レプチンによる肝臓及び膵臓自律神経調節と糖代謝改善への応用

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26870672
• 研究機関: 金沢医科大学
• 研究代表者: 谷田 守 金沢医科大学, 医学部, 講師 (70512309)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 自律神経 / レプチン / 糖代謝 / 肝臓 / 視床下部 / 細胞内シグナル伝達 / 糖尿病

研究実績の概要

本研究は、糖代謝調節作用をもつレプチンが肝臓及び膵臓を支配する自律神経に及ぼす効果について検討し、その作用経路に視床下部のシグナル伝達機構がどのような役割をもつか着眼し、レプチンによる糖代謝調節の意義を明確にすることを目的とした。
まず麻酔下ラットにレプチンを脳室内又は静脈内に投与すると、肝臓交感神経活動が濃度依存的に増え、弓状核へのレプチン微量投与でも増大した。またマウスでも同様にレプチン投与で肝臓交感神経活動が刺激され、レプチン受容体変異マウスであるdb/dbマウスにおいてはその作用が減弱した。従って、レプチンによる肝臓自律神経調節機序に視床下部のレプチン受容体カスケードの関与を認めた。
ラット又はマウスにレプチンを脳室内投与すると、投与後15分で視床下部のERK，Aktのリン酸化レベルが亢進したことから、レプチンが視床下部に作用して細胞内シグナル伝達経路を活性化させることがわかった。次に電気生理学実験で、PI3キナーゼ阻害剤であるLY294002をラット又はマウスの脳室内に事前投与するとレプチンによる肝臓交感神経活動促進効果が消失した。さらに遺伝子組換えマウスを用いた実験では、PI3キナーゼの触媒サブユニット(p100α)を欠損したマウスにレプチンを投与しても肝臓交感神経活動は上昇しなかった。従って、レプチンによる肝臓交感神経活動調節には視床下部弓状核でのPI3キナーゼ経路の関与している可能性を示唆した。
肝臓迷走神経活動への効果についても検討し、麻酔下ラットへのレプチン脳室内又は弓状核内への投与によって神経活動が同様に促進した。この作用には視床下部AMPキナーゼが関与することを認めた。従って、レプチンによる肝臓自律神経調節経路には、視床下部の分子経路（PI3キナーゼとAMPキナーゼ）が関与していることを新たに見出した。

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

本研究では、レプチンが肝臓を膵臓を支配する自律神経系の脳内調節経路を明らかにすることを目的としている為、レプチンによる肝臓の自律神経調節経路に視床下部の細胞内シグナルカスケードや標的神経核を同定したことは、当初の目的に沿って研究を推進できている。従って研究が順調に進んでいると示唆される。

今後の研究の推進方策

今後は、膵臓を支配する自律神経系へ及ぼすレプチン投与効果をin vivo電気生理実験で明らかにし、その作用メカニズムを解明することが当面の目的となる。膵臓を支配する自律神経系の同定は困難を極めることが予想されるが、計測後に電気刺激を行い、血中の血糖調節ホルモン濃度が変化するか否かチェックし、ラット又はマウスの膵臓自律神経系測定システムの構築を目指す。
次に、レプチンによる糖代謝調節における肝臓又は膵臓自律神経の役割を明確にする為に、外科的に肝臓又は膵臓自律神経を切除する動物を作製し、コントロールの偽手術動物でのレプチン投与による末梢臓器のグルコース取り込み反応を比較する。
さらにレプチン投与が糖尿病モデル動物の糖代謝を改善させる効果があることから（Endcrinology, 154(9):3067-3076, 2013）、糖尿病モデル動物であるストレプトゾトシン誘発性Ⅰ型糖尿病モデルラットやⅡ型糖尿病モデル（高脂肪食性肥満ラット、OLETFラット及びKK-Ayマウス）の肝臓及び膵臓自律神経活動へ及ぼすレプチン投与効果を検討する。

次年度使用額が生じた理由

実験計画において、電気生理学実験と生化学実験にわけて予算執行を考えていたが、電気生理実験が当初の予定よりスムーズに進行し、物品費の使用額が高額な生化学実験が少し遅れている傾向があった。従って、次年度使用額が発生した。

次年度使用額の使用計画

実験物品費として、ELISA測定キット、抗体、実験動物代を主な消耗品として計画している。旅費として、日本肥満学会、日本生理学会、北米神経科学会に執行することを計画している。

研究成果

• [雑誌論文] Atomoxetine reverses locomotor hyperactivity, impaired novel object recognition, and prepulse inhibition impairment in mice lacking pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shibasaki Y, Hayata-Takano A, Hazama K, Nakazawa T, Shintani N, Kasai A, Nagayasu K, Hashimoto R, Tanida M, Katayama T, Matsuzaki S, Yamada K, Taniike M, Onaka Y, Ago Y, Waschek JA, Koves K, Reglodi D, Tamas A, Matsuda T, Baba A, Hashimoto H.
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 297 ページ: 95-104
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2015.03.062
  • 査読あり
• [雑誌論文] L-Ornithine intake affects sympathetic nerve outflows and reduces body weight and food intake in rats. (2015)
  • 著者名/発表者名: Konishi Y, Koosaka Y, Maruyama R, Imanishi K, Kasahara K, Matsuda A, Akiduki S, Hishida Y, Kurata Y, Shibamoto T, Satomi J, Tanida M.
  • 雑誌名: Brain Research Bulletin 巻: 111 ページ: 48-52
  • DOI: 10.1016/j.brainresbull.2014.11.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possible role of afferent autonomic signals in abdominal organs in anorexic and cardiovascular responses to nicotine injection in rats. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yagi S, Tanida M, Satomi J
  • 雑誌名: Neuroreport 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulmonary vascular and airway responses to systemic vasoconstrictors in anesthetized BALB/c mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Wang M, Shibamoto T, Shinomiya S, Yamamoto Y, Kurata Y, Kuda Y, Tanida M, Toga H
  • 雑誌名: Journal of Cardiovascular Pharmacology 巻: 65 ページ: 325-334
  • DOI: 10.1097/FJC.0000000000000199
  • 査読あり
• [雑誌論文] Leptin receptor signaling in the hypothalamus regulates hepatic autonomic nerve activity via phosphatidylinositol 3-kinase and AMP-activated protein kinase. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanida M, Yamamoto N, Morgan DA, Kurata Y, Shibamoto T, Rahmouni K.
  • 雑誌名: The journal of neuroscience 巻: 35 ページ: 474-484
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1828-14.2015.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of anesthetics on the renal sympathetic response to anaphylactic hypotension in rats. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sun L, Tanida M, Wang M, Kuda Y, Kurata Y, Shibamoto T.
  • 雑誌名: Plos One 巻: 9 ページ: e113945
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0113945. eCollection 2014.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mouse anaphylactic shock is caused by reduced cardiac output, but not by systemic vasodilatation or pulmonary vasoconstriction, via PAF and histamine. (2014)
  • 著者名/発表者名: Wang M, Shibamoto T, Tanida M, Kuda Y, Kurata Y.
  • 雑誌名: Life Sciences 巻: 116 ページ: 98-105
  • DOI: 10.1016/j.lfs.2014.09.010.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Leptin inhibits amyloid β-protein fibrillogenesis by decreasing GM1 gangliosides on the neuronal cell surface through PI3K/Akt/mTOR pathway. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto N, Tanida M, Kasahara R, Sobue K, Suzuki K.
  • 雑誌名: Journal of neurochemstry 巻: 131 ページ: 323-332
  • DOI: 10.1111/jnc.12828.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Olfactory stimulatory with grapefruit and lavender oils change autonomic nerve activity and physiological function. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nagai K, Niijima A, Horii Y, Shen J, Tanida M.
  • 雑誌名: Autonomic Neuroscience: Basic and Clinical 巻: 185 ページ: 29-35
  • DOI: 10.1016/j.autneu.2014.06.005.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Injection of Lactobacillus casei strain Shirota affects autonomic nerve activities in a tissue-specific manner, and regulates glucose and lipid metabolism in rats. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanida M, Imanishi K, Akashi H, Kurata Y, Chonan O, Naito E, Kunihiro S, Kawai M, Kato-Kataoka A, Shibamoto T.
  • 雑誌名: Journal of Diabetes Investigation 巻: 5 ページ: 153-161
  • DOI: 10.1111/jdi.12141.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angiotensin II and vasopressin are involved in the defense system against anaphylactic hypotension in anesthetized rats. (2014)
  • 著者名/発表者名: Wang M, Shibamoto T, Kuda Y, Sun L, Tanida M, Kurata Y.
  • 雑誌名: European Journal of Pharmacology 巻: 731 ページ: 38-43
  • DOI: 10.1016/j.ejphar.2014.03.012.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soy isoflavone affects the autonomic nervous system in a tissue-specific manner in anesthetized rats (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanida M, Imanishi K, Komatsu M, Satomi J, Yamamoto N, Wang M, Kurata Y, Shibamoto T.
  • 雑誌名: Experimental Biology and Medicine 巻: 239 ページ: 477-483
  • DOI: 10.1177/1535370213519197.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Leptin inhibits amyloid β-protein degradation through decrease of neprilysin expression in primary cultured astrocytes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto N, Tanida M, Ono Y, Kasahara R, Fujii Y, Ohora K, Suzuki K, Sobue K.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 445 ページ: 214-217
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.01.168.
  • 査読あり
• [学会発表] GLP-1によるマウス自律神経調節の視床下部分子メカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷田守、九田裕一、倉田康孝、芝本利重
  • 学会等名: 第92回日本生理学会総会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] GLP-1のマウス脳室内投与による交感神経系促進の細胞内シグナリング (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷田守、芝本利重
  • 学会等名: 第35回日本肥満学会
  • 発表場所: シーガイアコンベンションセンター（宮崎県宮崎市）
  • 年月日: 2014-10-24 – 2014-10-25
• [学会発表] ラットアナフィラキシーショックにおける腎臓交感神経活動の反応と麻酔薬の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷田守、孫玲玲、芝本利重
  • 学会等名: 第24回日本病態生理学会
  • 発表場所: 北九州国際会議場（福岡県北九州市）
  • 年月日: 2014-08-08 – 2014-08-10
• [学会発表] アナフィラキシーショクにおけるラット腎臓交感神経活動の反応と麻酔薬の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷田守
  • 学会等名: 第29回日本Shock学会総会
  • 発表場所: 松山市コミュニティーセンター（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2014-05-16 – 2014-05-17
• [図書] Imidazole Dipeptides: Food and Nutritional Components in Focus No. 8Carnosine and the control of blood glucose (2015)
  • 著者名/発表者名: Okumura N, Tanida M, Niijima A, Tsuruoka N, Kiso Y, Nagai K
  • 総ページ数: 19ページ
  • 出版者: Royal Society of Chemistry