2017 Fiscal Year Annual Research Report
炎症とミトコンドリア不全を標的としたサルコペニア予防のための新たな栄養戦略
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16H03033
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| Research Institution | Ochanomizu University |
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Principal Investigator |
飯田 薫子 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 教授 (50375458)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 和雄 東洋大学, 食環境科学部, 教授 (30153711)
岸本 良美 お茶の水女子大学, お茶大アカデミック・プロダクション, 寄附研究部門准教授 (70600477)
鈴木 恵美子 お茶の水女子大学, 名誉教授 (80154524)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 骨格筋 / サルコペニア / 食品因子 / エネルギー代謝 / 乳酸 / ポリフェノール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下の成果を得た。
１）培養細胞での検討：我々はこれまで大豆イソフラボンが骨格筋細胞のエネルギー代謝に与える影響を検討してきた。昨年度に引き続き骨格筋のミトコンドリア機能の調節や脂質代謝の調節に重要な転写因子に着目し、その標的遺伝子の発現制御に大豆イソフラボンが与える効果について検討を行った。その結果イソフラボンの１種Daidzeinがpyruvate dehydrogenase kinase isozyme 4 (PDK4)やmedium-chain acyl-CoA dehydrogenase (MCAD)などの遺伝子発現を増加させ、その効果が転写因子ERRαおよびPPARαを介する可能性を見出した。また昨年に続き、食品由来ポリフェノールの一種である没食子酸に着目し、その機能について検討を行った。その結果、本ポリフェノールが脂肪酸やLPSで誘導される炎症に対する抑制効果を持つこと、そのメカニズムとして酸化ストレス制御機構を介している可能性を見出した。
２）動物での検討：昨年度の検討で、骨格筋の代謝産物である乳酸が骨格筋培養細胞の分化を促進するとともに、構成蛋白質であるミオシンの発現を増強する可能性を見出したため、本年は動物を用いて、上記結果のin vivoでの再現性について検討を行った。この結果、破砕骨格筋を用いた筋再生動物モデルにおいても、血中乳酸値の増加により筋の再生・肥大が促進されることを明らかとした。また、昨年度より継続して、低栄養モデルとして、クエン酸合成酵素（CS）のノックアウトマウスに低糖質食を投与したモデルを使用し、代謝変化の詳細について検討した。この結果、心筋では糖、脂質、ケトン体などの取り込みや利用に関わる遺伝子の発現が上昇するのに対し、骨格筋においては蛋白合成系の抑制が認められ、また速筋を中心とした筋繊維の萎縮が生じる可能性を見出した。
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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
昨年度に続き、本年度も食品や栄養因子が骨格筋の代謝に与える影響について、幅広い研究を行なった。特にこれまで検討してきた大豆イソフラボンについては、PDK4 やMCADといった筋の主要なエネルギー代謝関連遺伝子の発現調節機能を有すること、またそのメカニズムの一端にERRαやPPARαなどの一連のエネルギー代謝関連転写因子群が関連する可能性などを明らかにすることができた。また、没食子酸については強い酸化ストレス制御機構、炎症抑制作用を有することを見出し、サルコペニアの病態改善に応用しうる新たな知見を得ることができた。一方動物を用いた検討においては、乳酸の上昇が骨格筋の再生や肥大を促進するという新しい知見を得ることができた。また低栄養モデルにおいては、心筋と骨格筋のエネルギー代謝調節の適応変化の相違について、心筋は自身のエネルギー代謝を積極的に亢進するのに対し、骨格筋では代謝を抑制する、という組織適応の違いを明らかとするなど、興味深い知見を得た。
以上の理由から、研究は十分に行なわれており、かつ計画の達成度も予定通り順調であると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究概要実績１）、２）について、項目毎に以下のように研究を推進していく。
１）①Daidzeinの骨格筋細胞における代謝関連遺伝子の発現制御効果に着目し、同様の作用を有する他の食品因子の探索に着手する。具体的にはERRαやPPARα結合領域を有するプロモーター領域に分泌型ルシフェラーゼ遺伝子をつないだレポーター遺伝子を作成し、C2C12筋芽細胞に導入することによりスクリーニング系を構築する。本スクリーニング系を用いて、骨格筋でのエネルギー代謝や酸化的リン酸化を制御する食品因子の候補を探索する。②没食子酸の酸化ストレス制御機構、炎症抑制作用についてさらなる詳細な検討を行う。具体的にはWestern 法などによるシグナル経路の解析を行い、没食子酸の作用経路を明らかとする。また本年度の検討は主にマクロファージ系の細胞を用いて行ったため、没食子酸が骨格筋細胞に対しても酸化ストレス制御、炎症抑制効果を有するかについて同様に検討を行っていく。
２）①乳酸が有する筋の再生・肥大促進作用については結果をまとめ、国際誌に投稿する予定である。②通常マウスとCSのノックアウトマウスに低糖質食を与えた際に見られる、心臓と骨格筋の代謝関連遺伝子の変化の差異についてさらなる解析を行う。それぞれの臓器において、発現変化の見られた遺伝子の上流シグナルの解析を行う。具体的にはヒストン脱アセチル化酵素SIRTや、PPAR, PGC1αといった転写関連因子など、エネルギー代謝に関与するシグナル分子を中心に、その発現や活性変化を評価する。③本年度は新たに、サルコペニアの予防に対する栄養戦略の一環として、食餌の三大栄養素比率の変化が骨格筋に与える影響を探る。三大栄養素比率を様々に変えた餌をマウスに投与することにより起こる骨格筋での代謝や遺伝子発現変化、さらには組織学的な変化について詳細な検討を行うことを予定している。
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