Elucidation of the molecular mechanism of the metabolic syndrome induced by long-term dietary nitrite and nitrate deficiency and development of the new treatment

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H06519
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: 喜名 美香 琉球大学, 医学部附属病院, 医員 (80578914)
• Project Period (FY): 2015-08-28 – 2017-03-31
• Keywords: メタボリックシンドローム / nitrate

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、通常食とL-アルギニン含有量が等しく、蛋白質、炭水化物、脂質からのカロリー摂取量が同じである低NOx食を作成した。この低NOx食を野生型マウスに長期投与すると、メタボリックシンドローム様の病態（内臓肥満、糖代謝異常、血中脂質異常）が生じることを発見している。
昨年度は、機序の解明に関する実験および、低NOx食を1年以上長期投与し、低NOx食群の生存率を検討した。
機序の解明において、低NOx食が食餌中NOx低下により起こっているのかを確認するために、低NOx食と同時にsodium nitrateを飲水負荷した。その結果、低NOx食投与群で生じたメタボリックシンドローム様の病態がsodium nitrateの投与で改善した。次に、western blot法を用い、内臓脂肪組織のeNOSおよびadiponectin発現を調べたところ、通常食群に比べて低NOx食群で有意に発現低下していた。また、次世代シーケンサーを用いて腸内細菌叢を解析した結果、低NOx食群で腸内細菌叢の多様性が低下していた。さらに、adiponectin発現に影響する因子として、PPAR-γ、AMPKおよびリン酸化AMPKの発現レベルを調べたところ、通常食群に比して、低NOx食群で有意に発現低下を認めた。
生存実験に関して、22ヶ月間の低NOx食投与は、通常食群に比して、有意に生存率を低下させた。また、低NOx食群のマウスに内皮機能不全を認め、病理組織学的検討を行ったところ、心筋梗塞や心筋線維化、冠状動脈血管周囲の線維化が認められ、心血管死が疑われた。
本研究では、食餌中の亜硝酸塩／硝酸塩が長期に不足するとマウスに代謝症候群、内皮機能不全、および心血管死が引き起こされることを見出し、外因性NO産生系の病因的役割を初めて明らかにした。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Long-term dietary nitrite and nitrate deficiency causes the metabolic syndrome, endothelial dysfunction and cardiovascular death in mice (2017)
  • Author(s): Mika Kina-Tanada, Mayuko Sakanashi , Akihide Tanimoto, Tadashi Kaname, Toshihiro Matsuzaki, Katsuhiko Noguchi, Taro Uchida, Junko Nakasone, Chisayo Kozuka, Masayoshi Ishida, Haruaki Kubota, Yuji Taira, Yuichi Totsuka, Shinichiro Kina, Hajime Sunakawa, (他8名),Akira Arasaki, Masato Tsutsui
  • Journal Title: Diabetologia Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s00125-017-4259-6
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 低 NO2- / NO3- 食の長期的な摂取はメタボリックシンドロームを惹起する (2017)
  • Author(s): 坂梨まゆ子, 喜名美香, 野口克彦, 松崎俊博, 仲宗根淳子, 平良雄司, 久保田陽秋, 戸塚裕一, 筒井正人
  • Organizer: 日本薬学会第137年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター （宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-24 – 2017-03-27
• [Presentation] 食事中のnitriteおよびnitrateの不足は代謝症候群、内皮機能不全、および心血管死を惹起する (2017)
  • Author(s): 喜名美香 坂梨まゆ子 谷本昭英 松﨑俊博 野口克彦 仲宗根淳子 下川宏明 喜名振一郎 砂川 元 大屋祐輔 新崎 章 筒井正人
  • Organizer: 第46回日本心脈管作動物質学会
  • Place of Presentation: 琉球大学 （沖縄県中頭郡西原町）
  • Year and Date: 2017-02-10 – 2017-02-11
• [Presentation] Long-Term Dietary Nitrite and Nitrate Deficiency Causes Metabolic Syndrome in Mice. (2016)
  • Author(s): Tsutsui M, Kina-Tanada M, Sakanashi M, Ishida M, Uchida T, Kubota H, Matsuzaki T, Noguchi K, Nakasone J, Shimokawa H, Ohya Y, Arasaki A.
  • Organizer: American Heart Association, Scientific Sessions 2016.
  • Place of Presentation: Ernest N. Morial Convention Center, New Orleans, Lousiana, USA.
  • Year and Date: 2016-11-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Long-term dietary nitrite and nitrate deficiency causes metabolic syndrome in mice. (2016)
  • Author(s): Tsutsui M, Kina-Tanada M, Sakanashi M, Ishida M, Ohya Y, Shimokawa H, Arasaki A.
  • Organizer: The 9th Interbnational Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide.
  • Place of Presentation: Sendai International Center, Sendai, Japan
  • Year and Date: 2016-05-20 – 2016-05-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pathogenetic Role of the Exogenous NO Production System in Metabolic Syndrome. (2016)
  • Author(s): Tsutsui M, Kina-Tanada M, Sakanashi M, Otsuji Y, Shimokawa H, Arasaki A.
  • Organizer: The 9th Interbnational Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
  • Place of Presentation: Sendai International Center, Sendai, Japan
  • Year and Date: 2016-05-20 – 2016-05-21
  • Int'l Joint Research / Invited