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浦上財団研究報告書

Vol.23（2016）＜平成 26 年度助成＞

アミノ酸代謝調節による嗜好性の制御
福渡努（滋賀県立大学人間文化学部生活栄養学科）

緒

1.

れている10)。我々は，脳内キヌレン酸濃度は食餌言の影響を受けることを明らかにした。これは、ラッ健康を維持・増進するうえで適切な食習慣をもトにおける高トリプトファン食摂取によって、脳つことが重要である。食事内容の選択と摂取量に内キヌレン酸濃度が上昇し、これによりドーパミ強く関与する嗜好性と摂食行動を制御することンの放出が抑制されたというものである11)。

は、食品栄養学、脳神経科学における重要な課題

本研究では、嗜好性の発現機序として脳内報酬であり、食品産業の発展、食生活の向上・安定に系回路に着目し、キヌレン酸産生が高嗜好性の食寄与するものと期待できる。

物摂取におよぼす影響を明らかにすることを目的

嗜好性の発現にはドーパミン機能が深く関与すとする。まず、マウスにおけるキヌレニン経口投ることが知られている。その一つに報酬効果があ与による脳内キヌレン酸産生量を明らかにし、こる。報酬効果とはあるものをもっと得たいというの知見に基づいてマウスにおける脳内キヌレン酸欲求のことであり、薬物依存に関与する。報酬効果

濃度の上昇が報酬系を介した食行動におよぼす影のメカニズムとして、中脳の腹側被蓋野から放出響について調べた。さらには，脳内キヌレン酸濃されるドーパミンを大脳基底核の側坐核が受けと度の上昇が嗜好性形成におよぼす影響について調ることで生じると考えられている。報酬効果は糖べた。

質や油脂が豊富に含まれる高嗜好性食品の摂取によっても生じ、この高嗜好性食品に対する報酬効
果はドーパミン受容体の抑制によって減少する1- 3）。

方2.
2-1.

動法
物

本研究では、食品栄養学および脳神経科学の本実験は滋賀県立大学動物実験委員会の承認観点から嗜好性の制御を目指すうえで、トリプトを 受 け た。 飼 育 室 の 温 度 は 22 ℃ 前 後、 湿 度 はファン代謝産物であるキヌレン酸に着目した。脳50%前後に維持し、明暗サイクルは、午後 6 時～内において、キヌレン酸は生理的濃度で NMDA

午前 6 時を明、午前 6 時～午後 6 時を暗とした。

受容体およびα7 ニコチン性アセチルコリン受容体

BALB/c 系雄マウス（6 週齢）を日本クレア（株）

4,5)

。

から購入し、飼料としてオリエンタル酵母（株）

脳内キヌレン酸濃度の上昇によってドーパミン、の MF を与え、1 週間馴化させてから実験に用いグルタミン酸などの神経伝達物質の放出が抑制さた．馴化期間中、飼料および水は自由摂取とした。

（α7nAchR）のアンタゴニストとして作用する

れ6,7)、記憶、学習などの高次脳機能が影響を受

8,9)

2-2.

キヌレニン経口投与。さらには、サルにおける脳内キヌレンゾンデを用いて、マウスに 100 mg/kg BW もし酸濃度の上昇によって、カンナビノイドによる薬

くは 200 mg/kg BW のキヌレニンを強制経口投与物依存を減少させることが可能であることが示さした。強制経口投与前、投与後 30 分、1 時間、2けるアミノ酸代謝調節による嗜好性の制御

65時間、3 時間、6 時間にマウスを断頭屠殺し、脳ションを 6 日間実施した。コーン油として、ミネを摘出し、採血した。また、マウスに 0, 20, 50,ラルオイルで希釈した 50%コーン油を用いた。脳100, 200 mg/kg BW のキヌレニン溶液もしくは対内キヌレン酸濃度の上昇が報酬効果におよぼす影

照として 0.5 mol/L リン酸緩衝液（pH7.4）を強制

響を調べる実験では、コーン油を用いた PR セッ経口投与し、投与 1 時間後に断頭屠殺し、脳を摘ションを 6 日間実施したのち、7 日目に試験群に出し、採血した。脳から大脳皮質を取り出し、キは 200 mg/kg BW のキヌレニンを、対照群にはヌレニン含量を HPLC－UV 法12)で、キヌレン酸0.5 mmol/L リン酸緩衝液（pH7.4）を強制経口投含量を HPLC－蛍光法 13 ) で測定した。また、血清与し、投与 30 分後にコーン油に対する PR セッショ中のキヌレニン濃度を測定した。

ンを実施し、Breakpoint を測定した。脳内キヌレ2-3.

行動実験

ン酸濃度の上昇が嗜好性形成におよぼす影響を調

報酬効果を評価するために、レバー押し行動をべる実験では、試験群には 200 mg/kg BW のキヌ指標としたオペラント条件付けタスク試験を実施

レニンを、対照群には 0.5 mmol/L リン酸緩衝液した。まず、レバー押しを学習させるトレーニング（pH7.4）を強制経口投与し、投与 30 分後にコーンとして、体重が馴化期間の 80 ～ 90 %となるよう油に対する PR セッションを 6 日間実施した。6 日に食餌摂取時間を 3 ～ 6 時間/日に制限した状態

目の PR セッションにおいて、コーン油に対するで、一定回数のレバー押しによって試験液を得る

Breakpoint を測定した。

こ と が で き る Fixed Ratio（FR）トレーニングを2-4.

統計解析行った。FRトレーニングは 1 日 1 回、30 分間とキヌレニン経口投与による脳内キヌレニンおよし、試験液として 25%コンデンスミルクを用いて、びキヌレン酸濃度の変動を比較するうえで、一元レバー押しを 1 回行うたびに試験液を得ること配置分散分析を行い、差があると推定された際にができる FR1トレーニングを 5 日間、続いて 5 回は Tukey 法にて多重比較検定を行った。脳内キヌのレバー押しで試験液を得る FR 5トレーニングをレン酸濃度の上昇が報酬効果におよぼす影響を調2 日間実施した。3 日間の回復期間ののち、FR 5べる実験、および脳内キヌレン酸濃度の上昇が嗜トレーニングを 2 日間実施した。試験液を得るた

好性形成におよぼす影響を調べる実験では、試験めのレバー押し回数を増やしていく Progressive群と対照群の Breakpoint について t - 検定を行っ

Ratio（PR）トレーニングを 5 日間実施した。レバーた。いずれの検定においても、p < 0.05 を有意水

2

押し回数は 1，2，5，8，13・・・と n /2 回ずつ準として、結果を判定した。計算には GraphPad増えていくよう設定した。試験液を得てから、15Prism 5（GraphPad 社）を用いた。

分以内に次の試験液を得ることができなければ、試験終了とした。この時の最大のレバー押し回数を Breakpoint と称し、報酬効果の指標とした。

結3.

果25%コンデンスミルクを用いた PRトレーニングのキヌレニン経口投与による脳内キヌレニンおよびキヌレン酸濃度の変動終了後、ミネラルオイルを用いた PR セッションを行動実験において、脳内キヌレン酸濃度を上6 日間実施し、6 日目におけるミネラルオイルに昇させるために、キヌレン酸前駆体であるキヌレ対する Breakpoint を測定した。ミネラルオイルにニンをマウスに経口投与することにした。キヌレ対する Breakpoint の平均値が等しくなるようにニンの投与量と投与後のキヌレニンおよびキヌレマウスを 2 群に分け、コーン油を用いた PR セッン酸の体内動態を明らかにするため、マウスに3-1.

66

浦上財団研究報告書

Vol.23（2016）

キヌレニンを経口投与し、脳内のキヌレニンおよキヌレン酸を維持した状態で行動実験を行うたびキヌレン酸の濃度を測定した。脳内キヌレン酸

めに、行動実験を実施する 30 分前に 200 mg/kg

濃度は経口投与 0.5 ～ 1 時間後にピークに達し、BW のキヌレニンを経口投与することにした。

200 mg/kg BW のキヌレニン投与では投与前の約3-2.

20 倍、100 mg/kg BW のキヌレニン投与では投与脳内キヌレン酸濃度の上昇が報酬効果におよぼす影響前の 6 倍にまで達した（ 図 1A）。200 mg/kg BW

コーン油に対する報酬効果を示すマウスにおのキヌレニン投与では投与 3 時間後まで 50 nmol/いて、キヌレニン経口投与による脳内キヌレニンkg のキヌレン酸濃度を維持したが、100 mg/kg濃度の上昇が報酬効果におよぼす影響について

BW 投与では投与 2 時間後以降にキヌレン酸濃度検討した。対照群では、ミネラルオイルに対するは 20 nmol/kg 以下に減少した。キヌレニン濃度

Breakpoint が 69±14 回だったが、コーン油を用は投与 0.5 ～ 1 時間後にピークに達し、その後、いた 6 日間の PR セッション後、溶媒投与後のコー速やかに減少した（図 1B）。20 ～ 200 mg/kg BW

ン 油 に 対 す る Breakpoint を 測 定 す る と、158 ±のキヌレニン経口投与 1 時間後の脳内キヌレン酸19 回であった。一方、キヌレニン投与後のコーン濃度、脳内キヌレニン濃度は、投与量依存的に上油に対する Breakpoint は 172 ± 22 回と、キヌレ昇した（ 図 2）。以上の結果より、高濃度の脳内ニン投与による影響は認められなかった。

図1

キヌレニン経口投与による脳内キヌレン酸濃度（A）、脳内キヌレニン濃度（B）の経時的変動。
値は平均±標準誤差として示した（ n = 8 ～ 10）。* 投与前と比較して p < 0.05 で有意差があることを示す。

図2

様々な量のキヌレニン投与による脳内キヌレン酸濃度（A）、脳内キヌレニン濃度（B）の変動。
値は平均±標準誤差として示した（ n = 5 ～ 6）。* 溶媒と比較して p < 0.05 で有意差があることを示す。

67

アミノ酸代謝調節による嗜好性の制御

脳内キヌレン酸濃度の上昇が嗜好性形成におよぼす影響

キヌレン酸濃度の変動について検討した。キヌレマウスがコーン油に対する報酬効果を形成するは著しく上昇し、高濃度を維持できるキヌレニン時期にキヌレニンを経口投与することにより、脳投与量は 200 mg/kg BW であった。この結果に内キヌレン酸濃度の上昇が嗜好性形成におよぼす

基づき、マウスへの 200 mg/kg BW のキヌレニン影響について検討した。対照群のマウスでは、ミ経口投与がコーン油に対する報酬効果におよぼすネラルオイルに対する Breakpoint が 76±16 回だっ影響について検討した。報酬効果を評価するためたが、コーン油を用いた 6 日間の PR セッションにに、レバー押し行動を指標としたオペラント条件

よってコーン油に対する Breakpoint は 133 ± 22

付けタスク試験を実施した。これは、トレーニン回に増加した。一方、キヌレニン経口投与後にコーグしたマウスを用いて、試料を得るためにレバーン油を用いた PR セッションを行ったマウスでは、を押す回数を測定する評価法である。コーン油にミネラルオイルに対する Breakpoint が 78 ± 20 回

対して強い嗜好性を示すマウスにおいて、脳内キだったのに対し、コーン油に対する Breakpoint

ヌレン酸濃度を上昇させてもその嗜好性には影響は 74 ± 16 回と増加せず、キヌレニンを投与しなしなかった。しかし、コーン油に対して嗜好性かったマウスより低値を示した（図 3）。

を形成する期間にキヌレニンを経口投与すると、3-3.

ニン経口投与 0.5 時間後には脳内キヌレン酸濃度

コーン油に対する嗜好性の形成が抑制された。以上の結果は、脳内キヌレン酸濃度の上昇はすでに形成された嗜好性には影響しないが、嗜好性の形成を阻害することを示している。脳内キヌレン酸濃度を調節することによって嗜好性の形成を制御できる可能性を示している。
脳内キヌレン酸濃度は食餌の影響を受けることが報告されている。ラットに高脂肪－低炭水化
図34.

嗜好性形成時のキヌレニン投与がコーン油に対する報酬効果におよぼす影響。値は平均±標準誤差として示した（ n = 5 ～10）。* 対照群と比較して p < 0.05 で有意差があることを示す。

考察物・たんぱく質食を長期間与えると、脳内キヌレ14）ン酸濃度が数倍上昇する。また、ラットに高トリプトファン食を与えると、脳内キヌレン酸濃度が上昇し、ドーパミンの放出が抑制される11）。
1.5 %トリプトファン添加食の摂取によって脳内本研究では，食事内容の選択と摂取量に強く関キヌレン酸濃度は約 50 nmol/kg にまで上昇する

与する嗜好性と摂食行動を制御することを目的とが、本研究で用いた 200 mg/kg BW のキヌレニ

して、神経伝達調節因子であるトリプトファン代ン摂取によって脳内キヌレン酸濃度はより高濃度

謝産物キヌレン酸に着目し、マウスにおける脳内の 約 100 nmol/kg に ま で 上 昇 し た。 こ れ は、 脳キヌレン酸濃度上昇が高嗜好性食物に対する報酬内キヌレン酸濃度を上昇させるにはトリプトファ効果におよぼす影響について検討した。まず、キンよりもキヌレニンの摂取の方が有効である可能

ヌレニン投与後のキヌレニンおよびキヌレン酸の性を示している。本研究では、キヌレニンの単回体内動態を明らかにするため、マウスにおけるキ投与によって脳内キヌレン酸濃度は投与 0.5 時間

ヌレニン経口投与後の脳内キヌレニン濃度および後にピークに達し、徐々に減少していった。脳内68

浦上財団研究報告書

Vol.23（2016）

キヌレン酸濃度を高濃度に保つことができる時間

長期など食物への嗜好性を形成する時期にキヌレは、200 mg/kg BW のキヌレニンで 3 時間まで、ン酸を介して嗜好性を調節できる可能性が考えら

100 mg/kg BW のキヌレニンでは 2 時間まででれる。今後、脳内キヌレン酸濃度を変動させる食あった。高トリプトファン食の摂取では、脳内キ餌による影響についても検討を行えば、脳内キヌレン酸濃度および血清キヌレニン濃度は、一定ヌレン酸濃度の調節を介して高嗜好性の食物の摂時間以上維持されていることが推察される。した取量を制御できる可能性を明らかにすることがでがって，投与する化合物をキヌレニンとトリプトきるだろう。また、脳内キヌレン酸濃度の低下にファンから選択し、投与方法を食餌と単回投与かよってドーパミンの放出が亢進し、脳機能が影響ら選択することによって、脳内キヌレン酸濃度をを受けることから上昇させる程度とその持続時間を自在に調節でき下が嗜好性に影響をおよぼす可能性も考えらえらる可能性がある。

れる。以上のように、本研究成果の知見に基づき、脳内キヌレン酸濃度の変動は高次脳機能に影響をおよぼし、脳内キヌレン酸濃度の上昇によって記憶、学習、認知機能が低下する

16,17)、脳内キヌレン酸濃度の低キヌレン酸産生調節の観点から嗜好性の制御に関する研究の発展が期待できる。

8, 9）

。本研究で

は、コーン油に対する報酬効果を形成する PR セッ

謝

辞ションの期間にキヌレニンを投与することによっ

本研究の遂行にあたり、貴重な研究助成を賜りて、学習期間中の脳内キヌレン酸濃度の上昇が嗜ました公益財団法人 浦上食品・食文化振興財団お好性の形成を抑制するという結果を得た。嗜好性よび関係者の皆様に御礼を申し上げます。

を評価する方法の一つに条件づけ場所嗜好性試験がある。この方法を用いて、すでに脂肪に対して文嗜好性を示すマウスにオピオイド拮抗薬を投与し

1) Cheeta S, Brooks S, Willner P. Effects of reinforcer
sweetness and the D2/D3 antagonist raclopride on
progressive ratio operant performance. Behav Pharmacol
1995;6:127-32.てもその嗜好性に影響をおよぼすことはできない
が、嗜好性を形成する期間に投与すると脂肪への嗜好性が抑制されるという報告がある15）。これは、嗜好性の形成と形成された嗜好性の維持には異なるオピオイド系が関与することを示唆している。したがって、キヌレン酸は報酬効果の形成に関与するオピオイド系に作用し，形成された報酬効果の維持に関与するオピオイド系には作用しないことが示唆される。
本研究により、脳内キヌレン酸濃度の上昇は，すでに形成された嗜好性には影響をおよぼさないが、嗜好性の形成を抑制することが示唆された。
この結果は、脳内キヌレン酸濃度が嗜好性の形成に影響をおよぼす因子の一つであり、キヌレン酸産生制御によって嗜好性を調節できる可能性を示している。ヒトへの応用を考えると、幼少期や成献

2) El-Ghundi M, O’Dowd BF, Erclik M, George SR.
Attenuation of sucrose reinforcement in dopamine D1
receptor deficient mice. Eur J Neurosci 2003;17:851-62.
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S, Manabe Y, Tsuzuki S, Inoue K, Fushiki T. Reinforcing
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アミノ酸代謝調節による嗜好性の制御697) Rassoulpour A, Wu HQ, Ferré S, Schwarcz R. Nanomolar
concentrations of kynurenic acid reduce extracellular
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Endogenous kynurenic acid disrupts prepulse inhibition.
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dietary fat but is not required for its maintenance. Physiol
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Guidetti P, Wu HQ, Schwarcz R. Reduction of endogenous
ky n u r e n i c a c i d f o r m a t i o n e n h a n c e s ex t r a c e l l u l a r
glutamate, hippocampal plasticity, and cognitive behavior.
Neuropsychopharmacol 2010; 35:1734.
17) Kozak R, Campbell BM, Strick CA, Horner W, Hoffmann
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Neurosci 2014;34:10592-602.

70

浦上財団研究報告書

Vol.23（2016）

Regulation of palatability by control of amino acid metabolismTsutomu Fukuwatari
The University of Shiga Prefecture

Food palatability is highly related to feeding behavior such as appetite, foodpreference, food choice and amount of food intake. Since tryptophan metabolite kynurenic
acid modulates dopamine function including reward system, we investigated the effect ofhigher brain kynurenic acid levels on the reinforcing effect of fat in mice to regulate foodpalatability. To determine the experimental conditions for dose and timing to administrateknurenic acid precursor kynurenine, mice were orally administrated 100 or 200 mg/kg BW
kynurenine, and brain kynurenine and kynurenic acid levels were measured 0.5, 1, 2, 3 and6 hours after the administration. Brain kynurenine and kynurenic acid levels were rapidly
increased within 0.5 hours after the administration, and sustained for 3 hours by 200 mg/kg
BW kynurenine but not 100 mg/kg BW. Based on these results, we investigated the effectsof 200 mg/kg BW kyurenine administration on the reinforcing effect for fat in mice. To
evaluate the reinforcing effect for fat, we investigated the effect of kynurenine administration
on reinforcement by using an operant behavioral paradigm under a progressive ratioschedule in which the number of lever presses required to obtain a test sample increased
progressively. Mice were trained to press lever for receiving sweetened condensed milk
and then 50% corn oil as reinforces. Mice showed the strong reinforcing effect of corn oilby the training, and administration of kynurenine failed to reduce this reinforcing effectof corn oil. Learning period is required for acquisition of reinforcement effect, and higher
brain functions such as learning, memory and cognition were affected by changes of brain
kynurenic acid levels. Therefore, we investigated the effect of kynurenine administration
during learning period on reinforce effect of corn oil. Mice were administrated 200 mg/kg BW kynurenine 0.5 hour before Progressive Ratio training to develop reinforcing effectof corn oil for consecutive 6 days. This kynurenine administration during Progressive
Ratio conditioning suppressed the reinforcement induced by corn oil ingestion. These
results suggest that the acquisition of reinforcement for dietary fat and its maintenance areindependently regulated by the opioid system, and kynurenic acid can affect the acquiringreinforcement for fat but not required for maintenance of learned reinforcement. Ourfindings imply that kynurenic acid is one of factors to regulate the development of foodpalatability. Taken together with the previous findings that diet affects brain kynurenic
acid levels, dietary manipulation of kynurenic acid formation in brain may provide usefulapproach for the regulation of food palatability.