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臓器間ネットワークによる膵α細胞新生機構と代謝制御の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K08581
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分54040:代謝および内分泌学関連
研究機関山口大学

研究代表者

奥屋 茂  山口大学, 教育・学生支援機構, 教授 (20214083)

研究分担者 田部 勝也  山口大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (00397994)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード膵α細胞 / 神経ネットワーク / 交感神経系 / グルカゴン
研究開始時の研究の概要

我々は、短期のLC/HP食による栄養・代謝変化に対する膵内分泌細胞の急性応答として、肝臓を起点とする神経ネットワークを介した新規膵α細胞量制御機構を発見した。これは“膵α細胞の新生機構”を検討する上で貴重なモデルと考えられる。本課題では、神経ネットワークを介する膵α細胞量制御機構をより詳細に解析し、さらにこのモデルでのグルカゴンによるエネルギー代謝調節作用を明らかにする。栄養変化に対する膵α細胞量・グルカゴン分泌制御メカニズムとともに、脂肪細胞におけるエネルギー代謝調節を明らかにし、未だ不明な点が多いグルカゴン作用の理解を深め、さらに“α細胞増加が関連する代謝調節と肥満予防”への展開を目指す。

研究実績の概要

脂質(F)比は変えずに、蛋白質(P)比を増加し炭水化物(C)比を減少させた低炭水化物/高蛋白質食(P:F:C=70:22:8, LCHP)をマウスに10日間摂餌させ、標準食(P:F:C=22:22:56)と比較した。血中グルカゴン上昇・インスリン低下、肝グリコーゲン含量低下・糖新生亢進とともに、膵管近傍にグルカゴン陽性細胞クラスターが出現し周囲膵島でのα細胞増加が観察された。同クラスターは交感神経に沿って出現し、細胞は転写因子Pax6陽性:MafB陰性を呈し、幼若な膵α細胞の特性を示していた。α細胞新生と交感神経の関連を明らかにするため、6-OHDAで薬理学的交感神経遮断を行うとα細胞新生が抑制された。次に、交感神経調節に関与する脳神経核を解析したところ、LCHP摂餌マウスにおいて延髄孤束核、最後野、交感神経起始核である淡蒼縫線核のFosB陽性細胞の顕著な増加を確認した。α細胞新生を惹起する肝臓-中枢神経-膵臓臓器連関を想定し、迷走神経肝臓枝切断術を施行したマウスにLCHP食を摂餌させると、グルカゴン陽性細胞出現および肝糖新生・アミノ酸代謝亢進も抑制された。さらに、LCHP負荷時のメタボローム解析では、肝グリコーゲン含量低下に続くタイミングで、糖新生系の中間代謝産物の増加を認めた。一方、同じく低炭水化物であるケトン食(P:F:C=10:90:0.1)とコントロール食(P:F:C=10:10:80)をマウスに10日間摂餌後に比較すると、グルカゴン陽性細胞増加は誘導されず、肝組織でのグリコーゲン含量はLCHPでは門脈側で、ケトン食では肝臓中心静脈側で低下していた。マウス肝臓では神経線維は門脈周囲に分布することから、LCHP負荷時の肝臓からの情報は門脈領域のグリコーゲン含量低下である可能性が示唆された。蛋白質を主体とする栄養環境下においては、神経ネットワークを介した細胞新生に基づく膵α細胞量調節機構の存在が示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

マウスを用いた動物実験を中心に、予定された研究を適宜遂行中である。短期間LCHP負荷で誘導される膵α細胞増加(新生)が、①肝臓での門脈側(周囲)グリコーゲン含量低下により引き起こされる代謝変化(アミノ酸利用・糖新生)に由来する可能性、②膵内の交感神経終末の存在部位である、膵管近傍の内分泌前駆細胞から由来する可能性、③肝臓⇒迷走神経求心路⇒延髄孤束核---淡蒼縫線核⇒交感神経遠心路を介して制御される現象である可能性、をすでに明らかにしている。

今後の研究の推進方策

短期間のLCHP食に誘導される膵α細胞は、その局在から膵管近傍に存在する多能性分化能を有する前駆細胞から分化新生していると考えられる。新生グルカゴン陽性細胞の特徴を、膵内分泌前駆細胞やα細胞分化・成熟マーカーとなる種々転写因子の発現とともに、細胞増殖能を免疫組織染色により検討を進める。メタボローム解析についても、迷走神経肝臓枝切断術施行マウスでの検討も含めて再検討を予定している。さらに、迷走神経求心路に関わる迷走神経節での神経活性化の有無の確認等、膵α細胞量調節機構に関わる神経ネットワークの解析を進めるとともに、LCHPの急性効果における食事内容、特に高蛋白負荷の影響を確認するため、コントロール食とLCHP食摂餌下でのマウス血中の“アミノ酸解析”も予定している。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Hachimijiogan, a traditional herbal medicine, modulates adipose cell function and ameliorates diet-induced obesity and insulin resistance in mice2023

    • 著者名/発表者名
      Kagawa Syota、Tanabe Katsuya、Hiromura Makoto、Ogawa Kakuyou、Koga Takayuki、Maeda Takahiro、Amo-Shiinoki Kikuko、Ochi Hiroyuki、Ichiki Yui、Fukuyama Shogo、Suzuki Saori、Suizu Natsuki、Ohmine Takaaki、Hamachi Sakurako、Tsuneki Hiroshi、Okuya Shigeru、Sasaoka Toshiyasu、Tanizawa Yukio、Nagashima Fumihiro
    • 雑誌名

      Frontiers in Pharmacology

      巻: 14 ページ: 1167934-1167934

    • DOI

      10.3389/fphar.2023.1167934

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gsk-3-Mediated Proteasomal Degradation of ATF4 Is a Proapoptotic Mechanism in Mouse Pancreatic β-Cells2022

    • 著者名/発表者名
      Nagao Y, Amo-Shiinoki K, Nakabayashi H, Hatanaka M, Kondo M, Matsunaga K, Emoto M, Okuya S, Tanizawa Y, Tanabe K
    • 雑誌名

      Int J Mol Sci.

      巻: 23 号: 21 ページ: 13586-13586

    • DOI

      10.3390/ijms232113586

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Importance of Intestinal Environment and Cellular Plasticity of Islets in the Development of Postpancreatectomy Diabetes.2021

    • 著者名/発表者名
      Fukuda T, Bouchi R, Takeuchi T, Amo-Shiinoki K, Kudo A, Tanaka S, Tanabe M, Akashi T, Hirayama K, Odamaki T, Igarashi M, Kimura I, Tanabe K, Tanizawa Y, Yamada T, Ogawa Y
    • 雑誌名

      Diabetes Care

      巻: 44(4) 号: 4 ページ: 1002-1011

    • DOI

      10.2337/dc20-0864

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 血糖制御と臓器間コミュニケーション:神経ネットワークを介した膵α細胞量の調節2023

    • 著者名/発表者名
      椎木幾久子, 田部勝也, 井泉知仁, 吉村充弘, 西村 渉, 今井淳太, 奥屋 茂, 上田陽一, 片桐秀樹, 谷澤幸生
    • 学会等名
      第66回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] グルカゴン研究の歩みとこれからの展開:グルカゴン受容体異常症の臨床像と病態2023

    • 著者名/発表者名
      田部勝也, 椎木幾久子, 奥屋 茂, 谷澤幸生
    • 学会等名
      第66回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Txnipはマウスにおいて先天性BAT熱産生機能を維持する2023

    • 著者名/発表者名
      Zou Meng, 田部勝也, 椎木幾久子, 河野大輔, 田口昭彦, 奥屋 茂, 北村忠弘, 増谷 弘, 谷澤幸生
    • 学会等名
      第66回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Txnipは褐色脂肪の先天性熱産生能力を維持する2023

    • 著者名/発表者名
      鄒朦, 田部勝也, 椎木幾久子, 河野大輔, 香川正太, 田口昭彦, 池田賢司, 山田哲也, 太田康晴, 奥屋 茂, 北村忠弘, 増谷 弘, 谷澤幸生
    • 学会等名
      第34回分子糖尿病学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 機能的な膵β細胞維持に向けた膵島研究の最前線:糖尿病における膵島細胞の可塑性と脱分化2022

    • 著者名/発表者名
      椎木 幾久子、田部勝也、幡中雅行、奥屋 茂、谷澤幸生
    • 学会等名
      第65回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 臨床・基礎におけるグルカゴン研究の進歩:グルカゴン需要増大に対するα細胞の挙動と細胞量調節機構2022

    • 著者名/発表者名
      田部勝也、椎木 幾久子、谷澤幸生、奥屋 茂
    • 学会等名
      第65回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Txnipは褐色脂肪の先得的発熱活性を維持する2022

    • 著者名/発表者名
      Zou Meng、田部勝也、椎木 幾久子、田口昭彦、河野大輔、北村忠弘、奥屋 茂、増谷 弘、谷澤幸生
    • 学会等名
      第65回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 八味地黄丸は熱産生を亢進し、抗肥満作用を有する2021

    • 著者名/発表者名
      香川正太、田部勝也、廣村 信、古賀貴之、椎木幾久子、鈴木早織、水津菜月、大嶺貴亮、濱地桜子、奥屋 茂、木村郁子、谷澤幸生、長島史裕
    • 学会等名
      第64回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 糖尿病における膵島細胞の可塑性と脱分化2021

    • 著者名/発表者名
      田部勝也、椎木幾久子、幡中雅行、谷澤幸生
    • 学会等名
      第64回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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