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

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05920
• 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
• キーワード: 視床下部 / グリコーゲン / 持久性能力

研究実績の概要

本研究は、運動持久性に重要なエネルギー代謝の制御中枢・視床下部（VMH）におけるグリコーゲンの役割を解明し、アスリートへの実装を念頭にした視床下部グリコーゲンローディングを提案することを目指す。４年計画の１年目である平成28年度は、実験計画に従い、以下の通りに実験を実施した。
実験１－１では、運動持久性における視床下部VMHグリコーゲンの役割を薬理学的に明らかにすることを目的とした。VMH局所的な薬物投与を可能とするため、Watsonのラット脳地図を基に両側の視床下部VMHにカテーテルを留置した。留置したカテーテルを通じて、グリーコゲン分解酵素阻害薬を投与しながらLT強度のトレッドミル運動を課し、最大下運動時の呼気ガス成分を小動物用代謝チャンバーを用いて測定した。その結果、グリーコゲン分解酵素阻害薬の投与が最大下運動時の殺鼠摂取量には影響を及ぼさないが、二酸化炭素排出量を低下させ、呼吸交換比を上昇させたことから、視床下部グリコーゲンが運動時の糖質代謝に抑制的に働くことで、運動持久性を担う可能性が示唆された。
実験１－２では、運動持久性における脳グリコーゲンの役割を遺伝学的に明らかにすることを目的とし、グリコーゲン欠損マウスの導入を進め、次年度以降の研究推進のための環境を整備した。
また、視床下部グリコーゲンローディングの開発を目指す実験２について、当初は平成30年度開始予定だったが、前倒しして予備的検討を開始しし、ラットにおけるグリコーゲンローディングモデルを作成した。

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

実験１－１では、運動持久性における視床下部グリコーゲンの役割を薬理学的に明らかにするため、両側の視床下部にカテーテルに留置したラットにグリーコゲン分解酵素阻害薬を投与する実験を行い、目的を達成した。実験１－２では、遺伝子改変動物の搬入や環境整備に時間を要したが、次年度に向けた実験環境が整ったことから、今後の進展が予想される。それぞれの実験で目的を一定のレベルで達成したことから、おおむね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

実験１－１では、グリーコゲン分解酵素阻害薬の投与により、視床下部グリコーゲンの役割の一端を明らかにしたことから、平成29年度は、グリコーゲン由来の乳酸が運動持久性に関与するかどうかをモノカルボン酸輸送担体阻害薬を用いて検討する。実験１－２では、継続的に遺伝子改変動物の実験環境を整えるとともに、動物を使用した検討を開始する。
また、実験２は当初の予定では平成30年度より開始予定であったが、今年度から予定を繰り上げて予備的検討を開始した。それを継続することで、研究計画全体の活性化を図る。

研究成果

• [国際共同研究] 国立カハール研究所(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: 国立カハール研究所
• [雑誌論文] Insulin Regulates Astrocytic Glucose Handling Through Cooperation With IGF-I. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fernandez A.M., 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 E.N., Fernandez de la Rosa R., Garcia Garcia L., Pozo M.A., Iglesias T., Araque A., Soya H., Perea G., Martin E.D., Torres Aleman I.
  • 雑誌名: Diabetes 巻: 66 ページ: 64-74
  • DOI: 10.2337/db16-0861.
  • 査読あり / 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: J Physiol Sci 巻: 68 ページ: 69-75
  • DOI: 10.1007/s12576-016-0508-6.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Moderate exercise ameliorates dysregulated hippocampal glycometabolism and memory function in a rat model of type 2 diabetes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shima T., Matsui T., Jesmin S., Okamoto M., Soya M., Inoue K., Liu Y.F., Torres-Aleman I., McEwen B.S., Soya H.
  • 雑誌名: Diabetologia 巻: 60 ページ: 597-606
  • DOI: 10.1007/s00125-016-4164-4.
  • 査読あり / 国際共著
• [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
• [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