2015 Fiscal Year Research-status Report
骨格筋由来生理活性因子(マイオカイン)BDNFによる肥満・糖尿病の予防・治療
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26350885
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
羽入 修 新潟大学, 医歯学総合病院, 講師 (10452054)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
曽根 博仁 新潟大学, 医歯学系, 教授 (30312846)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 運動療法 / マイオカイン / BDNF / 生活習慣病 / 糖尿病 / 肥満 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、肥満、糖尿病、脂質異常症、高血圧などの生活習慣病の増加が社会問題となっている。これら生活習慣病の予防・治療に運動療法が極めて有効であることが知られている。我々は２型糖尿病患者が運動療法を行うと、その活動量に反比例して脳卒中や死亡率が半減することをエビデンスとして示した（曽根博仁ら、Diabetologia 2013;56: 1021-1030）。この他にも運動療法には、単純なカロリー消費以外にも、過剰な食欲の正常化や認知機能保持など、様々な好ましい効果が知られているが、その多くは機序が不明である。
我々は、早くから有望な新規糖尿病薬候補である脳由来神経栄養因子Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) に注目し、その糖エネルギー代謝改善作用機序について解析を進めて来た。BDNFは血糖低下作用を有する事から新規糖尿病薬として期待がかかるが、 近年運動により筋組織でも産生されることが報告された。しかしその生理的役割は不明である。
これまでに我々はBDNF を７日間連日皮下投与した正常マウスでは、有意にえさの摂取量と空腹時血糖が低下することを報告した。また血糖を上昇させる代表的なホルモンであるグルカゴンは、膵臓ランゲルハンス島のα細胞から分泌され、糖尿病患者ではグルカゴン分泌が過剰となっていることが知られている。我々は、正常マウスの膵免疫染色にてBDNFの受容体であるtrkBが膵島α細胞に発現しており、また正常マウス単離膵島において、BDNF添加によりグルカゴン分泌が有意に低下することを見出した。BDNFノックアウトマウスでの検討では、血糖値はwildtypeに比べ、heterozygote、homozygoteの順で上昇した。これらの結果より、BDNFは食欲抑制作用に加え、膵α細胞からのグルカゴン分泌を抑制することにより血糖を低下させる可能性があることが示唆される。
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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
幾つかの重要な論文業績を発表するとともに、当該研究の実施に必須の実験環境の整備、実験試薬の準備を行っている。具体的には、運動療法中の筋細胞の状態を解析するために、培養筋細胞に安定して収縮刺激を加える in vitro exercise modelに用いる培養細胞ペーシングシステム（IonOptix社C-Pace EP Culture Pacer）を導入した。
また培養細胞や組織中のmRNAを定量するためのRealtime PCRを行うためのリアルタイムPCRシステム（Applied Biosystems社StepOnePlus）も稼働させている。
その他、ヒト筋細胞は米国Lonza 社から購入し、またBDNFは連携研究者が所属する新潟大学脳研究所より入手している。各種ホルモン定量に用いるELISAは常時研究室にて行っている。siRNAについては米国Dharmacon 社より購入。またα細胞株（αTC1.9）は研究室で既に培養継代し、mRNAの抽出とRealtime PCRによる各種遺伝子発現の定量を実施している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はBDNFによる、血糖低下作用、肥満予防作用、グルカゴン分泌抑制作用など抗糖尿病効果の詳細な機序を解明する。運動により筋組織で産生されるBDNFが、食欲抑制、基礎代謝亢進のみならず、グルカゴン抑制作用や筋細胞における糖利用促進作用を持つことにより血糖改善作用 を有することが示され、またこれらの機序が解明されれば、運動療法の有効性に科学的な根拠を与えるとともに 、BDNFが新たな糖尿病治療薬として臨床応用される可能性も示唆される。具体的にはin vitroの系として培養筋細胞を用いて、BDNFによる筋細胞でのブドウ糖利用促進作用やインスリン感受性改善作用を解析し、その後のin vivo解析としての各種糖尿病モデル動物ならびに、すでに当施設で確立・維持しているBDNF遺伝子発現抑制（ノックアウト）マウス及びBDNF遺伝子過剰発現（トランスジェニック）マウスにてBDNFが運動を介して血糖を低下させる機序の解明、さらにはBDNFが健常者や糖尿病患者における血糖、体重、各種糖尿病治療、合併症の進展等に与える影響に関する臨床的解析に繋がる端緒としたい。
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| Causes of Carryover |
当該年度は、前年度に導入した、運動療法中の筋細胞の状態を解析するために培養筋細胞に安定して収縮刺激を加える in vitro exercise modelを確立するための培養細胞ペーシングシステム（IonOptix社C-Pace EP Culture Pacer）について、条件設定などのセットアップを行った。またそこで得られた標本中のmRNAを定量するリアルタイムPCRシステム（Applied Biosystems社StepOnePlus）との連携も行った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は、当該年度でセットアップした培養細胞ペーシングシステム（IonOptix社C-Pace EP Culture Pacer）とmRNAを定量するリアルタイムPCRシステム（Applied Biosystems社StepOnePlus）を用いて、筋収縮に伴うBDNFやBDNF受容体（trkB）の他、糖エネルギー代謝関連分子の発現の変化を測定するため、培養関連試薬、ELISAキット、primerなどの各種試薬購入が必要となる。
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[Journal Article] Comparison of clinical characteristics in patients with type 2 diabetes among whom different antihyperglycemic agents were prescribed as monotherapy or combination therapy by diabetes specialists.2016
Author(s)
Fujihara K, Hanyu O, Heianza Y, Suzuki A, Yamada T, Yokoyama H, Tanaka S, Yagyu H, Shimano H, Kashiwagi A, Yamazaki K, Kawai K, Sone H.
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Journal Title
Journal of diabetes investigation
Volume: 7
Pages: 260-269
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] In Search of the Ideal Resistance Training Program to Improve Glycemic Control and its Indication for Patients with Type 2 Diabetes Mellitus: A Systematic Review and Meta-Analysis.2016
Author(s)
Ishiguro H, Kodama S, Horikawa C, Fujihara K, Hirose AS, Hirasawa R, Yachi Y, Ohara N, Shimano H, Hanyu O, Sone H.
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Journal Title
Sports medicine
Volume: 46
Pages: 67-77
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Meta-analytic research on the relationship between cumulative risk alleles and risk of type 2 diabetes mellitus2016
Author(s)
Kodama S, Fujihara K, Ishiguro H, Horikawa C, Ohara N, Yachi Y, Tanaka S, Shimano H, Kato K, Hanyu O, Sone H
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Journal Title
Diabetes/metabolism research and reviews
Volume: 32
Pages: 178-186
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Family History of Diabetes, Presence or Absence of Metabolic Risk Factors, and 5-Year Incident Risk of Type 2 Diabetes in Japanese Men: Toranomon Hospital Health Management Center Study.2015
Author(s)
Igarashi R, Heianza Y, Kodama S, Hatta M, Saito K, Hanyu O, Hara S, Kobayashi T, Arase Y, Sone H.
Organizer
75th American Diabetes Association Scientific Sessions(ADA)
Place of Presentation
Boston, USA
Year and Date
2015-06-05 – 2015-06-05
Int'l Joint Research
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[Presentation] Longitudinal Trajectories of Glucose, Insulin Sensitivity, and Insulin Secretion during Development of Type 2 Diabetes in Japanese: Toranomon Hospital Health Management Center Study.2015
Author(s)
Heianza Y, Fujihara K, Hara S, Hanyu O, Saito K, Tanaka S, Kodama S, Kobayashi T, Arase Y, Sone H.
Organizer
75th American Diabetes Association Scientific Sessions(ADA)
Place of Presentation
Boston, USA
Year and Date
2015-06-05 – 2015-06-05
Int'l Joint Research
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