臓器間ネットワークによる膵α細胞新生機構と代謝制御の解明
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21K08581
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 54040:Metabolism and endocrinology-related
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
奥屋 茂 山口大学, 教育・学生支援機構, 教授 (20214083)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田部 勝也 山口大学, 医学部附属病院, 講師 (00397994)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥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: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 膵α細胞 / 神経ネットワーク / 交感神経系 / グルカゴン |
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| Outline of Research at the Start |
我々は、短期のLC/HP食による栄養・代謝変化に対する膵内分泌細胞の急性応答として、肝臓を起点とする神経ネットワークを介した新規膵α細胞量制御機構を発見した。これは“膵α細胞の新生機構”を検討する上で貴重なモデルと考えられる。本課題では、神経ネットワークを介する膵α細胞量制御機構をより詳細に解析し、さらにこのモデルでのグルカゴンによるエネルギー代謝調節作用を明らかにする。栄養変化に対する膵α細胞量・グルカゴン分泌制御メカニズムとともに、脂肪細胞におけるエネルギー代謝調節を明らかにし、未だ不明な点が多いグルカゴン作用の理解を深め、さらに“α細胞増加が関連する代謝調節と肥満予防”への展開を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
栄養環境変化に対する膵内分泌細胞の挙動を解明するために、C57BL6/jマウスを用いて実験を行った。通常飼育食(chow)から低糖質(8% cal比, LC)・高蛋白質(70% cal比, HP)(LC/HP)に変更し10日間摂餌させたマウスでは、血糖はchow摂餌マウスと変化がないものの、血中インスリン低下、血中グルカゴン上昇および総アミノ酸量の低下を示し、膵臓において膵管近傍でのグルカゴン陽性細胞クラスター出現が観察された。クラスター構成細胞は転写因子のPax6が強発現し、MafB発現は乏しく、幼若な膵α細胞の特性を示し、細胞新生が示唆された。α細胞クラスターは交感神経分布に沿って出現しており、6-OHDAを用いて薬理学的に交感神経を遮断すると、LC/HP摂餌によるクラスター出現が抑制された。これらの事実に基づき、交感神経活性化の中枢経路について視床および視床下部、脳幹に局在する神経核群の活性化を、FosB蛋白発現に基づき免疫組織学的に解析した。その結果、延髄孤束核、最後野、淡蒼縫線核の活性化が明らかとなった。α細胞新生を惹起する肝臓-中枢神経-膵臓臓器連関を想定し、迷走神経肝臓枝切断術を施行したマウスにLC/HP食を摂餌させたところ、膵α細胞新生および肝糖新生・アミノ酸代謝亢進も抑制された。さらに、LC/HP食負荷時の栄養代謝面での変化を網羅的に検討するためメタボローム解析を試みたところ、肝グリコーゲン含量低下に続くタイミングで、糖新生系の中間代謝産物の増加を認めた。肝臓における代謝変化と膵α細胞の挙動との関連性は今後の更なる検討を要するが、蛋白質を主体とする栄養環境下において、自律神経を介した細胞新生に基づく膵α細胞量調節機構の存在が示唆され、肝臓を起点とする迷走神経求心路中枢の延髄孤束核、交感神経起始核である淡蒼縫線核を介した臓器連関経路が解明された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
マウスを用いた動物実験を中心に、予定された研究を適宜遂行中である。短期間のLC/HP食負荷で誘導される膵α細胞増加(新生)が、①肝臓でのグリコーゲン含量低下により引き起こされる代謝変化(アミノ酸利用・糖新生)に由来する可能性、②膵内の交感神経終末の存在部位である、膵管近傍の内分泌前駆細胞から由来する可能性、③肝臓⇒迷走神経求心路⇒延髄孤束核---淡蒼縫線核⇒交感神経遠心路を介して制御される現象である可能性、をすでに明らかにしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
短期間のLC/HP食に誘導される膵α細胞は、その局在から膵管近傍に存在する多能性分化能を有する前駆細胞から分化新生していると考えられる。新生グルカゴン陽性細胞の特徴を膵内分泌前駆細胞やα細胞分化・成熟マーカーとなる種々転写因子の発現とともに、細胞増殖能を免疫組織染色により検討を進める。メタボローム解析についても、迷走神経肝臓枝切断術施行マウスでの検討も含めて再検討する予定である。また、神経ネットワークの解析を進めるとともに、LC/HP食の急性効果における食事内容、特に高蛋白負荷の影響を確認するため、コントロール食とLC/HP食摂餌下でのマウス血中の“アミノ酸解析”も予定している。さらに、同様に低炭水化物である低炭水化物/高脂肪食(ケトン食)下での肝臓-中枢神経-膵臓臓器連関も検討する予定である。一方で、LC/HP食負荷で活性化を認めた最後野への液性因子の可能性についても検討を進める必要がある。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Importance of Intestinal Environment and Cellular Plasticity of Islets in the Development of Postpancreatectomy Diabetes.2021
Author(s)
Fukuda T, Bouchi R, Takeuchi T, Amo-Shiinoki K, Kudo A, Tanaka S, Tanabe M, Akashi T, Hirayama K, Odamaki T, Igarashi M, Kimura I, Tanabe K, Tanizawa Y, Yamada T, Ogawa Y
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Journal Title
Diabetes Care
Volume: 44(4)
Issue: 4
Pages: 1002-1011
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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