研究フロンティア（平成２３年度学術奨励賞受賞論文）

卵胞ステロイド分泌における成長ホルモンの影響：
顆粒膜細胞における BMP と IGF―I のクロストーク中村 絵里１），大塚 文男２）１）岡山大学病院内分泌センター，２）岡山大学大学院総合内科学

はじめにの減少とともに閉鎖卵胞が増加する特徴を有していた．
興味深いことに，これらの変化は，IGF―I の補償により卵巣における正常な卵発育には，視床下部・下垂体などの上位内分泌器官での神経内分泌系の統御機構と，卵改善を認めないことから，GH 自体が卵胞の成熟や分化に関与する可能性が示唆された．

巣の機能ユニットである卵胞の発育・分化，排卵までのしかしながら，GH が直接卵巣機能や卵胞発育に与え一連の生理現象が正常に生じることが必要である．下垂る影響について未だ十分に解明されていない．今回の研体腫瘍・頭蓋内炎症・外傷などさまざまな病因で生じる究では GH の卵胞ステロイド合成系への作用に着目し，成長ホルモン（growth hormone : GH）分泌異常では，GH および GH の下流で作動する IGF―I が卵胞 steroido-

GH の分泌過剰・低下ともに排卵機能や妊孕性の低下をgenesis に与える影響とそのメカニズムについて，卵胞もたらす．

発育調節の key molecule である BMP 分子との機能連

成長ホルモン（GH）は，肝臓での IGF―I（insulin-likegrowth factor―I）の産生を促し，身体の成長促進だけで関の側面からラット顆粒膜細胞の初代培養を用いて解析した［６］．

なく，糖・蛋白・脂質の代謝調節や水・電解質の調節，細胞増殖・分化など多彩な作用を発揮する．また生殖内ラット顆粒膜細胞における卵胞ステロイド合成分泌機能においては，GH は IGF―I と協調してゴナドトに対する GH の影響ロピン（LH，FSH）の分泌・応答や卵胞ステロイド合成，卵子形成，性腺分化に関与する［１］．１９９６年に報

生後２２日齢の雌ラットに DES（１０mg）カプセルを皮，胞状卵胞早期の告された IGF―I 欠損マウスでは［２］下に埋め込み，４日後に卵巣を摘出して顆粒膜細胞およ段階で卵胞発育が停止して排卵障害をきたすことが示さ

び卵母細胞の懸濁液を段階的に分離し，顆粒膜細胞単離れた．１９９７年の Bondy らの研究により［３］，IGF―I の培養あるいは卵母細胞との共培養条件にて解析を行っ欠落が顆粒膜細胞の FSH 受容体の発現を抑制すること，た．ラット顆粒膜細胞と卵母細胞の両者に，GH 受容体

この変化は外因性 IGF―I により回復することが明らかと IGF―I 受容体の発現を認めた．GH は FSH により活となり，顆粒膜細胞の IGF―I は卵胞における FSH 応答性化された顆粒膜細胞の aromatase 発現を抑制して es-性の鍵であることが示された．

tradiol（E２）の産生を減少し，一方で progesterone（P４）

一方で，１９９７年に Kopchick らにより報告された GH産生と P４合成酵素（StAR, P４５０scc, ３βHSD）の発現を受容体/GH 結合蛋白欠損雌マウスでは［４］，著明な促進した（図１）．GH 作用とは異なり，IGF―I は E２とIGF―I 低値を伴う成長遅延を呈するほか，妊孕性の低下

P４産生をともに促進した（図１）．GH・IGF―I は，とも

（wild : ６．
９pups＞KO : ２．
７pups）が認 め ら れ た．そ のに forskolin 誘導性のステロイド産生や cAMP 合成に影

後２００２年に報告された Binart らによる GH 受容体欠損

響を与えないことから，cAMP―PKA 以外の経路の関与

雌マウスの解析から［５］，この妊孕能の低下が排卵数が示唆された．ウエスタンブロットによる細胞内シグナの減少によることが示された．GH 受容体の欠如によりルの解析から，GH は STAT３を直接活性化すること，ま胞状卵胞以降の成熟卵胞への発育が抑制され，健常卵胞た FSH による ERK１/２リン酸化を増幅することが示された．また顆粒膜細胞を ERK 阻害剤（U０１２６）で処理

連絡先：中村絵里，岡山大学病院内分泌センター〒７００―８５５８ 岡山市北区鹿田町２―５―１
TEL：０８６―２３５―７２３５FAX：０
８６―２２２―５２１４E-mail : nakanaka̲e８２０＠yahoo.co.jp

すると，FSH により誘導される E２産生が促進され P４産生が抑制されることから，GH がもたらす FSH 刺激下での E２減少と P４増加は ERK 経路を介することが示唆された．さらに，GH は GH 受容体シグナルである JAK

日本生殖内分泌学会雑誌（2012）17 : 33-3733

中村絵里

他

図１

図２

FSH による卵胞ステロイド産生における GH および IGF―I の影響ラット顆粒膜細胞初代培養細胞におけるステロイド産生において，GH は FSH 刺激によるestradiol（E２）合成を濃度反応性に抑制し，progesterone（P４）合成を増加した．IGF―I は０５にて有意）．
FSH 刺激による E２合成と P４合成をともに促進した（平均値±SEM, ＊P＜０．

GH および IGF―I によるステロイド産生調節に対する Noggin の影響
ラット顆粒膜細胞初代培養細胞において，内因性 BMP 作用を中和する Noggin の存在下では，GH/（平均値±SEM, ＊P＜０．
０５にて有意）IGF―I によるステロイド合成調節作用が増幅された．

/STAT 経 路 を 介 し て 顆 粒 膜 細 胞 で の IGF―I お よ びラット顆粒膜細胞における GH/IGF―I とIGF―I 受容体発現を促進した．また，IGF―I 受容体シグBMP システムとの相互作用

ナル阻害剤（AG１０２４, AG５３８）は FSH による P４産生を抑制し，FSH による P４産生刺激に対する GH の増幅作

卵胞に発現する BMP 分子は卵母細胞・顆粒膜細胞・用は IGF―I 中和抗体により抑制された．つまり FSH に莢膜細胞にそれぞれ特異的な BMP リガンドが存在し，よる P４産生が GH により増幅される機序には，顆粒膜autocrine/paracrine 機序により卵胞発育を調節している細胞由来の IGF―I 発現の増強が関与することが明らか．特に BMP リガンドは共通して FSH による P４産［７―９］となった．

生を抑制する luteinizing inhibitor としての作用をもつ．
興味深いことに，GH による卵胞ステロイド合成調節は，BMP リガンドを中和する結合蛋白 Noggin の存在下で増幅されたことから（図２），GH と BMP システムが相34

日本生殖内分泌学会雑誌

Vol.17 2012

卵胞ステロイド分泌における成長ホルモンの影響：顆粒膜細胞における BMP と IGF―I のクロストーク

図４IGF―I によるエストロゲン産生調節に対する
BMP の影響ラット顆粒膜細胞初代培養細胞において，BMP
５）
は，IGF―Iリガンド（BMP―２，―４，―６，―７，―１
による FSH 誘導性 estradiol（E２）の増幅反応に拮抗した（平均値±SEM，＊P＜０．
０５にて有意）．

ように，GH は卵胞に存在する内因性 IGF―I と BMP 活性の均衡を制御しながら，卵胞発育調節に寄与している可能性が示唆された（図６）．

GH 多寡による生殖内分泌機能への影響
図３

BMP に よ る GH/IGF―I 受 容 体 お よ び IGF―I 発現への影響
ラット顆粒膜細胞初代培養細胞において，BMP
５）の 処
リ ガ ン ド（BMP―２，―４，―６，―７，―１
理により GH 受容体（GHR），IGF―I 受容体（IGF―IR）および IGF―I mRNA の発現レベルが減少
０５にて有意）．
した（平均値±SEM, ＊P＜０．

これらの結果を踏まえて，GH の多寡が生殖内分泌機能に与える影響について，われわれの仮説を図７に示す．
GH/IGF―I と BMP 活性が同等である状態を健常な卵胞発育と仮定すると，GH 分泌不全の状態では，GH/IGF―I作用の低下により内因性 BMP 活性が増強する結果，FSH 受容体発現の抑制と顆粒膜細胞の増殖が亢進し，互に機能連関している可能性が示唆された．BMP リガ

閉鎖卵胞の増加と健常卵胞の減少を起こしうる．この表５）の処理により，顆粒
ンド（BMP―２，―４，―６，―７，―１

現型は，これまでに報告された GH 受容体欠損マウス

膜細胞の GH および IGF―I 受容体と IGF―I の発現が減５過剰発現マウスでの生殖表現型［１０］［５］や BMP―１

弱し（図３），IGF―I による E２産生の増幅作用は，これと類似する．また，GH 過剰状態では内因性の BMP 活

ら BMP リガンドの存在下で抑制された（図４）．反対性の抑制により顆粒膜細胞の増殖が抑制され，FSH 受に，GH・IGF―I 処理により，顆粒膜細胞の BMP 受容体容体発現の正常な制御が生じず，また下垂体に存在する（ActRII, BMPRII, ALK―６）の発現が抑制され，抑制性

BMP 機能へも影響してゴナドトロピン分泌にも干渉す

Smad である Smad６，７の発現は亢進した．したがって，る可能性がある．このような GH/IGF―I と BMP 活性のGH/IGF―I と BMP システムは互いに拮抗することが明アンバランスが遷延する場合，結果としてさまざまな程らかとなった．特に，GH よりも IGF―I が，Smad１/５/８度の卵巣機能障害へと繋がる可能性があろう．のリン酸化と BMP の標的遺伝子である Id―１転写活性を直接抑制することから（図５），両者の拮抗関係は BMP
vs. IGF―I の間で成立していることが示唆された．この研究フロンティア

35

中村絵里

他

図５

GH/IGF―I の BMP シグナルへの影響
ラット顆粒膜細胞初代培養細胞において，BMP の標的遺伝子である Id―１の転写活性は外因性の IGF―I により抑制され，IGF―I 中和抗体により内因性 IGF―I 作用を抑制すると Id―１の発現抑制が解除された（平均値±SEM，＊P＜０．
０５にて有意）．

図６

卵胞ステロイド合成調節における GH/IGF―I と BMP システムの機能連関
GH は，FSH 受容体シグナルのうち MAPK/ERK 経路を介して FSH による estradiol（E２）産生を抑制する．また，GH は IGF―I 作用を介して BMP システムに拮抗し，FSH による progesterone（P４）の産生を促進する．卵胞に内在する BMP システムと IGF―I は相互に拮抗作用を呈する．

おわりにつとなっている．患者の QOL の向上のために，これら下垂体疾患による性腺系・生殖内分泌系へのインパクト

われわれはラット顆粒膜細胞・卵母細胞を用いて，卵胞発育に重要な BMP システムに着目し，GH が卵巣機［６，１１］とその機序を解明することは重要な課題であると考えている．

能に与える影響について明らかにした．GH はゴナドトロピンと協調して卵胞成長を支持するが，卵 巣 で は謝IGF―I と BMP 分子間の拮抗作用を通じて，卵胞ステロ

本稿は平成２３年度日本生殖内分泌学会学術奨励賞を受賞した研究内容をまとめたものである．本稿を執筆する機会を与えてくださいました，日本生殖内分泌学会理事長 苛原 稔先生，第１６回学術集会会長 宮本 薫先生，ならびに本誌編集委
員長 筒井和義先生に深謝申し上げます．

イド分泌能の恒常性を維持するという新たなメカニズムが明らかとなった．先端巨大症や成長ホルモン分泌不全症（AGHD）は，間脳下垂体疾患として新たに２００
９年１０
月より厚生労働省の特定疾患として追加された難病の１36

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Vol.17 2012

辞卵胞ステロイド分泌における成長ホルモンの影響：顆粒膜細胞における BMP と IGF―I のクロストーク

図７

GH 多寡による BMP システムへの影響と生殖内分泌機能における仮説

引用文献
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