エネルギー代謝と食事誘導熱産生の日内変動における褐色脂肪組織の役割

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K11013
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 斉藤 昌之 北海道大学, 獣医学研究院, 名誉教授 (80036441)
• 研究分担者: 松下 真美 天使大学, 看護栄養学部, 講師 (60517316)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 褐色脂肪組織 / 日内変動 / 食事時刻 / 肥満 / エネルギー消費

研究実績の概要

朝食欠食など、生活リズムの乱れが肥満・メタボリックシンドロームの一因となることが知られているが、そのメカニズムは不明な点が多い。我々は代謝的熱産生の特異的部位である褐色脂肪のヒトでの評価法FDG-PET/CTを確立し、褐色脂肪が寒冷刺激で活性化されること、褐色脂肪の機能低下が肥満を誘発することなどを明らかにしてきた。本研究の目的は、褐色脂肪の日内リズム変動と肥満との関係を明らかにすることである。前年度までに、褐色脂肪活性を評価済みの若年男性を被験者として、寒冷刺激に対する応答を朝と夜で測定し、褐色脂肪活性が夜に比べて朝の方が高いとの結果を得てきた。これを確定するためにさらに被験者を増やして同様の実験を行うと共に、食事誘導熱産生と褐色脂肪活性との関係について食事時刻の影響を解析し、以下の結果を得た。
１）若年健常成人男性の褐色脂肪活性をFDG-PET/CTで評価し、高活性群15名と低活性群8名に分類した。２）朝8時と夜7時に室温27度及び19度寒冷暴露2時間後で呼気分析を行い、褐色脂肪に依存する寒冷誘導熱産生量や脂肪酸酸化量を算出したところ、褐色脂肪高活性者では夜よりも朝の方が高かったが、低活性者では変わらない傾向が認められた。３）褐色脂肪活性を反映する鎖骨上窩部の皮膚温を測定したところ、褐色脂肪高活性者では夜よりも朝の方が高かった。４）我々は以前、ヒューマンカロリメータを用いて24時間連続的に呼気分析を行い、褐色脂肪高活性者では、食後の代謝亢進が低活性群に比べて高いことを報告した。今回、データを再解析し、この違いが朝食後は認められるが夕食後には消失することを見出した。
これらの結果は、ヒト褐色脂肪活性が日内変動しており、夜に比べて朝の方が活性が高いことを示しており、朝食欠食による肥満・メタボの誘発が褐色脂肪の活性化不足に起因することが示唆されたので、原著論文として発表した。

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

１，エネルギー消費の自律的調節に関わる褐色脂肪の活性が、朝に高く夜に低下するという日内変動を示し、朝食欠食の悪影響の一因になることを、世界で初めて明らかにした。
２，これらの成果を原著論文として公表する過程で、査読者よりデータの信頼性についてのコメントが寄せられた。これに対応するために新たな被験者、特に褐色脂肪の活性が低い被験者を追加リクルートし検証実験した。
３，新型コロナウイルス感染症の拡大によりFDG-PET/CT検査や被験者募集が大幅に制限されたが、研究機関を延長して当初の研究計画を実施した。
４，一部の測定項目について追加解析をし成果を発表するために研究期間の再延長を申請し承認された。

今後の研究の推進方策

１，褐色脂肪の日内変動に関わる要因について、既に採取済みの被験者サンプルの時計遺伝子多型や血中・尿中ホルモンなどの追加分析・解析を通して検索する。
２，得られた成果を学会などで発表する。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルス感染症蔓延のため、当初予定していた実験計画の一部が未達成であり、次年度に既に採取済みの被験者サンプルの時計遺伝子多型や血中ホルモンなどの分析を実施し、成果を学会などで発表する

研究成果

• [雑誌論文] Diurnal variations of brown fat thermogenesis and fat oxidation in humans (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsushita M, Nirengi S, Hibi M, Wakabayashi H, Lee SI, Domichi M, Sakane N, Saito M
  • 雑誌名: International Journal of Obesity 巻: 45 ページ: 2499-2505
  • DOI: 10.1038/s41366-021-00927-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prolonged treatment with Grain of Paradise (Aframomum melegueta) extract recruits adaptive thermogenesis and reduce body fat in humans with low brown fat activity. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoneshiro T, Matsushita M, Sugita J, Aita S, Kamiya T, Sugie H, Saito M
  • 雑誌名: Journal of Nutritional Science and Vitaminology 巻: 67 ページ: 99-104
  • DOI: 10.3177/jnsv.67.99
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] KLF15 regulates fuel switching between glucose and fatty acids in brown adipocytes. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nabatame Y, Hosooka T, Aoki C, Hosokawa Y, Imamori M, Tamori Y, Okamatsu-Ogura Y, Yoneshiro T, Kajimura S, Saito M, Ogawa W
  • 雑誌名: Journal of Diabetes Investigation 巻: 12 ページ: 1144-1151
  • DOI: 10.1111/jdi.13511
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bacteroides spp. promotes branched-chain amino acid catabolism in brown fat and inhibits obesity. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida N, Yamashita T, Osone T, Hosooka T, Shinohara M, Kitahama S, Sasaki K, Sasaki D, Yoneshiro T, Suzuki T, Emoto T, Saito Y, Ozawa G, Hirota Y, Kitaura Y, Shimomura Y, Okamatsu-Ogura Y, Saito M, Kondo A, Kajimura S, Inagaki T, Ogawa W, Yamada T, Hirata K
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 ページ: 103342
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.103342
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization of intracellular lipid metabolism in brown adipocytes by timelapse ultra-multiplex CARS microspectroscopy with an onstage incubator (2021)
  • 著者名/発表者名: Takei Y, Hirai R, Fukuda A, Miyazaki S, Shimada R, Okamatsu-Ogura Y, Saito M, Leproux P, Hisatake K, Kano H
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 155 ページ: 125102
  • DOI: 10.1063/5.0063250
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Brown fat as a regulator of systemic metabolism beyond thermogenesis. (2021)
  • 著者名/発表者名: Okamatsu-Ogura Y, Saito M
  • 雑誌名: Diabetes and Metabolism Journal 巻: 45 ページ: 840-852
  • DOI: 10.4093/dmj.2020.0291
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 褐色脂肪組織と体温調節―ヒトでの知見を中心にー (2021)
  • 著者名/発表者名: 斉藤昌之
  • 雑誌名: 細胞 巻: 53 ページ: 19-22
• [学会発表] マウス褐色脂肪組織において寒冷刺激により誘導されるUCP1依存的および非依存的代謝変化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡松優子、黒田雅士、堤理恵、坪田あゆみ、斉藤昌之、木村和弘、坂上浩
  • 学会等名: 第41回日本肥満学会
• [学会発表] 米代武司1, 松下真美2, 梶村真吾3, 斉藤昌之 (2021)
  • 著者名/発表者名: 米代武司, 松下真美, 梶村真吾, 斉藤昌之
  • 学会等名: 第75回日本栄養・食糧学会大会
• [学会発表] メバロン酸合成経路による褐色脂肪細胞分化調節機構の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: ungin Kwon、Yu-Sheng Yeh、川原崎 聡子、南野 寛人、藤田 義人、岡松 優子、野村 亘、高橋 春弥、木村 和弘、斉藤 昌之、稲垣 暢也、井上 和生、河田 照雄、後藤 剛
  • 学会等名: 第75回日本栄養・食糧学会大会
• [学会発表] 温熱的中立環境におけるメンソール溶液塗布による代謝亢進と褐色脂肪組織活性の関係 (2021)
  • 著者名/発表者名: 若林斉，三浦愛子，北樹乃，藤本知臣，前田享史，亀谷俊満，松下真美，斉藤昌之
  • 学会等名: 76回日本体力医学会
• [学会発表] 燃える褐色脂肪組織 ―成人での最新知見と今後の課題― (2021)
  • 著者名/発表者名: 斉藤昌之
  • 学会等名: 第27回医用近赤外線分光法研究会
  • 招待講演