運動持久性における視床下部グリコーゲンの役割：新規持久性向上策の提案

• 研究課題/領域番号: 16H05920
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: スポーツ科学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 松井 崇 筑波大学, 体育系, 助教 (80725549)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 20,670千円 (直接経費: 15,900千円、間接経費: 4,770千円); 2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2017年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2016年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
• キーワード: 持久性能力 / 視床下部 / グリコーゲン / 乳酸 / 運動持久性

研究成果の概要

ラット運動モデルへのグリコーゲン分解阻害薬の投与により、脳グリコーゲンが神経のエネルギーとなる乳酸の産生・供給を通して持久性に役立ち、その代謝破綻が機能低下（中枢疲労）の原因となることを明らかにした。さらに、運動と高糖質食の混合処方「グリコーゲンローディング」は、筋だけでなく脳（視床下部と海馬）のグリコーゲンを高め、持久性向上に寄与することを確認した。加えて、この効果の血中バイオマーカーをメタボロミクスを使って検討したところ、アミノ酸・チロシンを同定した。これらは、アスリートのハイパフォーマンスに貢献しうる新たな持久性向上策「脳グリコーゲンローディング」の開発に資する基礎的成果である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで、本課題に関連する研究分野では種々の神経伝達物質に焦点が置かれてきた。本研究は、脳内糖代謝がそれらと協働して運動持久性に寄与することを明らかにしたものであることから独創性が高い。また、本研究により、運動持久性を支える脳グリコーゲンの役割とそれを基盤とした革新的競技力向上策「脳グリコーゲンローディング」が動物モデルから提案された。今後、核磁気共鳴法（NMR）などを用いた非侵襲的脳グリコーゲン定量を導入できれば、ヒト・アスリートへの実装を目指すことが可能となる。さらに、それを補助する栄養サプリメント開発を進めることができるなどの応用可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] Rockefeller University(米国)
• [国際共同研究] Cajal Institute, CSIC(スペイン)
• [国際共同研究] 国立カハール研究所(スペイン)
• [雑誌論文] Tyrosine as a Mechanistic-Based Biomarker for Brain Glycogen Decrease and Supercompensation With Endurance Exercise in Rats: A Metabolomics Study of Plasma (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsui Takashi、 Liu Yu-Fan、Soya Mariko, Shima Takeru, Soya Hideaki
  • 雑誌名: Frontiers in neuroscience 巻: 13 ページ: 200-200
  • DOI: 10.3389/fnins.2019.00200
  • NAID: 120007128079
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] グリコーゲンローディングが脳に及ぼす効果：持久性能力と認知機能をともに高める新戦略候補 (2018)
  • 著者名/発表者名: 征矢茉莉子，松井 崇，征矢英昭
  • 雑誌名: 体育の科学 巻: 68 ページ: 566-572
• [雑誌論文] Hyper-hippocampal glycogen induced by glycogen loading with exhaustive exercise (2018)
  • 著者名/発表者名: Soya Mariko、Matsui Takashi、Shima Takeru、Jesmin Subrina、Omi Naomi、Soya Hideaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: - 号: 1 ページ: 1285-1285
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19445-4
  • NAID: 120007134504
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Astrocytic glycogen-derived lactate fuels the brain during exhaustive exercise to maintain endurance capacity (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui Takashi、Omuro Hideki、Liu Yu-Fan、Soya Mariko、Shima Takeru、McEwen Bruce S.、Soya Hideaki
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 114 号: 24 ページ: 6358-6363
  • DOI: 10.1073/pnas.1702739114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Insulin Regulates Astrocytic Glucose Handling Through Cooperation With IGF-I. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fernandez AM, Hernandez-Garzon E, Perez-Domper P, Perez-Alvarez A, Mederos S, Matsui T, Santi A, Trueba-Saiz A, Garcia-Guerra L, Pose-Utrilla J, Fielitz J, Olson EN, De la Rosa RF, Garcia L, Pozo MA, Iglesias T, Araque A, Soya H, Perea G, Martin ED, Torres-Aleman I
  • 雑誌名: Diabetes 巻: 66 号: 1 ページ: 64-74
  • DOI: 10.2337/db16-0861
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Moderate exercise ameliorates dysregulated hippocampal glycometabolism and memory function in a rat model of type 2 diabetes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shima T, Matsui T, Jesmin S, Okamoto M, Soya M, Inoue K, Liu YF, Torres-Aleman I, McEwen BS and Soya H
  • 雑誌名: Diabetologia 巻: 60 号: 3 ページ: 597-606
  • DOI: 10.1007/s00125-016-4164-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Differential effects of type 2 diabetes on brain glycometabolism in rats: focus on glycogen and monocarboxylate transporter 2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Shima T, Jesmin S, Matsui T, Soya M, Soya H
  • 雑誌名: The Journal of Physiological Sciences 巻: - 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1007/s12576-016-0508-6
  • NAID: 40021443633
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 運動が高めるヒューマン・パフォーマンスと脳グリコーゲン． (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 崇
  • 雑誌名: 愛知県理学療法学会誌 巻: 28 ページ: 3-9
  • NAID: 40020895558
• [学会発表] Brain glycogen as a common mechanism for exercise-enhanced endurance and cognition. (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui T
  • 学会等名: Seoul National University Seminar, Seoul, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Brain glycogen: a possible mechanism of exercise-enhanced endurance and cognition (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui T
  • 学会等名: Brain glycogen symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dopaminergic activity-dependent astrocytic glycogenolysis producing lactate in the exercising hippocampus (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui T, Torres-Aleman I, Soya H
  • 学会等名: International Institute for Integrative Sleep Medicine Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 脳グリコーゲンからみた身心の機能を担う共通神経機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松井 崇
  • 学会等名: 運動と脳の勉強会
• [学会発表] スポーツ神経科学で解き明かす身心に及ぼす武道の効果：柔道家の視点から (2018)
  • 著者名/発表者名: 松井 崇
  • 学会等名: 第８回武道ワールドセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 脳グリコーゲン：運動が高めるヒューマン・パフォーマンスの共通神経機構候補 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松井 崇
  • 学会等名: 玉川大学脳科学研究所若手の会
  • 招待講演
• [学会発表] 海馬におけるドーパミン作動性グリコーゲン分解と乳酸産生：初代培養アストロサイトを用いた検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松井 崇，トレス―アレマン イグナシオ，征矢英昭
  • 学会等名: 第73回日本体力医学会大会
• [学会発表] 海馬グリコーゲンローディングはパターン分離能を高める (2018)
  • 著者名/発表者名: 征矢茉莉子，劉 宇帆，松井 崇，征矢英昭
  • 学会等名: 第73回日本体力医学会大会
• [学会発表] Hypothalamic regulation of energy metabolism during endurance exercise: the role of astrocytic glycogen-derived lactate. (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui T.
  • 学会等名: Translational Sport Neuroscience Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] “Judo Grows Though Body and Mind: Sport Neuroscience Reveals Exercise Benefit”. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui T
  • 学会等名: Sport for Tomorrow Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アストロサイトのグリコーゲンに由来する乳酸は運動持久性を維持する 重要な脳内エネルギーである (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井 崇、大室秀樹、劉 宇帆、征矢茉莉子、島 孟留、征矢英昭
  • 学会等名: 日本体力医学会
• [学会発表] １）Dopamine D2 receptor-mediated astrocytic glycogenolysis in the exercising rat hippocampus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui T.
  • 学会等名: 3rd Forum in Global Initiative for Sports Neuroscience 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dopaminergic activity-dependent astrocytic glycogenolysis in the exercising rat hippocampus. (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsui T., Torres-Aleman I., Soya H.
  • 学会等名: Neuroscience 2016
  • 国際学会
• [学会発表] Hyper-hippocampal glycogen deposit induced by preloading of exercise and high carbohydrate diet: A possible strategy to enhance function. (2016)
  • 著者名/発表者名: Soya M., Shima T., Matsui T., Soya H.
  • 学会等名: Neuroscience 2016
  • 国際学会
• [学会発表] 運動時の脳内糖代謝と認知機能． (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 崇．
  • 学会等名: 日本運動生理学会
  • 招待講演
• [図書] 運動と疲労の科学（下光輝一・八田秀雄編著）（第９章 脳から考える運動の限界～中枢性疲労の分類と要因～） (2018)
  • 著者名/発表者名: 征矢英昭，越智元太，松井 崇
  • 総ページ数: 221
  • 出版者: 大修館書店
• [図書] 第13章 有酸素性・無酸素性エネルギー系のトレーニング．運動生理学大事典：健康・スポーツ現場で役立つ理論と応用（Essentials of Exercise Physiology訳本）（田中喜代次、西平賀昭、征矢英昭、大森 肇監訳） (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井 崇，征矢英昭
  • 総ページ数: 28
  • 出版者: 西村書店
• [図書] 運動時には脳も疲れるの？．もっとなっとく 使えるスポーツサイエンス（征矢英昭編著） (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井 崇，征矢英昭
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 講談社
• [図書] パフォーマンスのスポーツ神経科学：柔道競技力における脳の役割を探る．実践柔道論（小俣幸嗣編著） (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井 崇
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: メディアパル社
• [備考] 運動持久性を担う新たな脳機構を解明
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201705251700.html
• [備考] １週間前のキツめの運動が脳に効く！ ―認知機能を標的としたスポーツコンディショニング法の確立に光明―
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201802131400-2.html