モデル動物を用いた糖・脂質代謝調節における異所性脂肪蓄積の病態生理的意義の解明

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K09827
• 研究機関: 独立行政法人国立病院機構(京都医療センター臨床研究センター)
• 研究代表者: 日下部 徹 独立行政法人国立病院機構(京都医療センター臨床研究センター), 内分泌代謝高血圧研究部, 研究室長 (60452356)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 異所性脂肪蓄積 / 肥満症 / 脂肪萎縮症 / 脂肪肝 / インスリン抵抗性 / インスリン分泌 / リポプロテインリパーゼ / ANGPTL8

研究実績の概要

肥満症は、糖尿病、脂質異常症、高血圧症などの脳心血管病リスクファクターを合併する解決すべき健康障害である。最近の研究の進展により、「異所性脂肪」蓄積が注目されている。現在のところ、糖・脂質代謝調節における異所性脂肪蓄積を検討するための良いモデル動物が存在するとは言えない。ヒト肥満症の病態に則した異所性脂肪蓄積モデル動物が開発され、異所性脂肪蓄積の病態生理的意義が明らかにされることが望まれている。平成29年度は、食餌性肥満ラットをゴールデンスタンダードとして、全身性脂肪萎縮症モデルラット（セイピン欠損ラット）、肥満症ラット（レプチン欠損ラット）における異所性脂肪蓄積および糖・脂質代謝パラメータの関連などを検討し、異所性脂肪蓄積モデル動物としての妥当性を示した。
平成30年度は、セイピン欠損ラットに対してニコチンの持続皮下投与を行い、摂食量、体重増加を起こさずに、随時血糖値、随時インスリン値、総コレステロール値、中性脂肪値が上昇すること、さらに、肝臓脂質含量の増加とともに肝臓が腫大し、肝中心静脈周囲の線維化が促進、炎症マーカー（IL6、TNFα）、線維化マーカー（Col1A1）の遺伝子発現が上昇することを見出した。このことから、ニコチンは脂肪肝を非アルコール性脂肪肝炎へ進展させる作用を有すると考えられた。また、肝膵臓β細胞増殖作用を有すると報告されたAngiopoietin-like protein (ANGPTL) 8のノックアウトラットの解析を通じて、ANGPTL8遺伝子をノックアウトすることで、リポプロテインリパーゼを活性化し、心筋、骨格筋における脂肪酸β酸化を亢進させ、血中中性脂肪TG濃度を低下させることを明らかにした。

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

セイピン欠損ラット、レプチン欠損ラットはいずれも、通常食飼育下でも著しい脂肪肝を呈し、異所性脂肪蓄積の良いモデル動物になると考えられた。高脂肪食で飼育したセイピン欠損ラットにニコチンを4週間持続皮下投与し、摂食量、体重増加を起こさずに、随時血糖値、随時インスリン値、総コレステロール値、中性脂肪値が上昇すること、さらに、肝臓脂質含量の増加とともに肝臓が腫大し、肝中心静脈周囲の線維化が促進、炎症マーカー（IL6、TNFα）、線維化マーカー（Col1A1）の遺伝子発現が上昇することを見出した。このことから、ニコチンは脂肪肝を非アルコール性脂肪肝炎へ進展させる作用を有すると考えられた。
また、肝膵臓β細胞増殖作用を有すると報告されたAngiopoietin-like protein (ANGPTL) 8のノックアウトラット（KO）を作製し、解析を行った。Angptl8 KOラットは、野生型ラットと比較して体重減少、脂肪組織における脂肪蓄積の低下が認められ、ANGPTL8は脂肪細胞での脂肪合成を増強させ、体脂肪量を増加させる可能性が示された。また、Angptl8 KOラットの血中TG濃度は低下が認められ、心筋でLPL活性の上昇と、心筋、骨格筋で脂肪酸β酸化の亢進が認められ、ANGPTL8はLPL活性の抑制因子として作用し、心筋、骨格筋における脂肪酸β酸化を亢進させることで、血中TG濃度を低下させると考えられた。Angptl8 KOでは、異所性脂肪蓄積の増加、糖代謝異常は観察されなかった。
以上のように、異所性脂肪蓄積モデルになりうる動物について、解析がおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

1）異所性脂肪蓄積モデル動物の確立
平成29年度、平成30年度と同様に、セイピン欠損ラットとレプチン欠損ラットを用いて、肝臓、骨格筋、膵臓における遺伝子発現変化をマイクロアレイを用いて網羅的に解析する。
2）糖・脂質代謝調節における異所性脂肪蓄積の病態生理的意義の解明
セイピン欠損ラットとレプチン欠損ラットの2種類の異所性脂肪蓄積モデルラットを用いて、肝臓、骨格筋におけるインスリンシグナル、膵臓におけるインスリン分泌能を、個体レベル、細胞レベルで評価する。最近、糖尿病や肥満症におけるサルコペニア（骨格筋量減少や筋力低下）は、病態の悪循環を形成することが注目されている。糖尿病や肥満症においてサルコペニアが進展する分子メカニズムは十分には解明されていない。そこで、これら異所性脂肪蓄積モデルを用いて、骨格筋脂肪蓄積がサルコペニアに及ぼす影響についても解析を加える。また、これら異所性脂肪蓄積モデル動物に対して、摂餌制限やレプチン治療による治療介入を行い、異所性脂肪蓄積および糖・脂質代謝パラメータ、サルコペニア関連指標（骨格筋量、筋力）に及ぼす影響を検討する。異所性脂肪蓄積に関わる鍵分子を明らかにすることで、新規創薬ターゲットを見出すことを目標とする。

次年度使用額が生じた理由

動物実験施設の移動に伴い、ラット飼育数を一時的に減らしていた。現在は、ラット飼育数を増やし当初の実験計画を大きく変更することなく、実験遂行が可能と考えている。

研究成果

• [雑誌論文] A potential novel pathological implication of serum soluble triggering receptor expressed on myeloid cell 2 in insulin resistance in a general Japanese population: The Hisayama study. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka M, Honda T, Yamakage H, Hata J, Yoshida D, Hirakawa Y, Shibata M, Inoue T, Kusakabe T, Satoh-Asahara N, Ninomiya T.
  • 雑誌名: Diabetes Res Clin Pract. 巻: 146 ページ: 225-232
  • DOI: 10.1016/j.diabres.2018.10.007.
  • 査読あり
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-mediated Angptl8 knockout suppresses plasma triglyceride concentrations and adiposity in rats. (2018)
  • 著者名/発表者名: Izumi R, Kusakabe T, Noguchi M, Iwakura H, Tanaka T, Miyazawa T, Aotani D, Hosoda K, Kangawa K, Nakao K.
  • 雑誌名: J Lipid Res. 巻: 59 ページ: 1575-1585
  • DOI: 10.1194/jlr.M082099.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clinical Characteristics, Phenotype of Lipodystrophy and a Genetic Analysis of Six Diabetic Japanese Women with Familial Partial Lipodystrophy in a Diabetic Outpatient Clinic. (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwanishi M, Ito-Kobayashi J, Washiyama M, Kusakabe T, Ebihara K.
  • 雑誌名: Intern Med. 巻: 57 ページ: 2301-2313
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.0225-17.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of serum myostatin in the association between hyperinsulinemia and muscle atrophy in Japanese obese patients. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka M, Masuda S, Yamakage H, Inoue T, Ohue-Kitano R, Yokota S, Kusakabe T, Wada H, Sanada K, Ishii K, Hasegawa K, Shimatsu A, Satoh-Asahara N.
  • 雑誌名: Diabetes Res Clin Pract. 巻: 142 ページ: 195-202
  • DOI: 10.1016/j.diabres.2018.05.041.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemokine (C-X-C motif) ligand 1 is a myokine induced by palmitate and is required for myogenesis in mouse satellite cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: Masuda S, Tanaka M, Inoue T, Kitano R, Yamakage H, Muranaka K, Kusakabe T, Shimatsu A, Hasegawa K, Satoh-Asahara N.
  • 雑誌名: Acta Physiol (Oxf). 巻: 222 ページ: -
  • DOI: 10.1111/apha.12975.
  • 査読あり
• [雑誌論文] α-Linolenic acid-derived metabolites from gut lactic acid bacteria induce differentiation of anti-inflammatory M2 macrophages through G protein-coupled receptor 40. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohue-Kitano R, Yasuoka Y, Goto T, Kitamura N, Park SB, Kishino S, Kimura I, Kasubuchi M, Takahashi H, Li Y, Yeh YS, Jheng HF, Iwase M, Tanaka M, Masuda S, Inoue T, Yamakage H, Kusakabe T, Tani F, Shimatsu A, Takahashi N, Ogawa J, Satoh-Asahara N, Kawada T.
  • 雑誌名: FASEB J. 巻: 32 ページ: 304-318
  • DOI: 10.1096/fj.201700273R.
  • 査読あり
• [学会発表] これからの糖尿病治療戦略について (2018)
  • 著者名/発表者名: 日下部徹
  • 学会等名: 近畿国立病院薬剤師会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 肥満症・糖尿病におけるサルコペニア進展機序の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日下部徹、浅原哲子
  • 学会等名: 第39回日本肥満学会
  • 招待講演
• [学会発表] AGPAT2遺伝子変異による先天性全身性脂肪萎縮症の臨床的特徴 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日下部徹、青谷大介、阿部恵、冨田努、海老原健、中尾一和
  • 学会等名: 第61回日本糖尿病学会
• [学会発表] 肥満患者における骨格筋由来液性因子・マイオスタチンを介した耐糖能悪化と骨格筋萎縮 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中将志、増田慎也、山陰一、井上隆之、北野隆司、横田繁史、村中和哉、日下部徹、和田啓道、真田樹義、石井好二郎、長谷川浩二、島津章、浅原哲子
  • 学会等名: 第61回日本糖尿病学会
• [学会発表] ANGPTL8は肥満に合併する高中性脂肪血症発症に関与する可能性がある (2018)
  • 著者名/発表者名: 日下部徹、泉諒太、野口倫生、岩倉浩、田中智洋、青谷大介、細田公則、寒川賢治、中尾一和
  • 学会等名: 第91回日本内分泌学会学術総会