糖代謝を悪化させる腸内細菌由来代謝産物の特定とそのメカニズムの解明

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K09821
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 藤坂 志帆 富山大学, 附属病院, 助教 (30512082)
• 研究分担者: 戸辺 一之 富山大学, 大学院医学薬学研究部(医学), 教授 (30251242) ; 薄井 勲 獨協医科大学, 医学部, 准教授 (50377272)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 糖尿病 / 腸内細菌 / 代謝産物

研究実績の概要

Ｉndoxyl sulfate(IS)は腸内細菌由来の代謝産物と考えられているが、尿中IS量は高脂肪食負荷マウスで増加し、抗生剤投与により腸内細菌叢を死滅させると減少した。抗生剤を中止すると糞便中の腸内細菌DNAの量の増加とともに尿中IS量も回復したことから、腸内細菌叢によるIS産生が体内のIS量をある程度決定づけると思われた。
高脂肪食負荷マウスにISを投与し、IS濃度を約３倍程度に高めると11週あるいは30週後には糖負荷試験、インスリン負荷試験で糖代謝が悪化した。血中インスリン濃度も有意に上昇しており、インスリン抵抗性が惹起されていることが示唆された。肝臓の重量が増加し、肝および内臓脂肪組織の炎症性サイトカインの遺伝子発現が増加していた。
IS投与マウスの腹腔内マクロファージを回収し、炎症性刺激に対する反応性を検討した。LPS投与後の炎症性サイトカインの発現量はコントロールと比較して有意差はなかったことからISがマクロファージの炎症性を直接高めるわけではないと思われた。
異なる遺伝的、環境的背景を持つ12群のマウス（C57B6J,129S1,129S6の3種類のマウスにそれぞれ普通食、高脂肪食および抗生剤バンコマイシンまたはメトロニダゾール投与）を用いて、腸内細菌組成の16S rRNAシークエンス解析と腸管内容物および血清の網羅的メタボローム解析を行った結果を詳細に解析した。腸内細菌叢の変化とともに腸内細菌のもつ機能的代謝パスウェイが変化し、腸管内容物および血中の代謝産物が劇的に変化すること、されにインスリン抵抗性や耐糖能異常と相関のある代謝産物を同定し、Cell Reports誌に発表した（Fujisaka et al Cell Reports. 22: 3072-3086, 2018）。

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

本研究課題の目的の一つである「糖代謝を悪化させる代謝産物の特定」という点では、Cell reports誌に論文発表することができ、ある程度達成したと考えている。一方、腸内細菌代謝産物indoxyl sulfateがいかなるメカニズムで糖代謝を悪化させるのかという点についてはいまだ結論が出ておらず、現在検討を進めている。

今後の研究の推進方策

ISが糖代謝を悪化させるメカニズムについて、とくに脂肪組織や肝臓の線維化などに着目した検討を行う予定である。
一方、肥満に用いる漢方薬、防風通聖散(BFT)が高脂肪食負荷マウスにおいて糖代謝を改善させることを見出した。BFTにより腸内細菌叢が大きく変化し、高脂肪食により低下した腸管のバリア機能が改善し、腸内細菌毒素（エンドトキシン）の血中への移行が低下するという結果を得ている。本研究計画ではさらにBFTにより糖代謝が改善する際に腸内細菌由来の代謝産物の関与があるかどうか、腸管内容物または血清のメタボローム解析により検討を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

見積額と実際の納入金額との差額であり、この残額は次年度の物品購入に充てる。

研究成果

• [雑誌論文] Diet, Genetics, and the Gut Microbiome Drive Dynamic Changes in Plasma Metabolites. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujisaka S, Avila-Pacheco J, Soto M, Kostic A, Dreyfuss JM, Pan H, Ussar S, Altindis E, Li N, Bry L, Clish CB, Kahn CR.
  • 雑誌名: Ｃｅｌｌ Ｒｅｐｏｒｔｓ 巻: 22 ページ: 3072-3086
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.02.060.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ratio of low molecular weight serum adiponectin to the total adiponectin value is associated with type 2 diabetes through its relation to increasing insulin resistance. (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwata M, Hara K, Kamura Y, Honoki H, Fujisaka S, Ishiki M, Usui I, Yagi K, Fukushima Y, Takano A, Kato H, Murakami S, Higuchi K, Kobashi C, Fukuda K, Koshimizu Y, Tobe K.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 13 ページ: e0192609
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0192609.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Divergent effects of glucose and fructose on hepatic lipogenesis and insulin signaling. (2017)
  • 著者名/発表者名: Softic S, Gupta MK, Wang GX, Fujisaka S, O'Neill BT, Rao TN, Willoughby J, Harbison C, Fitzgerald K, Ilkayeva O, Newgard CB, Cohen DE, Kahn CR.
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ 巻: 127 ページ: 4059-4074
  • DOI: 10.1172/JCI94585. Epub 2017 Oct 3.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regulation of Glucose Uptake and Enteroendocrine Function by the Intestinal Epithelial Insulin Receptor. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ussar S, Haering MF, Fujisaka S, Lutter D, Lee KY, Li N, Gerber GK, Bry L, Kahn CR.
  • 雑誌名: Diabetes 巻: 66 ページ: 886-896
  • DOI: 10.2337/db15-1349. Epub 2017 Jan 17.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CD206+ M2-like macrophages regulate systemic glucose metabolism by inhibiting proliferation of adipocyte progenitors. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nawaz A, Aminuddin A, Kado T, Takikawa A, Yamamoto S, Tsuneyama K, Igarashi Y, Ikutani M, Nishida Y, Nagai Y, Takatsu K, Imura J, Sasahara M, Okazaki Y, Ueki K, Okamura T, Tokuyama K, Ando A, Matsumoto M, Mori H, Nakagawa T, Kobayashi N, Saeki K, Usui I, Fujisaka S, Tobe K.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 286
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00231-1.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Bofutsushosan improved gut barrier function with a bloom of Akkermansia muciniphila and improves glucose metabolism in diet-induced obese mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiho Fujisaka, Isao Usui, Allah Nawaz, Yoshiko Igarashi, Tomonobu Kado, Okabe Keisuke, Kunimasa Yagi, Takashi Nakagawa, Kazuyuki Tobe
  • 学会等名: 78th Scientific Sessions of American Diabetes Association
  • 国際学会
• [学会発表] 腸内細菌叢を介した糖代謝制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤坂 志帆、CR Kahn、戸邉 一之
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
  • 招待講演
• [学会発表] 防風通聖散は腸内細菌Akkermansia muciniphilaを増加させ、高脂肪食負荷マウスの糖代謝を改善する (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤坂 志帆、薄井 勲、Allah Nawaz、五十嵐 喜子、角 朝信、古澤 之裕、八木邦公、戸邉 一之
  • 学会等名: 第91回日本内分泌学会学術総会
• [学会発表] 腸内細菌叢と糖代謝異常 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤坂 志帆、CR. Kahn、戸邉 一之
  • 学会等名: 第52回糖尿病学の進歩
  • 招待講演
• [学会発表] 防風通聖散は腸内細菌Akkermansia muciniphilaを増加させ、高脂肪食負荷マウスの耐糖能を改善する (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤坂 志帆、薄井 勲、古澤 之裕、Allah Nawaz、五十嵐 喜子、角 朝信、戸邉 一之
  • 学会等名: 第22回日本肥満学会アディポサイエンス・シンポジウム
• [学会発表] Bofutsushosan, an Oriental Herbal Medicine, induces Akkermansia muciniphila and improves glucose metabolism in diet-induced obese mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shiho Fujisaka, Isao Usui, Yukihiro Furusawa, Allah Nawaz, Yoshiko Igarashi, Tomonobu Kado, Kazuyuki Tobe
  • 学会等名: 77th Scientific Sessions of American Diabetes Association
  • 国際学会
• [学会発表] 腸内細菌叢が糖代謝に与える影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤坂 志帆、C. Ronald Kahn、戸邉 一之
  • 学会等名: 第60回日本糖尿病学会年次学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 腸内細菌叢の変化は血中代謝産物を劇的に変化させ耐糖能を制御する (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤坂 志帆、Jonathan Dreyfuss、Clary Clish、Lynn Bry、戸邉 一之、C.Ronald Kahn
  • 学会等名: 第60回日本糖尿病学会年次学術集会
• [学会発表] 腸内細菌叢を規定する遺伝背景と代謝異常 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤坂 志帆
  • 学会等名: CVMW2017 心血管代謝週間
  • 招待講演