牛第四胃変位発症に寄与する脂肪酸関連シグナルの解析と早期診断マーカーへの応用

• Project/Area Number: 21K05946
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 42020:Veterinary medical science-related
• Research Institution: Nippon Veterinary and Life Science University
• Principal Investigator: 田島 剛 日本獣医生命科学大学, 獣医学部, 講師 (60508878)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三浦 亮太朗 日本獣医生命科学大学, 獣医学部, 講師 (60782133) ; 金田 剛治 日本獣医生命科学大学, 獣医学部, 教授 (10350175)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 牛 / 第四胃変位 / 血中脂肪酸 / 中鎖脂肪酸 / ω-3脂肪酸 / 脂肪酸 / 代謝 / シグナル解析 / 診断マーカー

Outline of Research at the Start

分娩後の牛で好発する第四胃変位は発症後に乳量減少を伴うだけでなく死亡・廃用淘汰率も高いことから供用年数短縮の要因にもなっている。しかしこれまで変異した第四胃の組織で何がおこっているのかは不明であった。我々はこれまでに中鎖脂肪酸およびω-3脂肪酸が第四胃の収縮に影響を与える可能性を検討してきた。本課題では中鎖脂肪酸およびω-3脂肪酸の動態を分娩後継時的にモニタリングし、脂肪酸産生・代謝経路およびや脂肪酸/TLR4シグナルがどのように変化するかを理解することをめざす。また血中/第四胃組織中のアディポサイトカインにも着目し、関連するシグナルの増減が第四胃変位の早期診断マーカーとなり得るかも検討する。

Outline of Annual Research Achievements

分娩後の牛で好発する第四胃変位は発症後に乳量減少を伴うだけでなく死亡・廃用淘汰率も高いことから供用年数短縮の要因にもなっている。牛第四胃変位の病態解析では代謝プロファイリングを中心とした知見が得られているが、最も重要な要因である第四胃アトニーの発症メカニズムについて「実際には第四胃平滑筋に何がおきているのか」が不明なままであり、本症の制圧を難しくする原因となっている。
申請者はこれまでに第四胃の平滑筋組織を用いた研究を通し、中鎖脂肪酸の増加とω-3脂肪酸の減少が第四胃収縮を抑制して第四胃変位の発症のプロセスに大きく関わっていることを発見した。しかし、これらの変化が実際の第四胃変位牛の生体内でいつどのように発生しているのかは不明である。
本研究では、供試牛それぞれの中鎖脂肪酸およびω-3脂肪酸の動態を分娩前から分娩後8週まで継続的にモニタリングし、脂肪酸産生・代謝経路およびや脂肪酸/TLR4シグナルの活性化がどのように変化するかを理解することをめざす。これまでの先行研究では、ある一時点における牛群の評価を行い、その結果から考察することが一般的な研究デザインとして用いられてきたが、本研究ではそれぞれの供試牛について分娩前から分娩後8週まで連続して解析を行なっている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2年目では1年目に引き続きホルスタイン牛のべ120頭において妊娠末期（分娩予定1週前）、分娩後0～8週に血液サンプルを採取し、血中脂肪酸動態をGC/MSで解析するとともに供試牛の第四胃超音波検査を含む健康状態の観察と泌乳状況や空胎日数を調査した。
ラウリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸の他、TLR4シグナル抑制に関与するエイコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸をはじめとする24種類の血中脂肪酸を定量し、第四胃変位ならびに第四胃変位発症と密接な関係が指摘されている病態であるケトーシスの有無およびその重症度との相関を解析を実施し、現在60頭分まで解析が進み、エイコサペンタエン酸の低下とケトーシス発症が相関する傾向にはあるが、よりサンプル数が必要な状況である。
加えて、子宮上皮由来エクソソームを含む細胞外分泌顆粒に含まれる脂質ならびにシグナル分子の網羅的解析を実施すべく、各供試牛の子宮回収液を採血と同じスケジュールでサンプリングすることを追加した。こちらについては令和5年度に実施する予定である。

Strategy for Future Research Activity

最終年度は第四胃変位発症牛ならびに関連疾患の牛サンプルにおける血中ならびに子宮上皮由来エクソソーム中の脂肪酸量についての解析を優先して完了させる。合わせて、脂肪酸動態の変化と血中のアディポサイトカイン発現との関連についての解析を並行して行うと共に、供試牛の臨床評価データとの相関について解析を行う。

Research Products

• [Journal Article] Evaluation of Prolonged Endometrial Inflammation Associated with the Periparturient Metabolic State in Dairy Cows (2022)
  • Author(s): Rena Sato, Saku Koyama, Miya Yasukawa, Takuma Inoue, Tomochika Matsumura, Asuka Kanazawa, Yukari Nozue, Yuriko Wada, Itaru Yoshimura, Yujiro Hagita, Hisashi Mizutani, Tsuyoshi Tajima, Tadaharu Ajito, Ryotaro Miura
  • Journal Title: Animals Volume: 12 Issue: 23 Pages: 3401-3401
  • DOI: 10.3390/ani12233401
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 乳牛における子宮内膜の炎症収束時期と分娩前後の栄養代謝との関連 (2022)
  • Author(s): 三浦 亮太朗，佐藤 玲奈，小山 朔，安川 美弥，井上 拓馬，松村 智周，金澤 明日香， 野末 優花里，和田 有里子，吉村 格，萩田 祐二朗，水谷 尚，田島 剛，味戸 忠春
  • Organizer: 第115回 日本繁殖生物学会大会