eiyo Shokuryo Gakkaishi Volume: 76 Issue: 5 Pages: 305-312
  • DOI: 10.4327/jsnfs.76.305
  • ISSN: 0287-3516, 1883-2849
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lactococcus cremoris?subsp.?cremoris FC-fermented milk activates protein synthesis and increases skeletal muscle mass in middle-aged mice (2022)
  • Author(s): Aoi, W., Iwasa, M., Aiso, C., Tabata, Y., Gotoh, Y., Kosaka, H., Suzuki, T.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 612 Pages: 176-180
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.04.097
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intensive, prolonged exercise seemingly causes gut dysbiosis in female endurance runners (2021)
  • Author(s): Morishima, S., Aoi, W., Kawamura, A., Kawase, T., Takagi, T., Naito, Y., Tsukahara, T., and Inoue, R.
  • Journal Title: Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition Volume: 68 Issue: 3 Pages: 253-258
  • DOI: 10.3164/jcbn.20-131
  • NAID: 130008033290
  • ISSN: 0912-0009, 1880-5086
  • Year and Date: 2021-05-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Roles of skeletal muscle-derived exosomes in organ metabolic and immunological communication (2021)
  • Author(s): Aoi, W. and Tanimura, Y.
  • Journal Title: Front in Endocrinol (Lausanne) Volume: 12 Pages: 1-7
  • DOI: 10.3389/fendo.2021.697204
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Metabolic functions of flavonoids: From human epidemiology to molecular mechanism (2021)
  • Author(s): Aoi, W., Iwasa, M., and Marunaka, Y.
  • Journal Title: Neuropeptides Volume: 88 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.npep.2021.102163
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Astaxanthin-, β-Carotene-, and Resveratrol-Rich Foods Support Resistance Training-Induced Adaptation (2021)
  • Author(s): Kawamura, A., Aoi, W., Abe, R., Kobayashi, Y., Kuwahata, M., and Higashi, A.
  • Journal Title: Antioxidants Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.3390/antiox10010113
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A milk casein hydrolysate‐derived peptide enhances glucose uptake through the AMP‐activated protein kinase signalling pathway in skeletal muscle cells (2021)
  • Author(s): Iwasa, M., Takezoe, S., Kitaura, N., Sutani, T., Miyazaki, H., and Aoi, W.
  • Journal Title: Experimental Physiology Volume: 106 Issue: 2 Pages: 496-505
  • DOI: 10.1113/ep088770
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polysorbate 80‐induced leaky gut impairs skeletal muscle metabolism in mice (2020)
  • Author(s): Nishimura Saho、Aoi Wataru、Kodani Hinako、Kobayashi Yukiko、Wada Sayori、Kuwahata Masashi、Higashi Akane
  • Journal Title: Physiological Reports Volume: 8 Issue: 20 Pages: 1-8
  • DOI: 10.14814/phy2.14629
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 高強度運動による腸管透過性亢進と酸化ストレスの検討 (2023)
  • Author(s): 髙見真，青井渉，垣内晴菜，松本果倫，小林ゆき子，桑波田雅士
  • Organizer: 第77回日本栄養・食糧学会大会
• [Presentation] The Potential Role of Astaxanthin in Metabolic Health and Exercise Performance (2023)
  • Author(s): Aoi, W.
  • Organizer: The 19th International Symposium on Carotenoids
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] スポーツ栄養からみる腸バリア・免疫・代謝の機能連関 (2023)
  • Author(s): 青井渉
  • Organizer: スポーツ栄養学会第9回大会
  • Invited
• [Presentation] 腸シグナルによる骨格筋代謝制御 (2023)
  • Author(s): 青井渉
  • Organizer: 第10回日本サルコペニア・フレイル学会
  • Invited
• [Presentation] 腸管透過性亢進モデルマウスにおける骨格筋糖代謝の検討 (2022)
  • Author(s): 平田樹子，青井渉，小林ゆき子，桑波田雅士
  • Organizer: 第76回日本栄養・食糧学会大会
• [Presentation] Immune-metabolic Interaction between Skeletal Muscle and Gut (2022)
  • Author(s): Aoi, W.
  • Organizer: The 8th Asian Conference for Frailty and Sarcopenia
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] サルコペニア予防のための運動の効果－マイオカインに注目して (2021)
  • Author(s): 青井渉
  • Organizer: 第63回日本老年医学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 骨格筋と腸の臓器連関からみた運動ベネフィット (2021)
  • Author(s): 青井渉
  • Organizer: 第21回日本抗加齢医学会
  • Invited
• [Presentation] サルコペニア予防における運動効果の分子メカニズム (2021)
  • Author(s): 青井渉
  • Organizer: 第8回日本サルコペニア・フレイル学会
  • Invited
• [Presentation] 臓器連関からみた骨格筋と腸の機能制御 (2021)
  • Author(s): 青井渉
  • Organizer: 第7回日本筋学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] SPARC, a Muscle-secreted Protein, Improves Glucose Tolerance via AMP-activated Protein Kinase in Skeletal Muscle. (2020)
  • Author(s): Aoi， W., Sakuma, K., and Krook, A.
  • Organizer: Experimental Biology 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 腸内環境に依存する液性因子による骨格筋代謝修飾作用 (2020)
  • Author(s): 青井渉
  • Organizer: 第75回日本体力医学会大会 シンポジウム
• [Presentation] 骨格筋の分泌機能とサルコペニア・フレイル (2020)
  • Author(s): 青井渉
  • Organizer: 第7回日本サルコペニア・フレイル学会
  • Invited
• [Presentation] 骨格筋機能におけるフードサイエンス (2020)
  • Author(s): 青井渉
  • Organizer: 第7回日本サルコペニア・フレイル学会
  • Invited
• [Book] Myokines: A Potential Key Factor in Development, Treatment, and Biomarker of Sarcopenia. In Sakuma K. ed. Sarcopenia: Molecular Mechanism and Treatment Strategies (2021)
  • Author(s): Aoi, W.
  • Total Pages: 344
  • Publisher: Elsevier
  • ISBN: 9780128221464