What is the cause of carnitine administration? Prolonged effects on general metabolism and central nervous system

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K01623
• Research Institution: National Institute of Fitness and Sports in Kanoya
• Principal Investigator: 吉田 剛一郎 鹿屋体育大学, スポーツ生命科学系, 准教授 (10274870)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀内 正久 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (50264403) ; 佐伯 武頼 鹿児島大学, 医歯学総合研究科, 客員研究員 (10056070) ; 吉武 裕 鹿屋体育大学, スポーツ人文・応用社会科学系, 教授 (00136334)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: カルニチン / 脂肪酸代謝 / JVSマウス / 絶食 / 中枢神経系

Outline of Annual Research Achievements

カルニチン投与は何を起こしているのか？先天的にカルニチンを欠損するモデル動物、juvenile visceral steatosis（JVS）マウスを用いて、自発行動におよぼすカルニチンの持続的投与効果を全身の代謝、および中枢神経系より検討した。JVSマウスは、絶食（餌を抜くこと）により自発行動量が著しく低下することを見出した。自発行動量の低下したJVSマウスに、カルニチンを１回投与すると自発行動量は増加し、投与したカルニチンが体内から消失した後も、その効果は持続的に少なくとも２日間続いた。全身の代謝からみると、投与したカルニチンが体内から消失した後も、長鎖脂肪酸酸化レベルは亢進を示した。血中ケトン体レベルは、自発行動量を決定する因子ではなく、長鎖脂肪酸酸化は、遊離脂肪酸、肝臓トリグリセリドのレベルに規定されてもいなかった。カルニチンの律速酵素であるcarnitine palmitoyltransferase（CPT）1、およびその上流に位置するAMP-activated protein kinase（AMPK）のレベルと活性については検討を要する。
カルニチン欠損JVSマウスの絶食による自発行動量低下については、中枢神経系におけるオレキシン神経活動の低下が関与することも明らかにしている。視床下部外側野におけるオレキシン産生細胞は、グルタミン酸作動性神経活動により刺激を受ける。それ故、JVSマウスの自発行動量に対するカルニチンの持続的投与効果について、神経伝達作用のあるグルタミン酸を含むアミノ酸全体の変化について検討を行った。JVSマウスの血液についてはLC-MSを用いて分析を行い、グルタミン酸など多数の血中アミノ酸は、絶食により有意な低下を示す結果を得た。一方、カルニチン投与により、分岐鎖アミノ酸を中心とする数種の血中アミノ酸が有意に増加することを認めた。