大学院教育支援機構 企業寄附奨学制度（DDD） 報告書
氏名
研究科・専攻
修士/博士・学年
支援企業名

氏原実優
農学研究科・応用生物科学専攻
修士 1 年生
ニップン

・提出期限︓2024 年 3 月 29 日（金）17︓00
・ページ数に制限はありません。
・写真や図なども組み込んでいただいて結構です。
・各項目について具体的に記述してください。

奨学金を得て行った研究の成果【目的】終末糖化産物（AGEｓ）とは、摂取した糖や糖代謝で生じる短鎖アルデヒドが体内のタンパク質と反応して生じる物質だ。AGEｓは強い細胞毒性を持ち、動脈硬化、脳認知症等、あらゆる病気を引き起こす。
加えて、AGEｓとなった体内のタンパク質は正常の機能を失ってしまう。一方、主要な短鎖アルデヒドとして、メチルグリオキサール（MG）とグリセルアルデヒド（GA）が存在する。MG は糖の中間産物の中でも特に、迅速に反応する。また、肥満や脂肪肝をはじめ、様々な代謝疾患で MG 濃度が上昇すると報告されている。一方、
GA は他の短鎖アルデヒドと比べ、生体内含量が非常に多く、強い細胞障害性を示す。実際に糖尿病患者様の血漿中において、GA 濃度が有意に高かったこと、コロナ後遺症に苦しめられている患者様の血漿中において、MG 濃度が有意に高かったことを見出した。そのため、MG および GA は様々な疾患に関連すると考えられる。しかし、GA に関しては生体内で測定した例が少なく、GA と食成分の摂取や病態との関係に関する研究は進んでいない。また、MG および GA に関して、生成・代謝メカニズムは解明されていない。そこで、本研究では、2 大糖であるフルクトースとグルコースの代謝を調べ、短鎖アルデヒドをどのような経路で生成するかを明らかにすることを目指した。そして、短鎖アルデヒドの生成を抑制する作用のある機能性物質を見出し、病気の治療・予防に貢献することを最終目標とした。
【方法】７週齢オスマウスを４個体ずつ７群に分け、１週間順化した。順化後、コントロール群には純水を投与し、下大静脈血と臓器（肝臓、腎臓、小腸）を採取した。フルクトース投与群（F 群）では、投与後１５分に１群目、３０分後に２群目、６０分後に３群目の下大静脈血と臓器を採取した。グルコース投与群（G群）についても同様に処理を行った。また、投与したフルクトースおよびグルコースがどのような経路をたどって、ＭＧおよびＧＡを生成するのか動態を追うため、本実験では安定同位体で標識した１３Ｃ６フルクトースおよび１３Ｃ６グルコースを用いた（自然界に存在するフルクトースおよびグルコースは１２Ｃ６）。その後、液体クロマトグラフ質量分析計（ＬＣ－ＭＳ／ＭＳ）を用いて、血漿中および臓器中の MG、GA、血中グルコー
ス・フルクトース、酸化ストレスのバイオマーカーであるマロンジアルデヒド（MDA）を定量した。
【結果】①血中グルコース・フルクトース濃度

血中１３C６グルコース濃度および血中１２C６グルコース濃度について、図１より、１３C６グルコース濃度については G 群において１．６ｍＭ程大きく上昇し、F 群でも、３００µＭ程わずかに上昇した。一方、図２より、１２Ｃ６グルコース濃度が F 群で３ｍＭと非常に大きく上昇した。加えて、この上昇はわずか１５分という短時間で起こっていることが分かった。この結果から、フルクトースは自身もわずかにグルコースに変換するほか、体内にもともと存在していたアミノ酸等を基質としてグルコースを生成する糖新生そのものを亢進させることが示唆された。一方、図３の血中１３C６フルクトース濃度定量結果と図１の１３C６グルコース濃度定量結果の比較により、G 群の１３C６グルコース濃度よりも、圧倒的に F 群の１３C６フルクトース濃度の方が少ないことが分かった。この結果より、投与した１３C６フルクトースはほとんど血中に移行しないことが示唆された。
②肝臓中・腎臓中 MG 濃度
図５より、主に糖新生が行われる肝臓中で、F 群で１２C３MG 濃度が有意に上昇した。一方、図４の１３
C３MG 濃度と比較しても１２C３MG 濃度の上昇が大きいことから、フルクトースは自身が MG の基質となるよりも、他の基質を用いて MG 生成経路を亢進させることが示唆された。また、同じく糖新生を行う腎臓においても同様の結果が得られた。
③十二指腸中 GA 濃度
図６より、F 群は G 群と比べ、十二指腸中の GA 濃度が有意に上昇した。また、①より、投与したフルクトースは血中に移行しなかったことから、フルクトースは消化吸収を司る小腸で既に大半が代謝されて GA となり、血中には移行しないことが示唆された。
④血漿中、腎臓中 MDA 濃度
図７より、F 群は G 群と比べ、血漿中の MDA 濃度が有意に上昇した。また、腎臓や小腸といった臓器中でもF 群での MDA 濃度上昇が見られた。
【考察】
上記の結果より、フルクトースは①小腸で大半が代謝され GA を多量に生成する。②そのため、血中には移行せず、血糖値が上がらない。③糖を摂取したにも関わらず血糖値が上がらないと異常を感じた肝臓と腎臓が糖新生を亢進させる。④糖新生の亢進と共に MG 生成経路も亢進される。⑤この過剰な代謝が身体に負担をかけた結果、酸化ストレスが上昇する、と考察した。

２

13C6 Fructose

13C6 Glucose 投 与 ⇒Glucose

12C6Glucose

13C6

13C6 Fructose 投 与 ⇒投 与 ⇒13C6 Fructose

投 与 ⇒13C613C6 Glucose 投与⇒ 13C6 Fructose

13C6Fructose

13C6 Glucose 投与⇒ 12C6 Glucose

Glucose

図１

血中１３C６グルコース濃度

血中１２C６グルコース濃度

図２

図３

血中１３C６フルクトース濃度

図１より、G 群において１３C６Glucose は 1.6 mM 上昇した一方、図２より、F 群において１２C６Glucose は 3ｍM と非常に大きく上昇することが分かる。また、図３より、フルクトースはほとんど血中に移行しないことが分かる。
⇒フルクトースはグルコースよりも、血中への移行は少ない一方、糖新生を大きく亢進させることが示唆された

12C3 MG conc.(µmol/kg)

2520

15

13C6 Fructose 投与⇒ 13C３MG

1013C6 Glucose 投与⇒ 13C3 MG

50

図４

肝臓中

13C6 Fructose 投与⇒ 12C３MGC３MG 濃度

１３13C6 Glucose 投与⇒ 12C3 MG0

図５10

肝臓中203040Time (min)506070C３MG 濃度１２F 群において、図４より１３C３MG は 3 µM 程上昇した一方、図５より１２C３MG は 3 µM⇒15 µM と大きく上昇⇒フルクトースは、自身が MG に変換するよりも、MG の生成を亢進する作用が大きいことが示唆された

Fructoset 投与
＊＊

＊＊

tt

＊＊

tt

Fructose投与t＊＊＊

Glucose 投与

図６tGlucose 投与

十二指腸中 GA 濃度

図７

血中 MDA 濃度

図６より F 群は G 群と比べ、十二指腸中 GA 濃度が有意に上昇した。また、図７より F 群は G 群と比べ、血中のMDA 濃度が有意に上昇した。
(＊p<0.05 ＊＊p<0.01 vs 0min grope,t p<0.05, tt p<0.01 G 群 vs F 群)
３

産学協同の取組における成果
企業様の前で研究発表を行うという貴重な経験をさせて頂き、発表のスキルを養うことが出来た。また、自身が思い至らなかった部分について質疑を頂いたことで、今後新たな視点で研究を進めていくことに繋がった。別の奨学生の研究内容を拝見することが出来たことも、自身の研究分野とは異なる研究内容で非常に興味深く、刺激になった。今回の取り組みを踏まえ、今後の研究に尽力していきたい。
今後の展望
上記のフルクトースの代謝の仮説が正しいのかを検証するため、また短鎖アルデヒド生成の根本的な要因を突き止めるため、2 つの試験を検討している。１つ目はフルクトースそのものが原因ではなく、甘味受容体の活性によって短鎖アルデヒドが過剰に生じた可能性についての試験である。フルク－スは糖の中でも甘味度が非常に高く、グルコースの２．５倍、砂糖であるスクロースの２倍ある。そのため、今回生じた現象はフルクトースそのものが原因ではなく、甘味受容体の異常な活性による可能性がある。そこで、強い甘味を持つアスパルテーム・スクラロー
スなどの人工甘味料と比較行うことで、根本的な原因を突き詰めたい。２つ目は、フルクトース摂取に関係なく、小腸内にグリセルアルデヒドが多量に存在することが、その後の糖新生やメチルグリオキサールの生成、そして酸化ストレスの増大という一連の現象を引き起こすという可能性である。そこで、腹部に注射することで小腸内にグリセルアルデヒドを直接投与し、糖新生やメチルグリオキサール生成の活性、酸化ストレスを調べることで明らかにしたい。根本的な原因が違えば、短鎖アルデヒドを抑制するアプローチ方法も異なってくるため、詳細に突き詰めたい。

４