令和２年度研究費助成 研究成果報告書集
研究成果報告書 目次■ ディープラーニングによる人工知能(AI)の蛍光腎病理診断法の開発
岡山大学病院 腎臓･糖尿病･内分泌内科 講師 喜多村 真治･･･････ 1■ 血漿高ヒスチジン糖タンパクの内因性ＤＡＭＰｓ抑制機能の解析
岡山大学大学院 医歯薬学総合研究科 講師 勅使川原 匡･･･････ 5■ 胎児期メチル水銀曝露と神経認知機能･エピジェネティクス所見の関連
岡山大学大学院 医歯薬学総合研究科 教授 頼藤 貴志･･･････ 8■ α-pinene による新規血液悪性腫瘍治療薬の開発
岡山大学病院 血液･腫瘍内科 助教 淺田 騰･･･････ 12■ 軟骨･骨組織誘導性ハイブリッド生体材料による新規関節軟骨再建法開発
岡山大学大学院 医歯薬学総合研究科 助教 高畠 清文･･･････ 15■ 抗酸化物質が免疫担当細胞に与える影響
岡山大学大学院 ヘルスシステム統合科学研究科 助教 増田 潤子･･･････ 19■ 免疫機能を内包する人工リンパ節の構築
岡山大学大学院 ヘルスシステム統合科学研究科 助教 曲 正樹･･･････ 23■ 電気化学的手法による有機半導体分子の効率合成と活性評価
岡山大学大学院 自然科学研究科 准教授 光藤 耕一･･･････ 27■ 燃焼器内乱流火炎の高精度な光学計測を目指す数値的手法の構築
岡山大学大学院 自然科学研究科 助教 坪井 和也･･･････ 33■ 新生児期に形成される乳房組織細菌叢が乳がん発症に与える影響の解析
岡山大学大学院 ヘルスシステム統合科学研究科 助教 岡田 宣宏･･･････ 37■ 近赤外吸収を示す含カルバゾールポルフィリン多量体の開発
岡山大学大学院 自然科学研究科 助教 前田 千尋･･･････ 40■ 計算機解析と実測との比較による貯水池の地形変化の解析手法実用化研究
岡山大学大学院 自然科学研究科 講師 神保 秀司･･･････ 43■ 旭川下流部の感潮域におけるアユの好適な産卵場の検討
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 准教授 吉田 圭介･･･････ 49■ 中小河川における洪水氾濫解析の高度化に関する研究
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 准教授 赤穂 良輔･･･････ 55■ 疎水性地盤材料の盛土斜面への適用とその大量作製方法の提案
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 助教 金 秉洙･･･････ 61■ 建築開発許可制度における裁量的基準の運用に関する国際比較
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 准教授 堀 裕典･･･････ 67■ 異なる光スペクトルによるイネ地表根の重力屈性および乾物生産性への影響
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 助教 冨田 朝美･･･････ 72■ 自発的カルシウム変動を示す卵管および子宮平滑筋細胞を用いた収縮制御機構の細胞生物学的アプローチ
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 助教 山本 ゆき･･･････ 77

■ 気孔孔辺細胞の二酸化炭素応答にかかわる新規因子の機能解明
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 助教 宗正 晋太郎･･･････ 81■ サツマイモネコブセンチュウ抵抗性品種育成に向けた遺伝子機能解析
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 准教授 門田 有希･･･････ 83■ 岡山県蒜山ジャージーの生乳黄色度改善に向けた BCO2 遺伝子情報の活用
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 准教授 辻 岳人･･･････ 86■ 光合成の光利用改善を目的としたアンテナタンパク質の機能解析
岡山大学 資源植物科学研究所 助教 小澤 真一郎･･･････ 89■ 植物共生細菌のメタノール走化性の機構と重要性の解明
岡山大学 資源植物科学研究所 准教授 谷 明生･･･････ 94■ アスガルド古細菌から紐解く細胞形態の制御機構の分子進化
岡山大学 異分野基礎科学研究所 助教 千住 洋介･･･････ 97■ 難治性心不全患者に対する循環器看護師の意思決定支援モデルの開発
岡山県立大学 保健福祉学部 准教授 名越 恵美･･･････ 99■ 超音波を用いた看護師による爪のアセスメント方法の開発
岡山県立大学 保健福祉学部 准教授 佐々木 新介･･･････105■ 簡便な嚥下機能測定方法の構築と機能性を付加した嚥下調整食の開発
岡山県立大学 保健福祉学部 教授 山本 登志子･･･････109■ 桃の香りを有する日本酒の醸造技術の開発
岡山県立大学 保健福祉学部 教授 田中 晃一･･･････115■ 機械学習を用いた熱可塑性炭素繊維強化プラスチック溶着接合の強度･品質予測
岡山県立大学 情報工学部 助教 金崎 真人･･･････120■ 多人数不完全情報ゲームに対するプレイアルゴリズムとその分類
岡山県立大学 情報工学部 准教授 但馬 康宏･･･････123■ 傾斜型回折格子による構造性発色に関する数値的検討
岡山県立大学 情報工学部 准教授 若林 秀昭･･･････129■ 個別臨床的意義を有する心身健康情報を可視化するウェアラブル端末開発のための生体情報分析
岡山県立大学 情報工学部 教授 綾部 誠也･･･････132■ 遠隔者とのかかわりを実感させる遠隔コミュニケーションシステム
岡山県立大学 情報工学部 教授 伊藤 照明･･･････136■ スピン反転を利用した長寿命光電荷分離システムの創製
岡山理科大学 理学部 教授 満身 稔･･･････139■ アレルギー性鼻炎における分子シャペロンの役割
岡山理科大学 理学部 准教授 橋川 直也･･･････143■ 恐怖記憶の消去促進作用に対するペプチド鼻腔内投与の影響
岡山理科大学 理学部 准教授 橋川 成美･･･････146■ 地殻深部流体の挙動解明に向けた岩石－水相互作用実験：地殻流体の組成に応じた反応素過
程の制約
岡山理科大学 理学部 助教 東野 文子･･･････150■ 森林散策と都市散策における尿中タンパク質と脂質の酸化修飾バイオマーカーの比較研究
岡山理科大学 理学部 教授 汪 達紘･･･････153

■ イナミンの渡環反応を利用した含窒素パイ共役系化合物の合成－新奇含窒素ナノグラフェン創出への挑戦－
岡山理科大学 工学部 助教 奥田 靖浩･･･････157■ AI による LP データを用いた定量的な危険度評価手法の開発
岡山理科大学 生物地球学部 准教授 佐藤 丈晴･･･････162■ 内向き整流性 K+チャネル遮断ペプチドの探索と作用の解明
倉敷芸術科学大学 生命科学部 教授 岡田 誠剛･･･････168■ 新規ドナーアクセプター型含ケイ素星型化合物の合成とその性質
倉敷芸術科学大学 生命科学部 教授 仲 章伸･･･････172■ 避難行動促進におけるメカニズムの解明－生理心理学的アプローチを用いて－
吉備国際大学 心理学部心理学科 准教授 橋本 翠･･･････176■ 冠水路歩行の負担低減を目指した長靴の流動抵抗低減化の試み
津山工業高等専門学校 総合理工学科 教授 細谷 和範･･･････178■ 肥料･農薬の過少･過多投与防止が可能な中山間および高齢者に適した半自動ドローン散布シ
ステムの開発津山工業高等専門学校 総合理工学科 教授 小林 敏郎･･･････184■ 硫化物の熱分解反応を利用した金属チタンの製造
津山工業高等専門学校 総合理工学科 講師 関 一郎･･･････189■ 生体深部の非侵襲･三次元･動的イメージングを実現する新規蛍光プローブの開発
津山工業高等専門学校 総合理工学科 講師 守友 博紀･･･････191■ ナス病原性に重要な青枯病菌エフェクターの同定と耐病性母本選抜
岡山県農林水産総合センター 生物科学研究所 専門研究員 向原 隆文･･･････194■ 放線菌における Sec 系分泌促進因子の探索
岡山県農林水産総合センター 生物科学研究所 流動研究員 楊 霊麗･･･････199■ 日本の伝統食材サトイモを疫病から守る！ RNAseq による防御マーカーの作製と免疫力の向上による防除技術の開発
岡山県農林水産総合センター 生物科学研究所 特別流動研究員 鳴坂 真理･･･････204■ モモ花粉の初期発生を阻害し不稔を引き起こす新規遺伝子の同定
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所 流動研究員 北川(原) 美由紀･･･････208■ 栽培化により失われたトマトの短日性を支配する鍵遺伝子の解明
岡山県農林水産総合センター 生物科学研究所 専門研究員 後藤 弘爾･･･････212■ 抑制性 DAMPs の新規同定と炎症性疾患への寄与の解明
就実大学 薬学部 講師 渡邉 政博･･･････218■ 岡山県産黄ニラの抗酸化作用機序の解明
就実大学 薬学部 助教 川上 賀代子･･･････223■ In vivo imaging を用いた糸球体内皮 Glycocalyx の Hyaluronan と CD44 陽性 Leukocyte の糖尿病性腎症進展における病態機序の解明
川崎医科大学 腎臓･高血圧内科学 講師 角谷 裕之･･･････228■ 脾臓の形成過程における核内受容体 NR5A1 の機能解明
川崎医科大学 解剖学教室 教授 嶋 雄一･･･････233■ 新しい細胞動態評価法でスクリーニングした抗腫瘍薬の応用
川崎医科大学 生化学教室 教授 山内 明･･･････235

■ 活性酸素生成酵素 Nox の制御機構の破綻メカニズムの解明
川崎医科大学 生化学教室 助教 宮野 佳･･･････239■ 嗅覚障害の観点から考察する嗅覚調整機能
川崎医療福祉大学 医療技術学部 教授 清蔭 恵美･･･････243■ 旨味成分の摂取による健康保持･増進効果の検証
川崎医療福祉大学 医療技術学部 講師 宮田 恵多･･･････247■ 冬季山岳活動における低体温症予防のためのガイドラインの開発
川崎医療福祉大学 医療技術学部 助教 和田 拓真･･･････251■ 高脂肪食餌誘導性腸内細菌叢変化におよぼす PHGG 摂取と自発運動の相補作用効果
川崎医療福祉大学 医療技術学部 助手 青木 孝文･･･････255■ 疲労を伴う身体活動性低下に対するアセチルカルニチンの回復促進効果に関する検討
川崎医療福祉大学 医療技術学部 講師 小柳 えり･･･････261■ 老化による筋力低下に対するステロイド類と基礎運動量の影響の行動学的解析
川崎医療短期大学 医療介護福祉科 准教授 平口 鉄太郎･･･････267■ 土砂災害対策法制の課題～砂防指定地の指定を例として
山陽学園大学 地域マネジメント学部 准教授 澤 俊晴･･･････271■ 保育士のキャリア選択要因を抽出するための TEA インタビュー調査
山陽学園大学 総合人間学部 准教授 松浦 美晴･･･････277■ ドイツ式運動学習効果の検証およびナレッジ･マネジメント導入に関する研究
中国学園大学 国際教養学部 准教授 佐々木 公之･･･････283■ 下肢踏み出し時間を用いた転倒予防評価ツールの開発
環太平洋大学 体育学部 准教授 廣重 陽介･･･････289■ rGONAD 法を用いたアルポート症候群モデルラットの作製とその機能解析
重井医学研究所 分子遺伝部門 部長 松山 誠･･･････295■ 生活環境における天然放射性希ガスの時空間分布を支配する人間活動や環境因子の解析
日本原子力研究開発機構 人形峠環境技術センター 研究副主幹 迫田 晃弘･･･････303■ 大原美術館 工芸館の研究
公益財団法人大原美術館 学芸課 学芸統括 柳沢 秀行･･･････306

ディープラーニングによる人工知能（AI）の蛍光

腎病理診断法の開発（所 属）岡山大学病院 腎臓・糖尿病・内分泌内科（氏 名）喜多村 真治（概要）Society5.0 時代を迎えるにあたり、医療の現場でも様々な場所で人工知能が使用されつつある。そのような中、現在、病理診断を臨床医・病理医が行っているが、病理診断の正確性が求められる中、膨大な病理検体の診断を手助けする方法も求められている。今回我々が行うのは、私どもの施設に蓄積した既存の腎臓病患者の病理診断画像を用いて、ディープラーニング（以下ＤＬ）を行い、腎疾患の診断プログラムの作成を行った。
糖尿病性腎症診断には通常腎病理光顕画像より診断を行うが、蛍光画像からもＤＬにて診断できるかを行った。結果、正解率、適合率、再現率とも１００％のプログラムは 5 通り作成でき、ディープラーニングにより蛍光画像のみでも糖尿病性腎症を判別できる可能性が示唆された。また、同様に IgA 腎症の蛍光画像診断も行った。結果では、解像度によりプログラム間の診断率の差が認められ、腎臓専門医では経験差による診断特異度の差が認められたが、DL ではその差はほとんど認められなかった。本研究成果により、人工知能が、専門医に比してどこまで病理診断が可能かを検討し、臨床診断に寄与し得るものかどうかを検討した。今後更に研究を進め、ヒトによる病理診断の正確性に寄与し、また、都市・地方などの病院間格差を埋め、将来の腎疾患診断の向上に寄与するものと考える。
臨床において、アメリカでは 2013 年ごろより AI 診

（本文）
Society5.0 時代を迎えるにあたり、医療の現場

断プログラムなどが実装されており、CT 画像や眼でも様々な場所で人工知能（以下 AI）が使用され

底画像、皮膚病変画像などを診断するプログラムなつつある。そのような中、現在、病理診断を臨床どが報告されている。同様に日本でも 2013 年ごろ

医・病理医が行っているが、病理診断の正確性が求より内閣府の事業で AI ホスピタル構想などが打ちめられる中、膨大な病理検体の診断を手助けする

出されており、AI の実臨床への導入が進められて方法も求められている。また、専門医・研修医ないる。研究において、2010 年代前半より CAD

ど医師間の知識差による診断能力の差、都市・地（computer-aided diagnosis）の研究報告がなさ

方格差などの問題も存在し、その是正が求められれ、肺がん CT 画像の診断支援などが検討されている。今回我々が行うのは、私どもの施設に蓄積したる。また、2017 年には、ディープラーニングによ既存の腎臓病患者の病理診断画像を用いて、DL をる皮膚がんの診断が皮膚専門医レベルでなされるこ

行い、腎疾患の診断プログラムの作成を行うものとが報告されており(nature 2017)、2018 年には乳である。本研究成果により、人工知能が、専門医にがん患者のリンパ節転移の病理診断を AI と病理専比してどこまで病理診断が可能かを検討し、臨床診門医とで検討した論文が報告され（JAMA 2018）、AI

断に寄与し得るものかどうかを検討する。それによ診断が専門医に対しても遜色ないことなど報告されり、ヒトによる病理診断を助け、正確性に寄与ている。しかし、腎病理診断における報告はほとん

し、また、都市・地方などの病院間格差を埋め、どなく、我々が進めるものである。
我々は、腎臓における特徴的な診断である蛍光病

将来の腎疾患診断の向上に寄与するものと考え

理画像、光顕病理画像、電子顕微鏡病理画像を検討る。知能研究は、国内外で様々に行われており、実- 1 -していくものである。その中で、今回は蛍光病理画した。また、テスト画像を用いて当院所属の腎臓専像に焦点をあて、他の診断科で行わない病理画像の門医 5 名からの正解率等を算出した。

診断を AI にて行うものである。

【結果１】プログラムは 419 通り作成した。過学習など少なく、
エラー率が減少したプログラムの中で、①DL にて腎蛍光画像から糖尿病性腎症を診断の検評価を行った39 個のプログラムでは正解率83.28±

討 (Diagnostics に掲載済（Ref.1）)

11.64％、適合率 80.56±21.83％、再現率 79.87±【目的１】判断困難な蛍光画像からの糖尿病性腎症

15.65％であった。正解率、適合率、再現率とも１０の診断が DL にて判別できるかを検討した。

０％のプログラムは 5 通り作成できた（図１）。

【方法１】通常、糖尿病性腎症は、臨床経過、臨床

一方、腎臓専門医のテスト画像での診断率は、正解

所見、検査所見などにより、糖尿病歴が長く、尿蛋率 67.50±6.12％、適合率 62.62±3.85％、再現率

白主体の尿異常からの腎障害であると診断され、腎67.26±9/96％であった（図２）。

生検を行うことは少ない。しかし、そのような典型

図２的な腎障害でない場合、糖尿病歴があると、鑑別診断にため腎生検を行い、鑑別することがある。
今回、当院倫理委員会承認後、2012 年から 2018 年まで当院で腎生検を行った患者 885 例の内、臨床経過、病理診断にて糖尿病性腎症と診断した 31 症例と 2018年度の糖尿病性腎症以外と診断した 52 症例より腎【結語１】ディープラーニングにより蛍光画像のみ

生検蛍光画像（IgG,IgA,IgM,C3,C1q.フィブリノーゲ

でも糖尿病性腎症を判別できる可能性が示唆された。

ンの 6 画像）を用いてディープラーニングによる教師有り学習を行い、テスト画像にて正解率等を算出②DL による各種解像度の腎蛍光画像からの IgA 腎症診断の検討(Journal of Nephropathology にて in

図1

Press（Ref.2）)【目的２】DL での腎病理蛍光画像からの IgA 腎症病
理診断できるプログラムの作成【方法２】腎臓疾患の画像診断は、腎生検を行い採取した腎臓組織から切片を作製する。切片は、凍結切片とホルマリン固定切片、電子顕微鏡用切片に分かれ、腎臓疾患では、その 3 種類の切片を作製し、各々で染色、画像を取得し、診断を行う。診断には凍結切片からは Ig G、Ig A、Ig M、C3、C1q、フィブリノーゲンと言った 6 種類の物質を染色にて特定する。Ig G、Ig A、Ig M は免疫蛋白であり、C3、C1qは補体成分である。免疫蛋白は補体成分と結合し、免疫複合体を作り、それらが、血流にのり、腎臓へ到達し、腎臓へ沈着・蓄積することにより炎症を引き起こし、疾患を発病すると考えられている。そのため、原因の免疫蛋白である Ig G、Ig A、Ig M、補体成分である C3、C1q を染色することにより、原因の物質を特定し、診断の参考にする。フィブリノー
ゲンは炎症を反映し、激しい腎炎の時に多く発現する。例えると、IgA 腎症というアジア人に一番多い腎炎は、Ig A という免疫蛋白と C3 という補体成分が関連し、それらの免疫複合体が腎臓のメサンギウ
ム領域に特異的に沈着する。

- 2 -このように腎臓疾患の原因として免疫機序の変化
により免疫グロブリンの糸球体への沈着や補体成分の沈着、免疫グロブリン・補体の複合体の沈着などのパターンで我々は実臨床において、病理診断を行っている。そのような画像認識パターン認識を人工知能に学習させることにより、診断プログラムを作成する。
当院倫理委員会承認後、2008 年から 2018 年まで

度において、腎臓専門医でも差が生じており、病理画像からの診断格差は、ヒトで

図５当院で行った腎生検患者 885 症例の内、臨床経過、病理診断にて Ig A 腎症と診断した 162 症例と、その他の腎症 260 症例の腎病理画像を解析した。腎生
検蛍光 IgA 画像を用いてディープラーニングによるは特異度に反映される可能性が示唆された。

教師有り学習を行い、テスト画像にて正解率等を算出した。蛍光画像の解像度は４、16、32、64、128、【結語２】IgA 腎症は AI 診断できる可能性が示唆された。ＡＩは画像情報が多いほど感度・特異度とも上昇する傾向が見受けられたが、ヒトでは感度は上昇するか、特異度には習熟度による差が生じる可能性が示唆された。今後、更にデータを増やし、ディープラーニングによる腎病理画像診断ツールの開発を行いたい。

図３【考察】
以上のように、腎蛍光画像を用いた各種腎臓病

256、512pct 画像を用いて（図３）、各解像度によるのＤＬによる診断の検討を行った。ＤＬはヒトにプログラム間の正解率の差なども検討した。
【結果２】
モデルは各解像度で約 100 通り作成した。
画像毎のモデルにおいて、判断率を示す AUC では、比し、特徴的な所見を教師有学習にて自動で抽出し、判断しえる可能性が示唆され、また、ヒトでは、経験差などにより、感度よりも特異度が開きやすい傾向が見受けられたが、ＤＬでは、情報量により感度、特異度とも上昇する可能性が示唆された。ＤＬでは、情報量による学習量により、感度・特異度とも上昇することが示唆され、今後更にビッグデータによる学習を必要なことが示唆された。このことは、当院の 10 年以上の蓄積された腎病理画像のみでは不十分であり、さらに大きなデータが必要であることが示唆され、これが本研究の limitation であることが示唆された。

図4

今後 AI が生活に入り込み、社会を変えていく

解像度が上がるごとに AUC も上昇していた（図４）。

ことが予想される。平成 30 年 12 月に厚生労働省

一方、腎臓専門医によるテスト画像での診断は、感から、AI の医療診断・治療等支援の主体は医師で度は高い傾向が認められたが（図 5 32pct 画像によあり、医師はその最終責任を負うことが通知される診断率（各円：腎臓専門医の診断率）、 256pct 画

た。そのような新たな社会、Society５．０に向け

像による診断率（各円：腎臓専門医の診断率）、特異て、医療界のみならず、様々な分野でも AI に関す- 3 -る知識をつけていかなければならないと考える。
Reference:
1. Kitamura S, Takahashi K, Sang Y, Fukushima

K, Tsuji K, Wada J: Deep learning could diagnose
diabetic nephropathy with renal pathologicalimmunofluorescent images. Diagnostics. 2020
10,466: 10070466.
2. Takahashi K, Kitamura S, Fukushima K, Sang
Y, Tsuji K, Wada J. The resolution of
immunofluorescent pathological images affects
diagnosis specificity for not artificial intelligencebut human. Journal of nephropathology, 2021. In
Press.

- 4 -血漿高ヒスチジン糖タンパクの内因性 DAMPs 抑制機能の解析
岡山大学大学院医歯薬学総合研究科
勅使川原 匡血漿高ヒスチジン糖タンパク（HRG）は、様々な炎症関連因子との相互作用によって抗炎症作用を発揮する多機
能タンパクである。本研究では、HRG 遺伝子の肝における発現制御機構、及び、HRG タンパクが炎症病態の進行を抑制する分子機序の解析をおこなった。急性炎症（敗血症）や慢性炎症（高血圧、高血糖）の実験モデルラットから肝を採取し、DNA マイクロアレイ解析をおこなった。その結果、肝 HRG 遺伝子の発現変動と相関、または、逆相関する転写調
節因子を 5 個同定した。これらの遺伝子は、HRG 発現を制御している可能性が高いと考えられる。次に、急性炎症（敗血症）や慢性炎症（高血圧）の実験モデルラットから血漿を採取し、HRG タンパクの精製過程で HRG タンパクと共に回収される夾雑タンパクを質量解析によって同定した。これらのタンパクと HRG の結合親和性を分子間相互作用解析装置 Biacore システムを用いて解析したところ、敗血症（急性炎症）によって HRG タンパクとの結合が増加する血漿因子 2個、減少する血漿因子 1 個をそれぞれ新規同定した。これらの HRG 結合血漿因子は、どれも炎症病態によって血中量が増加する既知の炎症関連血漿因子であった。HRG は、これらの血漿因子の機能調節に関与する可能性が示唆された。

研究の目的と成果

はじめに
高ヒスチジン糖タンパク（histidine-rich glycoprotein,

本研究は、全身性炎症反応が末梢臓器障害を引HRG）は、肝臓から産生される血漿因子である。我々のき起こす分子機序の解明を目的とし、肝HRG 遺伝子発研究室は、敗血症病態（急性炎症）において血漿 HRG

現を制御する転写調節因子、また、血漿 HRG タンパクが著明に減少し、それを起点として好中球の血管内皮と結合親和性をもつ炎症惹起性自己物質（damage-細胞への接着亢進、微小血栓の形成、細菌貪食能のassociated molecular patterns, DAMPs）の探索・新規同低下といった致死性の病態カスケードが進行する機序定をおこなった。

を報告してきた。加えて、敗血症マウスへの精製 HRG
タンパク補充療法が、敗血症マウスの生存率を劇的に(1) HRG 遺伝子の発現制御機構の解析改善することを明らかとした。血漿 HRG は、炎症病態

脳卒中易発性高血圧自然発症ラット（SHRSP ラット）における血液・血管イベントの進行を抑制的に制御すは、高血圧を自然発症する慢性炎症モデルである。

る血漿因子であるといえる。一方で、我々は、高血圧やWKY 対照ラットと SHRSP 高血圧ラットの HRG 産生量を高血糖のような慢性炎症疾患モデルにおいて、血漿比べると、おそらくは高血圧病態に起因して、血漿HRG 量が増加することを見い出している。

HRG タンパク量・肝 HRG 遺伝子発現量の双方が強く

また、血漿 HRG は、二価金属イオン、ヘム、ヘパ

増加していた。また、他の慢性炎症モデルとして、ストリン、プラスミノーゲン、フィブリノーゲン、IgG などの炎

レプトゾトシン誘導性高血糖ラット（STZ ラット）を作製し症関連因子と相互作用することが知られており、様々なた。STZ ラットにおいても、肝HRG 産生量は増加してい炎症病態に対して保護的作用をもつ多機能タンパクでた。次に、SHRSP 高血圧ラットに盲腸結紮・穿刺（cecalある。しかし、各種の炎症関連因子に対する血漿 HRG

ligation and puncture, CLP）による敗血症処置をすると、の多機能性や肝 HRG 遺伝子の発現調節機構には、未重篤な急性炎症によって肝 HRG 産生量は減少した。

解明な点が多い。

- 5 -これらの実験モデルから肝を採取し、DNA マイクロが致死的状態になることで HRG 産生量が低下し、さらアレイ解析をおこなった。CLP-SHRSP 実験モデルにに病状が悪化している可能性が考えられた。（下図）

おいて、WKY ラットに対して SHRSP 高血圧ラットで発現量が増加し、かつ、SHRSP 高血圧ラットに対して CLP
敗血症-SHRSP ラットで発現量が減少した遺伝子は、469 個存在した。その内、核タンパクは 69 個含まれていた。一方、STZ 実験モデルにおいて、健常ラットに対して STZ 高血糖ラットで発現量が増加する遺伝子は、9512 個存在した。その内、核タンパクは 2280 個含まれていた。さらに、2 つの実験モデルを同時に満たす遺伝子（HRG 遺伝子と発現変動が相関する遺伝子）を検索すると、144 個に絞込むことができた。この中に核タンパクは 30 個存在し、機能的アノテーションによって転(2) 新規 HRG 結合性炎症因子の解析

写調節因子として働く遺伝子を 10 個同定した（下図）。

敗血症 SHRSP ラットを用いて、Ni-NTA アフィニティークロマトカラムによる血漿 HRG タンパクの精製をおこない、精製過程において敗血症由来の血漿サンプ
ルに特異的な夾雑タンパクを質量解析によって同定した（下図）。

同様の検索手法で、HRG 遺伝子の発現変動と逆相関する転写調節因子を 4 個同定した。これら 14 個の候補遺伝子のさらなる絞り込みとして、株化肝細胞
H4IIe での遺伝子発現量も解析した。最終的に、肝HRG 遺伝子の発現変動と相関、または、逆相関する転これらのタンパクと HRG の結合親和性を分子間相

写調節因子を 5 個同定するに至った。これらの遺伝子互作用解析装置 Biacore システム（GE ヘルスケア）をは、どれも生活習慣病やガンなど少なからず炎症病態

用いて解析することで、敗血症（急性炎症）によってに関連した因子だった。今後、これら転写調節因子のHRG タンパクとの結合が増加する血漿因子を 3 個、減中から、HRG 遺伝子発現に関与する因子をさらに探索

少する血漿因子を 1 個同定した。これらの血漿因子のする予定である。

1 つは、既に HRG との結合が報告されているフィブリノ

また、本研究において、肝HRG 産生量は、高血圧ーゲンであった。新たに同定した 3 種の HRG 結合血や高血糖などの慢性炎症病態で増加していた。本来、

漿因子（#1～#3）は、どれも炎症病態によって血中量が血漿 HRG タンパクは、生理的に制御可能な穏やかな増加する既知の炎症関連血漿因子であった（下図）。

炎症症状において、抗炎症作用の役割を担うために産

今後、同定した血漿因子の機能が、HRG 結合によって生量を増加させている可能性が示唆された。敗血症のような重篤な急性炎症病態では、肝実質細胞そのもの- 6 -どのような影響をうけるか解析していく予定である。

HRG の「内因性 DAMPs 抑制因子」としての機能を新規仮説として提唱している。急性期病態でみられる恒常性の破綻と障害が、慢性期病態では HRG の中和抑制作用によって緩徐に進行するという発想は独創的といえる（下図）。肝 HRG 遺伝子の発現制御機構についての研究は、ほぼ皆無な現状にあり、研究の先行性も高い。本研究は、創薬開発による医療貢献と炎症病態の学術的解明を目指した、前臨床研究としてアドバンテージの高い研究である。

HRG 結合血漿因子#1 は、病態因子 X のクリアラ
ンスを亢進させることで、特定の炎症病態に対して保護的に作用することが知られている。HRG は、血漿因子#1 だけでなく、病態因子 X とも結合親和性を示した。この三者間結合の様相が、健常・慢性炎症・急性炎症の条件下においてどのように変化しているか解析すること
で、血漿因子#1 の機能に対する HRG の役割が明らかになる可能性がある。
HRG 結合血漿因子#2 は、凝血系の活性化に伴って血中量が増加するセリンプロテアーゼである。血漿謝辞

因子#2 の HRG 結合親和性は、対照 SHRSP 高血圧（慢本研究の推進にご支援頂いたウエスコ学術振興財性炎症）で強く、CLP 敗血症-SHRSP（急性炎症）で減団に深く感謝致します。なお、本研究は、2016-18 年度

弱していた。今後、HRG と血漿因子#2 の結合性が炎症

学術研究助成基金助成金 基盤研究（C）の助成も受け

病態の重篤度によって変化する機序、HRG と血漿因子ております。

#2 の結合による両者の生物活性の変化について解析する。
HRG 結合血漿因子#3 は、HDL の構成成分であり、アテローム性動脈硬化などの血管病態に対して保護的に作用することが知られている。
今後の展望
急性炎症病態の解析で得られた知見を慢性炎症病態に応用して、共通する病態増悪化の分子機序を解明することに本研究の特色がある。高血圧や高血糖のような慢性炎症疾患における血漿 HRG 量の増加は、炎症反応に対して HRG が生理的に発現制御されていることを示唆している。我々は、全身性炎症疾患において病態の重症化を抑えるために、HRG が血中の様々な炎症惹起因子を中和抑制している可能性を考え、- 7 -胎児期メチル水銀曝露と神経認知機能･エピジェネティクス所見の関連
岡山大学大学院医歯薬学総合研究科

疫学・衛生学分野

頼藤 貴志
概要
熊本県水俣市や周辺の地域で、1950～1960 年代にメチル水銀による大規模な食中毒事件が発生し、中枢神経に影響を受けた住民は、様々な神経学的症状を呈した。また、後に胎内でメチル水銀に曝露されたと診断された胎児性水俣病患者は水俣病被害の象徴として国内・国外ともによく知られている。アメリカ全米研究評議会（NRC）は 2000 年にまとめた報告書において、水俣地域における胎児期にメチル水銀曝露の影響を受けた群の把握は、特に軽度・中程度の症状を呈した群に関しては明らかに不完全であるとしている。よって、本研究では、適切な非曝露コントロール集団を用いた調査を実施し、胎児性水俣病患者よりも（おそらく）低程度のメチ
ル水銀曝露が神経認知機能へ及ぼす影響を評価した。結果として、非曝露コントロール集団と比べてみると、
低・中濃度の胎児期メチル水銀曝露を受けた集団も神経認知機能に影響を受けていることが示された。
本文
１．背景と研究目的いることが示唆された（Yorifuji et al., Arch熊本県水俣市や周辺の地域で、1950～1960 年代に

Environ Occup Health. 2015; Yorifuji et al.,

メチル水銀による大規模な食中毒事件が発生した。

Arch Environ Occup Health. 2016）。

病因物質であるメチル水銀は、中枢神経に影響を与

更に、最近、胎児期メチル水銀曝露が DNA メチレ

え、影響を受けた住民は、様々な神経学的症状を呈ーションと関連して、神経認知機能のマーカーとなした。また、後に胎内でメチル水銀に曝露されたとることも示唆されている。国内ではいまだ、胎児期診断された胎児性水俣病患者は水俣病被害の象徴とメチル水銀曝露が DNA メチレーションと関連して、して国内・国外ともによく知られている。

神経認知機能のマーカーとなることに関するエピジ

一般的にこのような汚染が起きて住民が被害を受ェネティックな影響を評価する研究は行われていな

けた場合、同じ胎児期の曝露においても、曝露の程い。世界でも類を見ない高濃度メチル水銀曝露を受

度・個人の感受性の差異・妊娠期間中のいつの曝露

けた胎児性水俣病患者を対象とした研究は、世界的かなどにより、出生児に発現してくる症状には大きにも求められているところであり、学術的な意義はな違いがある（頼藤ら、環境と公害、2016）
。アメリ

大きい。

カ全米研究評議会（NRC）が 2000 年にまとめた報告

このため、本研究では、胎児期メチル水銀曝露（特書においても、水俣地域における胎児期にメチル水に低～中濃度曝露）と神経認知機能との関連を評価

銀曝露の影響を受けた群の把握は、特に軽度・中程することを目的とした。低～中濃度胎児期メチル水度の症状を呈した群に関しては明らかに不完全であ

銀曝露による神経学的機能または高次脳機能におけり、多くの患者が診断・注目されないまま過ごしてる影響の連続性を評価することで、これまで見過ごきていることに警鐘を鳴らしている。我々の過去のされてきた、低～中濃度のメチル水銀曝露を受けら研究でも、胎児性水俣病患者よりも（おそらく）低れた方々への影響を明らかにすることが可能となる。

程度のメチル水銀曝露を胎児期に受けた方も、外見上の影響は見受けられなくとも、脳の広範囲な機能

２．方法的な問題により、神経学的機能また高次脳機能にお

胎児性水俣病患者 10 名、胎児性水俣病患者と同ける不可逆的な、また長期間にわたる影響を受けて世代かつ同地域（水俣）出身で低・中濃度メチル水- 8 -銀胎内曝露を受けている方 15 名、同世代で非汚染と同世代かつ同地域（水俣）出身で低・中濃度メチ地域（愛媛県新居浜市）居住者 27 名を対象とした。

ル水銀胎内曝露を受けている方、同世代で非汚染地

2020 年 8 月に水俣市で、10 月に新居浜市で研究域（愛媛県新居浜市）居住者を対象とし、神経認知を実施。質問票により属性、現在の状況、既往歴な機能を評価し比較した。結果的に、非汚染地域居住

どの基本情報を取得。また同時に、神経認知機能検者に比べ、どの神経認知機能結果も低・中濃度メチ査（MOCA-J、WAIS-III（符号、記号探し、知識、積ル水銀胎内曝露群がやや点数が低くなり、また胎児

み木模様）、ウィスコンシンカード分類検査、ペグボ

性水俣病患者の群で最も点数が低くなっていた。

ード）を施行。

今回の結果は、胎児性水俣病患者さんよりも（おその後、３群による比較を単変量・多変量解析（重そらく）低程度のメチル水銀曝露を胎児期に受けた回帰分析）を用いて行った。解析には統計ソフト

方も、外見上の影響は見受けられなくとも、脳の広Stata 16 を使用。本研究は岡山大学臨床研究審査専

範囲で微細な機能的な問題により、神経学的機能ま門委員会の承認を得て行った。

た高次脳機能における不可逆的な、また長期間にわたる影響を受けていることを示している。そしてそ３．結果のような影響は、細かな運動をする能力、視覚的に別添の Table 1 に示す通り、胎児性水俣病患者の入ってきた情報を円滑かつ正確に処理する能力、周

平均年齢は 63.3 歳、低・中濃度メチル水銀胎内曝露

囲の状況の変化に応じて柔軟に反応を調節する能力を受けた群の平均年齢は 62.2 歳、非汚染地域居住と深く関連していると考えられた。今回の研究は、者の平均年齢は 59.9 歳だった。

今まで水俣地域で行われてきた研究を補足、更に知Table 2 に MOCA-J と WAIS-III の結果を示す。非見を向上させるのに有益だったと思われる。

汚染地域居住者に比べ、どの結果も低・中濃度メチ

欠点として、曝露より長期間経っているのでサンル水銀胎内曝露群がやや点数が低くなり、また胎児

プル数が少なくなっていること、対象者の選定がリ性水俣病患者の群で最も点数が低くなっていた。

クルートしやすい対象者を選んでいるため、若干偏WAIS-III の符号と記号探しは、胎児性水俣病患者のってしまう可能性があること、水俣市と新居浜市と群は施行できなかった。

地域が異なることなどが上げられる。
しかしながら、

Table 3 にウィスコンシンカード分類検査の各ス

結果への影響は大きくないと思われ、妥当な結果だ

コアの平均点と重回帰分析の結果を示す。胎児性水と考えられる。また、エピジェネティックな影響に俣病患者の群は施行できなかった。全体的に、非汚関しては、
新型コロナウイルス感染症の問題もあり、

染地域居住者に比べ、どの結果も低・中濃度メチル

期間内に実施することはできなかったが今後も検討

水銀胎内曝露群でやや点数が低くなっている傾向でしていきたいと考えている。

あった。
最後に、ペグボードの検査結果を Table 4 に示す。

５．まとめ

同様に、両手とも、非汚染地域居住者に比べ、低・水俣病事件において長年見過ごされてきた胎児期

中濃度メチル水銀胎内曝露群が、完遂するのに時間

メチル水銀低・中濃度曝露の神経認知機能を評価し、がかかるようになり、また胎児性水俣病患者の群で一定程度の影響が見られることが明らかとなった。

最も時間がかかるようになっていた。
謝辞
４．考察

本研究を遂行するにあたり、研究助成を賜りました

本研究では、胎児期メチル水銀曝露（特に低～中公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝いた

濃度曝露）と神経認知機能との関連を評価することします。

を目的とし、胎児性水俣病患者、胎児性水俣病患者- 9 -別添：Table 1 から 4

Table 1. Demographic characteristics of study participants separated by exposure status (n=52).
Non-exposed
Moderately-exposed Congenital Minamata
residents
residents
disease patients(n=27)(N=15)(N=10)
Mean age, years (SD)59.9 (3)62.2 (3.9)
63.3 (3.5)
Male, n (%)
8 (29.6)
6 (40)
7 (70)
Drinker, n (%)
12 (44.4)
9 (60)
4 (40)
Smoking, n (%)
Never-smoker
16 (59.3)
10 (66.7)
7 (70)
Ex-smoker
6 (22.2)
4 (26.7)
3 (30)
Current-smoker
5 (18.5)
1 (6.7)0 (0)Educational attainment, n (%)
Junior high school
0 (0)5 (33.3)
7 (70)High school
13 (48.2)
9 (60)
2 (20)
Higher than high school
14 (51.9)
1 (6.7)
1 (10)
Self-rated health, n(%)
Good / Very good
18 (66.7)
1 (6.7)
2 (20)
Moderate
8 (29.6)
5 (33.3)
5 (50)
Bad / Very bad
1 (3.7)9 (60)
3 (30)
SD, standard deviation.

Table 2. MOCA-J and WAIS-III findings separated by exposure status.

MOCA-J
Score, mean (SD)aAdjusted beta coefficients
WAIS-III
Digit symbol coding
Score, mean (SD)aAdjusted beta coefficients
Block design
Score, mean (SD)aAdjusted beta coefficients
Information
Score, mean (SD)aAdjusted beta coefficients
Symbol search
Score, mean (SD)Non-exposed residents

Moderately-exposed
residents

Congenital Minamata
disease patients28 (1.5)
reference

23.1 (5.2)-4.11 (-6.78, -1.43)

9.6 (6.4)-16.77 (-20.08, -13.46)

12.9 (2.4)

7.6 (3.2)

NAreference-5.11 (-6.84, -3.37)

NA

11.9 (2.6)

9.1 (2.8)

reference-2.32 (-4.27, -0.36)

4 (4.2)-6.78 (-9.48, -4.09)

10.3 (2.4)

7.9 (2.9)

reference-2.41 (-4.1, -0.73)

3.8 (1.5)-6.66 (-8.76, -4.55)

13 (4.6)

8.7 (3.9)

NA

b
b

c

c

b

a
b
reference-4.6 (-7.51, -1.7)
Adjusted beta coefficientsNA
MOCA-J, Japanese version of Montreal Cognitive Assessment; NA, not available; SD, standard deviation; WAIS-III, Wechsler
Adult Intelligence Scale - IIIa
Adjusted for age and sexb

Not available because congenital Minamata disease patients could not perform the tests.

cThree patients could not perform block design and one patient could not perform information.

- 10 -

Table 3. Keio version of Wisconsin card sorting test findings separated by exposure status.
Moderately-exposed
Non-exposed residents
residents
Categories achieved
Number, mean (SD)
4.1 (2)
1.9 (2)aCongenital Minamata
disease patients
b

NA

b

reference-1.91 (-3.25, -0.56)NA

4.1 (9.7)

9.1 (7.7)

NA

Adjusted beta coefficients
Difficulty maintaining set
Number, mean (SD)reference

4.28 (-2.08, 10.64)NA

0.9 (1.3)

1.7 (1.8)NAareference

0.54 (-0.46, 1.53)NA

9.3 (15.4)

16.2 (20.7)

NAreference

4.53 (-7.52, 16.58)

NA

17.4 (10.1)

28.9 (11.4)

NAreference

10.51 (3.06, 17.96)

NA

13.7 (7.1)

19.8 (6.1)

NAreference

5.64 (0.87, 10.4)

NA

Adjusted beta coefficients
Perseverative errors of Nelson
Number, mean (SD)aAdjusted beta coefficients
Numbers of response cards used until thefirst category achived
Number, mean (SD)aAdjusted beta coefficients
Total effors
Number, mean (SD)aAdjusted beta coefficients
Nonperseverative errors of Nelson
Number, mean (SD)aAdjusted beta coefficients
SD, standard deviationaAdjusted for age and sex
b

b
b

b
b

b
b

b
b

b
b

Not available because congenital Minamata disease patients could not perform the tests.

Table 4. Grooved pegboard findings separated by exposure status.

Dominant hand
Second, mean (SD)aAdjusted beta coefficients
Non-dominant hand
Second, mean (SD)aAdjusted beta coefficients
SD, standard deviationaAdjusted for age and sex

Non-exposed residents

Moderately-exposed
residents

Congenital Minamata
disease patients

63.1 (8.9)
reference

101 (57.9)
39.14 (14.49, 63.79)

173 (58)
100.86 (52.55, 149.16)

67.8 (10.5)
reference

117.1 (93.3)
58.84 (21.68, 96)

240.8 (72.3)
181.58 (118.01, 245.15)b

Not available because congenital Minamata disease patients could not perform the tests.

cSeven patients could not perform or complete the test for dominant hand and six patints for non-dominant hand.

- 11 -

α-pinene による新規血液悪性腫瘍治療薬の開発
岡山大学病院 血液・腫瘍内科
淺田 騰
（概要）
血液悪性腫瘍の中でも T 細胞性急性リンパ性白血病や T 細胞性悪性リンパ腫等の T 細胞性悪性腫瘍は難治性のものが多く、また若年者にも発症する悪性腫瘍として重要である。これまでに多くの多剤併用化学療法や新規治療薬が開発されてきているが、治療成績は十分とは言えず、新規治療法の開発が必要である。植物から精製された Essential oil の各種癌に対する抗腫瘍効果が報告されており、今回、Essential oil の中でもテルペン類有機化合物に属するα-pinene に着目した。In vitro 及び in vivo でのα-pinene の抗腫瘍効果について有効性・作用機序を調査し、難治性血液悪性腫瘍に対する代替治療薬としての可能性を検討した。まず、マウス T 細胞性腫瘍細胞株である EL-4 を使用し、α-pinene ならびに limonene の効果を in vitro で検討したところ、α-pinene、limonene ともに腫瘍細胞成長阻害作用を有することが明らかとなった。さらに、α-pinene
は EL-4 のアポトーシスを誘導するとともに、細胞周期を変化させることを捉えている。また、α-pinene の抗腫瘍効果を in vivo で EL-4 による腫瘍モデルマウスを作製しα-pinene を投与したところ、α-pinene 投与群
で腫瘍体積の減少をみとめ、生体内でも抗腫瘍効果を示すことが明らかとなった。
ても悪性黒色腫マウスモデルにおいて腫瘍抑制効果
はじめにを示しており(Kusuhara M., Biomed Res, 2012)、さ血液悪性腫瘍の中でも T 細胞性急性リンパ性白血らにこの効果は、T 細胞や NK 細胞の増加に伴う抗腫病や T 細胞性悪性リンパ腫等の T 細胞性悪性腫瘍は瘍免疫の活性化によることが報告されている

難治性のものが多く、また若年者にも発症する悪性（Kusuhara M., Integr Cancer Ther, 2019）。以上

腫瘍として重要である。これまでに多くの多剤併用のような先行研究から、難治性悪性腫瘍であり現時

化学療法や nelarabine、
HDAC 阻害剤等の新規治療薬

点では治療選択肢の限られる T 細胞性悪性腫瘍におが開発されてきているが、治療成績は十分とは言えける新規治療薬としてα-pinene の有効性を検討しず、新規治療法の開発が必要である。

た。

α-pinene はギリシャのヒオス島に生息する植物であるマスティハ（学名 Pistacia Lentiscus Var.Chia）
から抽出した mastic oil の主成分であり、これまで

結果に、固形癌に対して抗腫瘍効果を示すとした報告がT 細胞性悪性腫瘍に対するα-pinene の抗腫瘍効果ある。Matsuo らは悪性黒色腫細胞株を用いて in検証するため、マウス T 細胞腫瘍細胞株である EL-4

vitro でのα-pinene の腫瘍増殖抑制効果を示し、腫を用いて in vitro での検討を行った。EL-4 を 1×

瘍細胞を接種したマウスモデルにおいてα-pinene

104/well で播種し、培養液中にα-pinene あるいはが腫瘍の肺への転移抑制効果を持つことを報告して同じモノテルペンである limonene を各種濃度で添いる（Matsuo A.L.,Biochem Biophs Res Commun,2011）。

加した。対照群としては同濃度の DMSO を添加した。

また、Zhao らは前立腺癌細胞株においてα-pinene

一定時間培養後に、WST-8 法を用いて生存細胞数をはアポトーシス誘導による腫瘍増殖抑制効果を持つ

測定し、α-pinene、limonene による腫瘍細胞増殖

ことを証明している（Zhao Y., Chemotherapy, 2018）。

抑制効果を検討した。α-pinene、limonene の両者

また、興味深い事に、α-pinene は吸入投与によっで腫瘍増殖抑制効果を認めたが、同濃度での抑制効- 12 -

limonene ともに EL-4 に対してアポトーシスを誘導

果はα-pinene が優れていた（図 1）。

することが明らかとなった。

図1

さらに、抗腫瘍効果メカニズムを検証するため、Ki67 と DAPI を用いたフローサイトメトリーによる
細胞周期解析を行った。α-pinene、limonene ともに、EL-4 の G0 期細胞割合を増加させ、M 期細胞割合を減少させたが、α-pinene でより顕著であった（図3）。このことから、α-pinene、limonene は、EL-4の細胞周期回転を抑制して細胞増殖抑制効果を示すことが考えられた。
図3

次に、α-pinene による細胞増殖抑制効果のメカ
ニズムを調べるために、上記と同様の実験系で EL-4にα-pinene、limonene を添加し、添加後各時点でAnnexinV と Fixable Viability Dye を使ったアポト
ーシスアッセイを行った。α-pinene、limonene ともに 50μg/ml の投与を行い、いずれにおいても、投与 後 1 時 間 の 時 点 で early apoptosis 、 late
apoptosis/necrosis 細胞割合の増加をみとめ、
early apoptosis は投与後 2 時間でピークを迎え、その後、late apoptosis/necrosis 細胞割合のさらなる増加をみとめた（図 2)。これにより、α-pinene、
図2

次にα-pinene の T 細胞性腫瘍に対する抗腫瘍効
果を生体内で検証するため、EL-4 を皮下投与したマ
ウス T 細胞腫瘍モデルを作製し、皮下腫瘍が形成された day9 よりα-pinene（200μg/g）あるいは
vehicle を腹腔内投与し、皮下腫瘍の容積を経時的に測定した。α-pinene 投与群では、vehicle 群に比較して皮下腫瘍容積の増大速度が緩やかとなり、皮下腫瘍接種後 day15 の時点で、有意差を持ってα-pinene 投与群で腫瘍増殖の抑制が観察された（図4）。今後、生体内での抗腫瘍効果のメカニズムを検討するため、α-pinene 投与したマウスでの腫瘍環
境や免疫担当細胞の変化を解析する予定としている。

- 13 -

図4- 14 -

軟骨・骨組織誘導性ハイブリッド生体材料による新規関節軟骨再建法開発
岡山大学大学院医歯薬学総合研究科 口腔病理学分野
高畠 清文
本研究では、骨・軟骨組織をシームレスに連続した状態で誘導可能な軟骨・骨組織誘導性ハイブリッド生体材
料の構築を目的にハニカム TCP を用いた実験を行った。形状の異なるハニカム TCP を用いて軟骨・骨組織を特異的に誘導した結果、直線的貫通孔の孔径 75μm のハニカム TCP で軟骨形成を認めた。孔径 300μm のハニカム
TCP では骨形成を認めた。以上のことから、ハニカム TCP の形状を変化させることにより軟骨・骨組織を特異的に誘導することができ、これらをシームレスに連続させることにより関節軟骨を再生できる新規関節軟骨再建法の開発に繋がる可能性が示唆された。

１. 研究の背景と目的

新しい視点からアプローチする新規治療法の確立が望

変形性関節症等の関節軟骨の障害を伴う疾患は、本まれている。

国内でおよそ数百万人の患者がいるとされ、「超高齢我々は硬組織細胞分化誘導時における細胞外微小社会」に伴い患者数は増加の一途である。これらの疾環境の重要性に着目し、直線的貫通孔をハニカム状に患は進行すると関節運動障害が生じ患者の QOL は著配列した新規生体材料ハニカム TCP の開発を行ってしく低下し、重度の本疾患に関しては大がかりな外科

きた。その結果、ハニカム TCP をラットに移植すること的処置が必要であるため患者の負担は極めて大きく、で骨組織誘導能を有することを証明している（図１）。ま新規治療法の開発は急務である。

た、ハニカム TCP の貫通孔の孔径を変化させることで軟骨再生研究では 1994 年に Brittberg らによる自家

硬組織形成微小環境を再現し、軟骨組織および骨組

培養軟骨細胞移植法が開発され、最近では骨髄間葉織を特異的に誘導形成することに成功している（図１）。

系幹細胞、滑膜細胞による移植術、iPS 細胞等の研究が進んでおり、その進歩は目覚ましい。
しかし、現在の細胞移植による関節軟骨再生には❶他部位からの軟骨細胞組採取などの患者負担があること、❷細胞培養し、移植する等、多数の手順を必要とするため煩雑であり、また操作性、術後管理が困難である、❸細胞懸濁液やコラーゲンゲルでは強度が不十分であり、また広範囲に損傷した関節軟骨修復では、臨床応用が不可能である、など依然として以下の解決しなければならない問題を抱えている。

一方、ハニカム TCP は一定の強度を有するため荷重

また、膝関節は軟骨と骨が連続した構造であり、治療のかかる部位に応用可能であり、術中の操作性が良く、として軟骨・骨組織を連続した状態で回復させる必要

吸収性素材という利点を有している。

があるため、細胞移植を含めた現在の再生医療においこれらのことから、再生能力に乏しい軟骨組織が細胞て軟骨・骨組織に同時に分化誘導させることは困難で移植を用いることなく生体内で誘導可能であるため、関ある。このように、広範囲の軟骨欠損、高度に変形が進

節軟骨再生に応用可能ではないかと考えた。そこで、んだ変形性関節症には、細胞移植等の適応は難しく、既存関節軟骨相当部に軟骨組織、骨相当部に骨組織治療の選択肢が限定されているのが実情であり、全くを同時に尚且つシームレスに組織が連続した状態で- 15 -

誘導可能な軟骨・骨組織誘導性ハイブリッド生体材料

80μg/ml を含浸させ、ラット大腿部筋中に埋入し、４週を構築し、広範囲に損傷した関節軟骨を再生できる新後に摘出、組織学的に検討を行ったところ、孔径 75μ

規関節軟骨組織再建法の開発が可能ではないかと着m に BMP-2 を 10μg/ml 含浸させたハニカム TCP に想するに至った。

おいて特異的に軟骨組織を誘導した（図２）。

本研究は、既存関節軟骨相当部に軟骨組織、骨相当部に骨組織を同時に尚且つシームレスに組織が連続した状態で誘導可能な新規生体材料を開発のための、特異的な軟骨組織誘導の確立を目指した基礎研究を行った。
2. 研究方法
１）軟骨組織の特異的誘導確立と軟骨誘導メカニズムの解明
ラットを用いた動物実験において軟骨組織誘導に最適なハニカム TCP の孔径を決定する。同時に、成長因子の添加濃度設定も行う。

(2)軟骨組織誘導メカニズムの解明(1) 孔径 75, 300, 500, 1600μm の４種類のハニカム

1. 骨 組 織 を 特 異 的 に 誘 導 す る 条 件 （ 孔 径

TCP に、骨組織誘導因子である BMP-2 を 10, 20, 40,

300μm+BMP-2 80μg）における経時的変化

80μg/ml を含浸させ、ラット大腿部筋中に埋入し、４週

孔径 300μm の TCP（300TCP）１週目では、TCP 貫通

後に摘出、組織学的に検討を行い、軟骨組織誘導の孔入口から1/3付近まで線維性結合組織の増生と細胞確率の高い条件を明らかにする。

の集簇と侵入が認められた。また TCP 孔入り口付近を(2) すでに旺盛な骨組織誘導を確認している孔径 300

中心に微細な血管侵入も観察され、TCP 内壁に添加

μm のハニカム TCP に BMP-2 80μg/ml を含浸させする様に明瞭な軟骨小腔を有する軟骨基質が形成さたハニカム TCP と、上記(1)で最も軟骨組織誘導を認めれており、その基質は均質で無構造な塩基性の染色た条件のハニカム TCP を経時的に、組織学的に比較性を示した。2 週目では TCP の中央まで細胞浸潤や微検討を行い、軟骨組織誘導のメカニズムについて検討

細な血管侵入が観察され、TCP 内壁に添加するようにを行う。

骨芽細胞に囲まれる線維性骨の形成を認めた。３週目
では TCP 内壁に添加するように骨組織の形成が認め

２）ウサギ膝関節軟骨欠損モデルにおける骨・軟骨組織られた。また新生骨形成は TCP 内壁を被うだけでなく、誘導

孔腔内に海綿骨状の骨梁としても少数観察された。骨旺盛な骨組織を誘導するハニカム TCP 及び軟骨組

基質周辺には多数の多角形の骨芽細胞が一列に配列

織を誘導するハニカム TCP をウサギ膝関節欠損モデしており骨形成活性が高いことが考えられた。また骨組ルに移植し、組織学的に検討を行う。

織に囲まれた内腔を貫通するように多数の血管腔形成

３. 研究成果と考察
１）軟骨組織の特異的誘導確立と軟骨誘導メカニズムの解明(1)軟骨組織の特異的誘導確立
孔径 75, 300, 500, 1600μm の４種類のハニカム TCPに、骨組織誘導因子である BMP-2 を 10, 20, 40,- 16 -

が認められ、血管腔は TCP 中央部分にまで観察されめた。

た。血管腔豊富な内腔の一部では多数の血球系細胞

抗 CD34 抗体を用いた免疫染色結果で 300TCP におの認められる骨髄組織様の組織も観察された（図３）。

いて、TCP 内腔を貫通する旺盛な血管腔の形成が認められた。骨組織に限らず、様々な組織の再生にお2. 軟 骨 形 成 を 特 異 的 に 誘 導 す る 条 件 （ 孔 径

いて血管の形成が重要なことは多数報告されており75μm+BMP-2 10μg）における経時的変化(Microsc Microanal. 7:253-264, 2001.)、本研究結果か

孔径 75μm の TCP（75TCP）に 10μg の BMP-2 を含らも血管新生が骨組織の形成に大きな影響を及ぼし有されたものでは、１週目において TCP 孔内に入口でたことが考えられる。また 75TCP と 300TCP におい

細胞侵入が観察された。また、細い血管が TCP 孔内にてもその血管侵入様式が異なり、人工生体材料の幾侵入してくるのが観察された。２週目において、TCP 孔

何学的構造により侵入血管の形態が異なり、それに内で中心まで線維性結合組織が充填しているのが観伴い形成される硬組織形成に影響を及ぼすと考えら察されたが、硬組織形成は観察されなかった。血管形れる。すなわち、本研究では、ハニカム TCP の孔径成は TCP 孔内に１本程度の細い血管侵入を認めた。３の大きさにより、侵入血管の孔径が制御されること週目において、TCP 孔内では軟骨形成が観察され、血が考えられ、そのため TCP 内の酸素分圧が異なるこ管形成は２週目よりも乏しかった（図４）。

とにより、形成される硬組織が特異的に制御されると考えられた。
Bassett らは間葉系幹細胞を種々の条件下で培養した結果、高酸素分圧を加えて培養した場合には骨芽細胞が生じることを報告し（Nature 190: 460-461,
1961.）、骨芽細胞と軟骨細胞の先駆細胞は共通であり、その前駆細胞の置かれた環境、特に酸素分圧によって分化決定されることを提唱している。
今回の研究結果から旺盛な骨形成は直線的な太い血管侵入を認める 300TCP 孔内で旺盛な骨形成が、TCP 孔内に侵入してくる血管について抗 CD34 抗体

そして軟骨形成は細い血管侵入しか認めないによる免疫染色により染色される血管を経時的に観察

75TCP で認められた。したがって、TCP 孔内の酸した。

素分圧が低い場合には軟骨組織、高い場合には骨組

75TCP+10BMP-2 では、１週目において TCP 入口付織が誘導され、侵入血管を制御することで形成され近において細い血管侵入を認めた。血管侵入は１つのる硬組織が制御可能である可能性が示された。これ

TCP に対して１本程度であった。２週目になると、TCPは生体内での骨、軟骨組織が存在する環境の酸素分孔内中央部にまで血管侵入を認めるが、１週目同様、圧を反映しており、ハニカム TCP によりこのようその形態は細く、１つに TCP において１本程度しか侵な環境が再現されたものと考えられる。

入していなかった。３週目では、TCP 孔内が軟骨を主体とする硬組織により充填されるため、血管侵入は２週２）ウサギ膝関節軟骨欠損モデルにおける骨・軟骨組織

目より乏しくなっていた。

誘導

300TCP+80BMP-2 では、１週目において TCP 入口

膝関節欠損モデル（ウサギ膝関節）に孔径 300μm

付近に細い複数の血管侵入を認めた。２週目においてのハニカム TCP に BMP-2 80μg/ml を含浸させた

TCP 中央部まで血管侵入は観察され、その形態は枝試料を移植したところ、膝関節の骨相当部に骨組織分かれするような網状であった。３週目では、TCP 孔内と軟骨相当部に一部軟骨組織の誘導を認めた（図５）。

の骨髄様構造における類洞血管に類似する血管を認

今後の展開として既存関節軟骨相当部に軟骨組織、- 17 -

骨相当部に
骨組織を同
時に尚且つ
シームレス
に組織が連
続した状態
で誘導可能
な軟骨・骨組
織誘導性ハ
イブリッド
生体材料を
構築し、広範囲に損傷した関節軟骨を再生できる新規関節軟骨組織再建法の実現へと繋げていきたいと考えている。

- 18 -

抗酸化物質が免疫担当細胞に与える影響
岡山大学大学院ヘルスシステム統合科学研究科
増田潤子
がんによる免疫機能の抑制はがんの特徴の一つとして考えられている。さらに、がん細胞は腫瘍微小環境のみならず、脾臓における免疫機能に影響することが示唆されている。しかしながら、がん細胞が腸内の免疫系に与える影響については未だ解明されていない。本研究では腸炎の治療および大腸がん予防に効果のある化合物の免疫学的検討をするための初期段階として、多くのヒト乳がんと同様に、骨、肺、肝臓および脳などの遠隔臓器に転移する性質を持つ BALB/c 系統由来乳がん細胞株 4T1 細胞を同種移植したがんモデルマウスを用いて、
脾臓および腸間膜リンパ節における免疫細胞の質的変化および機能変化を対照群と比較し、がんによる全身性
免疫抑制の機構を明らかにすることを目的とした。
緒 言が生じている [9]。これらは、がん細胞の増殖が腫がんの原因になる遺伝子の変異により制御を失瘍局所のみならず全身の免疫にも大きな影響を与えった細胞は、過剰な細胞分裂と増殖能と遺伝子の複ることを示唆している。

製エラーの修復機能欠損を伴い、近隣の細胞との接

一方、腸管の表層を覆う粘膜組織にも多くの免疫着に関わる遺伝子変異による細胞社会性の崩壊、環細胞が存在し、腸管免疫細胞が粘膜と他組織間にお境不適切なサイトカインや増殖因子の分泌など様々

いて何らかの作用があることは古くから示唆されてな遺伝子の異常発現を引き起こし、最終的に遊走能

きた [10,11]。そして近年になり行われた詳細な研の獲得を経て周辺組織への転移能、すなわち悪性化究によって、炎症反応に伴って腸管に遊走される免を獲得する。腫瘍組織は、多様な遺伝子変異を伴う

疫細胞の解明が進みつつある。例えば、腸管での外多数のサブクローン化したがん細胞集団により構成

来抗原侵入時のみならず、肺に侵入したインフルエ

されており (腫瘍内不均一性)、この不均一性に富ンザウイルスの侵入によっても活性化された CD4+ T

んだがん細胞が、がん関連筋線維芽細胞、血管内皮細胞は腸管へ遊走し、腸内細菌の恒常性の破綻を伴細胞、周皮細胞および免疫細胞等の多数の間質細胞

う T ヘルパー (Th) -17 細胞性の粘膜障害を引き起と共に微小環境の構築し (がん微小環境)、がんのこすことや [12,13]、腸内細菌によって引き起こさ進展に関与している [1,2]。

れるトル様受容体 (Toll-like receptor: TLR)-5 依

腫瘍組織に含まれる免疫細胞には、樹状細胞

存的なシグナリングにより皮下移植したがん細胞の(Dendritic cells: DC) や マ ク ロ フ ァ ー ジ

悪性化が引き起こされることが明らかになっている(Macrophages :Mj) 等の抗原提示細胞 (antigen[14]。これらの報告は、がん細胞が腸管に直接触れ

presenting cells: APC)、ヘルパーT 細胞 (CD4 陽

ることがなくても活性化した T 細胞が腸管の恒常性++性 ( ) T 細胞)、細胞傷害性 T 細胞 (CD8 T 細胞:に影響を与える可能性を示唆する。そこで本研究でCTL) 等が含まれるが [3]、免疫活性を抑制する骨は、骨、肺、肝臓および脳などの遠隔臓器に転移す

髄由来免疫細胞 (myeloid derived suppressor

る性質を持つ BALB/c 系統由来乳がん細胞株 4T1 細cells: MDSC) や CD4+制御性 T 細胞 (regulatory T

胞 [15] を同種移植したがんモデルマウスを用いて、cells: Treg) の増加 [4–7] およびがん細胞を直接

腸間膜リンパ節における免疫細胞の質的変化および殺傷する CTL の機能低下により [8]、抗腫瘍免疫は機能変化を対照群と比較することで、腸管免疫細胞

減弱している 。また、がん局部だけでなく全身免疫に特異ながん細胞増殖との関連を探るための基礎的においても、MDSC の増加による CD4+ T 細胞と CD8+実験を行った。

T 細胞の細胞数低下およびサイトカイン分泌の減少- 19 -

材料と方法また、5 µg/ml で抗 CsD3e 抗体が固相化された

1. マウス

96 穴プレート上で、腸間膜リンパ節の免疫細胞 (穴5 週齢 BALB/c 系統雌マウスを、チャールズリバー社

当たり 40 万細胞) を 48 時間培養し、培養上清中より購入し、岡山大学動物資源部門津島北施設で飼に放出された IFN-g, IL-4 および IL-10 の濃度を、育した。

酵素結合免疫吸着法（ELISA 法）にて各セット(BDOptEIA™ ELISA Sets, BD バイオサイエンス社)の説

2. 細胞培養明書に従って測定した。

マウス腸間膜リンパ節から免疫細胞を抽出し、10%ウ
シ胎児血清および 50 µM 2-メルカプトエタノール

6. 統計解析(ナカライテスク社) 含有 RPMI-1640 培地で培養し生存曲線はカプランマイヤー法を用い、ログランクた。ウォータージャケットインキュベーター (APC-

検定で解析を行った。また２群間の統計解析はスチ

30D; アステック社) を用い、摂氏 37 度、5% CO2、ューデントの t 検定で解析を行った。グラフ値は平湿度 100%条件下で細胞を培養した。

均値±標準偏差で示した。これらの解析はグラフパッドプリズム（バージョン 6; グラフパッドソフト

3. 抗体および測定セット

ウェア社）を用いた。P 値が 0.05 以下の時に有意差抗マウス CD3 e（145-2C11）、CD8（53-6.7）およびがあると判断した。

CD11b （M1/70）抗体 を BD バイオサイエンス 社
より購入した。抗マウス CD25（PC61.5）、CD16/CD32

結 果

（93）
、 および Gr-1 （RB6-8C5）抗体を e バイオサ

1.4T1 担がんマウス腸間膜リンパ節に MDSC は存在しイエンス社より購入した。抗マウス CD4 (RM4-5) 、ないCD11c（N418）および Foxp3 (3G3) 抗体を、トンボ

腸間膜リンパ節(mLN)は腸管に侵入した抗原を捉えバイオサイエンス社より購入した。IFN- g、IL-4 お遊走した DC が、ナイーブ T 細胞と自然免疫およびよび IL-10 測定セットを BD バイオサイエンス社

適応免疫を開始させる二次リンパ組織である。腸管より購入した。

上皮は比較的硬い組織で、腸管上皮および粘膜固有層から免疫細胞を抽出するには多くの時間を要し、

4. 担がん原発巣モデル動物の作製得られる細胞数も極めて少ない。一方、腸間膜リン１週間訓化後（6 週齢）にマウス 1 匹当たり 200 µL

パ節は容易に摘出することができ、簡単に多くの免の PBS(sham)、あるいは PBS に懸濁した 4T1-luc 株

疫細胞を抽出することができる。
そこで本研究では、(4T1)を皮下に移植した。

4T1 担がんマウスの mLN に存在する免疫細胞について解析を行った。

5. 腸管免疫能の評価

mLN

マウスを安楽死させ、無菌的に摘出した腸間膜リン
パ節から免疫細胞を単離した。腸間膜リンパ節の骨

Sham

0.056
0.624

髄由来抑制細胞（MDSCs）、ヘルパー（CD4 陽性）T 細

0.048
0.616

Gr-1

胞 (Th)、細胞傷害性（CD8 陽性）T 細胞 (CTL)、CD4

4T1

陽性 Foxp3 陽性制御性 T 細胞 (Tregs) の各サブCD11bセットを、蛍光染色細胞解析装置（AccuriC6, BD バ

図 1. 4T1 担がんマウス腸間膜リンパ節(mLN)に MDSC は存在しない.
5×105 個の 4T1 細胞をマウスの右脇腹に皮下移植し 14 日後に腸間膜リンパ節からリンパ球を抽出し、MDSC をフローサイトメトリーにて解析し、対照群 (Sham) と比較した. Gr-1hi CD11b+は顆粒系 MDSC
(G-MDSC)を示し、Gr-1intermediate CD11b+は単球系 MDSC (M-MDSC)を示す.

イオサイエンス社）と FlowJo ソフトウェア（ツリースター社）を用いたフローサイトメーター法（FCM法）により測定した。

- 20 -

膵臓がん細胞株 mPAC を C57BL/6 系統マウスに同抗炎症性サイトカインである IL-10 は、常に食物や種皮下移植したマウスの脾臓および腸間膜リンパ節

腸内細菌に曝露されている腸管において免疫寛容をでは、有意な MDSC 数の増加が報告されている。そこ担うために大事な役割を担っている。4T1 担がんマで本実験で作製した 4T1 担がんマウスは、mPAC 担がウスの腸間膜リンパ節由来リンパ球刺激後の培養上んマウスと同様に腸間膜リンパ節の MDSC が増加す

清中に含まれる IL-10 量は、対照群と比べて有意にるか確認するために、4T1 担がんマウスの腸間膜リ増加した (図 2)。

ンパ節に存在する MDSC 割合を測定し、対照群と比
4.4T1 担がんマウスの消化管膜はより多くの細菌を(G-MDSC)と Gr-1intermediate を示す CD11b+単球系 (M-体内に透過させている

MDSC) のサブセットからなる亜集団であるが既報と(1→3)- b-d-glucan (BG) は深在性真菌症の血清学

異なり、
BALB/c 系統マウスの腸間膜リンパ節に MDSC

的診断補助マーカーとして汎用されている。4T1 担はほぼ存在せず、4T1 担がんマウスにおいても存在

がんマウスの血中に存在する BG 濃度は対照群と比しなかった (図 2)。この結果は、BALB/c 系統マウス

べ有意に増加していた。これはたとえ乳がんであっにおいて、腫瘍に伴って増加する MDSC が腸管免疫ても腸管の粘膜バリア機能に影響し、体内への細菌を制御するメカニズムがほぼ存在しないことを示唆

侵入を防ぐ機能が低下していることを示唆した(図

した。

2)。
Serum (1->3)-β-D glucan(pg/ml)較した。マウス MDSC は、Gr-1hi CD11b+を示す顆粒系

3.4T1 担がんマウス腸間膜リンパ節に見られる T 細
胞依存的炎症
次に、4T1 担がんマウスの腸管免疫状態を総合的に判断するため、
腸間膜リンパ節に存在する T 細胞を、
抗 CD3e mAb によって刺激した時のサイトカイン量を測定した。

IFN-γ

0

Sham

4T1

0.6

ns

2

ng/mL

ng/mL

ng/mL

50

30
20
10
0

Sham

4T1

Sham

4T1

IL-10

IL-4
3

****

100

**

*

40

+DSS 5×105
図 3. 4T1 担がんマウスに見られる腸管粘膜バリア機能の減弱.
個の 4T1 細胞をマウスの右脇腹に皮下移植し 14 日後に採血をし、血漿中の(1→3)- b-d-glucan (BG)濃度を測定した.

mLN
150

50

1
0

Sham

4T1

*

考 察

0.4

本研究において、転移能をもつ乳がん細胞株 4T1 を

0.2
0.0

皮下注射することで作製した担がんマウスの腸管の
Sham

4T1

免疫細胞の質的および量的変化を調べた。腸間膜リ

図2. 4T1 担がんマウスに見られる抗腫瘍活性の減弱. 5×105 個の 4T1細胞をマウスの右脇腹に皮下移植し 14 日後に脾細胞を抽出し、抗CD3ε mAb 固相化プレートにて 48 時間培養した後、培養上清を回収した.

ンパ節では T 細胞の IFN-g 産生能は有意に増加し、炎症状態が亢進していた。がんは局所だけでなく全身の免疫系に影響を与えるが、非常に初期の段階か腸炎時に、炎症性サイトカインである IFN-gは有ら腸管の免疫系においても、がん局所や全身とは異意な増加を認めるが、4T1 担がんマウスの腸間膜リなる何らかの免疫的機能が存在する可能性が示唆さ

ンパ節由来リンパ球刺激後の培養上清中に含まれるれた。

IFN-g量は、対照群と比べて有意に増加した (図 2)。
抗炎症性サイトカインである IL-4 は、IL-10 と共に

参考文献

腸炎抑制を担うが、4T1 担がんマウスの腸間膜リン
パ節由来リンパ球刺激後の培養上清中に含まれる[1]

IL-4 量は、対照群と変わらなかった (図 2)。

- 21 -

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免疫機能を内包する人工リンパ節の構築
岡山大学大学院ヘルシステム統合科学研究科
曲 正樹
リンパ球の一種である B 細胞は，二次リンパ組織において病原体を認識すると，常在するストローマ細胞の時
空間的な制御のもと抗原特異的な抗体産生細胞や記憶細胞に分化することで病原体の排除を担う．また，その過程で抗体の機能を向上させ免疫応答をより効率的にする．しかし，二次リンパ組織での B 細胞活性化におけるストローマ細胞による制御機構の詳細は明らかとなっていない．そこで本研究では，B 細胞の活性化および分化を支持する能力をもつマウスストローマ細胞株（FL-Y）を利用し，生体内に免疫能力を備えた人工リンパ節を構築できる手法を開発することを目的とした．まず FL-Y 細胞株に，B 細胞活性化因子（BAFF）と遊走因子（CXCL13）を導入し，恒常的に高い B 細胞活性化能力を有する改変 FL-Y 細胞株を樹立した．次に，改変 FL-Y
細胞株をマウスの腎皮膜下に移植したところ，リンパ節様構造の形成が認められ，その中にはリンパ球の集積も認められた．これらの結果は，改変 FL-Y 細胞株が人工リンパ節構造形成に有用であることを示唆する．
研究背景

トローマ細胞を刺激しリンパ球遊走因子であるリンパ節や脾臓は，体内に侵入した病原体に対す

CXCL13やB細胞活性化因子であるBAFFなどの発現をる免疫応答を活性化するために重要な二次リンパ組増強させることで，リンパ球を誘引するとともにそ織である．リンパ節は，抗体産生細胞であるB細胞とれらを活性化する．実際，LTを欠損したマウスではそれらを活性化するT細胞を含むリンパ球や樹状細ストローマ細胞や二次リンパ組織の消失とともに，胞，マクロファージなどが，組織に常在するストロ

抗原特異的抗体産生を含む免疫応答の低下が報告さ

ーマ細胞（支持細胞）の時空間的な制御のもと規則れている3,4)．しかし，LTにより刺激されたストロー性を保って集合することにより形成されている．通マ細胞によるリンパ組織の構築や動的変化，さらに常，リンパ球は全身を循環しているが，抗原が侵入はリンパ球の活性化から抗体産生にいたる詳細な制すると感染部位近傍のリンパ節に留まりストローマ

御機構は不明である．

細胞の一種である濾胞樹状細胞（FDC）の制御のもとこれまでに，
リンパ節においてB細胞が活性化されヘルパーT細胞などからの刺激を受け活性化し，病原

抗体産生細胞へと分化する一連の機構を解明するた

1)体への免疫応答を開始する ．またB 細胞は抗体産

め，LT刺激に依存して活性化し，組織常在性ストロ

生細胞へと分化する過程で，
FDCの制御のもと自身のーマ細胞の性質をもつFDC株（FL-Y）を樹立した5)．

発現する抗原特異的抗体の抗原への結合親和性や免FL-Y細胞は，リンパ球の遊走活性や活性化能力を有

疫能力を向上させることにより，免疫能力をより効している．また，FL-Y細胞は容易に遺伝子改変可能

2)

果的なものとする ．

であり，細胞培養系を用いて生体内の免疫応答を再ストローマ細胞は，リンパ節の組織化された構造の現可能とする有用なツールとなっている6-9)．これま形成を担う細胞群であり，互いに結合することで密で様々な細胞培養系を駆使して，ストローマ細胞になネットワークを形成している．このストローマ細

よるB細胞の活性化機構を解析してきたが，生理的条胞のネットワークが，定常状態および感染時のリン

件下での時空間的な細胞間相互作用を解明する必要

パ節の四次元的な動的変化に重要である．これまでがある．そこで本研究では，これまでの細胞培養系にリンパ組織の形成や効率的な免疫応答の制御にはから得られている成果を発展させることを目的とし，サイトカインの一種であるリンホトキシン（LT）がFL-Y細胞を利用し，生体内に免疫能力を備えた人工重要な役割を担うとされている．LTは組織常在性ス

リンパ節を構築できる手法を開発する．

- 23 -

材料と方法し，飼育した．移植 4 週間後に腎臓を摘出し，リン1. 細胞

パ節用構造の形成の有無を確認した．さらに，形成されたリンパ節様構造内に存在する細胞集団をフロ免疫したマウスリンパ節より樹立した FDC 株,FL-Y
5)

ーサイトメトリーにより解析した．

細胞を使用した ．FL-Y 細胞は，10%ウシ胎児血清
および 50 M 2- メルカプトエタノールを含む
RPMI-1640/DMEM 培地で培養した．また，FL-Y 細胞の結果と考察

培養時には，終濃度 5 ng/mL の TNF-を添加した．

1. FL-Y 細胞の機能改変
FDC は，活性化に伴い B 細胞活性化因子や遊走因子

2. FL-Y 細胞への遺伝子導入を産生することが知られており，FDC の活性化状態

予め 24 穴プレートに播種しておいた FL-Y 細胞に，により機能が異なると考えられる．本研究では，活ピューロマイシン耐性遺伝子を含む BAFF 発現ベク性化状態にある FDC を利用することが必要である．

ターとネオマイシン耐性遺伝子を含む CXCL13 発現

そこで，FL-Y 細胞に BAFF 発現ベクターと CXCL13 発

ベクターを連続的に導入した．遺伝子導入翌日に，

現ベクターを導入し，BAFF/CXC13 を恒常的に発現すそれぞれの薬剤を含む培地に交換し，薬剤耐性細胞

る FL-Y 細胞（FL-YBC）を樹立した．薬剤選択後のを選択した（FL-YBC 細胞）．その後，FL-YBC 細胞かFL-YBC 細胞における BAFF と CXCL13 タンパク質の発ら細胞破砕液を調整し SDS-PAGE により分離したの

現をウエスタンブロットにより確認した．
その結果，

ち，BAFF および CXCL13 の発現を抗 BAFF 抗体および元の FL-Y 細胞と比較し FL-YBC 細胞では BAFF と

抗 CXCL13 抗体を用いたウエスタンブロットにより

CXCL13 が高発現していた（図１）．

TNP-KLH を足裏に免疫して 4 日後のマウスから，膝

BC
FL
-Y

(kDa)

FL
-Y
B

3. リンパ球と FL-Y 細胞の共培養

FL
-Y

評価した．

CXCL13

窩部リンパ節を摘出し細胞懸濁液を調製した．前日

103に播種した FL-Y 細胞（2×10 cells/mL)上で，調整したリンパ節細胞（4×105 cells/mL）を培養した．
この際 TNP-KLH（10 µg/mL）の刺激を加えた．培養 6

BAFF

35

Actin

日目にフローサイトメトリーを用いて活性化 B 細胞
図１ FL-YBC 細胞の樹立数を評価した．

FL-Y 細胞にBAFF 発現ベクターを導入したFL-YB 細胞，

4.リンパ球遊走活性の評価

さらに CXCL13 発現ベクターを共導入した FL-YBC 細胞

トランスウェルの下層に，FL-Y および FL-YBC 細胞を作製した．各細胞から細胞破砕液を調整し，CXCL13から回収した培養上清を添加した．上層には，マウと BAFF 発現をウエスタンブロットにより確認した．な

ス脾臓細胞（2×107 cells/mL)を添加し，3 時間培

お，内部標準として Actin の発現を用いた．

養した．その後，下層に遊走した細胞をフローサイ
2. FL-YBC 細胞のリンパ球活性化能力の評価

トメトリー用いて評価した．

次に，FL-YBC 細胞のリンパ球に与える作用を解析
5. FL-YBC 細胞の移植による人工リンパ節の構築するため，免疫したマウスより回収したリンパ節細予め培養しておいた FL-Y 細胞を回収し，コラーゲ

胞を FL-YBC 細胞上で 6 日間共培養した．その後，培ンスポンジに吸収させた．麻酔を施したマウスの腎養細胞を回収し，活性化 B 細胞（GL7+Fas+ B 細胞）

皮膜化に FL-Y 細胞含むコラーゲンスポンジを移植

数をフローサイトメトリーにより算出した．その結- 24 -

果，FL-YBC 細胞上で培養したリンパ球では，活性化た．その結果，リンパ節様構造内に B 細胞と T 細胞

B 細胞数が有意に増加していた（図２Ａ）．さらに，の集積が認められた．これらの結果は，FL-YBC 細胞

FL-YBC 細胞の産生する CXCL13 の B 細胞遊走活性能

を利用することで，マウスの生体内に異所性のリン力を評価するため，FL-YBC 細胞の培養上清を用いてパ節構造を構築できる可能性を示している．

トランスウェルアッセイを行った．
その結果，
FL-YBC

A

細胞の培養上清用いた場合において，B 細胞の遊走B
B細胞活性が向上していた（図２Ｂ）．これらの結果は，

B2 2 0FL-YBC 細胞が B 細胞に対し高い活性化能力を持つとともに，B 細胞の誘因能力が高いことを示しており，T細胞

生体内に人工的なリンパ組織を形成するために有用

CD3
図３ FL-YBC 細胞によるリンパ節様構造の形成

B

0.4

FL

-Y
B
FL
-Y
BC

0.0

ウス腎皮膜下へ移植した．移植 28 日目に形成されたリ
ンパ節様構造の写真（白矢印）

0.8

B. 形成されたリンパ節様構造に存在する細胞をフロ
0.4

ーサイトメトリーにより解析した．

0.0

まとめ

FL
-Y
B
FL
-Y
BC

0.8

A. FL-YBC 細胞をコラーゲンスポンジに吸収させ，マ

1.2

FL
-Y

B220+ cells (x106 cells/mL)

1.2

FL
-Y

A

GL7+ Fas+ cells (x105 cells/mL)な細胞株となる可能性がある．

本研究において，免疫したマウスのリンパ節より

図２ FL-YBC 細胞の B 細胞刺激活性の評価樹立した濾胞樹状細胞株 FL-Y を機能向上させた

A. FL-Y，FL-YB および FL-YBC 細胞上でマウスリンパ

FL-YBC 細胞を樹立した．さらに，FL-YBC 細胞を移植++

節細胞を培養し，活性化 B 細胞（GL7 Fas cells）の数することにより，生体内にリンパ節様構造の形成がをフローサイトメトリーと回収細胞数から算出した．

認められた．これは，FL-Y 細胞の利用およびその機

B. FL-Y，FL-YB および FL-YBC 細胞の培養上清を用い能改変が，細胞培養系での研究のみならず生体内のて，トランスウェルアッセイにより FL-YBC 細胞の B 細リンパ節形成に有用であることを示している．

胞遊走活性を評価した．

これまでに，
胸腺由来のストローマ細胞を利用した
人工リンパ組織の報告がある 10)．この人工リンパ組

3. FL-YBC 細胞によるリンパ節様構造の形成

織には免疫機能も備わっており，興味深いことに免

FL-YBC 細胞の生体内でのリンパ節形成能力を評価

疫応答が通常のリンパ節よりも高い．本研究では，するため，Balb/c マウスの腎皮膜下に FL-YBC 細胞

FL-YBC 細胞により形成された人工リンパ節様組織を移植した．その際，FL-YBC 細胞の組織形成に必要での免疫能力に関する知見を得ることができていなな足場構造としてコラーゲンスポンジを用いた．実いが，高い免疫力を有している可能性もあり，今後際には，
コラーゲンスポンジに FL-YBC 細胞を吸収さ

免疫能力の評価が重要な研究課題であるといえる．

せ腎皮膜下に移植した．
移植後 28 日目に腎臓を摘出したところ，移植したコラーゲンスポンジ周辺に，

謝辞

リンパ節様構造を確認することができた（図３Ａ）．

本研究を遂行するにあたり，多大なご支援を賜りま

さらに，このリンパ節様構造に存在する細胞群を解した公益財団法人ウエスコ学術振興財団に心より感析するため，形成されたリンパ節様構造から細胞懸謝申し上げます．

濁液を調整し，フローサイトメトリーにより解析し- 25 -

9.

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- 26 -

電気化学的手法による有機半導体分子の効率合成と活性評価
岡山大学学術研究院自然科学学域
光藤 耕一
本研究では、電気化学的な炭素－ヘテロ原子結合形成反応をπ拡張チエノアセン合成に応用し有機半導体特性・発光特性などを示すヘテロアセンを合成することを目的とした。実際に、ハロゲンメディエータとして臭化テトラブチルアンモニウム (Bu4NBr) を用いることで、遷移金属触媒などを用いることなく、比較的温和な条件下で脱水素型反応が進行することを見いだした。すなわち、炭素－硫黄結合を容易に形成して π 拡張チエ
ノアセンを合成する手法を確立した。また、塩基である DABCO をメディエータして用いた電気化学的な脱水
素型環化反応により、炭素－リン結合を形成し、発光材料として有用なジベンゾホスホールを構築する手法を開発したので合わせて報告する。
１．目的と意義

トランジスタの活物質として有用な分子として注目

２１世紀現在において持続可能な社会を構築する

され、様々な誘導体が報告されているが、最も広くには、高エネルギー効率・高選択的な反応プロセス

研究されている有機半導体の一つが硫黄原子を初めの開発が必要不可欠である。このような反応の一つとするヘテロ原子を導入したチエノアセン類である

して近年注目されるのが有機電解合成である。有機(図 1)。特に、硫黄元素を含むチオフェン環が二つ縮

電解反応は陽極上で酸化反応、陰極上で還元反応が環したチエノチオフェン骨格を有する BTBT や

進行するので、酸化反応、還元反応の際に化学酸化

DNTT は有用な有機半導体として知られるが、ヘテ剤、化学還元剤を必要としないという特徴を有する。

ロアセン類はその構造によって著しく性能が変化す

そのため、化学酸化剤・還元剤に由来する副生成物

ることがわかっているため、その他にも様々な構造も発生しない極めてクリーンな反応である。さらにのヘテロアセン類が合成されている。しかし、これは近年、従来の手法では効率の悪い分子変換が有機

らチエノアセン類の合成法は未だ限られており、自電解合成反応を用いることで高効率的に進行する系

在に骨格構築するには至っていない。

が報告されつつあり、注目を集めている。申請者も電気化学的に発生させたパラジウム種が活性な触媒として用いる反応をこれまでに多数報告している。
ところで、近年これまでは無機材料が主流であったトランジスタや太陽電池の分野において有機半導体を活物質に用いた有機電界効果トランジスタ(OFET) や有機薄膜太陽電池 (OPV) が強く注目を集めている。有機半導体は従来のシリコーン等の無図 1. 代表的な OFET 分子機半導体に比べ軽量、安価かつ曲げ耐性が期待できそのような背景の元、今回申請者は、上述した問るので、例えば無機トランジスタを有機電界効果ト

題点を克服した新奇チエノアセン合成法として、電ランジスタに代替することができれば、安価・軽量

気化学的に発生させる活性種を触媒活性種に用いる

かつ曲げて持ち運べる有機デバイスの作成が可能とことを着想した。すなわち、ハロゲン種 X– またはなる。そのような観点のもと、様々な有機半導体の遷移金属触媒を電気化学的に酸化することでハロニ合成と物性が盛んに研究されている。特に様々なヘウムイオン等価体 [X+] または活性金属種を発生さ

テロ原子を導入したヘテロアセン類が有機電界効果

せ、これで基質のヘテロ原子部位 (Y) を選択的に酸- 27 -

化しようというものである (式 1)。用いる基質のヘ

単純な電解反応を 25 ℃で行ったところ、目的の環

テロ原子を変えることで、多様なヘテロアセン類の化生成物2aは得られず、ジスルフィド3aが収率42%

合成が可能になると期待される。本法による普遍的で得られた (entry 1)。次に、添加剤を検討した。1.0

なヘテロアセン類の合成法を確立することを目的と当量の臭化テトラブチルアンモニウム (Bu4NBr) をして研究に着手した。

加えて電解反応をおこなうと、
目的生成物 2a が収率

式 1. 本研究の研究目的11%で得られるとともに、ジスルフィド 3a が収率73%で得られた (entry 2)。次に反応温度を検討した。
反応温度の上昇に伴い、2a の収率は上昇し、反応温度 60 ℃では 2a の収率は 90%にまで向上した (entry4)。70 ℃では、2a の収率は 62%に低下したが、2.0
当量の Bu4NBr を使用すると収率は 91%に増加した(entry 5)。添加剤として、Bu4NBr の代わりに塩化テ
トラブチルアンモニウム (Bu4NCl) やヨウ化テトラブチルアンモニウム (Bu4NI) を用いると、目的物は

２．実験結果ほぼ得られず、主として、ジスルフィド 3a が得られ

２－１．電気化学的な C–S 結合形成

た (entries 6 and 7)。すなわち、臭化物イオンの添加

モデル化合物として 2-(ベンゾ[b]フラン-2-イル)ベが本反応の進行に極めて重要である事があきらかとンゼンチオール (1a) を選び、0.1 M LiClO4/CH3CNなった。

溶液で電解酸化を行った (表 1)。添加剤を入れない

次に、よりクリーンな反応系の構築をめざし、従来 1 当量加えていた Bu4NBr の添加量の触媒量化を

表 1. 1a をモデル基質とする電解反応における添加剤検討した (表 2)。0.5 当量の Bu4NBr を用いて電解反と反応温度の条件検討

応を行なったところ、目的物 2a の収率は 90%に低下した (entry 1)。さらに Bu4NBr の量を 0.1～0.2 当量に減らすと、2a の収率は急激に低下した (entries 2
and 3)。2a の収率が低いのは、単位時間当たりに通電する電気量が多すぎるため、1a と 2a が酸化分解したためと考えられる。そこで、この過酸化を抑制するために、電流値を従来の 12 mA から 2 mA にさ
表 2. 触媒量の Bu4NBr を用いた 1a の電解酸化

entryadditive

temp (°C)

2a (%)a3a (%)a

1

none

25

0

42

2

Bu4NBr

25

11

73

3

Bu4NBr

50

71

11

4

Bu4NBr60

90 (89)b

4 (9)b5

Bu4NBr70

62 (91)b28(trace)b6

Bu4NCl

60

trace

7

Bu4NI

60

0

entry

Bu4NBr(equiv)current(mA)

2a (%)a

1

0.5

12

90

2

0.2

12

37

40

3

0.1

12

11

77

4

0.1

2

93 (95)ba NMR yield. b Performed with 2.0 equiv of Bu NBr.
4

a NMR yield. b With 0.05 M of LiClO .
4- 28 -

げて、電気酸化を行った。すると期待通り、2a の収

さらには、電子供与性基や電子求引性基を持つ一連

率は 93％と大幅に向上した (entry 4)。また、電気をの BTBT 誘導体 2h–k を高収率で得ることにも成功流すために加えている支持電解質である過塩素酸リした。また，ベンゾ[b]チエノ[2,3-d]チオフェン誘導

チウム (LiClO4) の量も 0.05 M まで低減することに

体 2l–n も良好な収率で得られた。2o のようなより π

成功した。

拡張されたチエノチオフェンも、チオール部位を 2最適化された反応条件下、反応の基質適用範囲をつ有する前駆体から容易に得られることも見いだし調べた（式 2）。メチル基などの電子供与性基を持つた。

前駆体は，高収率で環化生成物を与えた (2b: 93%;

様々なコントール実験を行ない導き出された本反

2c: 98%, 2d: 93%)。電子求引性基であるフルオロ基

応の推定反応機構を図 2 に示す。まず、系内でもっを持つ前駆体を反応に用いたところ、目的の化合物

とも酸化電位が低い（酸化されやすい）Bu4NBr の臭2e が収率 94%で得られた。また、本法により、より化物イオン(Br-)が陽極上で酸化されてハロニウムイ

π 拡張されたチエノアセン類の合成も達成した。ナオン等価体[Br+]となる（ハロニウムイオン等価体とフチル基を有する前駆体を用いたとき，0.3 当量のして実際に発生しているのは Br3-であると考えられ

Bu4NBr を用いることで、対応する 5 環縮合チエノフる）。1a はこの[Br+]によって酸化され，ジスルフィ

ラン 2f が収率 95%で得られた。ベンゾ[b]チオフェ

ド 3a と Br−を生じ，Br-は陽極で再び酸化され[Br+]ンを有する前駆体からは，有用な有機半導体分子とが再生する。一方ジスルフィド 3a は[Br+]と反応しして知られる BTBT (2g)が収率 98%で得られた。

てカチオン種 A が発生し、その後の分子内環化反応
で環化生成物B とアリールチオブロミドC へと変換

式 2. 電気化学的チエノアセン類合成の基質適用範囲される。環化生成物 B から脱プロトン化することでの検討 a

目的物 2a を与える。また、中間体 C は、陽極酸化または[Br+]によって酸化され、ジスルフィド 3a が得られ、これが[Br+]と反応して A が得られると考えられる。

図 2. 推定反応機構

以上のように、我々は、[Br+]を用いた電気酸化法

a Isolated yield. b With 0.3 equiv of Bu NBr. [c] With
4

Bu4NBr (2.0 equiv) and LiClO4 (0.1 M). 12 mA, 2.0 F
mol−1. [d] With nBu4NBr (4.0 equiv) and LiClO4 (0.1 M).
12 mA, 8.0 F mol−1による脱水素的環化反応を利用して、チエノアセン類を構築する方法を開発した。この方法は、遷移金- 29 -

属を使用しない温和な条件で、触媒量のハロゲンメ

ところで、上述したように、有機電解合成は安価

ディエータを用いて π 拡張チエノアセンを構築する

で持続性のある還元剤や酸化剤として電流を用いることを実現した最初の例である。本研究成果はことで、毒性のある試薬の利用や廃棄物の低減が可

Angewandte Chemie International Edition 誌に掲載され能である。これまで、電気化学的な方法で BPO からた 1)。

DPO を合成した例はいくつか報告例があるが、全て
メディエータを用いない直接電解酸化か金属メディ

２－２．電気化学的な C–P 結合形成

エータを用いた間接電解酸化反応に限られていた。

ホスホールオキシドを含む π 共役分子は、高い電グリーンケミストリーの観点からは、非金属のメデ子受容性と熱的・化学的安定性を有し、有機機能性

ィエータを用いた間接電解が、より魅力的な方法論

材料の基本骨格として注目されている。DPO は一般となる。そこで本研究は、BPO を原料とする間接電的に、2,2-ジハロビアリール誘導体をビスリチオ化

気反応による DPO の合成法の開発を目指した（式した後、ジクロロリン化合物 PhPCl2 でトラップする

3B、赤矢印）。種々検討した結果、今回、世界で初ことで合成される（式 3A）が、この従来の合成方法

めて非金属メディエータを用いた電気化学的なでは、複雑で不安定な出発基質や試薬を用いて、面DPO 合成に成功した。

倒で多段階の手順を踏まなければならない。より簡モデル基質として BPO（ビフェニルフェニルホス

単に DPO を得る方法として、最近、ビアリールホ

フィンオキシド：1a）を用いて反応条件の最適化を

スフィンオキシド（BPO）の分子内環化反応が注目検討した（表 1）。まず、Bu4NBF4 を支持電解質とし、されている。BPO は入手が容易で扱いやすい出発基

CH3CN/H2O（99:1）の混合溶媒を用いて、白金（Pt）

質である。この方法論を用いて DPO を効率的に合の陽極と白金（Pt）の陰極を備えた非分離型セル中、成する方法がいくつか報告されている（式 3B、黒矢

2.5mA にての定電流電解を行った。室温で直接電解

印）。しかし、これらの方法では、遷移金属触媒、強したところ、対応する生成物 2a が収率 8％でしか得酸、または過剰な量の酸を必要とするため、遷移金

られず、出発物質 1a が主に回収された（entry 2）。

属を使用せず、環境に優しい DPO の合成方法の開次に、第三級アミンをメディエータとした間接電解発が望まれている。

を検討した。DABCO をメディエータとして用いた
ところ、収率 71%で 2a が得られた（entry 1）。DABCO

式 3. ジアリールホスホールオキシド(DPO)の合成の代わりに電解メディエータとしての使用例が知られるキヌクリジンを用いて電解を行なうと、反応効率が著しく低下した（entries 4 and 5）。電流を 2.5 mAから減らしても増やしても、収率は低下した（entries
4 and 5）。
また、
電気量を理論通電量である 2.0 F mol-1
からを、増減させるといずれにおいても収率が低下した（entries 6 and 7）。すなわち、適切な電流値・電気量にて電解反応を行なうことが重要である事があ
きらかとなった。DABCO や H2O の量も重要で、最適値から変えると収率が悪くなった（entries 8-13）。
さらに、電流を流さないと、この電気化学的な進行はほとんど抑制された（entries 14 and 15）。これらの結果から、本反応の進行には、電流と DABCO の両方が必須であることがあきらかとなった。

- 30 -

られなかった。また、本合成法は、6 員環ホスファ

表 3. 電気化学的 C–P 結合形成の最適化 aサイクル（7a-c）の合成にも適用できた。幅広い
式 4. 電気化学的 DPO 合成の基質適用範囲 aentry

Deviation from standard conditions

yield (%)

1none

71 (62)b2

no DABCO

8

3

quinuclidine instead of DABCO

27

4

2.0 mA instead of 2.5 mA

64

5

3.0 mA instead of 2.5 mA

54

6

2.5 F mol–1 instead of 2.0 F mol–1

62

7

3.0 F mol–1 instead of 2.0 F mol–1

59

8

DABCO (0.5 equiv)

29

9

DABCO (1.0 equiv)

43

10

DABCO (2.5 equiv)

58

11

Performed in CH3CN/H2O

67(99.5/0.5)
12Performed in CH3CN/H2O (98/2)

66

13

Performed in CH3CN50

14

no electric current

11

15

no electric current, no DABCO

N.D.ca Reaction conditions: 4a (0.4 mmol) and DABCO

a Reaction conditions: 1 or 3 (0.4 mmol) and DABCO(0.8 mmol) in CH3CN/H2O (3.96/0.04 mL) with 0.1 M
Bu4NBF4 as a supporting electrolyte were electrolyzed
with 2.0 F mol–1 of charge under a constant current of
2.5 mA at 25 °C. Yield was determined by 1H NMR
analysis using 1,1,2,2-tetrachloroethane as an internal
standard. b Isolated yield. c N.D. = Not detected.

(0.8 mmol) in CH3CN/H2O (3.96/0.04 mL) with 0.1 M
Bu4NBF4 as a supporting electrolyte were electrolyzed
with 2.5 F mol–1 of charge under a constant current of
2.0 mA at 25 °C. Isolated yield. b Performed with 2.5 F
mol–1 c N.D. = Not Detected.

反応機構解明のための電気化学的測定とコントー

次に，電気化学的な環化反応を利用して DPO 2 を合ル実験を行ない、それらに基づいて推定される DPO

成するための基質の範囲を調べた（式 4）。ベンゼンの電気化学的合成の反応機構を図 3 に示す。まず、環に Me, OMe, F, CF3, Cl などの様々な置換基を持つ

陽極酸化によって系中の物質でもっとも酸化電位がBPO が適用可能であり、対応する生成物 5b-n が中低い DABCO が酸化されてラジカルカチオン種程度から高い収率で得られた。さらに、この反応は(DABCO•+)が発生する。続いて、水素原子移動

ヘテロ芳香環が縮合した DPO 誘導体 5i の合成にも(Hydrogen Atom Transfer, HAT)が進行する。すなわち、応用できた。オルト位の置換基を有すると収率がや

DABCO•+が BPO の P-H 結合から水素原子を奪い、や低くなるが、対応する DPO 5g および 5h はそれぞれ 55%および 54%の収率で単離された。
残念ながら、基質(4l–n)は反応させても、目的の生成物(5l–n)は得- 31 -

中間体 A と DABCOH+を生成する。最後に、中間体
A を分子内で環化した後、プロトンが脱離すると

DPO が得られる。その過程として考えられる反応機

DABCO を HAT メディエータとする炭素―リン結合

構は二つあつ。一つは、中間体 B の陽極酸化によっ

形成反応により、５員環及び６員環リン化合物の簡て DPO が生成される可能性である（経路 A）。もう便合成を達成した。いずれも有用な機能性分子群で1 つ の可 能性 は、 陽極酸 化 によ って 生成 したあり、そのクリーンな条件下での簡便合成は有機合

DABCO•+が HAT メディエータとして働き、中間体 B

成化学・材料科学の観点から非常に重要な結果であから水素原子を奪うことである（経路 B）
。陰極では

る。

生成した DABCOH+または H2O は、還元される。
DABCOH+は、この反応条件下では比較的不安定で

４．文献あり、添加された H2O が還元されることで、電気化(1) Koichi Mitsudo, Ren Matsuo, Toki Yonezawa, Haruka

学プロセスが効率的に進行すると考えられる。

Inoue, Hiroki Mandai, Seiji Suga, Electrochemical
SynthesisofThienoacene

Derivatives:

Transition

Metal-Free Dehydrogenative C–S Coupling Promoted by
a Halogen Mediator, Angewandte Chemie, International
Edition 2020, 59, 7803–7807.
(2) Yuji Kurimoto, Jun Yamashita, Koichi Mitsudo,
Eisuke Sato, and Seiji Suga, Electrosynthesis of
Phosphacycles

via

Dehydrogenative

C–P

Bond

Formation Using DABCO as a Mediator, Organic Letters
2021, 23, 3120–3124.
図 3. 推定反応機構

以上のように穏やかな条件下で BPO から DPO を
電気化学的に合成することを初めて成功した。本法は、遷移金属メディエータを使用せず、代わりに、容易に入手可能で安価な DABCO を有機 HAT メデ
ィエータとして使用している。この電気化学的手法
により、さまざまな BPO が合成可能である。また、
この方法は 6 員環ホスフィン誘導体の合成にも応用できることも示した。今回詳細は述べていないが、コントロール実験により、ラジカル反応機構が示唆された。これらの結果は、アメリカ化学会 Organic
Letter 誌に掲載された 2)。
３．結言
電気化学的な炭素－ヘテロ原子結合形成反応として、一般的に使われる金属触媒・金属メディエータを用いることなく、有用分子を簡便に合成する手法を確立した。すなわち、ハロゲンメディエータを用いる炭素―硫黄結合を形成によりチエノアセン誘導体を簡便に合成する手法を確立するとともに、- 32 -

燃焼器内乱流火炎の高精度な光学計測を目指す数値的手法の構築
岡山大学 学術研究院自然科学学域
坪井 和也
燃焼器内での乱流火炎の実験計測にはレーザ等の光学的手法が多く用いられている．その計測精度を向上させるためには，厳密な計測誤差を知る必要があるが，実験計測の場合，未知の物理量に対して計測が行われるため，厳密な計測誤差を知ることはできない．そこで，実際の乱流火炎と同等とみなせる，流れ場の支配方程式を厳密に計算可能な直接数値シミュレーション（Direct Numerical Simulation: DNS）を用いて計算された乱流火炎データに対して，実験計測と同様な手法でコンピュータ上で計測を行えば，既知の物理量に対して計測が行われるため，厳密な計測誤差を知ることができる．本研究では，
DNS により計算された乱流火炎に対して，
コンピュータ上で実験での光学計測と同様な計測を行う数値的手法を構築し，その数値的手法を用いて，計測誤差の厳密な評価が可能であることを示した．

1. 序論
燃焼器内での乱流火炎の実験計測にはレーザ等のレーザシート

光源

光学的手法が多く用いられている．その計測精度を向上させるためには，厳密な計測誤差を知る必要があるが，Fig. 1 に示すように，実験計測の場合，例

画像処理装置えば乱流火炎の形状や火炎近傍の局所的な流速，温度分布など，未知の物理量に対して計測が行われる

4m

実験計測 値が不明な火炎に対する計測計測誤差の同定ができないため，厳密な計測誤差を知ることはできない．
流れ場の支配方程式をモデル化することなく厳密に計算可能な直接数値シミュレーション（Direct
Numerical Simulation: DNS）を用いて計算された乱Fig. 1 乱流火炎の実験計測

流火炎は，実際の乱流火炎と同等である．そこで，Fig. 2 に示すように，DNS により計算された乱流火レーザシート炎に対して，実験計測と同様な手法で，コンピュー
光源

Y
4 mm

DNSで計算された乱流火炎タ上で計測を行えば，既知の物理量に対して計測が行われるため，
厳密な計測誤差を知ることができる．
本研究では，DNS により計算された乱流火炎に対

画像処理装置

X
8 mm

4 mm
Z

して，コンピュータ上で実験での光学計測と同様な計測を行う数値的手法を構築することと，構築した実験計測 値が不明な火炎に対する計測な計測誤差を知ることを目的とする．
計測誤差の同定ができない
数値的手法を用いて，計測精度向上のために，厳密

数値計測 厳密な値が計算された火炎に対する計算機上での計測
計測誤差の同定が可能
Fig. 2 DNS で計算された乱流火炎に対するコンピュータ上での計測- 33 -

数値計

2. 数値的手法

これにより，乱流火炎面を高精度に測定する数値的本研究で構築する数値的手法の計測対象は Fig. 2

手法を構築し，計測誤差の厳密な評価を目指す．

に示すような，実際の水素―空気乱流予混合火炎に相当する，DNS により厳密に計算されデータベース
として構築された乱流火炎である．DNS 計算では，計算領域内に十分に発達した一様等方性乱流である
水素－空気予混合気を周期的に流入させて燃焼させ，0.0517ms 間隔でデータをサンプリングすることでDNS データベースを構築した．構築された DNS データベースのうち，本研究では，既燃領域と未燃領
域の密度比を変化させた 3 ケースを用いた［1, 2］．

Fig. 3 本研究で構築する数値的手法の概略図

本研究で構築する数値的手法の基礎的な手法では，Fig. 3 に示すように，未燃水素－空気混合気中に人

3. 結果とその検討

工的にトレーサ粒子を，乱数を用いて分布させ，そ

本研究の二値化処理で用いられる判別分析法は，のトレーサ粒子を DNS データベースの流速場に従クラス間分散とクラス内分散との比で求められる分って，サンプリング間隔ごとに移動させる．トレー

離度が最大となるしきい値を求め，自動的に二値化

サ粒子の粒径は，平均 5m，標準偏差 1m の正規を行う手法である［3］．

分布に従い，質量は持たず，DNS の流速場に完全にFig. 4 に示す本研究で構築された数値的手法によ追従するものと仮定する．トレーサ粒子はシリコンり得られた画素ごとの輝度値分布に対して，判別分

2

油滴の蒸発温度である 500K で蒸発を開始し，d 則析法による二値化処理を行った結果を Fig. 5 に示す．

に従うと仮定する．実際の光学計測では，トレーサ

図の x = 2～3mm 付近から左側にトレーサ粒子が粒子にレーザを厚さのあるシート状にして照射する

分布することで輝度値が分布しており，x = 2～3mmが，本研究で構築する数値的手法においては，計算付近に存在する乱流火炎によりトレーサ粒子は蒸発（計測）領域内のある計算格子面をレーザシート中

し，x = 2～3mm 付近から右側では輝度値は分布し心面として，レーザシートの厚さを 0.4mm と仮定ていない．
図中の赤い四角で示される部分は Figs. 4,

する．厚さのあるレーザシート内に含まれるトレー

5 の同じ領域で，トレーサ粒子が蒸発して輝度が消サ粒子の輝度値を算出することで，ある時刻での輝

失する場所の近傍の一部を示し，その拡大図を輝度度値分布が得られる．実際の光学計測では，輝度値

分布図の右側に示す． Fig. 4 で示される画素ごとの分布は高速度カメラ等で撮影され，得られる画像は輝度値分布に対して二値化処理を行うことで，輝度カメラの画素ごとの輝度値分布となるため，本研究

値の高い画素の輝度値は維持され，輝度値の低い画で構築する数値的手法においても同様にして，トレ素の輝度値は消失していることが Fig. 5 から分かる．

ーサ粒子の輝度値分布は画素ごとの輝度値分布に変換される．本研究では，この画素ごとの輝度値分布から乱流火炎面を同定するために必要な二値化処理を，新たに本研究で構築する数値的手法に組み込む．
二値化処理として，本研究では判別分析法と呼ばれる，計測で得られた輝度値を明（白）か暗（黒）の二つの値に処理する手法を用いる．この二値化処
理を組み込むことによって得られる，未燃混合気とFig. 4 画素ごとの輝度値分布

既燃気体との境界から，乱流火炎面を同定する．

- 34 -

布の境界面に差異のあった赤い四角で示される部分
では，2 時刻間で，500K の等温面近傍の流速に差異があることが分かる．このことが，DNS データから取得した 500K の等温面と本研究で構築された数値的手法により得られた輝度値分布との間の差異の原因であることが示唆される．

Fig. 5 画素ごとの輝度値分布に対して二値化処理を行って得られた輝度値分布
二値化処理を行って得られた輝度値分布に，仮定したトレーサ粒子の蒸発温度である 500K の等温面Fig. 7 DNS データから取得した流速分布と 500K のをDNS データから取得して重ね合わせた図をFig. 6

等温面（1 時刻目）に示す．図中の赤線は DNS データから取得した500K の等温面を示す．図中の青い四角で示される部分では，500K の等温面と輝度値分布の境界面は比較的よく一致しているが，赤い四角で示される部
分では，両者の間に差異がある．

Fig. 8 DNS データから取得した流速分布と 500K の等温面（2 時刻目）
すなわち，本研究で構築された数値的手法と DNS
データの両者から得られた結果を詳細に比較することにより，実験における計測誤差の厳密な評価が可能であることが示された．
Fig. 6 二値化処理を行って得られた輝度値分布と5. 結論

DNS データから取得した 500K の等温面の比較

燃焼器内での乱流火炎の実験計測に用いられるレーザ等の光学的手法の計測精度を向上させるために，

そ こ で ， DNS の サ ン プ リ ン グ 間 隔 で あ る

流れ場の支配方程式を厳密に計算可能な DNS を用

0.0517ms 間隔で，2 時刻の局所流速分布と 500K のいて計算された，実際の乱流火炎と同等とみなせる

等温面を DNS データから取得して比較した．Fig. 7

乱流火炎データに対して，コンピュータ上で実験でに DNS データから取得した 1 時刻目の流速分布との光学計測と同様な計測を行う数値的手法を構築し500K の等温面を，Fig. 8 に同様に取得した 2 時刻目

た．また，構築した数値的手法を用いて得られた計の流速分布と 500K の等温面を示す．図中の赤い四測結果と DNS データを比較することにより，実験角で示される部分の拡大図を，それぞれ流速分布図

における計測誤差を厳密に評価することが可能であの右側に示す．Fig. 6 で 500K の等温面と輝度値分ることが示された．

- 35 -

謝辞
本研究を遂行するのにあたりご支援を賜った公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く謝意を表する．
参考文献
1. Nishiki, S., Doctoral Thesis, Nagoya Institute ofTechnology, 2003.
2. Nishiki, S., Hasegawa, T., Borghi, R., Himeno, R.,
Combust. Theory Model. 10: 39-55 (2006).
3. Otsu, N., IEEE Trans. SMC 9: 62-66 (1979).

- 36 -

新生児期に形成される乳房組織細菌叢が乳がん発症に与える影響の解析
岡山大学大学院ヘルスシステム統合科学研究科
岡田 宣宏

乳がんは、日本人女性で最も罹患数の多い悪性腫瘍であり、乳がんによる死亡者数も増加傾向にある。そのため、乳がん発症機構を明らかにし、予防法および先制的な治療法を確立することが急務とされている。しかし、ほとんどの場合、乳がん発症の原因は不明である。年齢、遺伝的要因、ライフスタイル、食生活は、乳がん発症のリスクファクターとして考えられているが、それらだけでは乳がんの全ての症例を説明することはできず、他の要因による影響が考えられる。近年、人体内の細菌叢が、DNA 損傷、細胞増殖、アポトーシス、細胞分化を制御していることが報告され、発がんとの関連性が示唆されている。現在の細菌叢の研究は腸内細菌が主であるが、乳房組織にも細菌が存在し、細菌叢を形成していることが報告されており、乳がんとの関連が考えられる。しかし、乳房組織細菌叢の形成機構および乳がんとの関連性は明らかになっていない。本研究は、母親の食生活が新生児期に形成される乳房組織細菌叢に影響を与え、細菌叢バランスの乱れが乳がん発症リスクの増加に繋がることを in vivo マウスモデルを用いて明らかにすることを目的とする。さらに、乳房組織細菌叢のバランスを整えることで、乳がん発症予防および先制的治療効果を検討し、効果的な乳がん予防・先制的治療法確立の基盤構築を目指す。
[背景]

博士により提唱された。乳がんにおいても、妊娠初

乳がんは、日本人女性で最も罹患数の多い悪性腫瘍期に低栄養状態にさらされた胎児が、将来的に乳がであり、乳がんによる死亡者数も増加傾向にある。

んを罹患する割合が高いことが疫学研究から明らか

さらに、乳がんは他のがん種と比べ、50 歳未満の女になっている。

性に多く発症し、女性の働き盛りを襲うことも社会

近年、人体内の細菌叢が、DNA 損傷、細胞増殖、ア問題となっている。しかし、悪性度の高い乳がんにポトーシス、細胞分化を制御していることが報告さ対する有効な治療法は、確立できていない。治療法

れ、発がんとの関連性が示唆されている。現在の細の確立が困難であるため、乳がん発症機構を解明し、菌叢の研究は腸内細菌が主であるが、乳房組織にも乳がん発症リスクを抑える予防法の確立が望まれて細菌が存在し、細菌叢を形成していることが報告さいる。しかし、ほとんどの場合、乳がん発症の原因れており、乳がんとの関連が考えられる。しかし、は不明である。現在のがん研究は、すでに発症した乳房細菌叢の形成機構および乳がんとの関連性は明ことを前提に、がん細胞の特性、遺伝子発現、シグらかになっていない。新生児の腸内細菌の形成につナル伝達経路の探索に重点が置かれており、がん発

いては不明な点が多いが、胎児の腸内は無菌状態で症に関するリスク要因の同定および検証に関する研あり、出生時に母親の細菌叢の影響を強く受けると究は、圧倒的に数が少ない。

考えられている。さらに、新生児期に形成された細将来的な健康や特定の疾患へのかかりやすさが、胎菌叢は成人期にまで影響を及ぼすことが示されてい児期の環境による影響を強く受けて決定されるといる。そのため、この時期の細菌叢をよりよい状態に

う DOHaD(Developmental Origins of Health and

保つことは極めて重要である。

Disease)理論が、
1980 年代後半にイギリスの Barker- 37 -

以上のことから、母親の食生活が新生児期に形成される乳房組織細菌叢に影響を与え、細菌叢バランスの乱れが将来的な乳がん発症リスクの増加に繋がる可能性が考えられる。

図２：高脂肪飼料による乳腺への影響
A.ホールマウント染色による乳腺染色。通常飼料（Con）と高脂肪飼料（HFD）間で乳腺の形態に違いはない。B. 免疫組織染色による脂肪酸合成酵素（FASN）の発現解析。通常飼料（Con）と比較し、高脂肪飼料（HFD）で飼育したマウスにおいて FASN の発現が亢進している。
妊娠期および新生児期への高脂肪飼料による影響[結果]

高脂肪飼料を摂取した母マウスから産まれる仔マウ

高脂肪飼料によるマウスへの影響

スへの影響を確認した。通常飼料で飼育した母マウ

マウスへの高脂肪食の影響を解析するために、B6 マスと高脂肪飼料で飼育した母マウスから産まれてく

ウスを 4 週齢から 4 週間高脂肪飼料（HFD-60；オリる仔マウスの数に違いは現れなかった。また、生まエンタル酵母工業株式会社）により飼育した。4 週

れてくる雌雄の数の差にも違いはなかった。
さらに、間での体重変化を計測した結果、通常飼料（MF；オ

産まれてきた仔マウスの体重にも違いは確認できな

リエンタル酵母工業株式会社）で飼育したマウスがかった。これらの結果から、母マウスの高脂肪飼料

平均 5.5g 増加したのに対し、高脂肪飼料で飼育した摂取は生まれてくる仔マウスの新生児期における身マウスは平均 6.3g 増加した。しかし、両者に優位な体的変化に影響を及ぼさないことを明らかにした。

差があるとは言えない結果であった。
次に、通常飼料および高脂肪飼料で飼育したマウス

母マウスによる妊娠期および授乳期での高脂肪飼料

から乳腺を摘出し、ホールマウント染色により乳腺摂取による仔マウスの乳がん発症リスクへの影響の形態を観察した。その結果、両者において違いは母マウスの妊娠期および授乳期での高脂肪飼料摂取

観察できなかった。また、摘出した乳腺を用いた免が仔マウスの将来的な乳がん発症リスクに影響を与

疫組織染色により、脂肪酸合成酵素（FASN）の発現えるか検討するために、乳がんモデルマウス

解析を行なった。通常飼料で飼育したマウスから摘

MMTV-PyMT マウスを交配させ、交配を確認した母マ出した乳腺と比較し、高脂肪飼料で飼育したマウス

ウスに高脂肪食（HFD-60）を仔マウスが離乳する時からの乳腺で FASN の発現が亢進していることが確点まで摂取させた。離乳後の栄養状態の影響をなく認できた。これらの結果は、高脂肪飼料による体重すために、離乳後の仔マウスは通常飼料で飼育した。

変化および乳腺の形態変化に対する影響はないが、その後、16 週齢で乳がんを摘出し、解析を行なった。

乳腺細胞内での代謝リプログラミングが起きている

その結果、通常飼料で飼育した母マウスから産まれことを示唆している。

た仔マウスの乳がんは、平均 15.7g であったのに対し、高脂肪飼料で飼育した母マウスから産まれた仔
マウスの乳がんは、
平均 7.9g と乳がんの大きさが半減していた。また、摘出した乳がん組織を利用し、- 38 -

グラム染色により細菌叢を染色解析した結果、染色像に違いは観察できなかった。
[考察]
本研究は、妊娠期および新生児期の母親の栄養状態
が、生まれてくる子供の将来的な乳がん発症リスクに影響を与えることを明らかにする研究である。当初の予想では、欧米食を模倣した高脂肪食の摂取が子供へ悪影響を与え、乳がん発症リスクを増加させると考えていた。しかし、本研究の結果から、高脂肪食摂取により子供の乳がん発症リスクが低下する
ことが明らかになった。この結果から、子供の乳がんリスクは母親の栄養状態に依存している可能性が考えられるため、今後、高脂肪食と通常食の 2 者比
較ではなく、高脂肪食、通常食、食事制限による低栄養状態の 3 者比較により母親の栄養状態と子供の乳がん発症リスクの相関性を解析していく予定である。
また、本研究の結果、母親の食事と子供の乳腺細菌叢との相関は見られなかった。そのため、今後は細菌叢だけでなく、エピゲノム解析等遺伝子発現解析も含め検討を行なっていく必要があると考えている。

- 39 -

近赤外吸収を示す含カルバゾールポルフィリン多量体の開発
岡山大学大学院自然科学研究科
前田 千尋
芳香環を縮環させた拡張ポルフィリンは通常のポルフィリンよりも広い共役系をもつことから近赤外での吸収が可能である。申請者はカルバゾールがポルフィリンの原料であるピロールの拡張化合物であることに着目し、カルバゾール骨格を組み込んだ新規拡張ポルフィリンを開発した。共役系の拡張により 34
π芳香族性及び 1000 nm を超える近赤外吸収を示した。本研究では共役系を著しく拡張させることで従来と異なり近赤外領域で幅広く光吸収する有機色素として、鎖状及び環状の含カルバゾールポルフィリン多量体を開発することを目的としている。本年度は、直接結合二量体 D2 及び縮環二量体 F2 の合成を行い、それらの近赤外特性について明らかにした。前者では二量体内での強い電子的結合を、後者では渡環架橋部位を介した共役系の拡張により 66π共役系由来の近赤外吸収を確認した。

を行い、それらの近赤外特性について明らかにした

１．研究目的

芳香環を縮環させた拡張ポルフィリンは通常（図１b）。D2 では 34π共役系由来の２つにユニッのポルフィリンよりも広い共役系をもつことか

ト間での電子的相互作用が、F2 では渡環架橋部位をら近赤外での吸収が可能である。特にアズレン、介して共役サーキットが描けるため 66π共役系とアントラセンを縮環させたものは 1000 nm を超なる。特に後者のシステムは単結合で架橋した多量える吸収を示すことが報告されている。近赤外領体では発現しないため従来報告されている系では達域は生体透過性が高く、また太陽光スペクトルの成できない。

4 割が近赤外領域にある。従って近赤外吸収色素

(a)

Ar

は光線力学療法や太陽電池への応用が可能であAr

Ar

1. Glaser coupling
2. annulation
3. oxidation

S
N

NH

る。これまでに様々な拡張ポルフィリンが合成さ

N
S

Ar

Ar

れてきたが、1000 nm を超える吸収を示すものはAr

134π-system

Mes(b) This work

数例にとどまっている。

ArS

DirectConnection

申請者はカルバゾールがポルフィリンの原料であるピロールのπ拡張体であることに着目し、

N

Ar

Ar

S

カルバゾール骨格を組み込んだ新規拡張ポルフ

N

Ar

tBu

D2

N

Ar
S

FusionS

ィリンを開発した。この化合物は 1000 nm を超え

N
S

S

S

る近赤外吸収を示した（図１a）。1,2N

本研究では含カルバゾールポルフィリン多量体を

Ar

N

F2

S

34π-system

Ar

合成し、その光物性を調査する。これまでに周辺部

N

N

Ar
Mes

tBu

tBu

Ar
S

置換基効果を探索して近赤外吸収特性のチューニン

NAr

グが可能であることを示してきたが、多量化により

N共役系を著しく拡張させることで従来と異なり近赤Ar

年度は直接結合二量体 D2 及び縮環二量体 F2 の合成

Ar

N
S

Ar = 2,6-dioctyloxyphenyl

外領域で幅広く光吸収する有機色素を開発する。本NS

S

66π-system
tBu

図１(a)1 の合成．(b)本研究で対象とする二量体- 40 -

Mes

(a)

Mes

Mes

BrC≡CTIPS(Bpin) 2
Pd 2(dba) 3[Ir(OMe)(cod)] 2 Xantphos
dtbpy
K 3PO 4NH

NH

FeCl 3
CHCl 3
HN

2

NH

TIPS

Ar

HN

TIPS

Mes

NH
Ar

NH

Ar

N

13 (76%)
tBu

N

Mes

tBu

tBu

BrC≡CTIPS
Pd 2(dba) 3
NH (Bpin) 2[Ir(OMe)(cod)] 2 Xantphos
TIPS
dtbpy
K 3PO 41,4-dioxane
mesitylene
H 2O
refluxrefluxPPh 3
o-DCB
190 °C

HN

tBu
10 (91%)

1. 6
Cu(OAc)2•H 2O
pyridine
toluene
50 °C

TIPS

NH
TBAF
THF
TIPS 60 °C

HN

11 (68%)
TIPS

tBu
tBu

HN

D2 (92%)

Ar

tBu

NH

Ar

S

S

NO 2

Pd(PPh 3)4
K 2CO3
toluene
O2N
EtOH
H 2O
100 °CNS

CH2Cl27 (12%)

HN

PbO 2

Mes

Br

8

N

S

O

O

HN

Ar

9 NO 2

B

Ar
S

S

tBu

O

Mes

S

Ar

B

Mes

Ar

tBu

O

Mes

S

2. Na 2S•9H2O
toluene2-methoxyethanol
reflux(b)

5 (83%)

4 (26%)

Mes
N
H
6
1.
Cu(OAc)2•H 2O
pyridine
toluene
50 °C

THF
60 °C

HN

3 (67%)
Ar

NH
TBAF

TIPS

1,4-dioxane
H 2O
refluxTHF
refluxMes

TIPS

12 (40%)

tBu

tBu

Ar

Ar
S

S
NH

Ar
S

2. Na 2S•9H2O
toluene2-methoxyethanol
reflux

NH

HN
PbO 2

S
Ar

HN

N

Ar
S

CH2Cl2N

14 (9.3%)SAr

N
F2 (97%)

S

tBu

Ar

N
S

tBu

Ar

スキーム１
２．結果と考察

(a)
-1

6

-1

ε / x10 M cm

oscillator strength

まず直接結合二量体 D2 の合成方法をスキーム１a4に示す。3-mesitylcarbazole (2)の酸化的カップリングによりカルバゾール二量体 3 とした。イリジウ
ム触媒を用いて NH 隣接部位 4 箇所を直接ホウ素化

H–1 L (94%)
H L (98%)4
2
0

し、ブロモアルキンとカップリングさせて 4 とし、

400

600

800

1000

1200

1400

1600

(b)
-1

ε / x10 M cm

6

H–2 L (34%)
H L (33%)
H–1 L+1 (29%)

4-1ルバゾール二量体 5 を得た。1,8-ジエチニルカルバ
ゾール 6 と混合条件下 Glaser カップリングし、硫化ナトリウムとの環化反応を行うことで酸化前駆体となる 7 を得た。PbO2 を用いた酸化により D2 を得

4H L (50%)
H–2 L (23%)
H–3 L+1 (16%)

2

oscillator strength

TBAF による TIPS 基の除去によりテトラエチニルカ

0400た。次に縮環二量体 F2 の合成方法をスキーム１b に

600

800

1000

1200

1400

1600

(c)
-1
-1

ε / x10 M cm

64

bromo-4-tert-butyl-1-nitrobenzene (9)の鈴木―
宮浦カップリングにより 10 とし、PPh3 を用いた還元的環化により縮環カルバゾール二量体 11 を得た。

H–2 L (82%)

4
H–3 L (66%)

2

H L (88%)

oscillator strength示す。1,8-bis(pinaolboryl)naphthalene (8)と 2-

0

その後は 5 から D2 の合成と同様に、４箇所にエチ

400

600

800

1000

1200

1400

1600

wavelength / nm

ニル基を導入した 13 と 6 の Glaser カップリングを経て F2 を得た。D2 及び F2 は NMR と質量分析から構

図２ (a) 1, (b) D2, (c) F2 の近赤外吸収スペク造決定した。

トル及び TD-DFT 計算から予想された振動子強度- 41 -

図３ (a) 1b, (b) D2, (c) F2 の分子軌道とエネルギー準位
図２に D2、F2、及び単量体 1 のジクロロメタン

３．まとめ

中での吸収スペクトルを示す。1 はこれまでの類縁本研究では直接結合二量体 D2 及び縮環二量体 F2体と同様に 887, 932, 969, 1077 nm に吸収極大をを合成した。前者は二量体内での効果的な分子内相持つ近赤外吸収を示した。一方で D2 は多くの吸収互作用が示唆された。後者では 1263 nm の吸収極大

極大及び僅かな長波長シフトを示しており、二量体及び 1600 nm を超える吸収末端を示し、二量体平面内での電子的相互作用が示唆された。一方で F2 はに大きく拡張したπ共役系の構築に成功した。3 現948, 1085, 1269 nm に吸収極大を持つブロードな在環状多量体の合成検討を行っている。

近赤外吸収を示し、その吸収末端は 1600 nm を超えた。この結果は従来の二量体とは大きく異なる結果

４．参考文献であり、二量体平面に広くπ拡張した 66π共役系(1) C. Maeda, T. Yoneda, N. Aratani, M.-C. Yoon,

による効果と予想された(図１b)。

J. M. Lim, D. Kim, N. Yoshioka, A. Osuka, Angew.

Chem. Int. Ed. 2011, 50, 5691.

DFT 計算によりそれぞれの電子状態を調査した(図 3)。1 の LUMO(272)は LUMO+1(273)と比較して大(2) C. Maeda, M. Takata, A. Honsho T. Ema, Org.

きく安定化しており、HOMO(271)及び HOMO-1(270)か

Lett. 2016, 18, 6070.

ら LUMO への遷移が近赤外吸収に寄与していること(3) C. Maeda, T. Shirakawa, T. Ema, Chem. Commun.

HOMOがわかる。
一方 D2 では二量化により 1 の HOMO、

2020, 56, 15048.

1、LUMO に対応する準位が分裂しており、HOMO-3〜
HOMO(458〜461)から LUMO(462)または LUMO+1(463)への遷移が近赤外吸収に寄与している。F2 の場合はHOMO(422)の不安定化と LUMO(423)の安定化が顕著
であり、0.82 V と非常に狭い HOMO-LUMO gap となった。これらの結果は観察された近赤外吸収スペクト
ルの結果を強く支持する結果となった。

- 42 -

計算機解析と実測との比較による貯水池の地形変化の解析手法実用化研究
岡山大学客員研究員
神保秀司
本研究では，水域への流入・流出が地形変化に及ぼす影響に着目し，定期的計測により地形変化を解析し，計算機解析結果と比較することにより地形変化のメカニズムを解明するための手法の実用化を目標とした。そのため地形の変化状況を解析するための手法の確立およびその応用として，外部要因の地形変化への影響を解明することを目標とした。本研究では，2019 年度（平成 31 年度）に開始された岡山大学と㈱アースライズカンパニーの共同研究「グラフ理論を導入した三次元の水底地形データ計測・解析システムの開発と実用化」の応用研究として，陸水域の地形変化について考察した。そのために岡山県の児島湖を対象とする計測解析を実施し，地形の時間的・空間的変化を解析する。本研究の成果に関しては，基調講演を含む複数の研究集会での研究発表および学術論文に発表した。今後も本研究の成果を国際会議や学術論文に発表し，その成果を広く発信する。

令和２年度の研究では，GPS 受信機と超音波測深機を中心とする機器を用いた計測および計測から得られた結果に関する考察を行った。計測に関しては岡山県の児島湖で測位－測深を実施した。測位－測深には VRS（virtual reference station, 仮想基準点方式）モードの RTK-GPS（リアルタイムキネマティ
ック GPS）と音響測深機を中心とするハードウェア
システムを用いた。小型船舶の船体に固定されたス
テンレスパイプの上端には GPS アンテナが取り付けられた（写真１）。水中のステンレスパイプの下端には超音波測深機のセンサーが取り付けられた（写真２）。小型船舶を航行しながら GPS 受信機と超音波測深機からの出力結果を収録した。
GPS 受信機からの測位結果の緯度・経度成分にGauss-Krüger 投影法を適用することにより楕円体
表面から平面直行座標系 (𝑥𝑦 平面) への変換がなされる。その結果に音響測深機からの出力結果を含む鉛直成分をタイムスタンプで結合させることによって水底に沿った曲線の３次元データが得られる（図１）。
写真１：小型船舶に固定されたステンレスパイプの上端には GPS アンテナが取り付けられた（2021 年
3 月 17 日）。

- 43 -

写真２：船体に固定されたステンレスパイプの水中

図２：要素 𝑘 と 𝑙 個の曲線データの 𝑥𝑦 成分の下端には超音波測深機のセンサーが取り付けられ(𝑥1 , 𝑦1 ), (𝑥2 , 𝑦2 ), ⋯ , (𝑥𝑙 , 𝑦𝑙 )た（2021 年 3 月 17 日）。

の頂点を (𝑥1 , 𝑦1 ), (𝑥2 , 𝑦2 ), (𝑥3 , 𝑦3 )とする。また要
素 𝑘 は 𝑙 個のデータ(𝑥1 , 𝑦1 , 𝑧1 ), (𝑥2 , 𝑦2 , 𝑧2 ), ⋯ , (𝑥𝑙 , 𝑦𝑙 , 𝑧𝑙 )の 𝑥𝑦 成分を含むとする（図２）。これら 𝑙 個のデー タ の 中 で 最 初 の 三 つ (𝑥1 , 𝑦1 , 𝑧1 ) , (𝑥2 , 𝑦2 , 𝑧2 ),(𝑥3 , 𝑦3 , 𝑧3 )の𝑥𝑦成分は要素 𝑘 の頂点の座標である。
従来提案された方法では.要素 𝑘 に定義された

L一次関数𝑎𝑘 𝑥 + 𝑏𝑘 𝑦 + 𝑐𝑘 の係数𝑎𝑘 , 𝑏𝑘 , 𝑐𝑘 の値は二乗和𝑙2∑[𝑧𝑗 − (𝑎𝑘 𝑥𝑗 + 𝑏𝑘 𝑦𝑗 + 𝑐𝑘 )]𝑗=1に最小値を与えるものとする。この一連の操作が要
素 1 から要素 𝑚 まで実行されたとする。
このとき

dj

節点 𝑖 に対し,この節点を頂点として共有する要素
𝑘 に対応する 𝑎𝑘 𝑥𝑖 + 𝑏𝑘 𝑦𝑖 + 𝑐𝑘 の加重平均値を節

図１：地形データ(𝑥j , 𝑦𝑗 , 𝑧𝑗 )の鉛直成分𝑧𝑗 は点 𝑖 での標高とする。１サイクルの計算は，この操(𝑗 = 1, 2, 3, ⋯ )z

作が節点 1 から節点 𝑛 までのすべての節点に対

𝑧𝑗 = ℎ𝑗 − 𝑑𝑗 − 𝑧0 − 𝐿と定義される。ただし ℎ𝑗 [m]をアンテナ高，𝐿して実行されたときに完了する。計測データより得[m] (𝐿 = 2.3356)をアンテナと超音波測深器セられる曲線データから，三角形メッシュに定義されンサーの距離，𝑑を測深データ𝑧0 [m]を平均水面る区分的１次関数を構成するこの一連の操作をの楕円体高とする(𝑧0= 36.652)。

Method 1 と呼ぶ。Method 1 の手順を図３のフローチャートに示す。

前述の計測方法によって得られた曲線データを含む曲面は平面上に設定された三角形メッシュ上の区
分的１次関数として構成される。目標とする曲線データの 𝑥𝑦 成分を含む要素数 𝑚 と接点数 𝑛 の三角形メッシュを設定する。この三角形メッシュを構成する要素の中の要素 𝑘 に着目する。この要素 𝑘- 44 -

kk

1

Evaluateka k, b k, c k

1

Evaluate a, b, and c

k +1
k > m

False

Update altitude at vertex 1, vertex 2,
and vertex 3 of element k

True

i

1

k

Evaluate altitude for node

i

i+1
i

>

n

k +1
k > m

False

False

True

True

図４：１サイクルの各接点の標高データに関する

図３：１サイクルの各接点の標高データに関する計計算手順 (Method 2)

算手順 (Method 1)
呼ぶ。Method 2 の手順を図４のフローチャートに示
前述の解析方法を 2019 年 12 月 25 日と 2020 年 1

す。

月 6 日に実施した児島湖での測位－測深結果に適用

一方、二乗和 (1) に最小値を与える係数𝑎, 𝑏, 𝑐

し，また 2019 年 9 月 28 日と 2019 年 10 月 4 日に実の値が得られたとき式(2)により 𝑧1 の値を更新す施した測位－測深結果に適用した結果と比較し，る。この新しい 𝑧1 の値を用いて二乗和 (1) に最2019 年 10 月から 2019 年 12 月までの約１年間の水小値を与える係数𝑎, 𝑏, 𝑐 の値を求めた後，式(3)

底地形の変化について考察した。これらの結果は国により 𝑧2 の値を更新する。更に新しい 𝑧1 と 𝑧2際会議（国際会議発表 [1]）で発表し，更に論文（学の値を用いて二乗和 (1) に最小値を与える係数𝑎,術論文 [1]）として発表した。

𝑏, 𝑐 の値を求めた後，式(4)により 𝑧3 の値を更新

曲線データから，三角形メッシュに定義される区する。１サイクルの計算は，この操作が要素 1 から

分的１次関数を構成するため他の方法も提案された。

要素 𝑚 まで実行されたときに完了する。この方法

二乗和を Method 3 と呼ぶ。Method 3 の手順を図５のフローチャートに示す。

𝑙2∑[𝑧𝑗 − (𝑎𝑥𝑗 + 𝑏𝑦𝑗 + 𝑐)]

前述の三つの方法 Method 1, Method 2, Method

(1)

𝑗=1

3 は 2019 年 12 月 25 日および 2020 年 1 月 6 日に児を最小とする係数𝑎, 𝑏, 𝑐 の値が得られた後島湖で実施された測位－測深によって得られた曲線

𝑧1 = 𝑎𝑥1 + 𝑏𝑦1 + 𝑐(2)

データに適用され，収束性が比較された。その結果

𝑧2 = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑦2 + 𝑐(3)

これら三つの方法の中で Method 3 が最も少ない反𝑧3 = 𝑎𝑥3 + 𝑏𝑦3 + 𝑐(4)

復回数で残差が一定の値に達したことが報告された

とおくことにより要素 𝑘 の三頂点での新しい標高が得られる。１サイクルの計算は，この操作が要素1 から要素 𝑚 までのすべての要素に対し実行されたときに完了する。この方法を Method 2 と- 45 -

k1

Evaluate a, b, and c

Update altitude at vertex 1, vertex 2,
and vertex 3 of element k
図６：三角形要素の四分割
３カ月間の水底地形の変化について考察した。これ

k

k +1

k

> m

らの結果は国際会議（国際会議発表 [4]）で発表した。更に，同手法を 2020 年 12 月 26 日と 2021 年 1

False

月 27 日に実施した児島湖での測位－測深結果に適用し，また 2019 年 12 月 26 日と 2020 年 1 月 6 日にTrue実施した測位－測深結果に適用した結果と比較し，
図５：１サイクルの各接点の標高データに関する2020 年 1 月から 2020 年 12 月まで約１年間の水底地

計算手順 (Method 3)形の変化について考察した。これらの結果は国際会
議（国際会議発表 [5]）で発表し，更に論文（学術（国際会議発表 [2]）。また船体の動揺に起因する

論文 [2]）として発表した。

誤差の補正方法についての考察もなされた（国際会

節点数 4，要素数 2 の Mesh 0 の 2020 年 12 月 26

議発表 [3]）。

日と 2021 年 1 月 27 日に実施した測位－測深結果へ

実測データに即した区分的１次関数で表される局の適用例を示す。Mesh 1, Mesh 2, Mesh 3, Mesh 4,

面を構成する Method 1, Method 2, Method 3 はす
べて固定された三角形メッシュに対する操作である。

Mesh 5, Mesh 6 の節点数は，それぞれ 9, 25, 81,
289, 1089, 4225 であり，また要素数は 8, 32, 128,

一方，令和２年度には三角形メッシュの細分化に関

512, 2048, 8129 である。Method 3 を用いた反復計する手法も提案された。この方法では，先ず 𝑙 = 0

算では，Mesh 6 に対し残差が 0.06 よりも小さくなとし，Mesh 0 を設定する。不等式 𝑙 > 0 が成り立つ

るために 10 回の反復計算を要した。図８に計算結場合 Mesh 𝑙 は Mesh 𝑙 − 1 の各三角形を，合同な四果を示す。

つの三角形に分割することによって構成される（図児島湖における測位－測深は 2020 年 3 月 17 日と６）。このメッシュの各接点での標高が，例えば2020 年 3 月 20 日にも実施された。このとき得られMethod 1 か Method 2 あるいは Method 3 を用いた測位－測深データの解析結果は，今後国際会議あて決定される。その後，𝑙 の値を 𝑙+1 の値で置き換

るいは論文に発表する予定である。

えたときに 𝑙 の値が 𝑙𝑚𝑎𝑥 以下ならば前述の操作が繰り返される。このメッシュに対する一連の操作を図 7 のフローチャートに示す。
前述のメッシュ細分化の手法を 2019 年 9 月 28 日と 2019 年 10 月 4 日に実施した児島湖での測位－測深結果に適用し，また 2019 年 12 月 25 日と 2020 年
1 月 6 日に実施した測位－測深結果に適用した結果と比較し，2019 年 10 月から 2019 年 12 月までの約- 46 -

Construct mesh

Evaluatealtitudeat eachnodeof mesh

False
(a)

True
図 7：三角形メッシュの細分化による区分的１次関
数の構成

学術論文
[1] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide
Sanada, Michiaki Mohri, Yoshitaka Iwakami,
Shuji Jimbo, Masaji Watanabe, Study ofunderwater

topographychangewithmeasurement

andanalysis,International

Conferenceon

Advanced

Information

Scientific Development (ICAISD), Journal of
Physics: Conference Series, 1641 (2020)
012003,doi:

10.1088/1742-

6596/16641/1/012003, 査読有(b)

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1641/1/012003/pdf

図８：節点数 4，要素数 2 の Mesh 0 の 2020 年 12 月

[2] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide

26 日と 2021 年 1 月 27 日に実施した測位－測深結果へ

Sanada, Michiaki Mohri, Yoshitaka Iwakami,の適用の結果得られた水底地形を示す((a)ワイヤーフ

Naoki Okamoto, Shuji Jimbo, Masaji Watanabe,
Study on change of topography in water area
with

field

measurement,

Accepted

レーム，高度によるカラー表現)。節点数 4225，要素数
8129 の Mesh 6 に対し残差が 0.06 よりも小さくなる

for

ために 10 回の反復計算を要した。

publication in Journal of Geoscience andEnvironmental Protection (ISSN: 2327-4336)，
査読有- 47 -

国際会議発表[1] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide[4] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide

Sanada, Michiaki Mohri, Yoshitaka Iwakami,
Shuji Jimbo, Masaji Watanabe,
underwater

topographychangemeasurement

andInternational

analysis,

Sanada, Michiaki Mohri, Yoshitaka Iwakami,

Study of

Shuji Jimbo, Masaji Watanabe, Mathematicalwithmodeling

andunderwater

Conference On Advanced Informatin Scientificcomputational
topography

analysis
withofglobalpositioning and echo sounder data, The 3rd

Deelopment (ICAISD) 2020 （口頭発表，発表年

Int’l

月日：2020 年 8 月 6 日, オンライン発表，発表

Conferenceon

Statistics,

Mathematical Modelling and Analysis (SMMA

者：渡辺雅二）2020)（口頭発表，発表年月日：2020 年 11 月 7[2] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide

日, video 発表， 基調講演，発表者：渡辺雅二）

Sanada, Michiaki Mohri, Yoshitaka Iwakami,
Shuji Jimbo, Masaji Watanabe, Radhiatul[5] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide

Husna, Application of iterative method to

Sanada, Michiaki Mohri, Yoshitaka Iwakami,

constructionof

topography,

Naoki Okamoto, Shuji Jimbo, Masaji Watanabe,

Computational

Techniques

Applications

Study on change of topography in water area

underwater&

Conference (CTAC2020)（口頭発表，発表年月日：

with2020 年 9 月 2 日, オンライン発表，発表者：渡Conference on Hydrology and Water Management

辺雅二）(CHWM 2021) （口頭発表，発表年月日：2021 年 4
雅二）

Sanada, Michiaki Mohri, Yoshitaka Iwakami,
Shuji Jimbo, Masaji Watanabe, Radhiatul
Husna, Numerical approach to generation ofunderwater topography, WEBINAR SEMIRATA 2020
on the 4th International Conference on
Science,

EducationandTechnology (ICOMSET) in conjunction with The
2nd International Conference on Biology,
Science and Education (IcoBioSE)

measurement,International

月 27 日, video 発表， 基調講演，発表者：渡辺[3] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide

Mathematics,

field

（口頭

発表，発表年月日：2020 年 9 月 19 日, オンライ
ン発表， 基調講演，発表者：渡辺雅二）- 48 -

旭川下流部の感潮域におけるアユの好適な産卵場の検討
岡山大学大学院 環境生命科学研究科
吉田 圭介
近年，アユの漁獲量は全国的に減少傾向にあり，資源回復のために，仔魚放流，産卵場の保護や造成などが行われている．本研究で対象の旭川感潮域の兵団地区には産卵に適した瀬・淵の構造があり，元々自然産卵場が存在する．一方，産卵場を拡張する目的で 2019 年に産卵場を造成したが，産卵は確認されなかった．そこで，
本研究ではこれまで検討されていない，河川感潮域でのアユの好適な産卵場環境を現地調査することとした．
現地では，人工産卵場と自然産卵場の瀬において，1)水温，2)産卵床，3)水深，流速，4) 塩分，溶存酸素，濁度の定点変化と縦断変化をそれぞれ調べた．その結果，下流側の人工産卵場では潮位変動や，塩水と貧酸素水塊の侵入の影響により，産卵に適した環境ではなかった．一方，対象域の中流の瀬では流量・潮位条件により環境の適否が左右されることが分かった．また，上流側の複数の瀬では，河床軟度（浮き石環境）の適否によって好適な産卵場は 1 つの瀬に限られた．
象としたものである．一方，本研究で対象とする旭川
は潮止め堰が存在せず，河床勾配が小さな下流区間では瀬戸内海の潮の干満差の影響を大きく受ける．そのため，既往の知見に加えて，河川感潮区間におけるア
ユ産卵場に影響を与える諸条件，つまり，(1)感潮域特有の準周期的な水深や流速変化，(2)塩水の遡上に伴う，塩分，溶存酸素および濁度の変化，(3)河床粒度の平面分布について知見を得ることは河川工学的にも，また実際の産卵場造成の上でも有用と考えられる．また特に，旭川下流部では秋季の平常時の河川流量は上流のダムで制御できる可能性があるため，産卵場環境に与える流量の影響を把握することも重要と考えられる．そこで，本研究では旭川感潮区間にある兵団地区
において，アユの好適な産卵場について，既往成果を踏まえつつ，現地調査に基づき検討することとした．

1. はじめにアユは河川における重要な漁業対象種であるが，農林水産統計によるとアユの漁獲量は全国的に減少傾向にあり，資源量の減少が懸念される．それに伴い，多くの河川で仔魚放流，産卵場の保護，人工産卵場の造成などの増殖策が実施されているが，有効性が科学的に確認されている例は少ない 1)．本研究で対象とする
旭川下流部（国管轄区間のうち 8.0km～17.4km）では，申請者らが 2017 年 3 月の航空レーザー測深（ALB）データと生息場物理環境評価法（PHABSIM）を用いてアユの産卵場の評価を行った結果，複数箇所で産卵可能性を見出された（図-1）2)が，実際には河床粒度の適否
や浮石環境の有無によって主要な産卵場は河口から約10km 周辺の兵団地区に限定され，このことは現地の着卵礫調査や環境 DNA の結果からも裏付けされた 3)．
一方，2019 年 10 月に岡山県水産研究所が主体とな
2. 対象河道区間
り，兵団地区の自然産卵場の下流 400m の地点に人工
研究対象の旭川は岡山県を縦断して瀬戸内海に注産卵場を造成した（図-2，図-3）が，目視では産卵はぐ，幹川流路延長
142km の一級河川である．国管轄区
確認されなかった．申請者はこの要因として兵団地区
間の上流端 17.4km より下流部に着目すると，10km 周が河川感潮域にあり，産卵場造成事業の成否に潮汐が辺の兵団地区がアユの主要な産卵場となっている（図深く関与するものと推察した．
これまで水工水理学の分野では工学的な観点から河川流況や河床状態と，アユの生息・産卵場環境に関連する一連の研究が行われてきた（例えば，鬼束ら 4)）．
しかし，それらの成果は河口からの塩水侵入の影響の無い河川区間での，一方向流が卓越する場や環境を対 図-2 人工産卵場造成の作業風景（旭川・兵団地区，2019）

図-1 旭川下流部でのアユの産卵場の適正評価（平常時のPHABSIM解析結果，CSI=1.0が最適）2)- 49 -

図-3 研究対象水域（旭川・兵団地区と周辺，”9k8”は河口から9.8kmの意味．背景は2018/10/12の干潮時の衛星画像）
造成箇所は，2019 年度の造成結果（産卵の未確認）と，
2019 年度に実施した流況や塩水遡上の部分的な調査結果を考慮して，川の上流側に設定された．2020 年度の造成は，既に存在するアユの自然産卵場の周辺を対象としており，産卵場の面積を拡大する意図がある．
3. 現地調査の方法
本研究ではアユの産卵床の目視調査に加えて，産卵や孵化に影響を与える可能性がある河川の諸要素（水温，水理，水質，河床，地形）のうち，下記項目について次の方法で調査を行った．調査場所を図-3 に，計測諸元などを表-1～表-4 に整理して示し，また以下では部分的に 2019 年度の調査結果も併せて示す．
(1) 水温，水位（表-1）：データロガーを河床に設置し，10 分間隔で河川水温と水位を計測した．
(2) 産卵床（図-9）：干潮時に現地踏査し，砂礫に付着した卵を目視で確認した．また砂礫寸法を計測した．
(3) 水理特性（表-2）：概ね，干潮時の時間帯に産卵床調査箇所の複数地点で，標尺を用いて水深を，ポータブル流速計を用いて 1 点法で主流速を各々，計測した．
なお，2020 年は日没直後，2019 年は日中に計測している．調査日は各年ともに 11 月中旬で，その際の河川流量は 20～30 m3/s 程度である．
(4) 塩分，溶存酸素（定点計測，表-1）：データロガーを河床に設置し，10 分間隔で電気伝導率と溶存酸素を計測した．その後，別に作成した電気伝導率との相関式を用いて，塩分(PSU)の値を求めた．
(5) 塩分，溶存酸素，濁度（集中縦断計測，表-3）：小型ボートで河川縦断的に移動しながら，図-3 に示す地
点で携帯型の水質センサーを用いて河床から水面まで鉛直方向に 10cm 間隔で，塩分(PSU)，溶存酸素(mg/L)
および濁度(FTU)を計測した．計測の各日で満潮と干潮時の計 2 回，下流から上流に向かって計測し，1 回の計測所要時間は 1.5 時間程であった．
(6) 塩分，溶存酸素，濁度（集中縦断計測，表-4）：漁船に乗り，対象範囲より旭川下流の図-6 に示す地点で，先の(5)と同様の方法で水質を計測した．
(7) 河床軟度，河床粒度：産卵床調査箇所の代表地点において，河床の浮き石状態の程度をシノという先端が尖った金属を用いて調べた 3)．この道具に一定の加重

図-4 旭川下流域の概要(Google Earth)

図-5 人工産卵場造成の作業風景(兵団地区，2020）-3，図-4）．平常時，この地区の河川流況は上流の旭川
ダム（河口から約 40km）からの放流量と，児島湾の潮位に概ね支配される．旭川には潮止め堰は存在せず，
また 10.0km より下流では河床勾配は 1/1000～1/700 程
度と小さいため，児島湾の塩水は潮位変動に伴って概
ね，後楽園周辺 8.5km から西川原 CCTV 設置点 10.0kmまで遡上する．
また，
潮位変動に伴う水位変化は10.3kmにある JR 高架下まで及ぶ．兵団地区では干潮時において，調査箇所 2, 5 は早瀬，4 は平瀬，また 3 では早瀬と平瀬が存在する（後述の図-9 参照）．また，8.8km の後楽園周辺には淵があり，兵団地区一帯でアユの産卵に適した瀬・淵構造が存在する．
兵団地区では岡山県水産研究所が主体となり，2019
年 10 月 23 日と 2020 年 10 月 8 日にアユの人工産卵場が造成された（図-2，図-5）．2019 年度は 9.4km の 1
箇所で重機を投入し，大規模に浮き石河床を造成するとともに巨礫の除去や均し作業を行った．2020 年度は9.8km と 10.1km の計 2 箇所でエンジンポンプを併用しながら人力で浮石河床を造成した．なお，2020 年度の- 50 -

表-1 現地計測の諸元（定点ロガー計測，図-3）
計測項目
水位(T. P., m)
水温(℃)

計測器の名称
OYO 社，
S & DL mini
Model-4800
Onset 社，電気伝導率ロガー HOBO
24-002-C
Onset 社，溶存酸素(DO)ロガーHOBO
U26-001

塩分(PSU)
溶存酸素(mg/L)

計測期間
2020.10.2～
2020.11.30
2020.10.2～
2020.11.30
2020.10.2～
2020.11.30

表-2 現地計測の諸元（踏査による定点計測，図-3）
計測項目

計測器の名称水深(m)標尺

流速(m/s)ケネック社，
電磁流速計 EV10

計測期間
干潮時, 日没後(2020)
干潮時, 日中(2019)
干潮時, 日没後(2020)
干潮時, 日中(2019)

図-6 水質の縦断計測地点 (地点 1 は河口より 7.6km)
3530

計測器の名称

塩分(PSU)
溶存酸素(mg/L)
濁度(FTU)JFE アドバン
テック社，
Infity-ACTW

⽔温(℃)

計測項目

計測時期
2020.10.2
2020.10.16
2020.10.30
各日の満潮，干潮

10/21

10/31

2008〜2018平均

20
15
10
0
9/1

9/11

9/21

10/1

10/11

11/10

11/20

11/30

⽇付

図-7 日中平均水温の日変化
250

計測時期

2008〜2018平均

200

2020.12.14の満潮，干潮流量(m³/s)

計測器の名称
JFE アドバン
テック社，
Infity-ACTW

2019

5

表-4 現地計測の諸元（漁船による集中観測，図-6）
計測項目
塩分(PSU)
溶存酸素(mg/L)
濁度(FTU)

2020

25

表-3 現地計測の諸元（ボートによる集中観測，図-3）

2018

2019

2020

150
100
50

をかけて，河床に数回，突き刺してその貫入深の平均値から河床の軟度を簡易に定量化した．また，対象河床で 1 辺 50cm の検査域を設け，深さ 10cm に含まれる河床底質を採取し，ふるい分け試験から粒度を得た．

0
10/1

10/11

10/21

10/31

11/10

11/20

11/30

日付

図-8 日平均流量の日変化
着卵が確認された．また，自然産卵場を含む調査箇所
3では2020年度の人工産卵場造成により産卵範囲が広がった可能性が示唆される．一方，調査箇所4と5では産着卵は確認されなかった．なお，図-9に示した日付
以外も現地調査を行ったが，アユの産卵は確認されていない．また，2020年の11/20の調査では卵に発眼が確認されており，実際の産卵はこの1週間程度前と考えられる．

4. 調査結果と考察
4.1 流量と水温の日変化
図-7 には対象期間の 10.4km 地点の水温の日変化を示した．参考として，近年 2 年間と過去 10 年間の平均値を併示した．アユの産卵は水温が 20℃になると始まり，15℃くらいまでが適温と言われる．そのため，兵団地区では 10 月中旬頃から 11 月中旬頃までが産卵に適した期間と言える．また，図-8 には対象期間の兵団
地区の河川流量の日変化を示した．参考として，近年2 年間と過去 10 年間の平均値を併示した．産卵期の流量は概ね 20m3/s～40m3/s 程度である．10 月には台風や前線の影響で流量は 100 m3/s 程度に達することもある
が，これがアユの河川降下を早めるとも言われる．

4.3 水理特性値
図-10には10/2～11/20における調査箇所4でのロガ
ー水深と，河川流量および河口潮位（三蟠）の時間変動を示した．図-11には同期間における各調査地点でのロガー水深と河口潮位の関係を示した．上流の調査
箇所4では水位は流量変動と相関があり，潮位がかな
り高く流量が小さい場合にのみ潮位は水位に影響を与える．また，下流側の箇所になるほど，水深変動は潮位との相関が高くなり，調査箇所1では概ね水位は潮位に支配される．なお，調査箇所2～4でデータにバラツキがみられる箇所は出水の影響を受け，水深と潮位に相関がない状況を示している．

4.2 産卵床の分布
図-9には2019年と2020年に実施した産卵床調査箇所と，実際に目視で産着卵を面的に確認した河床の範囲を示した．2019年人工産卵場である調査箇所1ではいずれの年でも産着卵は確認されていない．自然産卵場を含む調査箇所2では人工産卵場の造成箇所以外でも，産- 51 -

図-9 産卵床目視調査の対象箇所 1~5 と結果の概要（日付は調査日．曲線で囲まれた範囲で産着卵を確認）
三蟠潮位

2.5

⽔深

300

200

250

180

200

160

兵団流量

2.0
150

1.0
0.5

100

0.0
50

-0.5
-1.0

0
10/2

10/12

10/22

11/1

20
0
0

調査箇所4

⽔深 (m)

1.5
1.0
0.5
-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

20

40

60
水深 (cm)

80

100

120

図-12 調査箇所での水深と流速の値（現地調査）

2.0

-1.5

選好値0

80

40

2.5

0.0

選好値1

60

11/11

調査箇所3

調査箇所4 (2019 ⽇中)

調査箇所3 (2020 ⽇没後)100

図-10 調査箇所4での水深と河川流量
および河口潮位(三蟠，図-4)の時間変動
調査箇所2

調査箇所2 (2019 ⽇中)

調査箇所3 (2019 ⽇中)

120

⽇付

調査箇所1

調査箇所1 (2019 ⽇中)140
流速 (cm/s)

1.5

流量 (m³/s)

潮位 (T.P. m)，⽔深 (m)

3.0

2.0

潮位 (T.P. m)

図-11 各調査箇所での水深と河口潮位の関係(2020)
図-12には干潮時に調査箇所1～4で計測した水深と流速の値を示した（表-2）．図中には既往研究5)で提案されたアユの産卵場の物理環境に対する選好曲線を参考に，選好値1と選好値0の範囲を示した．例えば，選好値1は最も良好な条件を意味する．本研究で得られた結果から，調査箇所1は全く適正な範囲に無い．また，その他の箇所は地点の半分程度が適正な範囲にあることがわかる．図-11の結果を踏まえると，調査箇所3と4は概ね河川流量で流況が定まるため，産卵に適した環
境は整っていると言える．一方，調査箇所2では潮位がその平均値より低い場合には産卵場として適しており，調査箇所1は概ね適していない環境と考えられる．
河川流量が少し増える場合には水深は正比例で増える
ため，適正傾向に変化はないものと思われる．
4.4 水質特性値（塩分，溶存酸素および濁度）
図-13には10/16の満潮時と干潮時に図-3に示す地点- 52 -

でボートを利用して計測した，塩分と溶存酸素(DO)の縦断鉛直分布を示した．塩分は0～30PSU，溶存酸素は0～10mg/Lの範囲で示した．なお，同時期の瀬戸内海での塩分値は約30PSU，旭川河口の表層水の塩分値は約20PSU，またこの時期の水温に対して，DOの飽和値は9mg/L程度である．図より，塩分は弱混合型の流動形式
で潮位変動に合わせて遡上と後退を行い，塩水楔の先端以外では約20PSU程度の値を保っている．また，楔先端は調査箇所2付近まで到達している．一方，溶存酸
素濃度の挙動は塩水の遡上と同期しており，満潮時ではNo.15(後楽園)周辺の深水部の貧酸素水塊(< 5mg/L)が拡散しながら遡上し，調査箇所1付近では5mg/L程
度，調査箇所2付近では8mg/L程度まで溶存酸素濃度を下げることがわかる．なお，濁度に関しては図化していないが，3～5度(FTU)程度の値であり，アユの産卵や生息にほぼ影響のない範囲であった．
図-14には12/14の満潮時に図-6に示す地点で漁船を利用して計測した，塩分と溶存酸素(DO)の縦断鉛直分布を示した．上流からの河川淡水は地点6付近より下流
では無くなり，塩水と混合状態にある．また，貧酸素
水塊は確認されない．なお，計測日12/14の夜，後楽園周辺の深水部で水質を計測したところ，貧酸素水塊は確認されなかった．そのため，旭川下流での貧酸素水塊は季節要因により形成される可能性が示唆される．
図-15には調査箇所1, 2, 3における固定点での塩分の図-13 10/16の塩分(描画範囲:0～30)と溶存酸素(描画範囲:0～10)の縦断鉛直分布（上: 満潮，下:干潮，図-3参照）

10⽉16⽇

300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150

溶存酸素 (mg/L)

三蟠潮位

10⽉23⽇

10⽉2⽇

10⽉2⽇

10⽉9⽇

兵団流量

10⽉16⽇三蟠潮位

10⽉23⽇

10⽉2⽇

塩分

10⽉9⽇

兵団流量

10⽉16⽇

三蟠潮位

300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150

27.0
24.0
21.0
18.0
15.0
12.0
9.0
6.0
3.0
0.0
10⽉2⽇

10⽉9⽇

兵団流量

10⽉16⽇

三蟠潮位

300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150

300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150

10⽉23⽇

溶存酸素

10⽉9⽇

兵団流量

10⽉16⽇三蟠潮位

10⽉23⽇⽇付

流量 (m³/s), 潮位 (T.P. cm)

塩分 (PSU)

⽇付

27.0
24.0
21.0
18.0
15.0
12.0
9.0
6.0
3.0
0.0

溶存酸素

⽇付

溶存酸素 (mg/L)

塩分

300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150

流量 (m³/s), 潮位 (T.P. cm)

塩分 (PSU)

⽇付

27.0
24.0
21.0
18.0
15.0
12.0
9.0
6.0
3.0
0.0

27.0
24.0
21.0
18.0
15.0
12.0
9.0
6.0
3.0
0.0

流量 (m³/s), 潮位 (T.P. cm)

10⽉9⽇

兵団流量

流量 (m³/s), 潮位 (T.P. cm)

10⽉2⽇

塩分

流量 (m³/s), 潮位 (T.P. cm)

塩分 (PSU)図-14 12/14の塩分(描画範囲:0～30)と溶存酸素(描画範囲:0～10)の縦断鉛直分布（満潮時，図-6参照）
27.0
24.0
21.0
18.0
15.0
12.0
9.0
6.0
3.0
0.0

図-16 固定点での塩分の時間変動（10月2日～10月25日，上：調査箇所1，下：調査箇所2）

10⽉23⽇

⽇付

図-15 固定点での塩分の時間変動（10月2日～10月25日，上：調査箇所1，中：調査箇所2，下：調査箇所3）
時間変動を示した．参考のため，河川流量と河口潮位も併せて示した．調査期間中，10月下旬の出水により，調査箇所2では10cm程度の河床変動が生じた関係でセンサーに異常値が見られたため，表示期間は10月2日～
10月25日に限定する．調査箇所1では出水期間を除いて，潮位と塩分は正の相関を示し，最高で21PSU程度の比較的高い値を示す．一方，調査箇所2では同様の- 53 -

正の相関が見られるが，流量が多いとピーク値は10PSU程度の大きさに留まる．また，調査箇所3では塩分の遡上は観察されない．つまり，上流になるほど塩分は低く，塩水フロントは調査箇所2と3あたりに存在
して，潮位と河川流量のバランスによってその位置が前後するものと考えられる．
図-16には溶存酸素に関して図-15と同様の図を示した．調査箇所1, 2では共に潮位と溶存酸素は負の相関を示し，流量によって飽和値程度まで上昇する．先の縦断観測の結果と併せて考えると，潮位による塩分の挙動と同様の現象が溶存酸素に対しても観察できたものと考えられる．

粗礫(37.5〜53mm)

中礫(19〜37.5mm)

砂礫(4.75〜19mm)

砂(2〜4.75mm)

砂泥(〜2mm)

63.6%

76.1%

14
12

46.4%
65.4%

83.0%

90.2%

74.8%

貫⼊深 (cm)

100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%

丸⽯(53mm〜)

10
8
6
4
2
0

図-17 粒径分布(2020年度の調査結果)

図-18 河床軟度(2020年度の調査結果)
卵場造成箇所）では塩水遡上のため水質や水理特性がアユの産卵場として適しておらず，また河川流は停滞するため，河床材の細粒分が河床に沈殿する傾向にあり，このことも産卵場の適正を欠く原因と考えられた．一方，河川流量が平年並みの 20～50m3/s において調査箇所 2 より上流の調査箇所 3 の瀬では塩水遡上の影
響をほぼ受けず，水理，水質，河床材の観点からアユの産卵に適した場が形成されており，人工産卵場造成はこの周辺で早瀬を拡張することが望ましいと提案できる．
調査では作業者の安全確保のため，全ての流況条件で計測はできない．そこで，今後は塩水遡上の数値解析を
交え，流量や潮位条件を系統的に変化させ，適正な産卵場環境がどの範囲に存在するかを精査する考えである．

4.5 河床材料特性
図-17 には各調査箇所での河床サンプルの粒度分布を示した．粒径階は既往研究 3)に倣って分類した．黒枠で囲んだ成分はアユの産卵に適した砂礫(5～50mm)を示す 1)．産卵調査時に卵が付着した礫の径は，概ねその程度であった．自然産卵場や人工産卵場(造成後や処理後)では，比較的，産卵に適した砂礫が多く占める
ことがわかる．
一方，図-18 には各調査箇所での河床の貫入深を示した．人工産卵場(造成前)に比べて，自然産卵場や人工産卵場(造成後，処理後)では貫入深が大きくなり，
相対的に河床軟度は好適な状況となることがわかる．
また，これは現地踏査での定性的な結果（足を踏み入れると，ザクザクと音がする）と一致した．

参考文献
5. まとめ本研究では旭川の感潮区間にある兵団地区でのアユの産卵場の物理環境に与える潮汐の影響について現地調査を行った．得られた知見を以下に纏める．
(1) 水温の経年変化の調査結果から，産卵時期は概ね
10 月中旬から 11 月中旬頃と推定される．
(2) 2019 年と 2020 年の結果から，本調査箇所 5 つのうち，最下流の調査箇所 1（平瀬）と，上流の箇所 4（平瀬）と 5（早瀬）では産卵が確認されなかったが，箇所 2（早瀬）と 3（早瀬，平瀬）で産卵が確認された．
(3) 調査が可能な干潮時の水深と流速に関する調査結果から，調査箇所 2 と 3 では流況は産卵に適した範囲にある 5)が，調査箇所 1 は適正ではないと考えられる．
(4) 河床材料と河床軟度の調査結果から，調査箇所 1よりも調査箇所 2 や 3 の方がより産卵に適した範囲 1)にあった．
(5) 水質に関する調査結果から，調査箇所 1 は塩水侵入を頻繁に受け，また，秋季にはさらに下流の後楽園
周辺の深場の貧酸素水塊が遡上する範囲にあった．一方，上流の調査箇所 2 ではその程度がかなり弱まり，
調査箇所 3 ではほぼ河川淡水の流れであった．
以上の調査結果より，調査箇所 1（2019 年の人工産- 54 -

1) 高橋勇夫：天然アユが育つ川，築地書館，2009.
2) 吉田ら：ALB 計測データを用いた流況解析に基づく旭川下流部におけるアユの産卵場の物理環境評
価，土木学会論文集 B1(水工学), 74(5), 421-426, 2018.
3) 吉田ら：環境 DNA 分析と物理環境調査による旭川下流部におけるアユの産卵可能性の検討，土木学会
論文集 B1(水工学) , 75(4), 529-534, 2019.
4) 鬼束ら：アユの産卵および生息に適した水理環境に関する検討，水工学論文集，48, 1549-1554, 2005.
5) 福井ら：PHABSIM によるアユ産卵環境評価法の検証および改善策の提案，土木学会論文集 B1(水工学), 72(4), 1003-1008, 2016.
謝辞：本研究を遂行するにあたり，研究助成を賜りました公益財団法人 ウエスコ学術振興財団に深謝いた
します．国土交通省岡山河川事務所からは貴重なデー
タを提供頂きました．岡山県水産研究所の山下研究員には水質調査等でご協力頂きました．また，産卵床調
査では笹田直樹氏をはじめ，株式会社ウエスコの皆様にはご尽力頂きました．さらに本学大学院生の足立真綾さんと学部生の岩井優作くんには調査や結果整理で協力頂きました．ここに記して謝意を示します．

中小河川における洪水氾濫解析の高度化に関する研究
岡山大学 学術研究院環境生命科学学域
赤穗 良輔
岡山県砂川流域を対象として，観測データおよび測量データが不足している中小河川における洪水氾濫流解析の高度化に向けた現地測量および数値実験を行った．砂川堤防決壊箇所近辺の標点データより線形内挿した堤
防天端高データを用いると天端高が過大評価される可能性のある範囲を対象に RTK-GPS を用いた高解像度の測量を実施した．その結果，最大で約 50cm の堤防天端高の過大評価される地点が確認された．超過洪水を想定した数値実験より，氾濫域の推定への影響を検討した結果，越流箇所および越流時刻が標点データのみを利用した場合に安全側に反映される危険性が示唆され，中小河川の堤防天端高の詳細なモニタリングの重要性が再確認された．さらに，堤内地の畦道のような微高地による湛水効果について数値実験より検討したところ，破堤を伴わない越流氾濫において，その効果が顕著に表れることが明らかとなり，今後流域治水へ向けた洪水氾
濫解析を行う上で，畦道の取り扱い方法について，耕地面積を過小評価しない線要素で導入することが有効であることが示された．

１．序論

解析については，汎用的な氾濫解析モデルを適用

近年，我が国では地球温暖化に起因すると考えするのが困難であり，研究例は非常に少ない．申られる豪雨災害が多発しており，2018 年 7 月には請者らは，このような本川および支川における洪西日本豪雨災害，2019 年 10 月の令和元年東日本

水流および堤内地における氾濫流へ柔軟に適用で台風にともなう記録的な大雨により，広範囲に渡きるモデル構築をこれまで行ってきており，さらって甚大な被害が発生した．本災害では観測デーに実災害への適用を行ってきている．

タが少ない県管理の中小河川が数多く決壊し，被以上の背景より，観測データの少ない中小河川に害が拡大している．また，岡山県でも，西日本豪おける被災リスクの検討はまだ十分行うことができ

雨により高梁川および小田川の合流部付近で，小ていない．本研究では高精度氾濫解析モデルを用い

田川及び県管理の３支川（末政川，高馬川，真谷て，中小河川における被災リスクの検討を行うため川）の堤防が決壊し，倉敷市真備町では甚大な浸に必要な河道の物理情報について実河川における再水被害が発生している．これらの堤防決壊箇所

現計算より検討を行うことを目的とする．

は，周囲の堤防よりも天端高がやや低くなってお本研究では，観測データの少ない中小河川におけり，地域住民によって撮影された動画等から，越る被災予測に向けた河道の物理情報取得および流況

水に伴う破堤が主要因であると考えられている．

解析への適用性について検討について，西日本豪雨

これまでの当該分野の研究では，計画流量に対により堤防決壊を伴う浸水被害が発生した岡山県砂する河道の流下安全性の検討，氾濫解析を用いた川を対象として，1)RTK-GPS による堤防天端高およ浸水シミュレーション等が行われており，近年のび堤外地の測量データを利用した計算条件の作成，豪雨災害に関する研究も進められている．ただ

2)上流端境界条件の設定方法の検討を 2018 年 7 月

し，倉敷市真備町で発生したような複数個所から洪水の再現計算に基づき行う．さらに，堤防越流リの決壊に関する検討，特に今次災害で決壊した高スク箇所について，空間分布の時間変化を把握する

馬川や末政川のような支川を含んだ包括的な氾濫とともに，堤防天端高および堤外地の地形データの- 55 -

利用方法による解析結果への影響を定量的に評価し，砂川の左右岸堤防天端高を RTK-GPS を用いて，20m

現状の解析条件の問題点と，今後の中小河川流域に間隔で測量を行った．測量結果を 200m 毎の標点デおけるソフト対策に向けた解析方法の検討を行う．

ータと合わせて図-3 に示す．左右岸ともに標点デー
タを用いて堤防天端高の空間内挿した場合，数十 cm

２．現地測量過大となることが明らかとなり，左岸側では最大(1)研究対象領域の概要

30cm 程度，右岸側では最大 50cm 程度の差が生じて2018 年 7 月西日本豪雨では，岡山市でも断続的にいることが確認できる．

非常に激しい雨が降り，降り始めからの 24h 雨量は
平成 23 年台風 12 号に次ぐ観測史上第 2 位の 197mm（岡山気象台），48h 雨量は観測史上最高の 306.5mm（岡山観測上）を記録した．同月 5 日から 7 日にかけて岡山県の砂川流域内にも大雨が降り，7 日 2:00
頃に岡山市東区平島・南古都地区にて越水・浸透により破堤し，浸水被害が発生した．浸水面積 750ha，
床上浸水 1393 戸，床下浸水 853 戸の甚大な被害が

畦道
測量範囲

堤防天端高
測量範囲

生じた．本研究の対象領域の概略図を図-1 に示す．

瀬戸観測所（14.2KP）

堤防決壊箇所（11.2KP）

2018年7月豪雨時
堤防結果箇所

図-2 測量範囲の概略図(Google Map)
上道観測所（9.8KP）14（a）左岸堤防

13

秋芳川

12

堤防天端高(T.P.m)

百間川

秋芳川合流地点
吉井川

11
10
9

8

RTK-GPS測量データ

7

標点測量データ

6

百間川合流地点（0.0KP）

10

浸水範囲

図-1 対象領域の概略図(Google Map)

10.5

11
11.5
12
12.5
百間川合流点からの縦断距離(km)

13

13.5

14

14

（b）右岸堤防

13(2)砂川堤防天端高の現地測量
本研究では，河川洪水流と氾濫流を同時に解析する包括型洪水氾濫解析で用いる堤防天端高について，

堤防天端高(T.P.m)

12
11
10

9
8

RTK-GPS測量データ

7

標点データを用いた場合と，より詳細な測量データ

標点測量データ610に基づく堤防天端高を用いた場合の，氾濫解析結果

10.5

11

11.5

12

12.5

13

13.5

百間川合流点からの縦断距離(km)への影響を検討するため，現地測量を行った．

図-3 砂川堤防天端高の縦断分布

図-2 に現地測量範囲を示す．赤線で示した範囲の- 56 -

14

(3)畦道と耕地の地盤高の現地測量
本研究では，堤内地の氾濫解析を行う上で，畦道

瀬戸観測所（14.2KP）
上流端境界の地盤高再現性による氾濫流への影響を検討するた

Ｚ（ｍ）
地盤高(T.P.m）

めに，図の橙線で示した堤防決壊箇所の下流側に位置する畦道について，畦道と耕地の地盤高を縦断的に測量した．
紙面の都合上，
測量結果は省略するが，
数値標高データを用いた場合，畦道の標高は平均して約 30cm 過小となっていることが明らかとなり，
また畦道の連続性についても表現できていないことが確認できた．

３．解析の概要

瀬戸観測所（14.2KP）
下流端境界(1)解析モデル
著者らが開発した包括型洪水氾濫流解析モデル 1)

図-4 計算領域および地盤高コンターを用いた．本モデルでは，河道および堤内地を含む全域を三角形格子で分割し，平面二次元浅水流方程した．さらに，砂川左岸側を流下する秋芳川は，簡式を基礎式として，洪水流，堤防からの越流による

易的に矩形断面，幅一定の水路として表現した．

浸水，堤防決壊箇所からの流入，建物を含む堤内地

堤内地の粗度係数は，前述のように建物の影響をにおける氾濫流を同一モデルで包括的に取り扱う．

半透過壁で考慮していることから一律で 0.03 とし，なお，紙面の都合上，詳細は文献 1)を参照いただき

河道内の粗度係数については，災害発生以前の航空

たい．

写真の植生繁茂状況および上道観測所の水位データとの整合性，氾濫痕跡値の再現性を考慮した試行計
算より，上流端より上道水位観測所までを 0.05，秋(2)解析領域と解析メッシュ

芳川合流地点までを 0.04，百間川合流地点までを

解析領域を図-4 に示す．砂川の上流端を瀬戸観測

0.03 とした（各位置は図-1 参照）．

所(14.2km)，下流端を百間川との合流地点(0.0km)とした．また，堤内地は現地調査より推定された氾濫

砂川の上流端境界条件について，本研究で検討す域を含むように設定した．建物の取り扱い方法としる流量は，
H-Q 式の適用水位の範囲外の規模となる．

て，国土地理院の基盤地図情報の建築物の外周線デ

そこで，瀬戸観測所の上流側がほぼ一定勾配かつ幅ータより作成したポリゴン（建物ポリゴン）を作成

一定の区間となっている点を考慮し，水位ハイドロ

し，建物を含有する計算格子に半透過壁境界条件をデータが等流水深となる流量を与えることとした．

与えることで，建物内への浸水量を考慮させている．

一方，下流端境界条件については，百間川河道内の計算格子サイズは全域で約 10m と設定し，計算格子

洪水流解析を別途行い，合流地点における解析水位

数は 352,135 個である．

を与えることとした．
観測データの乏しい中小河川において，洪水流解
析を行う際の上下流端に与える水理量の推定は大き(3)解析条件
堤内地の地盤高データは，国土地理院の数値標高な課題の一つであり，特に越流・破堤を伴う場合，データ(5m メッシュ)を平均内挿した．また，砂川河本研究で用いた包括型洪水氾濫解析流による試行計

道内の地盤高データは，200m 毎の横断測量データ

算に基づく推定方法については，今後さらに研究を

より線形内挿して作成し，砂川の堤防天端高につい進めていく必要があると考えられる．

ては，200m ごとの標点データを線形内挿して作成- 57 -

４．2018 年 7 月出水の再現計算

挿，(b)20m 毎の RTK-GPS による測量データより内(1)解析条件の概要

挿，(c)20m 毎の RTK-GPS による測量データを 200m
毎に平均内挿した 3 種類のケースについて検討した．

上流端境界条件および下流端境界条件を図-5 に示す．計算期間は 7/6 12:00 から 7/8 0:00 とした．なお，同期間の cx 合成雨量を用いて RRI モデルによ地盤高(T.P.m）って得られたピーク流量と同規模となるよう粗度条件を試行計算より設定した．
また，破堤条件として，
7/7 1:00～1:30 の期間に堤防天端高を災害後に得られた測量データの地盤高となるように設定した．
堤防決壊箇所（11.2KP）

300(a)上流端流量

流量(m3/s)

250

浸水痕跡の調査位置

200

図-6 浸水痕跡の調査位置

150
100

1.8

50

1.6

0
7/6 12:00

1.4
7/7 00:00

7/7 12:00

7/8 00:00

計算値(m)

時刻

2.5(b)下流端水位
水位(T.P.m)

2

1.2
1
0.8
0.6

1.5

0.4

1

0.2
0

0.5
0
7/6 12:00

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
痕跡値(m)
7/7 0:00

7/7 12:00

7/8 0:00

時刻

図-7 浸水痕跡と解析最大浸水深の比較

図-5 境界条件

次に，堤内地の畦道の取り扱い方法の検討を行う．
堤防天端高は全てケース(b)の方法を採用し，畦道の(2)解析結果および考察
図-6 に示す地点で得られた浸水痕跡値と各地点通過する三角形格子の地盤高を 0.3m 嵩上げするケにおける解析最大水深との比較を図-7 に示す．解析ース(d)と，畦道を通過する三角形格子の辺に隣接す

最大水深は，浸水痕跡値と比較しやや過大となってる三角形要素の地盤高を 30cm 嵩上げした小堤防といるものの高い再現性が確認できる．したがって，し，本間の越流公式より得られる越流量を連続式の本研究で与えた地盤高データ，粗度データ，上下流

数値流束として与えることで畦道の効果を考慮した端境界条件については，ある程度妥当であると考えケース(e)について検討した．
なお，前章の結果より，境界条件と粗度条件およられる．

び建物の取り扱い方法は，超過洪水を検討する上で５．数値実験による堤防越流リスクの検討

妥当な設定であると考えられるため，本章の解析で(1)解析条件の概要

はこれらの条件は変化させず，破堤条件のみ排除して解析を行うこととした．

本章では，超過洪水を対象とした洪水氾濫解析において，堤防天端高の再現性および堤内地の畦道の(2)解析結果および考察

再現性による氾濫流況への影響を検討する．初めにケース(a),(b),(c),(d),(e)の浸水深の時間変化を図-8

堤防天端高を(a)200m 毎の堤防天端高データより内- 58 -

ケース(a)

水深(m)7/7 0:00

7/7 1:00

7/7 2:00

7/7 3:00

7/7 4:00

ケース(b)

7/7 0:00

水深(m)7/7 1:00

7/7 2:00

7/7 3:00

7/7 4:00

ケース(c)

7/7 0:00

水深(m)7/7 1:00

7/7 2:00

7/7 3:00

7/7 4:00

水深(m)

ケース(d)

7/7 0:00

7/7 1:00

7/7 2:00

7/7 3:00

7/7 4:00
水深(m)

ケース(e)

7/7 0:00

7/7 1:00

7/7 2:00

7/7 3:00

7/7 4:00

図-8 浸水深の時間変化
る差異は，50cm 程度でも大きく影響することが明らに示す．
ケース(a)では，砂川右岸側への越流はほとんど発かとなった．

生していない一方，ケース(b),(c)では，右岸側での浸今回の解析では越流に伴う破堤を考慮していない水が発生している．また，(b)では 1:00 の時点で浸水ため，越流水深が過大となり浸水域への影響が大き域が広がり始めている一方，(c)は 2:00 ごろより浸水く評価される可能性はあるものの，越流水深 20cm

域が広がり始めていることが確認できる．右岸越流

程度は実際に生じうると考えられ，氾濫危険性の高箇所の水位の時間変化を抽出すると図-9 のようにい中小河川における堤防天端高の標高データのモニなり，堤防天端高に用いる内挿データの再現性によ

タリングの重要性が再確認される結果となった．近- 59 -

場合，このような畦道による湛水効果は無視できな

堤防天端高、水位(T.P.m)

8.9

いと考えられる．

8.7
8.5

現在，各河川事務所で検討が進められている流域

8.3

治水計画を策定する上で，このような畦道の地盤高8.1
水位
ケース(a)
ケース(b)
ケース(c)

7.9
7.7
7.5
7/6 21:00

7/7 0:00
時刻を考慮に入れた氾濫流解析は，治水効果の検討や氾濫域の推定に有効な方法であると考えられ，今後さ

7/7 3:00

7/7 6:00

らに検討を進める必要がある．

図-9 右岸越流箇所の堤防天端高と水位時間変化

５．まとめ

浸水面積(m2)

600000岡山県砂川流域を対象として，観測データおよび(a)右岸側堤内地

500000

測量データが不足している中小河川における洪水氾

400000濫流解析の高度化について検討を行った．以下，本300000研究で得られた知見を示す．

200000(a) 中小河川の洪水流解析において，特に越流・破ケース(b)
ケース(d)
ケース(e)

1000000
7/7 0:00

7/7 1:30

7/7 3:00

7/7 4:30

7/7 6:00

7/7 7:30

堤を伴う場合，包括型洪水氾濫解析流による試
行計算に基づく上下流端の水理量設定は一つの7/7 9:00

時刻

有効な手法であることが示された．

600000浸水面積(m2)(b)左岸側堤内地
500000(b) 堤防天端高の設定は，解析より得られる推定氾

400000濫範囲に大きな影響を及ぼすことが明らかとな

300000り，
現在の 200m 毎の標点データのみを用いた場

2000000
7/7 0:00

合，過小評価になる危険性が示唆された．

ケース(b)
ケース(d)
ケース(e)

100000

7/7 1:30

7/7 3:00

7/7 4:30
時刻

7/7 6:00

7/7 7:30(c) 堤内地の畦道による湛水効果は，破堤を伴わない越流浸水発生時の浸水範囲予測に大きく影響

7/7 9:00

し，今後の流域治水計画を検討する上で，モニ

図-10 堤内地浸水域面積の時間変化

タリング方法を含め解析への利用方法を検討する重要性が示された．

年開発が進められているドローンを用いたレーザー
測量等，より簡易かつ連続的な解像度の高いモニタ

謝辞：本研究を遂行する上で，岡山河川事務所およびリング方法の導入が必要であると考えられる．

岡山県土木部より貴重なデータをご提供いただいた．

次に，畦道の再現性について，図-8 および図-10

ここに記して謝意を表する．

に示すケース(b), (d), (e)の浸水範囲面積の時間変化より検討する．簡易的に地盤高を嵩上げするケース

参考文献(d)は左右岸側氾濫域ともに，ケース(b)と比べ大きく

1) 前野詩朗，赤穗良輔，二瓶泰雄，赤松良久，吉田圭

なっている．これは，畦道の幅を考慮せず地盤高を

介，2018 年豪雨による倉敷市真備地区の被災状況嵩上げしたため，耕作地の面積が減少するとともに，各耕作地での湛水量が低下するので，耕作地での水と包括型氾濫解析モデルによる氾濫シナリオの検討，
土木学会論文集B1(水工学),Vol.75,No.1,387-402,

位が上昇し，結果として浸水範囲が過大評価される

2019.

可能性があることが示されている．一方，耕作地の2) 国土地理院，基盤地図情報ダウンロードサービス，面積が減少しないケース(e)では，特に浸水範囲が広(2020 年 7 月閲覧)

い左岸側で顕著な差異が確認できる．すなわち，破堤を伴わない薄い氾濫流が堤内地を流下する状況の- 60 -

疎水性地盤材料の盛土斜面への適用とその大量作製方法の提案
岡山大学大学院 環境生命科学研究科
金 秉洙
近年，豪雨時の雨水の浸透・侵食により河川堤防崩壊などの地盤災害が頻繁に発生している。その解決策の一つとして，盛土や河川堤防の斜面部分に水をはじく性質を持つ疎水性地盤材料（疎水材）を用いて降雨浸透を防ぎ，地盤災害の発生を抑制することが考えられる。しかし，実際に疎水材を斜面に適用するにあたって，層厚や乾燥密度といった具体的な適用方法は明らかとなっていない。また，現場適用のための大量の疎水材の作成方法についても議論が必要である。よって，本研究では疎水材の斜面への適用性の把握を目指して，疎水材をシラン処理により作製し，水浸入水頭試験によりその遮水性能を評価した。また，室内盛土模型実験により実際の堤防の斜面部分への疎水材の適用性について検討した。

１．はじめに評価した。そして，水浸入水頭試験で得られた結果を

近年，豪雨時の雨水の浸透・侵食により土砂災害が踏まえて室内盛土模型実験を行い，降雨強度，層厚，多発し，社会的に大きな問題となっている。集中豪雨

混合率を変化させながら，盛土斜面への降雨浸透の有による洪水や堤防の破堤，斜面崩壊といった災害は甚無を確認し，疎水性地盤材料の盛土斜面への適用性を大な被害をもたらすため，その防止と軽減は我々国民検討した。

にとって重要な課題である。土砂災害が発生する要因
として，降雨浸透が挙げられ，降雨時に雨水が斜面内

２．疎水性地盤材料の作製

部に浸透することで土の抵抗力が弱まり，河川堤防崩

２.１ 疎水性地盤材料の概要

壊や山の斜面崩壊につながる。そのため，対策として，疎水性地盤材料は，一般的な地盤材料が持つ表面と土構造物の斜面に遮水性の高い材料を用いることで斜間隙に水を容易に吸収させる親水的性質と異なり，表面内部への水の浸透を抑え，斜面崩壊を防ぐことがで面に水を排斥する性質を持つ（図-1）。一般的に，親水きると考えられる。そこで，本研究では，降雨浸透に性砂はメニスカスが多く発生しているのに対し，疎水

対して優れた遮水機能を持つ疎水性地盤材料に注目し性砂は水を反発して水玉になって付着している。このた。一般的な地盤材料は粒子表面と間隙に水を容易にように親水性砂と疎水性砂では水を排斥する機能が大吸収する親水性を持つが，疎水性地盤材料は粒子表面きく異なる。疎水性地盤材料には，自然由来のものとが水を排斥し，水をはじく性質を持つ。地盤内に降雨

シラン溶液などの疎水化剤を用いることで人工的に作浸透をさせない方法として，コンクリート構造物や遮製されたものが存在する。自然由来の疎水性地盤材料

水シートなどが従来用いられているが，これらは自然

は，自然状態の親水性を持つ土に，動植物の腐食によ

環境に悪影響をもたらす可能性がある。一方，疎水性

る有機汚染物質の生成，山火事のような自然災害，原

地盤材料は自然の土から作られるため環境負荷が小さ

油やオイル流出のような環境汚染事故，環境の復元過く，表層部の強化対策として有用であると考えられる。

程などの現象が起こることによって発生する。しかし，

本研究では疎水性地盤材料の遮水特性の評価，実際

自然的，もしくは事故によって生成される疎水性地盤の施工現場での疎水性地盤材料の適用性の評価を目的

材料は，物理・化学的性質が均質に分布し難い。そことして研究を行った。評価方法として，まず，水浸入で，本研究では，自然由来に比べて大量かつ均質に作水頭試験を用いて乾燥密度，平均粒径，表面の状態，製するため，自然状態の土に疎水化処理を行い，人工層厚，混合率の観点から疎水性地盤材料の遮水特性を的に疎水性地盤材料を作製した。

- 61 -

Silanization process

Wettable Soil

Chemical reaction!

+

Soak in Silane solution
for 72hr

Silane - solution

図-1 水を表面で排斥する疎水性豊浦砂110～120℃

Water repellent Soil

２.２ 疎水性地盤材料の作製方法
本研究では，疎水性地盤材料を作製する方法として，Dried for 24hr

図-2 シラン処理（silanization process）

シラン処理（silanization process）を用いた (金ら, 2019a)。
表-1 シラン処理で用いた各材料の分量

シラン処理のために用いる溶液は，イソプロピルアル
コール(isopropyl alcohol)に n-オクチルトリエトキシシ

イソプロピルア
ルコール (ml)n-オクチルトリエト
キシシラン (ml)

土試料 (g)ラン(n-octyltriethoxysilane)を 1%体積比で混合した弱い

495

5

500

粘性を持つ透明な液体で，溶媒に水を取るという点で
表-2 用いた試料の物理特性

経済性及び使用性でメリットを持つ。また，1%体積比
で水に混合するため，経済的な面でも確実な利点があ

2号

珪砂
3号 4号

5号

土粒子密度 (g/cm3)

2.64

2.64

2.64

2.64

2.64

最大乾燥密度(ρdmax)
3
(g/cm
)
最小乾燥密度(ρ
dmin)
3
(g/cm
)
)
最大間隙比(e
max

1.57
1.39

1.58
1.33

1.58
1.32

1.54
1.26

1.64
1.37

最小間隙比(emin)

0.91
0.68

0.98
0.67

1.01
0.67

1.10
0.71

0.93
0.61

相対密度(Dr) (%)

65.1

71.7

73.3

87.5

53.8

平均粒径(D50)
均等係数(Uc)
曲率係数(U’c)

2.9
1.19
1.07

1.3
1.40
1.03

0.82
1.80
1.06

0.48
1.39
0.98

0.17
1.63
0.97

項目

る。このシラン溶液は，有機ケイ素(organo-silicon)を水に溶かした化合物で疎水化処理を施し，非舗装路面，
アスファルト道路などに撥水処理をするために使用する製品であり，水溶性，科学的反応を誘導，また，Si-O-Si
シロキサン結合を形成し，シラノール基(silanol group)
をアルキルシロキサン(alkyl siloxane)に転換する特徴を持つ。このシラン処理により，地盤材料の表面を均質に疎水かされて純粋な疎水性地盤材料が作成されると豊浦砂考えられる。疎水性地盤材料の作製方法は以下のよう特性を評価した。水浸入水頭は，水が供試体の表層にである（参照：図-2）。

浸透した瞬間の水頭(hw)を指すものとして定義される。

① 洗浄等を行った綺麗な状態の試料を準備する。②

水浸入水頭試験では，アクリル円筒内に所定の乾燥密表-1 の混合体積比で n-オクチルトリエトキシシランを度で作製された供試体の表面に水を滴下し，浸透が始

イソプロピルアルコールに混合して混ぜる。③ 準備しまるまで水頭(hw)を上げ，浸透時の水頭を測定する。本たシラン溶液に試料を入れ，混ぜる。④ 混合させたも研究では，複合的に評価を行うため，Case 1: 乾燥密度，のを常温で計 72 時間置いて十分な化学反応ができる

Case 2: 層厚，Case 3: 混合率として計 3 つのケースにように放置する。⑤ その工程後，余分な溶液を除去し，分け，それぞれ試験条件に合わせて水浸入水頭試験を乾燥炉（110～120℃）に 24 時間入れて乾燥させて疎水実施した。

性地盤材料ができる。
3.2 試料の物理特性
3．水浸入水頭試験

本研究では，珪砂 2～5 号，そして豊浦砂を用いて3.1 概要WIH 試験を行った。表-2 に用いた試料の物理特性，図

水浸入水頭（water infiltration head, WIH）試験では，
珪砂 2～5 号，豊浦砂を用いて，疎水性地盤材料の遮水-3 に粒径加積曲線を示す。また，各試料は 50℃で乾燥させてから室温と平衡にした後，試験を実施した。

- 62 -

100

20

70
60
50
40

3

Silica No.2
Silica No.3
Silica No.4
Silica No.5
Toyoura sand

15

10

3

d=1.45(g/cm )3

d=1.50(g/cm )123

d=1.55(g/cm )

10
8
6
4

5

2

30

0
1.35

20

1.40

1.45

1.50

1.55

0
0.0

1.60

Dry density, d (g/cm3)

10

0.1

1

図-4 乾燥密度と水浸入
水頭の関係

10

Particle size (mm)

図-3 粒径加積曲線
Required thickness, Zrt (mm)Case 1 では，乾燥密度による水浸入水頭への影響を調べるため，乾燥密度を ρd=1.40g/cm ，1.45g/cm ，
3

3

1.50g/cm ，1.55g/cm の 4 通りに変化させ，高さ 5.0cm

4.0
3.5
3.0
2.5

Toyoura sand
Silica sand No.5
Silica sand No.4
Silica sand No.3
Silica sand No.2

2.0
1.5

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

すべての乾燥密度で，珪砂 2～5 号，豊浦砂の 5 つ試料

2.5

3.0

Toyoura sand
Silica sand No.5
Silica sand No.4
Silica sand No.3
Silica sand No.2

n=-2.06ln(D50)+4.3
2

R =0.99951
3.5

図-6 平均粒径と必要層厚の関係

粒径の違いによる水浸入水頭への影響を調べるため，

2.0

10

0
0.1

1

3.55mm10

Mean particle size, D50 (mm)Mean particle size, D50 (mm)

で供試体を作製し水浸入水頭を測定した。また，平均

1.5

15

4.5

1.0
0.0

3

1.0

図-5 平均粒径と水浸入水
頭の関係

5.0

3.3 Case 1：乾燥密度を変化させた場合

0.5

Mean particle size, D50 (mm)Required particle number, n

0
0.01

3

d=1.40(g/cm )14

Ave. WIH (cmH2O)

Passing percentage (%)

80

16

25
Silica sand No.2
Silica sand No.3
Silica sand No.4
Silica sand No.5
Toyoura sandAve. WIH (cmH2O)

90

図-7 平均粒径と必要な粒子の個数の関係が分かる。また，必要な粒子の個数は平均粒径の増加を用いて試験を行った。図-4 に示すように，いずれのに伴って減少する。さらに，いずれの試料も，層厚

試料も乾燥密度が増加すると水浸入水頭は増加するこ4.5mm 以下で十分な遮水機能を持った。よって，層厚とが分かる。次に，図-5 に示すように，いずれの乾燥を小さくすることで，施工時のコスト削減が可能とな密度でも平均粒径が増加すると水浸入水頭は減少する

ると考えられる。ここで，平均粒径(D50)と必要な粒子ことが分かる。こういった乾燥密度や粒径の違いによの個数(n)の関係において，以下の式が得られた（式-1）。

る水浸入水頭の変化は，粒子間の空隙が関係しており，乾燥密度が大きい，また平均粒径が小さいと空隙が小n  2.6 ln( D50 )  4.3(式-1)

さくなるため水が入り込みにくく，高い遮水機能を発揮すると考えられる。よって，現場で疎水性地盤材料

式-1 より平均粒径が3.55mm で必要な粒子の個数が1を用いる際には，コストの許す範囲で粒径の小さな試となり，この点が遮水機能を発揮できる限界の平均粒料を用いるべきであると考えられる。

径であると考えられる。

3.4 Case 2： 層厚を変化させた場合

3.5 Case 3： 混合率を変化させた場合

Case 2 では，十分な水浸入水頭を得るのに必要な厚Case 3 では，粒度分布の違いが水浸入水頭に与えるさの最小値について検討した。珪砂 2～5 号，豊浦砂を影響を調べるため，混合率を変化させて水浸入水頭を用いて，乾燥密度を ρd=1.50g/cm3 とし，0.5mm 毎で層測定した。豊浦砂と珪砂 2 号を用いて，混合率（豊浦厚を増加させ，Case 1 で求めた層厚 5.0cm の水浸入水

砂：珪砂 2 号）を重量比で 2：8，4：6，6：4，8：2 の頭 の 最 小 値 を 超 え た も の を 必 要 層 厚 （ required

4 通りに分けて試験を行った。表-2 は混合した試料のthickness：Znd）と定義し，その遮水性能について評価

物理特性，図-8 は粒径加積曲線を示している。曲率係を行った。また，必要層厚を平均粒径で割ること(=Znd

数(U’c)との関係（図-9），2.0mm 以下土粒子含有率と/D50)で必要な粒子(required particle number)の個数を簡の関係（図-10）を見ると，曲率係数が約 1.0 であり，易的に求め，その相関関係について検討した。各試料

2.0mm 以下含有率が 40%を境に水浸入水頭の値が大きの必要層厚，必要な粒子の個数の関係を図-6 と図-7 にく変化していることが分かる。このように曲率係数示す。平均粒径が小さいほど，必要層厚が小さいこと(U’c)や 2.0mm 以下含有率が水浸入水頭と有意な関係を- 63 -

表-3

100
Silica sand No.2
Toyoura : Silica No.2=2:8
Toyoura : Silica No.2=4:6
Toyoura : Silica No.2=6:4
Toyoura : Silica No.2=8:2
Toyoura sand90

Passing percentage (%)

8070Case 1 ので用いた試料の物理特性

項 目
土粒子密度(ρs)(g/cm3)
最大乾燥密度
最小乾燥密度
最大間隙比(emax)
最小間隙比(emin)
平均粒径(D50)(mm)
均等係数(Uc)
透水係数(ks)(cm/s)

60
50
40
30
20
10

豊浦砂
2.64
1.64
1.37
0.935
0.612
0.17
1.65
1.63×10-2

珪砂1号
真砂土
2.65
2.58
1.67
1.88
1.45
0.834
0.584
0.372
4.50
0.38
2.24
13.69
2.44×10-1 1.40×10-4

0
0.01

0.1

1

10

Particle size (mm)16

Water infiltration head, hw (cmH2O)

Water infiltration head, hw (cmH2O)

図-8 混合率（豊浦砂：珪砂 2 号）による粒度分布
14
12
10
8
6
4
2
0
0.1

1

10

Curvature coefficient, U'c

図-9 曲率係数と水浸入
水頭の関係

16
14
12
10
8
Silica sand No.2, Uc'=1.20

6Toyoura : Silica No.2=2:8, Uc '=7.67
Toyoura : Silica No.2=4:6, Uc '=0.18

4

Toyoura : Silica No.2=6:4, Uc '=0.22
Toyoura : Silica No.2=8:2, Uc '=0.67

2

Toyoura sand, Uc'=0.81

0
0

20

40

60

80

100

120

図-11 Case 1 の盛土実験装置の模式図

Percentage of particle size less than 2mm (%)

図-10 2mm以下含有率と水浸入水頭の関係表-4 Case 1 の盛土実験条件
項 目

Case 1-1

Case 1-2

Case 1-3

降雨強度, I (mm/hr)
斜面傾斜角度, Φ (°)

2.0
3.0
1.50
1.50
1.64
20
10

2.0
3.0
1.50
1.50
1.64
50
10

2.0
3.0
1.50
1.50
1.64
100
10

測定時間, t (hr)

5

5

5

示すことが明らかとなった。よって，実際の施工現場

被覆層の厚さ(cm)
疎水材層の厚さ(cm)で，疎水性地盤材料が優れた遮水機能を発揮するかど

初期乾燥密度,ρdi (g/cm3)

うかを判断する基準として，曲率係数(U’c)や 2.0mm 以
下含有率が重要な尺度になると考えられる。

被覆層
疎水材層
排水経路(礫)４．室内盛土模型実験
4.2 Case 1： 降雨強度に対する検討

室内盛土模型実験では，水浸入水頭(WIH)試験の結果を踏まえて，疎水性地盤材料の盛土斜面への適用性を

現場の盛土斜面では，様々な降雨条件で降雨浸透が検討した。降雨強度，層厚，混合率に対して，3 つの発生する。そこで，Case 1 では，降雨強度の変化によCase に分けて模型実験を行い，水浸入水頭試験の結果

る疎水材層の遮水機能を検討した。降雨強度(I) 3 パタと比較して実際の施工現場への適用性を評価した。

ーン(20, 50, 100 mm/hr)の条件下で実験を行った。図-11

Case 1 では降雨強度(I)3 パターン(20，50，100mm/hr)のように被覆層 2.0cm，疎水材層 3.0cm として模型盛土を適用した場合，
Case 2 では層厚を 0.5cm とした場合，を作製した。また，降雨の浸透の有無を測定するため，Case 3 では混合率（豊浦砂：珪砂 2 号）を 4：6 とした疎水材層に 3 ヶ所 EC-5 センサーを設置した。水浸入水

場合について，降雨の盛土斜面への浸透の有無を測定

頭試験の結果から，最も平均粒径の小さい疎水性豊浦した。本研究で使用した実験装置は金ら(2018 & 2019b)

砂 は 乾 燥 密 度 ρd=1.50g/cm3 で 十 分 な 遮 水 機 能の研究で用いたものと同様である。

(WIH=14.2cm)を示した。そこで，室内盛土模型実験のCase 1 では，疎水性豊浦砂を用いて，乾燥密度
ρd=1.50g/cm3 で締固めを行い，模型盛土を作製した。表4.1 用いた試料の物理特性-4 に実験条件をまとめる。

疎水性豊浦砂，珪砂 1 号，真砂土を用いた。珪砂 1号は排水経路，真砂土は被覆層として使用した。表-3

EC-5 センサーにより測定された結果を図-12 に示す。

に試料の物理特性を示す。疎水性豊浦砂の水浸入水頭

降雨強度20，50，100mm/hr に対して5 時間測定したが，(WIH)値は 8.5cm である。

いずれの降雨強度でも，終了時点でセンサー（No.1，
No.2，No.3）の反応は見られなかった。また，実験開- 64 -

0.5

Volumetric water content, sat=0.432
0.4

0.3

0.2

No.1
No.2
No.3

0.1

0.0
0

50

100

150

200

250

300

350

図-14 Case 2 の盛土実験装置の模式図

Elapsed time (min)図-12 Case 1 での EC-5 センサーの測定結果

表-5 Case 2 & 3 の盛土実験条件（降雨強度 I=100mm/hr）

始後すぐに被覆層に水が浸入し，実験終了後，被覆層は完全に湿潤状態であった。一方，下の疎水材層は乾燥状態であった。以上の結果から，疎水材層 3.0cm（乾燥密度 ρd=1.50g/cm3）の条件において，疎水材層内への降雨浸透は起こらないことが確認され，疎水材層の優れた遮水機能が明らかになった。

項目

Case 2

Case 3被覆層の厚さ(cm)
疎水材層の厚さ(cm)真砂土層の厚さ(cm)
被覆層
初期乾燥密度,
疎水材層
ρdi (g/cm3)
土層
排水経路(礫)
降雨強度, I (mm/hr)
斜面傾斜角度, Φ (°)
測定時間, t (hr)

2.0
0.5
3.0
1.50
1.50
1.50
1.64
100
10
5

2.0
3.0
3.0
1.50
1.50
1.50
1.64
100
10
5

4.3 Case 2： 層厚に対する検討
実際に疎水材を斜面に設置する際，その層厚で利用

被覆層は湿潤状態であったが，疎水材層とセンサー設される疎水材の土量が決まる。層厚は施工費用と繋が置土層は乾燥状態であった。よって，非常に薄い疎水

り，薄いほどその経済性は高く評価される。そこで，

材層 0.5cm（乾燥密度 ρd=1.50g/cm3）の条件でも，疎水

Case 2 では，疎水材の層厚を薄く設置した場合の遮水材層より下への降雨浸透は発生しない，すなわち優れ性能を検討した。図-13 のように被覆層 2.0cm，疎水材

た遮水機能を維持することが明らかになった。

層 0.5cm，EC-5 センサー設置のための土層 3.0cm とし4.4 Case 3： 混合率に対する検討て模型盛土を作製した。降雨浸透の有無を測定するため，疎水材層の下に真砂土の層を設けて，その層内に様々な砂質土が疎水材として利用可能だが，その粒3 ヶ所 EC-5 センサーを設置した。また，排水経路から度分布は異なる。疎水材の遮水機能には土粒子の大きの水の浸入を防ぐため，土層の側面に厚さ 2.0cm で疎さの影響が大きいため，粒度分布の変化に対する疎水

水材（疎水性豊浦砂）を設置した。水浸入水頭試験の材層の遮水性能を検討する必要がある。本研究では，結果から，いずれの試料も層厚 0.45cm 以下で十分な遮既に水浸入水頭試験で豊浦砂と珪砂 2 号の混合試料を水機能を示した。最も平均粒径の小さい疎水性豊浦砂用いた結果，2.0mm 以下土粒子含有率が 40%以上で優は層厚 0.15cm で十分な遮水機能(WIH=14.1cm)を示し

れた遮水機能(WIH=11.9cm)を示すことが明らかとなった。そこで，室内盛土模型実験の Case 2 では，疎水性た。そこで，室内盛土模型実験の Case 3 では，混合率

豊浦砂を用いて，作製可能であった最小の層厚 0.5cm，（豊浦砂：珪砂 2 号）を 4：6 とした混合疎水材で，疎乾燥密度 ρd=1.50g/cm3 で締固めを行い，模型盛土を作

水材層の遮水性能について検討した。図-15 のように被製した。表-5 に実験条件をまとめている。

覆層 2.0cm，混合疎水材層 3.0cm，EC-5 センサー設置

降雨強度 100mm/hr で 5 時間測定した結果，終了時点

土層 3.0cm として模型盛土を作製した。
Case 2 と同様，

で EC-5 センサー(No.1, No.2, No.3)の反応は見られなか排水経路からの水の浸入を防ぐために，側面に疎水材った。実験開始後すぐに被覆層に水が浸入し，終了後，（疎水性豊浦砂）を設けた。降雨浸透の有無を測定す- 65 -

とが分かった。さらに，疎水性地盤材料を混合させた
場合，曲率係数が 1.0 より小さく，2.0mm 以下の土粒
子含有率が 40%より大きいと優れた遮水機能を発揮した。これは，優れた遮水機能を持つ試料の割合に依存
し，その割合が 40%より多ければ，遮水機能が十分に発揮されると考えられる。
一方，室内盛土模型実験では，盛土斜面に設置した
図-15 Case 3 の実験装置の模式図

疎水材層において降雨強度の変化による遮水機能を検討するため，降雨強度(I) 3 パターン(20, 50, 100 mm/hr)

るため，混合疎水材層の下に土層（真砂土）を設けて，で実験を行った。その結果，いずれの降雨強度も疎水

そこに 3 ヶ所 EC-5 センサーを設置した。表-5 に実験条

材層内への降雨浸透は起こらず，疎水材層の優れた遮件をまとめている。降雨強度 100mm/hr で 5 時間測定し水機能が明らかになった。また，非常に薄い疎水材層

たが，終了時点で EC-5 センサー（No.1，No.2，No.3）

0.5cm と降雨条件(I) 100mm/hr の条件で，疎水材層よりの反応は見られなかった。実験開始後すぐに被覆層に下への降雨の浸透は発生しない，すなわち優れた遮水

水が浸入し，終了後，被覆層は湿潤状態であった。一

機能を維持した。そのため，盛土斜面に適用する際に，方，センサー設置土層，側面の疎水材は乾燥状態であ層厚を薄くすることによるコスト削減が可能となるとった。混合疎水材層は，珪砂 2 号の部分は若干の浸透期待される。さらに，混合率（豊浦砂：珪砂 2 号）をが見られたものの，豊浦砂の部分は浸透が見られなか

4：6 にして模型実験を行った結果，混合疎水材層よりった。そのため，混合疎水材層の下には水が浸透して下への降雨の浸透は発生せず，優れた遮水機能を維持おらず，遮水機能を発揮していることが分かった。以した。よって，実際の施工現場において，2.0mm 以下

上の結果から，混合率（豊浦砂：珪砂 2 号）が 4：6 の含有率を目安として遮水機能の発揮有無を判断するこにおいて，混合疎水材層 3.0cm（乾燥密度 ρd=1.80g/cm ）とが可能であり，2.0mm 以下含有率が 40%以上であれ疎水材層より下への降雨浸透は発生しない，すなわち

ば，盛土斜面に適用した際に優れた遮水機能を発揮す

優れた遮水性能を維持できることが明らかになった。

ると考えられる。

5．結論

参考文献

3

本研究では，水浸入水頭試験と室内盛土模型実験の

1) 金 秉洙, 小林 弘昌, 松本 一樹 竹下 祐二, 加藤

2 つを用いて，疎水性地盤材料の遮水特性及び実際の正司. 2018. キャピラリーバリアの被覆層における施工現場での疎水性地盤材料の適用性の評価を行った。

疎水材の適用性の検討 －その 2: 室内模型実験の

水浸入水頭試験では，疎水性地盤材料の乾燥密度が大実施－，第 53 回地盤工学研究発表会, 地盤工学会,

きいほど，また平均粒径が小さいほど遮水機能が増加

高松 (平成 30 年 7 月), pp. 1203-1204.

した。これは，乾燥密度が大きい，また，平均粒径が2) 金 秉洙，加藤 正司, Seong-Wan Park，竹下 祐二.

小さいと，土粒子間の空隙が小さくなり，水を反発し

2019a. 疎水性地盤材料の作製方法とその遮水性能ようとする力が発揮されやすくなるからである。そのに関する研究, 地盤工学ジャーナル, Vol. 14, No. 4,

ため，実際の施工現場において，コストの許す範囲で

pp. 343-352.

粒径の小さな試料を用いることが重要だと考えられる。

3) 金 秉洙, 小林 弘昌, 森 啓史朗, 竹下 祐二, 加藤

また，疎水性地盤材料の遮水性能における必要な層厚

正司. 2019b. 疎水性地盤材料を混合したキャピラについての検討では，平均粒径が小さいほど必要な層

リーバリア材の遮水性能に関する研究，第 54 回地

厚は小さくなった。また，必要な粒子の個数は平均粒盤工学研究発表会, 地盤工学会, 埼玉 (2019 年 7径の増加に伴って，ユニークな関係として減少するこ月), pp. 609-610.

- 66 -

建築開発許可制度における裁量的基準の運用に関する国際比較（所 属）岡山大学学術研究院環境生命科学学域（氏 名）堀 裕典
米国シアトル市では市民の意見が建築デザインに反映されやすい、デザインレビュー制度（DR 制度）が設けられている。また協議の場ではデザインガイドラインが用いられるが、これはデザインの多様性や創造性と新規開発における地区への影響のバランスを考慮した内容となっている。今回は実際にデザインレビュー委員会に出された初期デザイン協議である Early Design Guidance（以下 EDG）やデザインレビューの資料をもとに分析を行った。デザイン案の決定の過程では、パブリックコメントや専門家の意見を受け、近隣住民への影響を考慮しその地域に調和したデザインになるよう変更が加えられていた。またデザインガイドラインと実際のデザインの対応箇所を分析すると、様々な項目がデザインに取り入れられていることがわかった。なお、ガイドラインはあくまでデザインの指標であり拘束性のあるものではないとわかった。ガイドラインの理解や改正、デザインレビュー制度の有用性について今後さらなる研究が必要である。
1.研究の背景と目的及び方法
米国シアトル市では、建築デザインの決定における事例はこれまでいくつか分析されているが、デザる協議の場で市民が審査委員となり意見を述べる機

インガイドラインや市民参加型の制度の効果や課題会が設けられ、市民の意向がデザインに反映されやを明確にし、有用な知見を得るにはさらなる事例の

すいデザインレビュー制度（DR 制度）が導入されて分析が必要である。

いる。また協議の中で使用されるデザインガイドラ

そこで本研究では、米国シアトル市で実際にデザインは、デザインの多様性や創造性と、新規開発に

インレビュー委員会に出された初期デザイン協議でおける地区への影響のバランスを考慮した内容とな

ある Early Design Guidance（以下 EDG）及びデザイっている。
この制度の運用実態について堀ら（2007）

ンレビューの資料をもとに、シアトル市のデザイン

1)によると、デザインレビューが協議の進行を適切

ガイドラインの項目と実際の建築デザインへの反映

かつ有用に導く場合もあれば、優先事項の誤りによについて事例の詳細な分析を行い、デザインレビュ

る間違ったデザインの緩和が行われることがあるとー制度やガイドラインの今後のあり方について考察述べている。また、参加者の少なさや事業者の創造する。

性の自由を考えると、市民に関心を高めることなどが必要となる。

２.デザインレビュー運用実態

この協議会での委員の助言や協議の制度に着目す(1)分析対象と周辺地域についてると、市民参加型の効果としては一般市民へ建築デワシントン州シアトル市 12th Ave Urban Center

ザインの見方や景観形成上の重要点を教育する場と

Village に新たに建設される集合住宅を対象とする。

なったり、市民への情報公開の透明さが増したりす

図２の site は今回審議される建物の建設予定地をるという事が挙げられる。課題については協議時間示している。また、赤は一戸建て住宅の住民、黄色の短さ等が挙げられているが、中でもデザインガイ

は複数世帯（アパート等）、緑は駐車、青は商業施設

ドラインに記載されている項目とデザイン上の優先や小売店、ピンクは企業や医療機関、黒は空き地を

順位決定の難しさがデザインの決定において困難な表している。図のように住宅地の北側には Swedish

点であるとしている（栗山（2012））2)。

Medical Center があるため、屋外駐車場が多く存在する。
建設予定地は南東に広がる住宅地と、１５番街を超

このようにシアトル市のデザインレビューに関す- 67 -

えた西に広がる住宅街との境となっている。周辺の(3) 建物形態（ボリューム）の検討

戸建住宅については高齢者住宅が多いが、近年は居建物形態の案として、ドーナツ型・コ型・H 型が提住者の変化に伴い戸建住宅が減少し、集合住宅が増案された（図３）。３つの案の共通点としては建物の加している。また、予定地は南側と西側は完全に太形を分割している事が挙げられるが、これは外見の陽光が遮断され、東側から太陽光を取り入れることインパクトを減らし歩行者の動きを活性化させる効になる。

果をもたらす。デザインの条件は、３階建てで一階の商業スペースは約８６６スクエアーフィート（約８０㎡）、４０部屋の集合住宅にすることである。以下にそれぞれの形について、利点と欠点を挙げた。
① ドーナツ型
利点は中庭を全ての方向から共有することができ、全ての部屋に窓をつけることができる点である。また建物に面した２方向の通り（Jefferson ストリートと１５番街）に挟まれた角を商業施設で囲むことが可能である点である。欠点は長く平坦なファサードと細かいファサードの結合点にある。
② コ型
利点は商業施設をJefferson ストリート側全てに入

図１ 用途別建設予定地周辺地図

れることができ、居住者が 15 番街側から入ることができるという点である。欠点は隣接する戸建住宅(2)周辺地域の交通網のスペースを取ることと、中庭が長いため空間を効

図２は予定地周辺の交通循環地図であるが青丸で率的に利用できない。また、他の案は４４部屋確保

示されるバス停は３００フィートほど東にあり近隣できるが、この案だけ４３部屋である。

には緑丸で示される Zipcar（カーシェアリングサー③ H型

ビス）があるため、中心街への移動はスムーズに行

利点は西側の隣人との間にスペースが生まれるこえる。自転車の交通量が多いという特徴もあり自転とと、効率的な形で商業施設を Jefferson ストリー

車用ルートが確保されている。移動がしやすく、公ト側全てに入れることができ居住者が 15 番街側か

共交通機関が整った場所である。

ら入ることが可能だという点である。欠点は平坦なファサードと細かいファサードの結合、狭く短い入り口が挙げられる。
H 型にはドーナツ型の利点もコ型の利点もどちらも含んでいることがわかる。協議の結果、H 型に決定された。

図３ ３つの建物形態案
図２ 交通循環地図- 68 -

また図４のように初めは南側に建物が広がっているようにデザインされていたが、その部分は取り除
かれ隣人との緩衝材となる植物が植えられた。
EDG ではこのような全体的な建物の形や材質等の決定がなされていた。

図５ バルコニーを設置した建物(6)レコメンデーションへのレスポンス
建築予定地の環境やパブリックコメント、以前の
図４ 建物形態の変化を表した図

デザインの再考そしてレビューなど全ての意見を考慮し出された変更点を要約したレコメンデーション(4)規範とした建築デザインの構成要素

に従い、６つの箇所のデザインの変更が行われた

今回のデザインは構造が類似したシアトル市のい（表１）。

くつかの歴史的な集合住宅からインスピレーション

表１ ６つのデザインの変更点を受けて描かれた。これらの建物はシンプルで永続的なディテールをもつ控えめなデザインが特徴的であり、高密度な都会での住みやすさを高める。建物の入口が明確で見晴らしがよく歩道を活気づけるよ
うな緑豊かな中庭を持つ。この特徴を今回のデザインに落とし込むため、①シンプルな形、②ランドス

三階建てから四階建てに変更された事で建物が高くケープによって改善された中庭の入り口、③街並みなったが、隣接する建物は低層住宅である。周辺住との調和、④マテリアルパレットを含む、⑤奥行き宅への調和のため可能な限り高さを抑制する必要がの深い窓、⑥繰り返される窓のパターンの６つを構あるので、パラペットを最小幅に変更した（図６）。

成要素としてデザインに取り入れた。
（5）パブリックコメントのレスポンス
パブリックコメントの中で、建物の南側がむき出しであるため太陽光の遮断方法（日除けとなるバル
コニーの設置）を追加することを求める意見があった。
これは建物の南側に住む隣人からの意見であり、バルコニーは日除けになるとともに建物の外観の特徴を増やすなどの利点がある。しかし南側の全ての

図６ パラペットを最小にした建物

窓には設置せず道路側の窓を除いた窓のみとした

植物は隣接する建物との緩衝材として用いられ、成（図５）。

熟した白樺は 60 から 70 フィートの高さに達することもあり景観の中でプライベート空間を分けるのに最適である（図７）。

- 69 -

3．実際のデザインとデザインガイドライン
建築デザインはデザインガイドラインに沿って協議される。ガイドラインの項目とそれに対応するデザインの特徴がデザインレビューに示されている。
CS1,B では、デザインの中にこの場を取り囲む自然の機能や特徴を利用し、太陽光で部屋を温めたり自然に吹く風を利用して人工的な換気の必要性を減ら

図７ 植えられた植物の様子
また窓の奥行きを深くすることによって、太陽光がしたりすること示されている。これに対応して、中当たる際に窓に生み出される影の投影を、外観のデ庭を取り入れすべての部屋に太陽光や風を取り込む

ザインとして組み込むこととした（図８）。

ことが可能なデザインになっている。CS2,B では、道路との関係性を強めるためにデザインを入念に考えること、またその際に道路の質や特徴すなわち物理的特徴（歩道、駐車場、ランドスケープ、街路樹、通路などの特徴）と機能（専門店街や静かな住宅街）を考慮すること。オープンスペースのための空間を創出し、公共の空間として利用されるように考えること、ということが示されている。
これに対応して、一階の通り沿いの壁を透明にして商業スペースが道路とうまく調和するようにし、居住者や来客を建物内に招き入れるための広い場をデザインした。また
この可視度合いの高さの、外からよく見え、通りとともに都会的で活発な場所となり得るという点は、建物の角は多くの道や遠くからよく見えるためより

図８ 窓の奥行きに関する図

細やかなデザインにする必要があるという CS2,C

フットライトは主に階段の部分に付け加えられ、歩の項目にも対応している。角をうまく利用すること

行者の安全に考慮されたデザインに変更された（図は、歩行者や来客のためにもなりより活気のある場

９）。

所を作り上げることにおいて重要なことである。
C2,D では、構造物をその場所の地形や周囲の景観にあったものに変えていくこととある。
この建物は、
南側のファサードに沿って地形によるスロープがた
くさんあり東側に自然のスロープに沿って入り口を設置できるという利点があり、地形の特徴をうまく利用したガイドラインに沿ったデザインとなってい

図９ フットライトの設置場所

る。PL2,C では、ファサード沿いのインターバルに
このようにデザインレビューには EDG で取り扱わ人々が親しみやすい建築要素や質感、形などのパタれなかった建物のより細かなデザインの決定が示さーンを利用してキャノピーの下に人々が親しみやすれている。周辺の建物との調和やプライベート空間

いスペースを作ることとある。これに対応して、の確保など、住民の住みやすさを考慮したデザイン

Jefferson 通りに沿った商業スペースは建物のくぼへと変更されている。

みによって天候に左右されない作りになっている。
またメインの入口も内側に入り組んでいるため同様- 70 -

に天候に左右されない。その他にも様々な項目がデ(2)今後の展開

ザインに取り入れられている。ただし、すべての項

今回はデザインガイドラインと実際のデザイン

目を取り入れているわけではなく可能なもののみをの対応を把握し、近隣住民からの受け入れや周囲のデザインに落とし込んでいる。ガイドラインはあく

街並みとの調和に重きをおいたデザインとその分析まで「指標」すなわちデザインの基準であるため、になった。次回はデザインガイドラインと実際のデ法律ほどの拘束力は無いということがよく分かる。

ザインの対応において、建築家側の視点からデザイ

また、ガイドラインには〜を考慮すること、〜をうンの緩和について分析し、両方の視点からのデザイ

まく利用すること、というような非常に抽象的な表

ンガイドラインの理解、双方のバランスを踏まえた

現が多く用いられており、逆に何かを禁止したり制ガイドラインの有用性や改正に着目して研究を行い限したりということはなかった。デザインする側とたい。

しては個性を失わないデザインにすることが可能に【参考文献】

なるという点で良いが、ガイドラインとデザインの

1) 堀裕典, 小泉秀樹, 大方潤一郎（2007）「シアトル市デザ

対応を見ると対応しているかどうかが曖昧な部分もインレビュー制度運用の実態と課題」日本都市計画学会あった。

都市計画論文集 42.3 巻 pp. 241-246
2) 栗山尚子（2012）「景観デザイン誘導のための市民参加
型協議の効果と課題に関する研究」日本都市計画学会 都
市計画論文集 47 巻 3 号 pp. 655-660

4.まとめ(1)デザインレビュー分析とデザインガイドライン
今回取り上げたデザイン案は EDG でデザインガイ
ドラインをもとに大まかなデザイン案が決定され、その後パブリックコメントや専門家のコメントを受けデザインを変更した。また、構造が似た周辺の集合住宅のデザインを参考にして６つの構成要素を取り決め、近隣の建物との調和を図っていた。デザイ
ンガイドラインと実際のデザインの対応を見ていったが、自然の機能の取り入れ、オープンスペースの活用、注目される箇所のデザインの工夫など様々な項目がデザインに取り入れられていることがわかったが、その中でも隣接する建物や周辺地域との調和という点が特に重要視されていた。ガイドラインの目的は地域住民への影響を最小限にすることだと考えられる。それと同時に、内容が非常に抽象的な表現であることから、ガイドラインはあくまでデザインの決定における指標であり建築家のデザインの自由を規制するものでは無いとわかった。はじめにガイドラインはデザインの多様性や創造性と新規開発
におけるデザインの開発の影響のバランスを考慮したものだと述べているが、今回の分析の結果から地域住民の住みやすさに合わせたデザインになっていると考えられる。

- 71 -

異なる光スペクトルによるイネ地表根の重力屈性および乾物生産性への影響
岡山大学大学院環境生命科学研究科
冨田 朝美
（概要）
アジアの開発途上国には、化学肥料による環境負荷が少ない焼畑稲作地域が存在する。このような環境では、土壌表面に地表根を形成するイネが、化学肥料の施肥がなくても、鶏糞や草木灰の養分を効率的に吸収することで生産量を確保してきたと考えられ、将来の持続的作物生産を可能にする有効な生産体系の一つといえる。しかし、どのような形態的機構により地表根が形成されるか、解明されていない。これまでに、地表根形
成は、3 か所の染色体領域の集積効果により制御されること、また、暗黒条件下で根の重力屈性を失うことで生じることが明らかになっている。本研究では、各染色体領域について、異なる光スペクトルにおける根重力
屈性および乾物生産性の解析を行なった。その結果、地表根系統は短波長の光を受光しない条件で、染色体領域の作用力により重力屈性を大きく失うこと、地上部乾物生産への光スペクトルの影響はほとんどなく、光ス
ペクトルの違いに対して反応するのは、根に特異的な現象であることが明らかになった。これらのことから、
地表根を発生させるイネの、光スペクトルに反応した根形態メカニズムを明らかにすることができた。
（本文）

た。
すなわち、
土壌表面に地表根を形成するイネが、

1. はじめに

鶏糞や草木灰の養分を効率的に吸収することで生産

イネ (Oryza sativa L.) は、アジアを起源に約量を確保してきたと考えられる。このような栽培体

8000 年前に栽培化が始まり、現在ムギやトウモロコ

系は、化学肥料の大量投入がなくても生産性を確保

シと並ぶ、世界の三大穀物の一つである。今日、世できると考えられ、将来の持続的作物生産を可能に界の半数以上の人々はコメを主食としており、アジする有効な生産体系の一つといえる。しかし、イネ

ア地域の国々で、世界のコメの約 90%が生産およびの地表根については、どのような形態的・遺伝的機消費されている。

構を有するのか、十分解明されていない。

1960 年代の緑の革命以降、半矮性多収性品種の開

イネ根の伸長方向は、多数の関連遺伝子領域が検発とその普及が進んだことで、20 世紀後半に世界の出されており、その遺伝的機構は複数の遺伝子の相

イネ生産量は飛躍的に増大した。しかし、21 世紀に互作用により制御されると考えられる。これまでの入ると、生産量に対して消費量が上回る年もあり、研究で、筆者は、イネ地表根形成系統 YTH16 が見出

生産量が頭打ちとなる傾向もみられるようになった。

した(Tomita et al. 2017)。この YTH16 から、3 か

今後世界の人口増加に伴って今後ますますコメの需所の染色体領域(qSFR2,qSFR5,qSFR7)が検出され、
こ要は増加し、食糧危機を迎える可能性をも指摘されの 1～3 か所の領域を組合わせて有する計 7 の染色ていることから、開発途上地域を中心にイネ生産性体断片系統(CSL)が育成された。この CSL を用いて、のさらなる改善が求められている。

地表根形成に対する 3 つの領域の集積効果が明らか

ラオスやベトナム、インドネシアなど、アジアのにされた(Tomita and Fukuta 2019)。さらに、この開発途上国には、化学肥料による環境負荷が少ない

YTH16 は、染色体領域の一つ(qSFR7)の作用により、不耕起の焼畑稲作地域が存在する。このような栽培

暗黒条件下で根の重力屈性を欠損させた(図 1,冨田

環境では、焼畑による草木灰の養分や鶏糞が土壌表

ら(2019)、第 248 回日本作物学会講演会)。光応答に面に蓄積する。また、このような栽培地域では、土よる形態変化は一般的に、光スペクトルの違いに基壌表面に地表根を張るイネ在来品種が用いられてきづいて反応する。このことから、地表根は、光スペ- 72 -

クトルの違いに反応して重力屈性を制御することで花王株式会社、東京、日本) を 20 ml 加え、10 分形成されると考えられた。

間撹拌し、再度消毒した。 その後、滅菌水で洗い、

本研究は、地表根形成に作用する染色体領域に着イネ玄米を、角型透明シャーレに作製した 1.5％

目し、1)光スペクトルの違いが根の重力屈性へ与え(w/v)寒天培地上に種子の胚が上を向くようにしてる影響ならびに 2)光スペクトルの違いが乾物生産播種した。寒天培地は、常時気温 25 度に設定した人性へ与える影響の解明を目的とした。

工気象器内に静置し、発芽させた。播種 20 時間後、重力方向に対して胚乳が上、胚が最下部になるよう培地を立て、種子根を伸長させた。培地を立てた 24
時間後、種子根の伸長先にペンで印をつけるとともに、培地を 90 度回転させ、さらに種子根を伸長させた。回転 24 時間後、種子根の写真を撮影した。人工気象器内には、常時青色、緑色および赤色光 LED ラ

2. 研究方法

イトを設置し、青色光・緑色光・赤色光区の計 3 試

供試材料は、下記の両試験とも、YTH16(地表根形験区を設けた。青色光・緑色光・赤色光区の波長は成系統)および IR64(非地表根形成系統)、IR64 とそれぞれ、465,523,625 nm、日射量は 16.5、11.0、

YTH16 の交雑後代から育成し、3 か所の QTL を 1～3

22.0 W、光合成有効光量子束密度は、113.5、96.2、個有する計 7 の CSL(染色体断片系統)を用いた(図112.3 umol/m2･s であった。

２ ) 。 CSL(2) は qSFR2,CSL(5) は qSFR5,CSL(7) はqSFR7,CSL(2+5)はｑSFR2 と qSFR5,CSL(2+7)は qSFR2と qSFR7,CSL(5+7)は qSFR5 と qSFR7,CSL(2+5+7)はqSFR2,qSFR5,qSFR7 の YTH16 アリルを IR64 の遺伝的背景に有する。YTH16 は、新しい草型 (New Plant
Type: NPT) 品種 IR65600-87-2-2-3 に IR64 を 3回戻し交雑し、その染色体断片が IR64 の遺伝的背景に挿入されたものである。

撮影した画像を用いて、種子根の屈曲角度をImage J software (Wayne Rasband, U.S. national
Institutes of Health, Bethesda, MD, USA; URL:
http://imagej.nih.gov/ij/) により測定した。
屈曲
角度は、回転前の種子根伸長の延長線と、回転後の１) 光スペクトルの違いが根の重力屈性へ与える影

伸長線との間の角度とした。各系統 7 個体の平均

響の解明

値を、その代表値とした。

イネ種子根の重力屈性程度を寒天培地上で調査し

2)光質の違いが乾物生産性へ与える影響の解明た(図 3)。イネ種子の外頴および内頴を外して玄米

人工気象機内で栽培したイネの乾物生産性を調査とし、70 % (v/v) エタノールに軽くなじませて種した。イネ種子をスポルタックスターナーSE (日産

子消毒した。その後、漂白剤 (1/2 希釈ハイター、

化学株式会社、東京、日本) 200 倍およびスミチオ- 73 -

ン乳剤(住友化学株式会社、東京、日本) 1000 倍のは、最も低い角度を示した。青色光区では、CSL(5)混合液中に気温 28 ℃、24 時間浸漬し、さらに 2および CSL(7)は IR64 より低い値を示したが、他の

日間水道水に浸して鳩胸状態にした。発芽種子を、系統は IR64 よりも高くなった。緑色光区は、CSL(7)育苗培土 (暖地用土 3kg 当たり肥料成分 N, 0.8g;

は CSL(2),CSL(5)および IR64 より低い値を示したもP, 0.8g; K, 0.8g、くみあい宇部培土 2 号、全農、ののその差は小さかった。これらのことから、YTH16

日本) を入れたプラグセルトレーの各穴中央部に 1

は、qSFR7 の作用により赤色光条件で大きく重力屈

粒ずつ播種した。各育苗箱は水をためたプラスチッ性を失うと考えられた。さらに、赤色光条件で qSFR2

クコンテナー内におき、気温 28 ℃に設定した人工および qSFR5 は qSFR7 と集積することで、より屈性

気象器内で栽培した。人工気象器内には、LED ライを失うことが推察された。

トを設置し、
赤色光100％区(赤100区)、
青色光100％区(青 100 区)、青色光 50%および赤色光 50 区(青 50
赤 50 区)%の計 3 試験区を設けた。一日のうち、8 時から 18 時まではライトを点灯し、18 時から翌 8 時
まではライトを消灯した。
播種 3 週間後、イネ地上部を採取するとともに、草丈を測定した。採取したイネは 80℃で 2 日間乾燥させ、乾物重を測定した。
各系統 8 個体の平均値を、
その代表値とした。
3. 研究結果
１) 光スペクトルの違いが根の重力屈性へ与える影
響の解明
青色光・緑色光・赤色光区の 3 試験区における種子根の伸長方向を観察した(図 4)。
IR64 の種子根は、3 試験区とも、不完全であるものの重力方向に向かって伸長した。YTH16 の種子根は、青色および緑色
光区では IR64 と同様に不完全に重力方向に向かって伸びたが、赤色光区では横に伸びているのが認められた。また、各試験区における屈曲角度を比較した(図 5)。どの試験区でも、IR64 より YTH16 の屈曲
角度は低くなった。また両系統とも、青色光および

2)光質の違いが乾物生産性へ与える影響の解明

緑色光区より赤色光区で低い値を示した。青色光お

3 つの試験区において、IR64 および YTH16 の草丈

よび緑色光区の値は同程度であった。
このことから、を比較した(図 6)。すべての試験区で、その差は小YTH16 の種子根は、赤色光条件下で大きく重力屈性

さいものの、YTH16 より IR64 が高い値を示した。

を失うと示された。

CSL の草丈についても比較した。どの系統におい

次に、各試験区における CSL の屈曲角度を比較しても、青 100 区および赤 100 区の草丈は、青 50 赤た(図 5)。どの系統も、青色光および緑色光区より

50 区よりも高くなった。青 100 区および赤 100 区は

赤色光区で低い値を示した。赤色光区においては、同程度の値であった。青 100 区および赤 100 区におqSFR7 を有する 4 系統は、他の CSL および IR64 に比いては、qSFR7 を有する 4 系統は、他の CSL およびべて、
角度が小さくなった。
その中でも、
CSSL(2+5+7)

IR64 に比べて、値が大きくなった。CSL(2+5)はすべ- 74 -

ての試験区で最も低い値を示した。

る(図 1)。このことから、YTH16 は、短波長の光を受光しない条件で、大きく重力屈性を失うと考えられた。植物には青色光受容体として、フォトトロピン
やクリプトクロムといったタンパク質が知られている。これらの受容体は、形態に機能するとされる。
今後は、YTH16 の重力屈性欠損時に、これらの光受
容体がどのように機能欠損するかどうか、解析する
ことで、形態的機構の解明がより深まると考えられる。
冨田ら(2019)は、qSFR7 が重力屈性を欠損させることを明らかにしている。本研究においても、重力屈性の欠損には、qSFR7 が赤色光条件で大きく作用していることが見いだされた。
加えて、本研究では、草丈と同様に 3 つの試験区において、乾物重を比qSFR2 および qSFR5 が qSFR7 と集積することで相加較した(図 7)。すべての試験区で、その差は小さい

的に屈性欠損に対して効果を発揮する可能性を推察ものの、YTH16 より IR64 が高い値を示した。
CSL(2+5)

した。YTH16 の根系分布は、QTL の集積効果によりよは青 50 赤 50 区および赤 100 区で最も低い値を示し

り浅根化が進むことが示されている(Tomita andた。以上のことから、光スペクトルの影響にかかわ

Fukuta 2019)。今後、QTL 間の重力屈性におよぼす

らず、qSFR7 は、草丈・乾物重を増大させる効果が相互作用を検証するとともに、根系分布と重力屈性見出された。一方、YTH16 は qSFR7 を有するものの、との関係についても解析が必要がある。

IR64 と比べて草丈・乾物重が少なくなったことから、

草丈および乾物重については、光スペクトルの違qSFR7 の作用を抑制する要因が存在する可能性が示いによる大きな効果は認められなかった。このこと唆された。

から、光スペクトルの違いに対して反応するのは、根に特異的な現象であると考えられた。ただし、本研究では初期成育について評価したため、根系が発達する生育後期の反応については検証が必要である。
地表根は土壌表層に根を張る形質である。土壌表
層の深さ約 2 から 3cm の地点では、光の透過量がほぼゼロになるとされる。このため、地表根は受光しないことで屈性を欠損し、土壌数 cm 以上の深さの層に伸長させると考えられる。一方で、土壌酸化層
も同じ数 cm の深さまでであり、それ以降は還元層になることから、地表根は酸素不足を回避するために、地表面に根を出現させる可能性が考えられる。

4. 考察および今後の課題

実際に圃場で地表根を観察すると、土壌表面で地表

本研究では、光スペクトルの違いが根の重力屈性

根は出たり入ったりを繰り返している様子が見られへ与える影響を解析したところ、赤色光条件でる。
これらのことから、
地表根は重力屈性の欠損と、YTH16 の種子根が大きく重力屈性を失うことを見出

酸素不足回避を繰り返しながら、地表面に根を伸長した(図 5,6)。これまでの研究では、暗黒条件下でさせていると推察される。今後の研究では、地表根根の重力屈性を欠損させることが明らかとなっていの酸素屈性や、重力屈性と酸素屈性との組み合わせ- 75 -

効果についても解析する必要がある。
以上のことから、本研究では、イネ地表根における根重力屈性の光スペクトルによる影響および地上部乾物生産への影響を明らかにすることができた。
本研究で得られた知見は、イネ地表根発生のメカニズム解明に寄与するとともに、地表面に太陽光の当たりにくい栽培環境(短日条件や日陰の多い環境)での地表根系統の栽培適応性をも示唆するものである。
謝辞
本研究は，公益財団法人ウエスコ学術振興財団の学術研究費助成事業において研究助成を頂き実施した。ここに記して感謝申し上げます。
参考文献
１． Asami Tomita, Yoshimichi Fukuta. (2019) QTL
analysis for soil‐surface roots originating from a New
Plant Type rice(Oryza sativa). Plant Breeding 138:1–
9.
２． Asami Tomita, Tadashi Sato, Yusaku Uga, Mitsuhiro
Obara and Yoshimichi Fukuta. (2017) Genetic
variation of root angle distribution in rice (Oryza
sativa L.) seedlings. Breeding Science. 67: 181–190.

本研究助成による研究業績(国内学会発表）
冨田朝美、齊藤大樹、福田善通、平井儀彦、齊藤邦
行、小葉田亨「インド型イネ品種 IR64 の遺伝的背景を有する染色体断片系統群における地表根発生と光との関係」日本作物学会第 251 回講演会、2021 年
3月- 76 -

自発的カルシウム変動を示す卵管および子宮平滑筋細胞を用いた収縮制御機構の細胞生物学的アプローチ
岡山大学 学術研究院環境生命科学学域
山本ゆき
哺乳動物において、雌性生殖道 (卵管・子宮)は、ぜん動運動により配偶子や初期胚を輸送する。平滑筋の収縮活動は不随意的に実行されており、生体から切り離した組織片の状態でも筋収縮は継続する。筋収縮には細胞内カルシウム濃度の上昇が必須であり、我々はこれまでに、培養ウシ卵管平滑筋細胞が自発的なカルシウム
変動を示すことを見出しているが、その発生機序は不明である。本研究では卵管および子宮の培養平滑筋細胞のカルシウム変動に関与するメカニズムを明らかにすることを目的とした。ウシ卵管および子宮より単離、培養した平滑筋細胞のライブセルカルシウムイメージングを実施し、1) カルシウム濃度制御に関与するイオンチ
ャネルの検討と 2) 細胞間相互作用を検証した。結果として、1) 培養ウシ卵管平滑筋細胞の自発的カルシウム
変動は、小胞体上のイノシトール三リン酸受容体の開口が関与すること、2) 高密度状態でカルシウム変動を示す平滑筋細胞が増加することが確認できた。今後は、性ホルモンがカルシウム変動に及ぼす影響を検討し、生理環境下における平滑筋活動の制御メカニズムを明らかにする。
緒言

では、細胞内における詳細な機能メカニズムを明ら

哺乳動物の卵管や子宮は平滑筋組織であり、そのかにすることができない。そこで次に、平滑筋細胞

平滑筋細胞は神経等の支配なしに自動的に収縮する。

を単離培養し細胞内カルシウム変動の観察を試みた

この自発収縮は卵管内では配偶子や初期杯を輸送す

結果、自発的なカルシウム変動を示す平滑筋細胞培るのに重要であり、子宮では受精前の精子の輸送を養方法を確立することができた (図 1)。子宮の細胞助けている。また子宮では、妊娠時には収縮活動がも、同様の方法で細胞内カルシウム変動を検証でき抑制され、分娩時に様々な因子の影響を受けて強力ることも確認した。

な収縮能力を示す。
平滑筋細胞の収縮に必須なのが細胞内カルシウ
ム濃度の上昇である。アクチンとミオシンというタ
ンパク質の相互作用によって細胞全体が収縮するが、この動きにカルシウムイオンが必須となる。細胞内のカルシウムイオン濃度は、主に細胞外からの取り込みと、細胞内小器官の小胞体に貯蔵されているカ
ルシウムイオンが細胞質内に放出されることによって上昇する。筋細胞において、細胞外からの取り込
みには電位依存性カルシウムチャネル (VDCC) が、小胞体からの放出にはイノシトール三リン酸受容体(IP3R) やリアノジン受容体 (RyR) 活性化が関係していることが知られている。
図 1. 培養平滑筋細胞のカルシウムイメージング(上) とカルシウム変動 (下)我々はこれまでに、ウシ卵管組織を用いて収縮を制御するイオンチャネルの検討を行ってきた。その
結果、VDCC, IP3R, RyR の活動が自発収縮に必須であることを確認している。しかし組織を用いた研究- 77 -

本研究ではこの手法を活用し、平滑筋細胞カルシーに加えて 1~2 時間インキュベートすることで細胞ウム変動の発生制御メカニズムを検討した。まず、内に導入した。
観察用バッファーに入れ替えたのち、細胞内カルシウム変動に関与するカルシウムイオン

38.5 ℃に保温した Thermo plate を設置した蛍光顕の経路を明らかにし、次に変動パターンを動画解析

微鏡を用いて観察ならびに動画の撮影を行った。撮によって検討した。さらに、細胞間相互作用の有無

影した動画は Image J ソフトウェアを用いて解析を確認するために培養細胞密度がカルシウム変動にした。

与える影響を検討した。
実験項目
材料と方法

1. 平滑筋細胞カルシウム変動に関与するイオンチ

1. ウシ卵管および子宮の採取

ャネルの検討

岡山県内の食肉処理センターにおいて採取した

培養平滑筋細胞に Fluo4 を導入し観察用バッフ

ウシ卵管・子宮組織を氷冷して研究室に持ち帰った。

ァーに入れ替えた後、カルシウム変動が見られるこ脂肪組織や結合組織などの余分な組織を除去したのとを確認してから、以下のカルシウムチャネル阻害

ち、肉眼的所見により活動的な卵巣を持つ非妊娠個剤を添加、細胞内カルシウム変動に及ぼす影響を検体の卵管峡部および子宮角の筋層を採取した。

討した。
a) ニフェジピン (VDCC 阻害剤、0.1 μM)b) 2-aminoethoxydiphenylborane (2APB: IP3R 阻害

2. 平滑筋細胞の単離・培養
3剤、10 μM)

1 で回収した組織を細切し、 1mm の組織片としc) ダントロレンナトリウム (RyR 阻害剤、10 μM)

た。38.5℃ の条件下においてコラゲナーゼおよびDNase で約 2 時間処理し、組織を消化した。懸濁液
を 70 μm2 の孔を持つ金属メッシュで濾過して未消2. 細胞内カルシウム変動パターンの解析

化組織を取り除いた後、遠心洗浄して平滑筋細胞を平滑筋細胞内におけるカルシウム上昇のパターン単離した。任意の細胞濃度でプラスチック培養プレについて、Image J を用いた Spatio-Temporal Mappingート上に播種し、5~7 日間の培養ののちにカルシウ

によって解析した。

ムイメージングを実施した。
3. 細胞密度のカルシウム変動への影響
3. 細胞内カルシウムイメージング

低密度 (<70% コンフルエント) および高密度培養細胞を Hank’s Balanced Salt Solution で洗浄(>100%コンフルエント) 状態における培養平滑筋し、カルシウム蛍光指示薬である Fluo4 をバッファ細胞のカルシウム上昇パターンとカルシウムパルス

図 2. 各種阻害剤のカルシウム変動に及ぼす影響 (スケールバー = 1 分)

- 78 -

頻度を検証した。各 replicate において 20 個の平滑筋細胞をランダムに選抜し、Wave または Flash を示す細胞の数/割合を求めた。次に、約 6 分間のカル
シウム変動データから、フーリエ変換を用いてパルス頻度を算出し、さらに Wave と Flash で区別して比 較 し た 。 結 果 は GraphPad Prism version. 8(GraphPad Software Inc.) により One-way ANOVA で分散分析を行った後、Tukey’s multiple comparisons testを用いて群間の差を比較した。また P<0.05 である
場合に統計学的に有意差があるとみなした。
結果および考察
1. 平滑筋細胞カルシウム変動に関与するイオンチ
ャネルの検討 (図 2)
各阻害剤を添加してから約 6 分間観察し、カルシ
ウム変動の変化を確認した。a) ニフェジピンは、添加の前後でカルシウム変動に影響を与えなかった。
b) 2APB は、添加後直ちにカルシウム濃度が減少、変動のパルスが消失し、数分後から徐々に回復した。
c) ダントロレンナトリウムは、細胞内カルシウム変動に影響しなかった。
以上の結果より、培養平滑筋細胞で認められるカ
ルシウム変動は、 IP3R によって発生している可能性が示された。

図 3. 細胞内におけるカルシウム上昇パターン
Wave では地点 a,b,c のカルシウム上昇のピークに時間差が生じる。主に a から c に向かってが伝播している (* では c から a の逆方向)。
Flash では、細胞断面の地点 a,b,c のカルシウム上昇のピークには時間差がなく、一致している。

2. 細胞内カルシウム変動パターンの解析 (図 3)細胞内カルシウム変動には、細胞の端から逆方向

よって変化しなかった。高密度状態において培養平へウェーブ状に伝播する Wave と、同時に細胞全体

滑筋細胞におけるカルシウム Wave 変動が活発しのカルシウム濃度が上昇する Flash の２種類のパタたことから、細胞間接着が Wave の発生に関与するーンが認められた。このパターンの違いが細胞機能ことが推察された。

にどのような影響を与えるかは明らかでなく、今後検証する必要がある。

まとめ
本研究より、培養平滑筋細胞のカルシウム変動は

3. 細胞密度のカルシウム変動への影響 (図 4)

小胞体上の IP3R を介したカルシウム放出によること

低密度の状態では、Wave より Flash を示す細胞が示された。さらに細胞内におけるカルシウム変動の数が有意に多かったが、そのパルス頻度は少なかっパターンには Wave と Flash の少なくとも 2 つあることた。高密度の状態では、Wave を示す細胞数が増加しが確認できた。さらに細胞密度が 100 % 以上の場合た。また、Wave を示す細胞のカルシウムパルス頻度においてカルシウム変動のパターンやパルス頻度が有が、低密度状態に対して高密度において有意に高か意に上昇したことから、 細胞間接着がカルシウム変動った。一方、Flash を示す細胞のパルス頻度は密度にの発生に影響していることが考えられた。しかし、この- 79 -

ントが再現できていない可能性が考えられる。細胞培養系に更なる改良を加えて in vitro でも収縮を再現する実験方法を確立し、平滑筋細胞機能の詳細を解明したいと考えている。
謝辞
本研究に多大なご支援をいただきました公益財団
法人ウエスコ学術振興財団に、心より感謝申し上げます。さらに、研究遂行にあたり多大なご助力をいただきました木村康二博士 (岡山大学教授) に深謝いたします。また、データ解析手法について効果的なご助言をくださいました石本健太博士 (京都大学准教授) 、ウシ組織採取にご協力くださいました岡
山県食肉センターおよび津山食肉処理公社に深く感謝申し上げます。
成果発表
山本ゆき・石本健太・木村康二 培養ウシ卵管平滑筋
図 4. 細胞密度が平滑筋細胞内カルシウム変動パターンに及ぼす影響細胞密度と Wave および Flash を示す細胞数の関係の(上図) と、細胞密度とパルス頻度の関係 (下図)。各
replicate (n=6) において 20 個の細胞を対象とした。
カルシウム変動の違いやパルス頻度が、平滑筋細胞収縮制御にどのように関与しているのかは、今回の結果
からは明らかにはできていない。現在の培養系では細胞の収縮までは検証していないため、今後は収縮能も含めた解析をする必要がある。
今後の展望
今回の研究結果から、ウシ卵管・子宮培養平滑筋細胞のカルシウム変動発生制御に関する有用な情報を得ることができた。しかし今回は、当初予定した
雌性生殖器の機能を制御する性ホルモン等の影響を明らかにするところまで実験が進まなかったため、今後実施する予定である。また、細胞内カルシウム
変動と平滑筋細胞の収縮能の関連性を明らかにしていく必要がある。現在用いている培養細胞ではおそ
らく細胞骨格の形成が生体内と異なっており、収縮に必要なアクチンやミオシンタンパク質のフィラメ- 80 -細胞の Ca2+ 変動解析 第 113 回日本繁殖生物学会
大会 (2020 年 9 月)

気孔孔辺細胞の二酸化炭素応答にかかわる新規因子の機能解明
岡山大学学術研究院環境生命科学学域
宗正 晋太郎（概要）高等植物の葉の表皮に存在する気孔は、一対の孔辺細胞から成る小孔であり、光合成に必要な二酸化炭素や蒸散による水分放出を調節する重要な場所である。孔辺細胞は、大気中の二酸化炭素濃度を感知する能力を有しており、二酸化炭素濃度に応答して気孔の開度を調節している。モデル植物であるシロイヌナズナを用いたこれまでの研究で申請者は、二酸化炭素に応答した気孔開閉運動にかかわる因子として考えられる予想される機能未知の膜タンパク質をいくつか同定した。本研究では、そのうちの一つ GCM についてその機能解析を行った。まず GCM プロモーター下流にレポーター遺伝子β-glucuronidase（GUS）を組み込んだものをシロイ
ヌナズナに導入し、GCM の発現組織について調査した。結果、GCM は孔辺細胞特異的に発現していることが明らかとなった。次に GCM のイオン輸送活性を評価するためにヒト胎児腎細胞 293（HEK293）に GCM を導入した。
作成した GCM 導入 HEK293 を用いて電気生理学的手法であるパッチクランプ法を行い、GCM のイオン輸送活性を評価した。しかし、GCM のイオン輸送活性は検出できなかった。

【1. 背景】

細胞シグナル伝達の解明を進めてきた。モデル植物

高等植物の葉の表皮に存在する気孔は、一対の孔であるシロイヌナズナの変異体解析により、孔辺細辺細胞から形成される小孔であり、植物体内と体外

胞の二酸化炭素感知にかかわる新規因子をいくつかを結ぶ微小な通気口として機能する。植物は気孔を同定している。その一つである GCM は、複数の膜貫開閉することにより、光合成に必要な二酸化炭素の通領域を持つと予想される構造を持つ機能未知の膜吸収を調節している。また同時に蒸散として水分をタンパク質である。本研究ではこの GCM の機能解析

放出し、土壌からの養分吸収に必要な駆動力を得てを行った。

いる。孔辺細胞は大気中の二酸化炭素濃度を感知する能力を有しており、二酸化炭素濃度に応答して気【2. 方法】

孔開度を調節している。孔辺細胞が大気中や葉内の①植物の育成二酸化炭素濃度の上昇を感知すると気孔は閉口し、モデル植物であるシロイヌナズナを実験に用いた。

反対に二酸化炭素濃度の低下を感知すると気孔は開

明期 16 時間・暗期 8 時間サイクル、21℃、相対湿度

口する。現在大気中の二酸化炭素濃度は人間の社会70%に設定した人工気象器内（日本医科器械製作所

活動により上昇し続けており、多くの植物種においLPH-350SP）でシロイヌナズナ植物体を生育した。週て 気 孔開 度が 低下 するこ と が予 想さ れて いる

2 回、1000 倍希釈したハイポネックス（ハイポネッ（Lammertsma et al., 2011; de Boer et al., 2011）。

クスジャパン）を与えた。

気孔の開度は、二酸化炭素固定と根からの養分吸収に密接にかかわることから、孔辺細胞の二酸化炭素②プロモーター活性測定

感知機構の理解を進めることは、将来我々を取り巻

GCM のプロモーター領域（開始コドン上流の 2000

く環境において持続可能な開発目標（SDGs）を達成

bp）の下流にレポーター遺伝子β-glucuronidase

するために取り組まなくてはならない重要な課題の（GUS）を連結した融合遺伝子をシロイヌナズナに導一つである。しかし、孔辺細胞の二酸化炭素感知機入した。作成した組換えシロイヌナズナの一週齢実構はまだ完全に解明されていない。

生を染色溶液（100 mM Sodium phosphate buffer pH7,

申請者はこれまでに気孔開閉運動を制御する孔辺10 mM EDTA, 0.5 mM K3Fe(CN)6, 0.5 mM K4Fe(CN)6, 0.1%

- 81 -

Triton X-100, 1 mM X-Gluc）に入れて 37oC で 12 時いたが、pcDNA_GCM を導入した HEK293 細胞で、コン間静置した。その後実生を 70%エタノールに浸漬しトロール細胞と比較して目立った電流は観察されなて脱色し、光学顕微鏡下で GUS 活性に由来する青色

かった（図 2）
。そのため、GCM は、(i)イオン輸送体染色を観察した。

ではない、(ii)イオン輸送体であるがナトリウムは輸送しない、（iii）輸送体として機能するためには③イオン輸送活性評価

別の制御因子を必要とする、などの可能性が考えら

GCM のコーディング領域を哺乳類発現プラスミドれた。この可能性を検証するために、今後より詳細

pcDNA に組み込んだ。作成した pcDNA_GCM プラスミ

な電気生理学解析を行う予定である。

ドを、ポリエチレンイミンを用いてヒト胎児腎細胞
293（HEK293）に導入し、2 日間 CO2 インキュベータ内で培養した。その後パッチクランプ法を用いてイ
オンチャネル活性を測定した。測定に用いたピペッ
ト溶液（細胞内液）の組成は 140 mM KCl, 10 mM
HEPES, 5 mM EGTA-2K, 10 mM D-glucose(pH 7.4)であり、バス溶液（細胞外液）の組成は 140 mM NaCl,
5.6 mM KCl, 5 mM HEPES, 2 mM pyruvic acid, 1.25
mM KH2PO4, 2 mM CaCl2, 2 mM MgCl2, 9.4 mM
D-glucose(pH 7.4)である。
【3. 結果・考察】(図 2) GCM のイオン輸送活性評価

GUS 染色実験を行い、GCM 遺伝子の発現組織の確認を行った（図 1）。気孔の孔辺細胞が強く青色に染色【4. 謝辞】

されたがその他の組織・細胞にて染色は観察されな最後になりましたが、本研究を遂行するにあたりかった（図 1）
。この結果から GCM 遺伝子は孔辺細胞

ご支援くださったウエスコ学術振興財団に感謝申し

特異的に発現していることが明らかとなった。

上げます。
【5. 参考文献】(1) Lammertsma EI, de Boer HJ, Dekker SC, Dilcher
DL, Lotter AF, Wagner-Cremer F. Global CO2
rise leads to reduced maximum stomatal
conductance in Florida vegetation. Proc Natl

Acad Sci USA (2011) 108: 4035-4040.
(2) de Boer HJ, Lammertsma EI, Wagner-Cremer F,(図 1) GUS 染色（GCM 発現解析）

Dilcher DL, Wassen MJ, Dekker SC. Climate
forcing due to optimization of maximal leaf

さらに HEK293 細胞を用いてパッチクランプ解析

conductance in subtropical vegetation under

を行い、GCM のイオン輸送活性について調査した。

rising CO2. Proc Natl Acad Sci USA (2011) 108:ナトリウムイオンは多くの非選択性陽イオンチャネ

4041-4046.

ルを透過することが知られているため、ナトリウムイオンを主要な陽イオンとするバス溶液を実験に用- 82 -

サツマイモネコブセンチュウ抵抗性品種育成に向けた遺伝子機能解析
岡山大学大学院環境生命科学研究科
門田 有希
サツマイモネコブセンチュウ（Meloidogyne incognita）はサツマイモの根にこぶを形成する有害線虫である。
サツマイモの収量や外観品質に甚大な影響を与えることが知られており、日本の主要な栽培地域でも多くの被害が報告されている。抵抗性品種の開発が望まれるが、抵抗性品種は限られており、また、抵抗性関連遺伝子の同定や抵抗性メカニズムの解明は為されていない。筆者らは遺伝解析の難しいサツマイモを対象に次世代シー
ケンサー（以下 NGS とする）を駆使することでゲノムワイドな遺伝解析を行い、線虫抵抗性等重要な農業形質に関する遺伝領域を同定した。さらに最近の研究では、トランスクリプトーム解析により抵抗性・感受性品種
間で遺伝子発現量を網羅的に比較・解析することで、候補遺伝子の同定にまで至っている。そこで、今回は抵抗性品種のジェイレッドと感受性品種の潮州を対象にサンガー法で候補遺伝子の配列を決定し、遺伝子変異の探索や構造比較等を行い、抵抗性の原因となる変異を探索した。
減あるいは皆無になった地域がある 2)。防除作とし

緒言
サツマイモは世界で７番目に重要な作物であり、てはサツマイモの作付け前に土壌中の線虫密度を低東アジアや東南アジア、南米、アフリカ等で盛んに下させる事が重要なポイントであり、挿苗後には有栽 培 さ れ て い る 。 2019 年 度 の 年 間 生 産 量 は効な防除策はない。したがって作付け前に D-D 剤や

91,820,929t、耕作地は 7,768,870 ha にも達し、特に発クロルピクリン剤等の土壌くん蒸剤、または粒剤型

展途上国では重要な栄養供給源となっている 1)。サの殺線虫剤の土壌混和を行う。しかし、近年では土ツマイモは優良なカロリー源であるばかりではなく、壌消毒の規制、労力及びコスト、また抵抗性の崩壊

ビタミン C、ビタミン A、カルシウム、カリウム、などの問題点が指摘されている。そのため、土壌消

葉酸、β-カロテンなどを含む栄養価の高い作物であ毒の使用無しで栽培可能な線虫抵抗性品種の育成がる。また、生食用、食品加工用、飼料用、アルコー

求められている。

ル原料用、デンプン原料用、色素原料用（β-カロテ

一方、サツマイモは典型的な非モデル作物種であン、アントシアニン）など様々な用途に利用されてり、遺伝情報を利用した品種育成は極めて困難であおり、この多様な用途に応じた品種育成が求められる。その理由として、サツマイモは六倍体（2n = 6xている。

= 90）でゲノムのヘテロ性が高く、ゲノムサイズがネコブセンチュウは土壌性有害線虫の一種であり、巨大、高精度な全ゲノム情報が公開されていない、

農作物の収量や外観品質に甚大な被害をもたらす。

などがあげられる 3)。このような状況において筆者

特 に サ ツ マ イ モ ネ コ ブ セ ン チ ュ ウ (Meloidogyne

らは、高速シーケンサー（以降、NGS とする）を活

incognita)は宿主範囲が 200 種以上と非常に広く、出用することで遺伝解析の困難なサツマイモを対象に、現頻度も高いことから最も有害な線虫とされている

線虫抵抗性やゾウムシ抵抗性、収量性など重要な農2)。寄生を受けたサツマイモは肥大不良となるため、業形質に関する遺伝領域を同定した 4)-6)。
さらに最近

くぼみやひび割れ、さらには複数の被害箇所が合わの研究では、線虫抵抗性・感受性品種を用いて RNA-

さった裂開やくびれなどの形態異常となり、外観品

seq や Iso-seq などのトランスクリプトーム解析を行

質が低下する。被害が著しい場合は、塊根は十分にい、線虫接種時における遺伝子発現量を網羅的に比肥大せずに減収する。日本では 1940 年代にサツマ

較・解析することで候補遺伝子の同定にまで至って

イモネコブセンチュウによる被害のために収量が半いる（Unpublished data）。RNA-seq 解析の結果から、- 83 -

この遺伝子は抵抗性品種で発現量が多く、感受性品を得た。得られた抵抗性・感受性品種の配列をひか種では発現量が少ないと考えられる。
しかしながら、くすることで、品種間での配列の違いを探索した。

遺伝子あるいはプロモーター領域の配列を決定できておらず、その原因を突き止めるに至っていない。

結果および考察

そこで本研究では、抵抗性・感受性品種を対象に、候補遺伝子の遺伝子全長ならびにプロモーター領

遺伝子全長ならびにプロモーター領域の配列を決定

域を増幅するよう設計したプライマーを用いてし、原因変異の特定を試みた。

PCR を行った結果、それぞれ約 5.0kb、約 3.4kb のバンドが確認され、両品種おいて期待されるサイズの材料および方法

増幅産物を得ることができた（図１）。遺伝子全長の供試材料は、抵抗性品種であるジェイレッドと感

アンプリコンについては、遺伝子全長 3.7kb に加え受性品種である潮州である。
ゲノムDNA を抽出し、て、上流 650bp の領域と下流 620bp の領域を含んで遺伝子全長ならびにプロモーター領域を増幅するよいる。また、プロモーター領域のアンプリコンにつう PCR プライマーを設計した。その際、プロモータ

いては、約 2.4kb のプロモーター領域に加えて、約ー領域のアンプリコンと遺伝子全長のアンプリコン

1.0kb の遺伝子領域も含んでいる。

をオーバーラップさせるように PCR プライマーを設計し、シーケンスする領域に抜けがないように注意した。アンプリコンの作製には、KOD-Plus-Neo(TOYOBO)の PCR 酵素を用いた。PCR 産物は 1.0%
アガロースゲルで電気泳動し、目的サイズの増幅産物が得られているかを確認した。その後、QIAquick
Gel Extraction Kit (QIAGEN)を用いて増幅産物の切り出し、精製を行った。精製された産物については期待されるサイズの増幅産物を得ることができた

10×A-attachment Mix (TOYOBO)を用いて 3’末端へため、TA クローニングを行い、シーケンスを行った。

dA を付加し、その後、TArget CloneTM (TOYOBO)あ

今回のシーケンス解析では、遺伝子全長のアンプリ

るいは TOPO TA Cloning Kit (Thermo Fisher Scientific)

コンについては、ジェイレッドで 18 クローン、潮州を用いて TA クローニングを行った。目的の増幅産で 17 クローンをシーケンスした。また、プロモータ

物が入っていると考えられたコロニーを選抜し、液ー領域のアンプリコンについては、両品種とも 4 ク体培養後、ISOSPIN Plasmid（ニッポンジーン）を用

ローンをシーケンスした。これらクローンについて

いてプラスミド DNA を抽出した。抽出したプラス

ゲノムウォーキングを行い、遺伝子全長ならびにプ

ミドDNA をサンガーシーケンスのサンプルとした。

ロモーター配列を構築した。品種間で配列を比較し通常、サンガー法では、600～800 塩基の配列が高精た結果、ジェイレッドにおいては、第１エキソンに度にシーケンスされる。今回対象としているアンプ存在する RX-CC like ドメイン内に 54bp の挿入が存

リコンは数 kb におよぶため、複数種類のシーケン在した。また、NB-ARC ドメイン内には A/A（ジェスプライマーを設計し、ゲノムウォーキングを行うイレッド）→A/G（潮州）の塩基置換が存在した。こことで遺伝子配列を決定した。

の変異は、Asn（ジェイレッド）→Asn/Ser（潮州）と得られた配列データについては、GeneStudio ならなるアミノ酸変異を伴っていた。さらに潮州では、びに BioEdit を用いて解析した。まず、GeneStudio を

フレームシフトを伴わない 27bp の挿入がドメイン

用い、配列クオリティーの確認、クオリティーの低外に存在した。これら変異を有するアレルの機能をい配列の除去を行った。このように処理した各配列推定するため、InterPro を用いて機能ドメインを探索

を BioEdit でアライメントし、目的断片全長の配列した。その結果、抵抗性のジェイレッドのみでみら- 84 -

れた第一エキソンの 54bp の挿入を含む配列では、ることで高精度なアレル配列を構築する予定であり、RX-CC like ドメインが検出されなかった。ジェイレ

それら配列を比較することで、原因変異の特定を目ッドは抵抗性を示すため、機能ドメインを有する機指す。さらに、候補遺伝子を導入した形質転換体を能型アレルが存在している可能性が高い。
そのため、作出し、相補性試験を行うことで、原因遺伝子の特

この変異は原因変異ではないと考えられた。
さらに、定を試みる。

潮州で見られたアミノ酸置換を伴う A/A（ジェイレッド）→A/G（潮州）の塩基置換については、潮州型

謝辞

アレルにおいても NB-ARC ドメインが検出された。

本研究を遂行するにあたり案して、多大なご支援

潮州は感受性であり、遺伝子機能が損なわれる変異をいただきました公益財団法人ウエスコ学術振興財が検出されることを期待したが、この変異は遺伝子団に、心より御礼申し上げます。

機能を損なわない変異である可能性が高いことが示
された。

引用文献
1) Food and Agriculture Organization of the United
Nations (FAO). http://www.fao.org/
2) 塩谷格．サツマイモの遍歴 野生種から近代種まで．財団法人 法政大学出版局 (2006).
3) Monden, Y.* and Tahara, M. Genetic linkage analysis
using DNA markers in sweetpotato. Breed. Sci., 67,
41-51 (2017).

今後の展望4) Sasai, R., Tabuchi, H., Shirasawa, K., Kishimoto, K.,

本研究ではサツマイモの重大な有害線虫であるネ

Sato, S., Okada, Y., Kuramoto, A., Isobe, A., Tahara,

コブセンチュウを対象に、抵抗性を制御する候補遺

M. and Monden, Y*. Development of molecular

伝子の配列解析を行った。抵抗性品種であるジェイ

markers associated with resistance to Meloidogyne

レッドと感受性品種である潮州における遺伝子全長

incognita by performing quantitative trait locus

ならびにプロモーター領域の配列をサンガー法で決analysis and genome-wide association study in

定した。それら品種間の配列を比較した結果、品種

sweetpotato. DNA Res., 26, 399-409 (2019).

間で挿入/欠失や一塩基置換などの変異は確認されたが、抵抗性の原因となる変異は特定できなかった。
この原因として、アンプリコンを作製して配列を解

5) Okada, H., Monden, Y., Nokihara, K., Shirasawa, K.,
Isobe, S. and Tahara, M. Genome-Wide Association
Studies (GWAS) for Yield and Weevil Resistance in析していることから、特定のアレルのみを特異的にSweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam). Plant Cell

増幅しシーケンスした可能性が考えられた。サツマ

Rep., 38, 1383-1392 (2019).

イモは六倍体であり、最大６種類のアレルが存在す

6) Haque, E., Tabuchi, H., Monden, Y., Suematsu, K.,

ると考えられる。今回の解析ではある特定のアレル

Shirasawa, K., Isobe, S. and Tanaka, M. QTL analysis

のみを増幅してしまい、検出できなかったアレルがand GWAS of agronomic traits in sweetpotato

存在すると考えられた。また、シーケンスしたクロ(Ipomoea batata) using genome wide SNPs. Breed.

ーンの数も少なく、アレルを検出できていない可能

Sci., 70, 293-291 (2020).

性が高い。そこで、アンプリコンを作製せず、膨大な配列情報を取得可能な全ゲノムシーケンスを行う
ことで、すべてのアレルを網羅する配列情報を得る
予定である。また、PacBio のロングリードシーケン
ス解析なども行い、ショートリードの情報と比較す- 85 -

岡山県蒜山ジャージーの生乳黄色度改善に向けた BCO2 遺伝子情報の活用

岡山大学大学院環境生命科学研究科
辻 岳人
（概要）
岡山県蒜山地域は、ジャージー種による地域集約酪農として日本最大規模であり、同地域の基盤産業としてジャージー牛の牛乳・乳製品は貴重な地域特産品となっている。また、ジャージー種を用いた酪農は国内シェ
アが小さくとも酪農産業に多様性をもたらす貴重な存在である。そのため、ジャージーを使った酪農産業では乳・乳製品で差別要因をいかに発揮させるかが重要となる。ところが、近年はジャージー牛乳の特徴の１つである豊かな黄色が顕著に低下している。我々はこれまでに黄色度の強い生乳が得られるジャージー個体から、特定の遺伝子多型を見つけだした。この遺伝子多型を利用できれば、乳黄色度の改善や高レベルの黄色度による差別化要因としての活用が期待される。ただし、該当個体を得るためには特定の遺伝子多型をもつ雌牛と雄牛の効率的な利用が必要である。そこで本研究では、蒜山地域で使用されるジャージー凍結精液および雌牛について遺伝子多型の保有状況を調査した。その結果、精液および各農家の雌牛でヘテロ型の頻度は約半数であり、ヘテロ個体の利用から該当個体を作り出すことは十分に可能なレベルにあることが明らかになった。
（本文）

牛集団には黄色度の強い生乳「背 景」が得られる個体がおり、その岡山県蒜山地域は、ジャージー種による地域集約

個体はβ-カロテンの開裂に酪農として日本最大規模であり、同地域の基盤産業

かかわる BCO2 遺伝子配列にとしてジャージー牛の牛乳・乳製品は貴重な地域特複数カ所の特異的な遺伝子多産品となっている。特に、牛乳はゴールデンミルク型を保有していることを見つと呼ばれ、ヨーグルトは表層に分離する黄色のクリけた。この遺伝子多型がホモーム層（図１）を特徴として接合体もしくは複合ヘテロ接合体で保有することで消費者ニーズにマッチして生乳黄色度は 30％上昇していた（図２）。そのため、大変人気の商品である。とこBCO2 遺伝子多型を利用した生乳黄色度の優良ジャ

ろが、差別化要因の１つであージー牛を増加できれば、付加価値としての利用がる生乳黄色度は最近の 10 年

十分に期待できる。ただし、実現に向けては、この間だけで約 20％も低下して遺伝子多型を保有した雄精液と雌個体を使用した繁いる。このままではジャージー牛乳の差別化要因の殖体制を確立することが重要である。そこで本研究１つを消失し、商品ブランド力の低下が危惧されては、蒜山地域で使用されるジャージー凍結精液およいる。黄色度を復活させるには黄色色素成分である

び雌牛について BCO2 遺伝子多型の保有状況を調

β-カロテンを多く含む生草を与えればよいが、それ査した。

では乳量が減少する可能性は非常に高い。また、これまでに茶ガラをエサに加えることで黄色度の改善「材料および方法」

効果が検討されているが、乳量減少の影響もあり実解析対象のジャージー精液は市販凍結精液のうち、用にはいたっていない（田辺ら, 2002, 有安ら.

過去における蒜山地域で利用頻度の高いものおよび2012）。これに対して、我々は蒜山地域のジャージー

令和２年度に販売を開始したものから計４３頭につ- 86 -

いて調査した。解析対象のジャージー雌牛は令和２型個体が見つかった。農家別での黄色個体の割合は年度に蒜山地域内 4 農家で飼養されている 187 頭か最小が C 農家の 2％、最大が B 農家の７％であった。

ら採取した毛根を用いた。DNA 抽出のために凍結精

ヘテロ個体の割合は、最小 14％、最大 53％であっ液は約 0.5ml を Griffin の方法（Griffin, 2013）にた。特に B 農家では 53 個体のうち黄色個体が 4 頭、基づき洗浄、毛は 10%エタノールによる洗浄を実施

ヘテロ個体が 28 頭存在し、全体にしめる黄色をもした。その後、サンプルを 20mM Tris Cl (pH8.0)、

たらす遺伝子の頻度が最大であった（図５）。

20mM EDTA、200mM NaCl、4% SDS、80mM DTT、12.5µL/mL
Proteinase K で 56℃一晩インキュベートし、DNA 精
製には Purification of total DNA from animal
sperm using the DNeasy Blood & Tissue Kit（キアゲン）を用いた。遺伝子多型の検出には、1ng ゲ
ノム DNA、多型配列領域の特異的プライマー、FAM もしくは HEX 標識加水分解プローブ、THUNDERBIRD
Probe qPCR mix(東洋紡)を含む反応液 10 ㎕をLightcycler480（ロシュ・ダイアグノスティックス）にて 95℃10 秒、60℃15 秒、72℃1 秒を 40 サイクル

「考 察」

反応の後、遺伝子多型特異的シグナル強度をもとに本研究では、ジャージー凍結精液および蒜山地域

遺伝子型を決定した。

のジャージー雌牛における乳黄色度にかかわる
BCO2 遺伝子多型について調査を行った。その結果、「結 果」

精液にも雌牛にも一定頻度で黄色型の遺伝子多型が凍結精液および毛か認められた。乳の黄色度が高まるためには、黄色型ら抽出したゲノム DNAとなる遺伝子多型を両アリルに保有する必要がある。

を用いてBCO2遺伝子多今回の調査から、現在では 10％にも満たないが、そ型を検出した結果、両の反面、これらの頻度を上昇させる余地があること

者由来の DNA から全くを示しており、
今後黄色個体の頭数を増加させれば、問題なく遺伝子型を決

現在課題となっている乳黄色度の回復にもつながる定することに成功したと期待される。黄色個体の普及を今後進めるにあた（図３）。

っては、遺伝子診断の結果をもとに交配を計画すれ

ジャージー牛の凍結精液４３頭について調査を行っばヘテロ同士で２５％、ホモ同士であれば 100％のた結果、黄色の遺伝子

確率で黄色個体を得ることが可能である。雌限定で多型をホモに持つ個体

あればさらに半分の確率になる。雌牛に対して使用が２頭（約 5%）、ヘテロ

できる精液は近交係数に配慮するためある程度の制にもつ個体が１８頭限が当然あるものの、今回の結果から、精液および（約 42%）、通常の遺伝各農家の雌牛でヘテロ型の頻度は約半数であり、ヘ子タイプをホモ（野生テロ同士の組み合わせを作り出すことは十分に可能型）にもつ個体が２３なレベルにあることが明らかになった。

個体（約 53%）であった

今回調査した４農家において黄色の遺伝子多型の（図４）。一方、蒜山地

頻度に差が認められた。現在のジャージー牛の繁殖

域の４農家のジャージー雌牛 187 頭について調査をには輸入凍結精液を用いることがほとんどである。

行った結果、すべての農家において１～４頭の黄色

そのため、一定期間に特定の精液を高頻度に使用す- 87 -

ることがあり、その精液が保有する遺伝子型が集団施設が必要とすることはなく、農家への負担は少なに大きく影響する傾向にある。実際、今回の調査でい。現在一定頻度に存在する遺伝子多型を把握し、は、ある精液が黄色型であることが確認されたが、ジャージーの乳・肉製品への付加価値の強化や差別

この精液は A,B 農家でも一定期間に多く使用された化要因としての活用が期待される。

実績があり、雌牛での黄色個体とヘテロ個体の割合
が他の農家より高い結果につながっている可能性が

「謝 辞」

高い。

本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエス

市販の凍結精液における調査結果から、興味深い

コ学術振興財団による研究助成を賜りましたことを点として今回調査した雌牛と同等もしくはより高い深く感謝申し上げます。

頻度で凍結精液にも黄色遺伝子多型が存在している検体入手にあたり、蒜山酪農農業協同組合、公益ことが明らかになった。市販される凍結精液では、財団法人中四国酪農大学、岡山県農林水産部畜産課

子孫における乳牛としての能力が評価され優秀な雄および美作県民局によるご協力を賜りましたことを個体が選ばれている。今回の調査から市販の凍結精深く感謝申し上げます。

液では、ヘテロ型が約半数存在するだけでなく黄色型が５％も存在していた。そのため、遺伝子多型が「参考文献」

たとえ黄色型であっても乳牛として求められる能力１．

田辺裕司・秋山俊彦・栗木隆吉・谷田重遠に悪影響を及ぼす可能性はかなり低いことが予想さ

地域食品製造副産物を利用した高機能畜産物のれる。ちなみに、我々の未発表データとして、黄色生産技術の開発－緑茶ガラによるジャージー牛型の調査個体数が少数であるものの、雌牛の泌乳成

乳黄色度の改善効果－ 岡山県総合畜産センタ

績は遺伝子型による差が無いことを確認している。

ー研究報告 2003, 15, 11-16.

黄色個体の良さは、乳の黄色度を高めるだけでは２．

有安則夫 ・長尾伸一郎 緑茶ガラによる乳ない。我々は牛肉としての良さにも発展することを

脂肪黄色度の改善効果の検討 岡山県農林水産

これまでに明らかにしている。黄色型の個体では牛

総合センター畜産研究所研究報告 2012, 15,

肉脂肪の色が黄色になり見た目の評価が落ちるもの

7-17.

の、官能試験では通常のジャージー牛肉よりもうま

３．

GriffinJ.

Methods

of

sperm

DNA

for

genetic

andepigenetic

味や香りで高い評価が得られている（辻, 2020）。まextraction

た、特に興味深い点として、脂肪酸組成には差が認

studies. Methods Mol Biol. 2013, 927, 379-

められないが、特定香気成分の差が予備的研究によ84.

り明らかになっている。したがって、黄色型の遺伝

４．

辻 岳人 JRA 畜産振興事業「ジャージー

子多型により乳牛としての付加価値だけでなく、雄牛の乳肉製品プレミアム化事業」事業報告書

牛を肉牛としての有効利用にも期待できるものであ

2020.

る。
現在、ジャージー牛は日本において乳牛シェア１％以下のマイナーな存在である。一方で、岡山県
では蒜山地域のジャージー牛が関わる産業は、酪農だけでなく観光産業としても非常に重要な位置づけである。将来にわたってジャージー酪農を継続する
ために、いかにジャージーの商品に差別化や付加価値をもたらすかが今後も必要となる。本研究で解析した遺伝子多型の利用は、飼養形態の変更や特別な- 88 -

光合成の光利用改善を目的としたアンテナタンパク質の機能解析
岡山大学 資源植物科学研究所
小澤 真一郎（概要）変動する光環境で安定した光合成を行うためには光エネルギーの効率的な利用が欠かせない。アンテ
ナタンパク質複合体（Light Harvesting Complex。以下、LHC）は光を集め余剰エネルギーを散逸することで、適量のエネルギーを光合成の反応中心に供給する。特に光化学系 I 複合体（PSI）に結合する LHC の構造には種多様性がみられることから様々な光環境で生育するために生物がもつ生存戦略を解明するために重要と期待されている。緑藻クラミドモナスでは植物型の LHCI（Inner LHCI）の外側に藻類型 LHCI（Outer LHCI）が結合した二層構造をとる。構造解析によって Outer LHCI はエネルギー散逸機構に特化することが示唆されたが詳細な分子機構は不明な点が多い。そこで本研究では、緑藻クラミドモナスを材料として LHC の一部サブユニットをコードする遺伝子が欠損した変異株を用いて Outer LHCI の機能解析を進めた。その結果、LHCI の構造はこれまで知られていた以上に構造を柔軟に変化させ光環境に適応する可塑性をもつことが示された。

（本文）

子顕微鏡による構造解析から、Outer LHCI は余剰エ研究の学術的背景と目的

ネルギー散逸機能に優れており、藻類の幅広い照度への対応能力に貢献すると予想された。

アンテナタンパク質複合体（Light Harvesting
Complex。以下、LHC）は光合成に不可欠な光エネル

二種の緑藻（クラミドモナス (Cr)とブリオプシス

ギーを生物が利用可能なエネルギーへ変換する。
LHC

(Bc)）
とマメ (Pc) の LHCI パラログのアミノ酸配列は多くの光を安全に集めるため余剰エネルギーを散と構造内の位置関係はよく対応する（図２）。Outer

逸する機能も併せ持つ膜タンパク質である。光合成

LHCI の一部のサブユニットと強光で誘導され余剰を行う生物は様々な光環境に生育する。LHC パラロ

エネルギー散逸に特化した LHCSR3 タンパク質とのグを種間で比較すると、藻類は植物よりも多様であ相互作用が質量分析により発見された。LHCSR3 タン

り生存戦略の反映を想起させる。特に光化学系 I 複

パク質は光化学系 II 複合体の余剰エネルギー散逸

合体（PSI 複合体）への LHCI の結合は多様であり、に重要でPSI 複合体とあること会合して生体

がこれま

内

は

で指摘さ

PSI-LHCI 超

れてきた複合体としてが光化学機能する。緑系 I 複合藻クラミドモ体との相ナスでは植物

互作用は

型 の

LHCI

これまで

（Inner LHCI）の外側に藻類型 LHCI（Outer LHCI）

明確ではが結合した二層構造で、これらの反対側に藻類型の

なかった。

で

LHCI（CrLHCA2/9）が結合する（図１）。クライオ電- 89 -

緑藻のもつ強力な光適応能力の解明は重要である

LHCSR3 タンパク質の立体構造は実験的にまだ得と認識はされている。
しかしながら LHCI サブユニッ

られていないため Phyre2 で立体構造予測を行い、化

ト欠損株を用いた緑藻クラミドモナスの PSI-LHCI

学架橋剤が満たす近接距離をUCSF Chimera の接触解における LHCI サブユニットの機能解析は、国内外を析も駆使して考慮し、PSI-LHCI と LHCSR3 との相対問わず知見が十分ではない。

的な位置関係を予測した。LHCSR3 は LHCA5 と同じ向きでさらに外側に追加の層として結合するという予そこで本研究では、過剰な光エネルギーの流入に想モデルを得た（図３）。

対する光化学系の効率的な利用機構解明を目的として光捕集システムのうち生物種によって様々な形態（２）LHCA5 相補株の作出をとる LHCI に着目する。とりわけ緑藻特異的なOuter LHCI と余剰エネルギー散逸に特化したLHCSR3

LHCA5 欠損株解析に必須な LHCA5 相補株の作出をとの相互作用に着目し、Outer LHCI 欠損株における行った。LHCA5 遺伝子の全長をクローニングし DNA

LHCSR3 と PSI-LHCI との複合体形成の構造的基盤に断片を電気穿孔法によって LHCA5 欠損株に導入した。

関する知見を構築する。

同時にハイグロマイシン耐性を付与する遺伝子を導入することで、ハイグロマイシンによる一次選抜を研究の詳細と研究成果行った後、LHCA5 タンパク質に対する特異的な抗体（１）LHCSR3 と Outer LHCI との相互作用を用いた免疫ブロット法で LHCA5 タンパク質の細胞タンパク質は環境に応答して複数の高次構造と会内蓄積量を定量し二次選抜を行った。LHCA5 タンパ合状態を動的にとることで柔軟に機能を発揮する。

ク質の蓄積量が回復した LHCA5 遺伝子相補株を得た

しかし環境に応答した会合状態は一過性的かつ比較（図４の transformants clone #08 で示す株。以下、的弱い相互作用であるため、捉えることは難しい。

相補株と記す）。

そこで本研究では、緑藻に強光処理を行ったのち、
化学架橋剤によって近接したタンパク質同士を共有結合させ相互作用を安定化した上で、質量分析によって高感度かつ網羅的に相互作用するタンパク質をどのアミノ酸残基同士で近接しているかまで決定した。その結果、Outer LHCI である LHCA5 の 185 番目の Lys 残基と強光によって誘導され余剰エネルギー
散逸に重要な枠割を果たす LHCSR3 の 196 番目の Lys
残基との架橋産物を見出した。

（３）LHCA5 欠損による光合成機能への影響
LHCA5 欠損株と相補株を用いて、
LHCA5 欠損による光合成機能の影響を解析した。
光合成的生育を評価するため、50 μmol photons-2m

s-1 で液体培地中に生育させた緑藻培養液を希釈し混合栄養または光独立栄養で生育させる寒天培地
上に滴下後、通常の生育光強度である 50 μmol
photons m-2 s-1 または強光である 300 μmol photons
m-2 s-1 の下で数日間培養し、形成されるコロニーの- 90 -

状態によって、生育状況を解析した（図５）。いずれ

灯後（図６中で OFF の後）全体を通して LHCA5 欠損の場合においても LHCA5 欠損は細胞の生育には影響

株（ΔLHCA5）と相補株の間で今回の測定手法では差がなかった。先行研究では Outer LHCI である LHCA5が見られなかった。
（４）LHCA5 欠損株の光合成タンパク質複合体
タンパク質複合体の会合状態を解析するため生化学的解析を行った。強光によって誘導され余剰エネ
ルギー散逸に重要な役割をもつ LHCSR3 と Outer
LHCI との相互作用が示されている。そこで、液体培養中に強光処理を行った緑藻クラミドモナスからチ
ラコイド膜を単離し、弱い相互作用を捉えるため温和な界面活性剤である α-Dodecylmaltoside でチラ
コイド膜タンパク質を可溶化しタンパク質複合体を
ショ糖密度勾配超遠心法によって分離した（図７）。

は余剰エネルギー散逸に特化した構造的特徴を持つ
ため、LHCA5 欠損株は強い光でも生育に影響がみられないことは予想外の結果であった。光合成機能を簡便に解析するため Non Photochemical Quenching(NPQ)解析を行った（図６）。光合成に利用されなかった光エネルギーの一部は蛍光として観察されるた
め、蛍光収率の時間変化を基にして光合成機能を評価できる。NPQ は暗馴化したサンプルに強い連続光を照射したときなどに観察される蛍光収率の低下現象で、強い光に対する光合成の防御機能の一部を反映する。今回用いた測定手法では蛍光収率の低下を

LHCA5 欠損株（ΔLHCA5）では図７Ａに * と ** でNPQ 増大とみなす手法を採用した。その結果、強いバンドとして分離されているクロロフィル結合タン

連続光照射中（図６中で ON と OFF の間）ならびに消パク質複合体が相補株よりも上側に分離された。よってこれらのバンドに含まれる複合体は低密度であることを示す。写真では判別困難な濃度差を定量するために、密度勾配の底から上まで一定体積で分画し、それぞれの画分の吸光度を 675 nm で測定し溶出曲線を確認した。その結果、 * と ** で示されたバンドの部分は相補株と比較して吸光度が低く、相対的な蓄積量が低いことを確認した（図７Ｂ）。つづいて、LHCA5 欠損株と相補株とで分離パターンが異なったクロロフィル結合タンパク質の違いを明らかにする目的で、28-41 番目の画分（図７で 分析 と示された部分）に含まれるタンパク質を分析した（図
８）。
相補株と LHCA5 欠損株のどちらも先行研究のと- 91 -

損しただけでは影響がおきないようにサポートする
可塑性を持つことが示された。今回の研究を通して
強光適応に重要とされるLHCSR3 とPSI との結合した状態の PSI を精製する条件を決定した。さらに、
LHCA5 欠損株の解析をとおして、
LHCA5 欠損をしても、ほかの足場となる LHCI が存在していれば LHCSR3 を結合するだけではなく LHCII も欠損することで強光適応機能を相補することが示された（図９）。

おり、PSII コアタンパク質が 28-30 番目の画分に局在化し、強光条件で形成される PSII-LHCII と LHCSR3が形成する PSII-LHCII/LHCSR3 超分子複合体を確認した。PSI コアタンパク質を指標として PSI 複合体の会合状態を検定した。相補株では 35-38 番目の画分に PSI-LHCI/LHCSR3 を見いだし、LHCSR3 は PSI においても強光適応に重要である可能性を示唆する結今後は、どの LHCI が足場となり LHCSR3 が PSI に果となった。LHCA5 欠損株では、Outer LHCI が遊離結合するのか、また構造学的な知見を得ることで余したPSI-LHCI を39-41番目の画分で確認することが剰エネルギー散逸機能の分子機構に迫ることができできた。この複合体は、今回使用した界面活性剤よるように研究を進めていきたい。

りも強力な β-Dodecylmaltoside を用いてチラコイド膜を可溶化したときに分離されるクロロフィル結謝辞

合タンパク質複合体であり、今回も半数程度の本研究の遂行に当たりご支援を賜りました公益財

PSI-LHCI はこの複合体の状態で分離された。今回新団法人ウエスコ学術振興財団に、心より感謝申し上

たに 34-36 番目の画分に PSI-LHCI/LHCII/LHCSR3 をげます。

発見した。LHCA5 を欠損しているにもかかわらず、Outer LHCI である LHCA6 が検出されていることから、
LHCA5 以外の Outer LHCI を結合した状態で複合体を

参考文献[1] Chemical crosslinking combined with MS

形成していることを示唆する。さらに、相補株ではrevealed dynamic interactions on photosynthetic

見られなかった LHCII との結合も見られることから、
LHCA5 欠損株ではこれまでの想定以上に柔軟に LHC

machineries
Shin-Ichiro Ozawa1, Philipp Gäbelein2, Felixの構造変化を起こすことで強光適応している可能性

Buchert2, Laura Mosebach2, Susan Hawat2, Martinを示唆する結果となった。

Scholz2, Wataru Sakamoto1, Michael Hippler2（1IPSR, Okayama Univ., 2IPBB, Univ. Münster）

研究の結論と今後の展望

日本植物学会第 84 回大会（オンライン開催、名古屋、

LHCA5 欠損株の解析を通して、PSI-LHCI の構造は愛知県）

これまで想定されてきた以上に柔軟であり一部を欠- 92 -

2020 年 9 月 19-21 日[2]「光合成の光補修の柔軟性」小澤真一郎
埼玉大学・岡山大学 若手合同シンポジウム（オンライン開催）
2020 年 11 月 26 日
[3]

Biochemical

analysis

of

outer

Light

harvesting complex I deletion Reveals Flexible
rearrangement ability of antenna in the green
algae Chlamydomonas reinhardtii.
Shin-Ichiro Ozawa1, Philipp Gäbelein, Felix
Buchert, Laura Mosebach, Susan Hawat, Martin
Scholz, Wataru Sakamoto1 and Michael Hippler1,2(1IPSR, Okayama University, Kurashiki, Okayama,
Japan,2

IPBB,

Universityof

Münster,

Schlossplatz 8, 48143 Münster, Germany
日本植物生理学会第 62 回年会（オンライン開催、松江、島根県）
2021 年 3 月 14-16 日- 93 -

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(2) Lv H, Sahin N, Tani A. Novel lanthanide-dependent

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Methylotenera oryzisoli sp. nov. Int J Syst Evol Microbiol.

4.5 pxl70, 2713-2718, 2020.

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ONE, 7, e33800 (2012)e
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Kimbara K. Practical application of methanol-mediated

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4.5 q 4 2 p(4) Masuda S, Suzuki Y, Fujitani Y, Mitsui R, Nakagawa T,

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(3) Tani A, Takai Y, Suzukawa I, Akita M, Murase H,n lMmethylotrophy in Methylobacterium aquaticum strain 22A.

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mSphere 3:e00462-17 (2018)

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Shintani M, Tani A, Lanthanide-dependent regulation ofee(1) Lv H, Sahin N, Tani A, Isolation and genomic
characterization of Novimethylophilus kurashikiensis gen.

- 96 -

アスガルド古細菌から紐解く細胞形態の制御機構の分子進化
岡山大学 異分野基礎科学研究所
千住 洋介
真核生物に近い系統と考えられている、アスガルドと命名された新規古細菌のメタゲノム解析から、細胞膜の形態変化を制御するタンパク質をコードする遺伝子が発見された。
本研究課題では、アスガルド古細菌の新規タンパク質の立体構造を解き、生物物理的手法と細胞生物学を組み合わせてその機能を解明する。そして、進化の過程を通して、細胞膜の曲率や張力のような物理的パラメータが下流のシグナルを誘起し、細胞の形態形成と生命活動の維持に重要であることを示す。
さらに、原核生物にも保存された真核生物と同様な細胞機能を見いだしていくことで、生命の起源の一端を解明していく。
研究実績の概要

アスガルド古細菌が真核生物と同様な細胞機能をす

細胞は、細胞膜によって外界と区画されることで、でに獲得していたことが分かれば、真核生物と原核

生命の基本単位として定義される。細胞膜の形態変生物のミッシングリンクを埋める可能性を秘めてい化は、がん細胞の浸潤、転移などに見られる細胞運る。

動や細胞分裂、分化などの生命活動に伴う必須のメカニズムである。

キーワード

最近、真核生物に近い系統と考えられている、アスアスガルド古細菌、進化、細胞膜、X 線結晶構造解

ガルドと命名された古細菌のメタゲノム解析による

析

ゲノムの再構築から、真核生物に相同性を持つタン
パク質をコードする遺伝子がいくつか発見された

現在までの進捗状況(Spang2015;

アスガルド古細菌のいくつかのタンパク質を人工

Zaremba-Niedzwiedzka et al., Nature. 2017.,

遺伝子合成し、タンパク質精製・結晶化に成功した。

Imachi et al., Nature 2020)。その中には、これま

さらに、
大型放射光施設 Spring-8 のビームラインをで原核生物には存在しないとされてきた、細胞膜の用いることにより、X 線結晶構造解析を試みた。得

形態変化を制御するタンパク質や細胞骨格アクチン、られた X 線回折データから、2.9Å の分解能を得てアクチン重合の制御因子などのホモログが含まれているので、現在セレノメチオニンを導入して位相をいる (Akıl and Robinson, Nature. 2018)。

決定している (図 1)。

そこで本研究の目的は、アスガルド古細菌に見出

また、GFP 融合タンパク質の機能発現をヒト細胞でされた新規タンパク質の結晶構造を解き、機能を解確認している (未発表)。

et

al.,

Nature.

明することで、細胞膜の形態変化に代表される生命システムが、どのように進化してきたかを解明する

図 1. アスガルド古ことである。

細菌の新規タンパク

①メタゲノム解析の結果から、真核生物に相同性を質の結晶 (未発表)。

持つタンパク質がアスガルド古細菌で見出されている。
②真核生物が、原核細胞からどのように生じたのかは今のところよく分かっていない。しかしながら、- 97 -

今後の研究の推進方策〔雑誌論文〕 計 3 件(うち査読付論文 3 件/うち国[Step1] 大型放射光施設 Spring-8 のビームライン

際共著 2 件)を用いることにより、X 線結晶構造解析を試みる。
得られた X 線回折データから、立体構造を明らかに

1: Senju Y, Zhao H. Fluorescence Assays to Studyする。真核生物の既知のタンパク質の立体構造と比Membrane Penetration of Proteins. Methods Mol

較することで、細胞内機能を予測する。また、リンBiol. 2021;2251:215-223.

脂質との結合に必要なアミノ酸残基の保存性を考察

2: Senju Y, Lappalainen P, Zhao H. Liposome

する。タンパク質精製や結晶化が計画どおりに進ま

Co-sedimentation and Co-flotation Assays to

ないときは、細胞形態を制御する他のタンパク質

Study Lipid-Protein Interactions. Methods Mol(SpangBiol. 2021;2251:195-204.

et

al.,

Nature.

2015;

Zaremba-Niedzwiedzka et al., Nature. 2017;

3: Senju Y, Suetsugu S. Spatiotemporal Analysis

Imachi et al., Nature) を試みる。

of Caveolae Dynamics Using Total[Step2] 精製した古細菌タンパク質を Alexa488 なInternal Reflection Fluorescence Microscopy.

どの蛍光色素で標識し、巨大脂質膜リポソー

Methods Mol Biol. 2020;2169:63-70.

ム (GUV: Giant Unilamellar Vesicle) に作用させることで、細胞膜の変形能を有するか明らかにする。

〔学会発表〕 計 3 件(うち招待講演 1 件/うち国際

また、光ピンセットを用いて、GUV のナノチューブ

学会 1 件)を形成させ (図 2)、アスガルド古細菌のタンパク質

1: Senju Y. Regulation of Actin Dynamics byが、細胞膜の曲率を認識するか明らかにする。

Phosphoinositides 2021 年 3 月 2 日 国立研究開発

Institut Curie (フランス) の Patricia Bassereau

法人 理化学研究所 生命機能科学研究センター 国研究室と共同実験する予定である (Tsai FC, Senju

際学会

Y et al., Elife. 2018)。

2: Senju Y. Mechanistic principles underlying
regulation

ピペット
GUV

of

the

actin

cytoskeleton

byphosphoinositi ブレインストーミング 2020 年 9 月
19 日 岡山大学大学院医歯薬学総合研究科 医療系

ビーズ等研究開発戦略委員会
3: Senju Y. Molecular mechanisms linking actin

GUV
BARドメインタンパク質図
2. (左) ピペットで固定した
GUV を光ピンセット

cytoskeleton to the plasma membrane 第 58 回日本で補足したビーズで牽引し、ナノチューブを形成す

生物物理学会年会 2020 年 9 月 17 日 一般社団法人る (右) 精製したタンパク質は、光ピンセットで牽

日本生物物理学会 招待講演

引した GUV のナノチューブに結合する (矢印)。
立体
構造の曲率に対応する膜の曲率を特異的に認識する本研究に関連して実施した国際共同研究の実施状ためである。

況

国際共同研究を計画している研究者と論文・学会発
上記の一連の研究から、アスガルド古細菌のタン表を実施した。

パク質による細胞の形態形成が、進化の過程を通して生命活動の維持に必須の機能であったか解明す

謝辞ることが可能となる。

この研究は、
令和 2 年度公益財団法人ウエスコ学術振興財団の助成金交付により研究が遂行されたもの

研究発表(令和 2 年度の研究成果)です。この場を借りて深く御礼申し上げます。

- 98 -

難治性心不全患者に対する循環器看護師の意思決定支援モデルの開発（2 年目）
岡山県立大学保健福祉学部看護学科
名越恵美

（概要）
【目的】心不全は、増悪と改善を繰り返し、終末期への移行期間は不明瞭であり、急変する可能性もあるた
め、患者の意思決定とともに家族は代理意思決定を迫られる機会が多く、看護師は患者の意思決定支援を模索している。そこで、循環器専門病院看護師の患者及び家族への意思決定支援を明らかにすることを目的とする。
【方法】全国の循環器専門病院に勤める 700 名の看護師を対象とし、自記式質問紙を用いて意思決定支援及び代理意思決定支援、意思決定に関する気がかりについて質問した。分析は、記述統計及びｔ検定、自由記
載は記述的内容分析を行った。
【倫理的配慮】本研究は、A 大学および対象施設の倫理審査委員会の承認を得て実施した。
【結果】回収率 276 部（39.4%）であり、患者へ意思決定支援は、5 段階の平均値＜患者・家族中心のケア＞4.06、＜環境調整＞3.94、＜適切性＞3.72、＜療養場所の希望＞3.34、＜意向の確認＞2.97 であった。代理意思決定支援は、4 段階の平均値代理意思決定支援の実践の各因子の平均値は、＜多職種連携＞
3.02、＜支援準備＞2.29、＜支援姿勢＞3.10、＜意思決定の促し＞2.56 であった。また、意思決定支援の気がかりとして、「BAD ニュースを話題にすること」「医療職の終末期医療への関心の差異」「アドバンスケアプラン
ニング（以下 ACP とする）のタイミングや方法」「意思決定できない患者家族への支援」「医療者都合の意思決定の誘導」「面会禁止の中での家族への支援」「課題のある高齢者への支援」「難渋する医療者同士の ACP に関する連携」「終末期医療体制が不十分」「専門職種間の協力体制未構築」「病院機能による制約や限界」の 11 カテゴリーが抽出された。
【考察】生命予後曲線を使用した患者への介入は行われ始めているが、実施後の支援評価が今後の課題であることが明らかとなった。また、代理意思決定支援では多職種連携を強化して、キーパ
ーソンの準備支援を早期から実施することが必要であることが示唆された。心不全患者の意思決定支援には、
最期まで症状緩和にむけて治療継続が必要となる心不全医療の特徴と終末期医療の在り方との対立が存在し、看護師の倫理的悩みにつながると考えられる。
（本文）

介入が中心となるため、死についての説明や症状緩はじめに和、死に向かう準備・意思決定など介入を医療従事

心不全は、増悪と改善に伴い入退院を繰り返し予者がどのように実施しているか明らかになっていな

後予測が難しい疾患である。超高齢社会を迎えていい。したがって、避けることのできない死に向かうる我が国において団塊の世代が 75 歳以上の後期高準備をいつの時期から行うべきか、家族が悔いのな

齢者になる 2025 年に向けて心不全パンデミックがい看取りを行い、患者本人が人生を生ききるための起こると言われている。心不全は、循環器疾患の終準備をいつごろから行うべきか、専門的に介入する末像であり、予後不良であり、2017 年には「心臓がための基礎資料を得ることは重要である。

悪いために、息切れやむくみが起こり、だんだん悪心不全患者に関する研究を概観すると、患者の療

くなり、生命を縮める病気である」と心不全の定義

養生活の体験（梅田 2012）、心不全患者の多職種チは慢性疾患から死に至る疾患に変更になった。

ームの教育入院の有用性（鍵山 2016）、社会的孤立しかし、病院においては、心不全患者の再入院率をと再入院の関係（齋藤 2017）のように急性増悪を予減少させるためのケアを重要課題としており、教育

防し、再入院のリスクを下げるための研究が主流で- 99 -

ある。一方、心不全患者を対象とした終末期や緩和

そこで、本研究の 2 年目として意思決定支援モデル

ケアに関しては、心不全終末期の家族のニーズ（岡の開発に向けて、心不全患者及び家族に対する循環部 2013）、在宅医療の実態（小澤 2015）など事例研器専門病院の看護師の意思決定支援を明らかにする究を中心に研究がなされてきた。また、量的研究とことを目的とする。

して末期心不全患者への満足度調査（佐藤 2012）、
心不全患者への緩和ケアの認識（猪口 2013）はある

1．目的と意義

ものの、看護職のみを対象に実施しており、患者の目的：意思決定支援モデルの構築にむけて循環器専

意思決定を支援する研究は事例研究がほとんどであ門病院の看護師の心不全患者への意思決定の認識とる。

看護介入を明らかにすることを目的とする。

国外においては、心不全患者への緩和ケアへの態

意義：本調査により専門性を生かした患者・家族へ度を明らかにした研究（J.Zliehm 2016)があり、職のより良い意思決定支援への示唆を得ることができ種別の教育の必要性を示唆していた。さらに、患者る。

の症状緩和と QOL の視点から職種間連携に関する示
唆を与えている研究（David.B 2014)、末期心不全

２．方法

患者におけるジレンマと患者を支えるケアギバーと１）研究デザイン：関連検証研究デザイン

ヘルスケアチーム、社会支援の視点から明らかにし

２）研究対参加者：対象施設は、全国の循環器専門

た研究（Carol.C 2015)があった。このように海外の病院で、研究対象者は、看護師として働いており、研究では、心不全の緩和ケアの認識や介入がすでに心不全患者の看護に携わった看護師 700 名。

行われている。しかし、日本では、人生の最終段階

３）データ収集方法：全国の循環器専門病院を無作の話は、緩和ケア病棟の看護師においても困難感を為に 20 施設抽出し、施設長または看護部長へ研究感じている（名越 2012）現状がある。これらは、同意を得た。紹介の許可が得られた 12 施設へ無記

日本の文化として死の話を避ける傾向が影響してい名自記式質問紙を各病院の許可人数分郵送し、配布ることが推察される。

を依頼した。回収は郵送法とした。

本研究の 1 年目は、慢性心不全認定看護師の意思

4）調査内容：基本属性（年齢・性別・看護師歴・循

決定支援として、＜生きたい気持ちを支え切る＞＜

環器看護経験年数）
・過去 1 年間の心不全に関する医療者の価値観を押し付けない＞＜体の動きやペー

学習会及び緩和ケアに関する学習会の有無、意思決スをセルフマネジメント＞＜患者の苦悩に覚悟をも定支援に関する調査項目は、高齢がん患者の意思決って対応＞＜患者の価値観を引き出す＞＜患者の死定支援手引きを参考に作成した「意思決定支援実践に関する考えを一緒に整理＞＜死に向かう患者の苦尺度」5 因子 21 項目 5 件法を使用した。また、救急・

悩を理解＞＜患者の選択は否定しない＞＜末期にな

集中治療の終末期における「代理意思決定支援実践

る前から継続した意思決定支援が重要＞＜病識が弱尺度」4 因子 18 項目 4 件法を使用した。
「意思決定

い患者に病状を意識づける＞＜望む未来を言語化す支援実践尺度」はα係数＝0.93、「代理意思決定実践

る＞＜生命予後曲線を使用して今の状況・今後の見尺度」はα係数＝0.93 であり、妥当性を検証して実通しを伝える＞といった認識と支援を明らかにした。

施した。さらに、「意思決定に関する気がかり」を自患者自身が病状を理解できるように生命予後曲線を

由記載とした。

活用して、今後どうありたいかを言語化し、意思表

5）分析方法明を促していた。看護職は「死」に向かう覚悟をも①全体及び各項目間の記述統計、各尺度は平均点をって、患者の価値観を引き出し、希望を明確化し「生算出した。②独立変数と意思決定支援に関する項目

きる」を支えていた。また、一緒に考え苦悩するこ間の重回帰分析、優位水準は 0.05 とした。分析は、とで、患者を孤独にしないよう関わりを行っていた。

SPSS．Ver．25 を用いて行った。③自由記載は記述- 100 -

的内容分析の手法を用い、コード化、カテゴリーを「説明の仕方の配慮」4.33、「信頼関係構築」4.15、行った。

「辛さの理解」4.09 であり、下位 3 項目は、
「倫理

6)倫理的配慮

コンサルテーション等への相談」
1.82、「意思の推定」研究の目的、方法、個人情報の遵守等を研究参加者

2.74、「意思決定の環境の見直し」2.77 であった。

に文書で記載し、アンケートの同意欄にチェックを

３）代理意思決定支援の実践してもらい同意を得た。なお、本研究は、研究者の代理意思決定支援の実践の各因子の平均値は、＜所属する施設の研究倫理委員会の承認及び対象施設

多職種連携＞3.02、＜支援準備＞2.29、＜支援姿勢の倫理委員会の承認を得て実施した。

＞3.10、＜意思決定の促し＞2.56 であった。＜支援準備＞は、各年代で有意差がみられたが、20 歳代のみ有意差がなかった。また、下位項目「多職種との3．結果情報共有」は 3.19 と高く、「代理意思決定の目標説

回収率は 276 部（39.4%）であった。

明」は 2.04 と低かった。

１） 対象者の概要（表１）
対象者は、平均年齢 38.4±9.9 歳、女性 243 名、

４）意思決定に関するきがかり（表２）

男性 33 名、看護師経験年数は、15.6±9.9（1-46）

カテゴリーを「 」で示す。意思決定に関する気年、循環器看護の経験数は 11.9±8.4（1-42）年でがかりは、64 コード、41 サブカテゴリーに集約さあった。職位はスタッフ 204 名、主任 45 名、師長 12

れ、「BAD ニュースを話題にすること」「医療職の終名であった。そのうち認定看護師は、15 名であった。

末期医療への関心の差異」「アドバンスケアプランニ

部署は、内科が 75 名、ICU/CCU が 60 名と多かった。

ング（以下 ACP とする）のタイミングや方法」「意思

過去 1 年の一回以上の心不全の学習会参加は 158 名決定できない患者家族への支援」「医療者都合の意思（59.2％）、
緩和ケアの学習会参加は 76 名
（28.5％）

決定の誘導」「面会禁止の中での家族への支援」
「課

であった。

題のある高齢者への支援」「難渋する医療者同士のACP に関する連携」「終末期医療体制が不十分」「専
門職種間の協力体制未構築」「病院機能による制約や表１．対象者の概要

性別
年代

部署

女性
男性
20代
30代
40代
50代
60代
ICU／CCU
外来
内科
外科
地域包括
混合
他

人数
243
33
58
84
90
32
3
65
31
75
28
7
33
28

限界」の 11 カテゴリーが抽出された。

％
88.0
12.0
21.7
31.5
33.7
12.0
1.1
24.3
11.6
28.1
10.5
2.6
12.4
10.5

表２：意思決定支援のきがかり
カテゴリー（11）
BAD ニュースを話題にすること

サブカテゴリー（41）
患者と覚悟に関する話ができない・本人への説明不足・予後告知は本人に行
われにくい
ACP に対するリーダーシップを取る

ACP のタイミングや方法

人がいない・意思決定支援のタイミン
グが難しい・患者家族の意思決定のタイミングが重要・病状の見通しが難しい２） 意思決定支援の実践
意思決定支援の実践の 5 因子は、＜患者・家族中
心のケア＞4.06、＜環境調整＞3.94、＜適切性＞3.72、＜療養場所の希望＞3.34、＜意向の確認＞2.97 であった。
意思決定支援の実践において、上位 3 項目は、- 101 -

意思決定できない
患者家族への支援

患者と家族の意見がまとまらない・看取りへの意思が確認しづらい・今後の希望を考えることができない意識が異なるため統一した意思決定上で基盤である。
「説明の仕方の配慮」は、心不全の難渋する医療者支援が困難・看護師どうしの意思決定

生命余語曲線を使用して、患者に起きる変化の予想同士の ACP に関すに関する学びの場が少ない・医師の病を立てながら、説明を行っていると考える。このよる連携状説明のタイミングを提案しづらい・

うに心不全と診断されたときから今後に生じること

医師を交えての ACP がしづらいを想定できるように、継続的にかかわる必要性があ

循環器専門病院を維持するために積る。一方で、＜意向の確認＞は低かった。
「辛さの理

極的治療を勧める・患者家族の意思に解」として患者の感情への働きかけは看護師役割の反して医療者が家に駆るかどうかを遂行として実施されているが、患者の意思への問い

判断・病院の都合で退院が決まる

かけはあまり行われていない。さらに、一度実施し看護師が意思決定を誘導する・医師のた意思決定支援についての見直しは、あまり実施さ治療方針との差異を埋められない

れていないことが明らかとなった。
意思決定支援は、心不全患者の終末期に関する関心が患者の状況に応じでその都度行われる必要がある。

低い・患者の死や病状把握の医療者間心不全は、病みの軌跡が不明確であるからこそ、病の差・社会的弱者の支援が必要

期の見通しの共有に向けて、患者・家族の意思決定・キーパーソンの負担を軽減・コロナ

支援を振り返り、介入時期の適切な時期や介入方法

禍での家族支援が十分にできない・代の手がかりを再考する必要がある。
「倫理コンサルテ

理意思決定者へのコンタクトが難しーション等への相談」については、個人の努力範囲

い・面会禁止の中で家族の思いが聞けではなく、病院のシステムに起因する内容であるたていない

め、倫理的悩みを引き起こす可能性がある。

・課題のある高齢者と家族への支援

２）代理意思決定支援の実践

医療者都合の意思決定の誘導

医療職の終末期医療への関心の差異

面会禁止の中での家族への支援課題のある高齢者

が難渋・認知機能低下した患者の意向

代理意思決定支援は、患者の状態が悪化した状況

への意思決定支援をどこまでくみ取るか・高齢者と家族で実施されるため、キーパーソンに対しての＜支援が病状の意味を理解しているか不明

準備＞が間に合わない状況が考えられる。
そのため、IC がチームで共有されていない・ガ

前もってキーパーソンが意思決定できるよう準備を

イドラインの周知・体制も不十分・意整える必要性が示唆された。年代別において 20 代

思決定場面に同席できない・意思決定で有意差がみられたが、＜支援準備＞は、症状が安支援の時間が取れない・患者のケアに定しているときから行うことが望まれる。症状安定

費やすマンパワーの不足時にはキーパーソンは、悪化時を想定することから専門職種間での自己の役割を見つめなす・緩和ケア医

目を背けがちである。日本人の特徴として死の話を

協力体制未構築が必要・精神科のサポートが必要嫌う。そのため、経験の浅い看護師には行いづらい地域で活用できる支援の選択ができことが予測される。また、心不全と診断されたとき病院機能による

にくい・活用できる支援の選択ができから、病みの軌跡である生命余語曲線を家族が理解

制約や限界

にくい・病院機能から継続入院はできできるように長期にかかわる必要性がある。病みのない

軌跡の全体像が理解できれば、急変と回復を繰り返

終末期医療体制が不十分すことも予測の範囲となるため、家族の動揺も軽減
４．考察する。さらに、患者の意思を推定できるように、継１）意思決定支援の実践

続的に患者と家族で意思を確認しあう場を設け、患循環器専門病院看護師の＜患者・家族中心のケア

者が家族に意思表明を行いやすい環境調整が必要で＞に向けての意識は高く、信頼関係を基盤として支ある。一方で、＜多職種連携＞では、患者及の最善援を行っていた。信頼関係構築は、看護介入を行うについて情報共有しながら支援方法を検討している- 102 -

ことが明らかになった。本研究は、循環器専門病院を対象としている。
そのため、施設で働く多職種は、

5．研究の限界と今後の課題

心不全などの循環器疾患の特徴を熟知している。し

本研究は、循環器専門病院に特化しているため、たがって、多職種での連携がしやすいと推察する。

認定看護師などのエキスパートに相談できる体制が

３） 意思決定支援を行う上での気がかりある。しかし、心不全が、心機能の終末像であるた

看護師の気がかりは、「ACP のタイミングや方法」

め、一般病院でも心不全患者が多く入退院を繰り返「意思決定できない患者家族への支援」「医療者都合している。今後は、一般病院においても調査する必の意思決定の誘導」「面会禁止の中での家族への支援」

要性がある。

「課題のある高齢者への支援」といった、患者の自律尊重やアドボカシーを守るための看護師の専門的まとめ価値観に起因するものである。また、「BAD ニュース

心不全患者・家族の緩和ケアを含む意思決定支援を話題にすること」「医療職の終末期医療への関心のに向けて、患者の意思決定支援では、実施後の振り差異」は、患者の自律尊重に影響を与える個人的価

返りを行うこと、また、代理意思決定支援では多職値観に起因すると考える。一方で、「難渋する医療者

種連携を強化して、キーパーソンの準備支援を早期同士の ACP に関する連携」「終末期医療体制が不十から実施することが必要であることが示唆された。

分」「専門職種間の協力体制未構築」「病院機能によ心不全患者には最期の時まで、症状緩和にむけて治る制約や限界」は、協力体制や医療システムへの倫療継続が必要であり、心不全医療の特徴と終末期医理的悩みであると推察する。これらは、最期まで症療の在り方との対立が存在し、倫理的悩みにつなが状緩和にむけて治療継続が必要となる心不全医療のると考えられる。したがって、循環器病院の終末期

特徴と終末期医療の在り方との対立によると考えら

医療体制のシステム構築の必要性が示唆された。

れる。
引用文献

４）意思決定支援モデル（図１）
倫理的悩みを低減するためには、組織として、倫・梅田亜矢、井上智子（2012）:植込み型心臓危機の理コンサルテーションの導入やエンドオブライフデ

遠隔モニタリングを受ける患者の療養生活と看護支ィスカッションを実施する体制の整備が必要である。

援の検討、お茶の水看護学雑誌 Vol.7,No1,30-41

また、死に関する話題を避けることなく話し合うた・齋藤泰子、川南公代（2017）：高齢者の社会的孤立

めには、終末期や緩和ケアにおける看護職者のコミと健康に関する文献研究、武蔵野大学看護学研究所

ュニケーション技術の継続的な学習が必要である。

紀要 11 号 21-29
・鍵山暢之、林田晃寛、永野範子他（2016）：心不全
教育入院の有用性,心臓病センター榊原病院雑誌 20
巻 34-37
・岡部陽子、外川圭樹、須栗裕子他（2013）：慢性心不全終末期における家族のニーズ、第 43 回日本看護学会論文集 成人看護Ⅱ 107-110
・小澤 幸子, 永井 香代子, 菊地 雅,他８2015）：
在宅療養を支える訪問看護師の役割 事例からの振り返り,Best Nurse 26 巻 7 号 68-66
・佐藤 寛子, 高務 藍, 田中 瑞奈,他（2012）：末期
心不全患者に関わる看護師の患者ケアに対する満足

図１：意思決定支援モデル

度調査 末期心不全患者と末期がん患者の看護を比- 103 -

較して、第 42 回日本看護学会論文集 成人看護Ⅱ
226-228
・猪口沙織、甲あかね、北川里香（2013）：循環器病棟看護師の心不全患者への緩和ケアの現状,第 43 回
日本看護学会論文集 成人看護Ⅱ 103-106
・Jeanette Ziehm, Erik Farin, Katharina Seibel,
et,al. （2016）： Health care professionals’
attitudes

regardingpatients

withpalliative

chronic

heart

care

for

failure:aninterview study, BMC Palliative Care, August
2016．15,76 1-8・ Carol

Chen-Scarabelli,et,al.(2015):Dilemmas
failure,in

JournalLouis

Saravolatz

end-stage
of

heart

Geriatric

Cardiology(2015)12:57-63
・David. Bekelman, Stephanie Hooker, et, al.
(2014):

Feasibility

andAcceptabilityofCollaborative Care Intervention To Improve
Symptoms and Quality of Life un Chronic Heart
Failure: Mixed Methods Pilot Trial. Journal of
Palliative Medicine Vol.17, No.2 145-151.
・名越恵美、石川真帆、小野静香他（2012）：開設初
年度の緩和ケア病棟看護師の End of Life Care に関する困難感の分析、インターナショナル Nursing
Care Research、11 巻 4 号 Page145-151
・小川朝生、五十嵐隆志、稲葉一人、他（2020）：高齢者のがん診療における意思決定支援の手引き、国立研究開発法人 国立がん研究センター先端医療開発センター 精神腫瘍学開発分野、1-17．
・下地智之、豊里武彦、眞榮城千夏子、他（2017）：
救急・集中治療領域の終末期治療における代理意思決定支援実践尺度の開発、日本看護科学学会誌
Vol.37，437-445．

- 104 -

超音波を用いた看護師による爪のアセスメント方法の開発
岡山県立大学 保健福祉学部 看護学科
佐々木 新介（概要）足趾の爪の観察は目視により行われることが多い．本研究目的は超音波診断装置を用いて，若年者および中高年者の足趾の爪の観察を行うことである．超音波診断装置を用いた描出方法は，水中に足趾を浸漬した状態で実施した．超音波診断装置を用いることで爪甲の厚さや目視では観察困難な爪甲下の組織が観察可能であった．超音波診断装置を用いることで，視診や触診では評価が困難な巻き爪等についてもアセスメントすることが可能であること示唆された．これらは，糖尿病患者のフットケアや爪切り指導にも応用可能ではないかと推察しており，看護師が超音波診断装置を用いて爪をアセスメントする観察方法を構築していく予定である．

【はじめに】
爪は手足それぞれの指尖を保護し，指腹に加える【用語の定義】

力を支えている．特に，足趾の爪は安定して身体を支え，歩行にも関係している．さらに，足趾の観察

本研究における用語の定義として，若年者とは 20
歳代，中高年者とは 40 歳代以上とした．

やアセスメントは爪切りのみならず，糖尿病患者のフットケア指導など看護援助としても重要である．

【目的】

現在，この足趾の観察には目視による視診や触診が

超音波診断装置を用いた爪の観察を行い，若年者

行われている．しかしながら，陥入爪や弯曲爪等（いおよび中高年者の爪甲（厚さ，高さなど）の比較を

わゆる巻き爪）の場合，外観のみでは十分な観察が行う．

行えない場合も存在し，爪のケアに苦慮する場面もある．そこで，非侵襲的に生体情報の描出が可能な【方法】

超音波診断装置を用いることで,目視では判断が困

1. 対象者

難な爪の情報を可視化することが可能ではないかと推察している．特に，近年ではベッドサイドで実施

同意の得られた健常人 38 名（若年者 29 名，中高年者 9 名）を対象に実施した．

される point of care ultrasound(POCUS)が注目されている（清島ら，2018）．そして，看護においても

2. 実験機器

既存の視診や触診に加えて POCUS を併用することで，超音波診断装置は LOGIQ e（GE Health Care)を用

より正確かつ高度なアセスメントが可能になると考いた．プローブは，16 MHz の設定でリニアプローブ

えられる．

(L8-18i-RS, GE Health care)を使用した．

一方，超音波診断装置を用いた爪に関する先行研
究としては,国内での研究成果は乏しく，
海外では爪

3. 実験手順甲,爪母,爪郭,爪床など超音波画像が示された文献等は存在していたが，爪甲の厚さなど基準となる数

1) 対象者の性別,年齢,足のサイズについて質問用紙に記入を依頼した．

値も示されていなかった．本研究では，超音波診断

2) 座位にて足趾の爪を露出し,実験前に目視で装置を用いて，爪甲等の参考値を明らかにするため

上方（図 1）と正面（図 2-3）からの写真を撮に，若年者および中高年者の爪の比較を実施した．

影した．観察は，フットケアの専門知識と技- 105 -

術を身に付けたフットケア指導士（日本フットケア・足病医学会 認定資格）である看護師が実施した．

図 4 超音波診断装置での足趾の爪の画像（左短軸像，右長軸像）

4. 分析方法
データは平均値±標準偏差で示した．また，撮影した超音波画像の解析には画像処理ソフト Image J
を用いて計測した．なお，爪甲の幅は左右の爪甲辺縁の距離を計測し，爪甲の高さは爪甲側縁から爪甲表面まで距離を計測した．各計測値の比較には,t 検

図 1 目視で観察した足趾の爪（上方）若年者

定を用いて p < 0.05 を有意差あり，p < 0.1 を有意な傾向ありとした．
5. 倫理的配慮
対象者には研究目的,参加の有無は自由意志であり,参加の有無により不利益等は一切生じないこと,
研究途中であっても辞退等が可能であることを説明した．データは,研究目的以外に使用せず,書面にて同意を得た．
本研究は,岡山県立大学倫理委員会の承図 2 目視で観察した足趾の爪（正面）若年者

認を得て実施した(受付番号:20-06)．
【結果】
1. 対象者の概要について
対象者は 38 名（若年者 29 名，中高年者 9 名）であった．若年者は男性 14 名，女性 15 名，平均年齢
は 20.9±1.7 歳であった．中高年者は男性 2 名，女性 7 名，平均年齢は 53.1±7.7 歳であった．
2. 超音波診断装置で計測した足趾の計測値

図 3 目視で観察した足趾の爪（正面）中高年者

若年者の右足趾の爪甲の厚さは 0.74±0.10mm，爪甲 の 幅 は 15.81 ± 1.53mm ， 爪 甲 の 高 さ は
3) 超音波診断装置での足趾の爪の描出方法は，3.72±0.73mm であった．若年者の左足趾の爪甲の厚足趾を水中に浸漬した状態で観察した．

さは 0.71±0.08mm，爪の幅は 15.26±1.74mm，爪の4) 超音波診断装置での観察は,左右の足趾を片高さは 3.61±0.78mm であった．若年者の左右の爪足ずつ順に短軸断面(図 4 左),長軸断面（図 4の計測値はいずれも有意差を認めなかった．
中高年者の右足趾の爪甲の厚さは 0.75±0.10mm，

右）を撮影した．

爪甲の幅は 14.49±1.62mm，爪甲の高さは 4.13±- 106 -

0.39mm であった．中高年者の左足趾の爪甲の厚さは報告されている(崎山ら，2016)．このような場合，0.78±0.08mm，爪の幅は 14.48±1.67mm，爪の高さ

超音波診断装置を用いることで，爪甲遠位部も観察

は 4.01±0.39mm であった．中高年者の左右の爪のが可能になるのではないかと推察される．また，寝計測値はいずれも有意差を認めなかった．

たきり等により歩行しなくなった人の足趾が巻き爪

若年者と中高年者を比較した場合，右足趾では爪に変化してくるという現象があるとも報告されてい甲の幅（若年者；15.81mm，中高年者；14.49mm），高る(是枝, 2018)．このような対象者らに対する爪のさ（若年者；3.72mm，中高年者；4.13mm）に有意なケアは，専門的知識に基づき，詳細なアセスメント

傾向が認められた（p < 0.1）
．同様に，左足趾ではが重要でると考えられる．このため，超音波診断装爪甲の厚さ（若年者；0.71mm，中高年者；0.78mm），

置を用いて足趾や爪のアセスメントが可能になった

高さ（若年者；3.61mm，中高年者；4.01mm）に有意場合,ケアの安全性や爪切り事故の防止につながるな傾向が認められた（p < 0.1）．

と期待される．

【考察】【研究限界と今後の課題】

2007 年 6 月，看護師が高齢入院患者の爪をはがし

本年度，
新型コロナウイルス感染症の拡大に伴い，虐待を行ったという報道がなされた．
これに対して，多数の対象者を募集することが困難であった．その日本看護協会は 2007 年 10 月に「虐待ではなく看護中で感染防止策を徹底しながら研究を継続したものケアである」という見解を公表した（日本看護協会，の，中高齢者の対象者数が少なかったことが本研究

2011）．その後の裁判では，看護師の無罪が確定したの限界である．これらの課題を踏まえ，今後も研究ものの（2010 年 9 月）
，一連の報道は社会に大きなを継続していく予定である．

影響を与えたと推察される．
このような背景もあり，看護ケアの実施者である看護師には十分な知識と適謝辞

切なアセスメントと技術が求められている．
そこで，本研究は，公益財団法人ウエスコ学術振興財団の本研究では爪のアセスメント方法として超音波診断

令和元年度研究活動費助成事業を受けて実施するこ装置を用いる方法を検討した．
本研究実施中に辞退・とができました．研究代表者ならびに共同研究者一疼痛などの訴えは聴取されず，超音波診断装置を用

同，心より御礼申し上げます．

いる方法は，非侵襲的かつ安全に実施できたと考えられた．また，超音波診断装置を用いることで，目

引用文献

視では観察できない爪甲の厚さや高さ，爪床の状態，

・ 伊崎正勝，他（1968）．爪甲の年齢的変化に関す

さらには爪母の観察も可能であった（図 4）．

る観察-爪の生長ならびに厚さについて-，高齢

本研究結果では，若年者と比較して中高年者では，医学，6（4）：225-237．

爪甲の厚さや高さは大きくなる傾向が認められ，爪・ 清島真理子（2018）．
【聴診・触診×エコーで診断

甲の幅は小さくなる傾向が示唆された．先行研究で推論!-Point-of-Care 超音波(POCUS)の底力】体は切除後の爪を用いて，加齢に伴い爪甲は変化する

表触診とエコー 触感覚をエコーで確認しよう!，

ことが報告されている（安永，1961）．伊崎らも爪甲総合診療，28（6）：810-814．

の変化について観察研究で加齢に伴い爪甲の厚さが・ 是枝哲(2018).外来で役立つ爪診療ハンドブッ

厚くなることを報告していた（伊崎，1968）．本研究ク,pp.1-6.中外医学社.

では超音波診断装置で爪甲を観察したが同様の所見

・ 日本看護協会(2011).「爪のケア」に関する刑事が認められ，
非侵襲的に評価が可能であった．
特に，

事件 経緯と支援の実際,pp.2-19.日本看護協会

陥入爪など爪甲遠位遊離縁が軟部組織に深く埋没し出版会．

ている場合,測定が困難かつ不正確になりやすいと・ 崎山とも，他（2016）．簡便かつ有用な巻き爪の- 107 -

評価法，日本皮膚科学会雑誌，126(12)：22752280．
・ 山下和彦，他（2004）．高齢者の足部・足爪異常による転倒への影響.電気学会論文誌Ｃ（電子・情報・システム部門誌），124（10）：2057-2063.
・ 安永朋喜（1961）．爪の正常な成長に關する研究，人類學輯報，33：51-75．

- 108 -

簡便な嚥下機能測定方法の構築と機能性を付加した嚥下調整食の開発
岡山県立大学 保健福祉学部 栄養学科
山本 登志子
超高齢社会を迎え，健康長寿を目指す我が国において，加齢に伴い増加する生活習慣病や慢性疾患の予防と，低栄養・フレイル予防が重要な課題である。そこで，本研究では，慢性疾患の基盤となる慢性炎症を予防する食品機能性を付加した嚥下調整食の開発に取り組んだ。まずは，食品機能性の探索を行い，炎症惹起に関わる脂質メディエーター合成を抑制し，慢性炎症予防効果を有するいくつかの食品機能性成分を，自然薯，赤米，ザクロなどから同定した。このような食品機能性を有する食材を用いて嚥下調整食開発を目指すにあたり，高齢者の嚥下機能程度を測定し，個人に適した嚥下調整食を提供するために，簡便で非侵襲的な嚥下機能測定方法の構築に取り組んだ。次に，食品機能性と特有の物性を有する自然薯粉末を利用して，嚥下困難者用増粘剤（とろみ剤）を作製し，嚥下機能評価系を用いて適合性を解析した。本研究より，疾病予防・改善効果を付加した新規
嚥下調整食への開発が期待できる成果を得た。
きれば慢性疾患や生活習慣病の予防に繋がる(図 1)。

1. 緒言
我が国は，2007 年より超高齢社会に突入し，2019

本研究では，炎症誘導性脂質メディエーター合成

年時点で 65 歳以上の人口割合を表す高齢化率は系のシクロオキシゲナーゼ(C0X)-2，
ミクロソーム型

28.4%である．高齢社会対策として，今年改訂された

PGE 合成酵素(mPGES)-1, 5-リポキシゲナーゼ(LOX)「日本人の食事摂取基準 2020 年度版」
（厚生労働省）を標的とした食品機能性の探索と，その機能性を付でも，特に高齢者を対象とした内容が重点化され，加した嚥下調整食の開発の基盤研究を行った。
また，

生活習慣病の発症予防及び重症化予防に加え，高齢嚥下調整食開発のために生体信号を利用した簡便で者の低栄養予防やフレイル予防も視野に入れられて非侵襲性の嚥下機能評価系の構築を試みた。

いる．2019 年度の人口動態統計で明らかとなった，
死因別死亡割合を見ると，その半数以上が慢性疾患で占められており，慢性疾患予防のための食品機能性の探索は重要である。また，高齢者では嚥下機能が低下することで，
誤嚥性肺炎に繋がるだけでなく，生活の質（QOL）の低下や低栄養にも関係する。健康状態や日常生活動作（ADL）を維持するためには，食事を経口摂取することが重要であり，嚥下困難な高齢者に対しては，誤嚥しにくい適切な物性の食事を
図 1．炎症誘導性脂質メディエーターと食品機能性提供することが必要となる。

の標的

慢性疾患や生活習慣病の発症には，慢性炎症が深く関与する。ω6 系脂肪酸のアラキドン酸代謝産物であるプロスタグランジン(PG)E2 やロイコトリエン

2. 実験材料・方法(LT)類は，炎症誘導性脂質メディエーターと呼ばれ，生体内でこれらの脂質メディエーターの過剰な産生

2-1．慢性炎症予防効果を有する食品機能性の探索が継続されると慢性炎症へと導かれる。よって，こ1) 機能性食品と成分

れらの脂質メディエーターの産生を抑えることがで- 109 -

自然薯は，皮を取り除き，低温乾燥の後粉砕し，

60 メッシュでパウダー状にした。

局在や発現解析には，特異的な抗体を用いた免疫組

赤米は，70%含水アセトン素抽出物を，芳香族系

織化学解析を行った。

合成吸着カラム Diaion HP20 resin で吸着後，50%メ

6) リピドミクス解析

タノール抽出画分から赤米ポリフェノール（RRP，

動物組織から，Bligh and Dyer 法により脂質を抽

カテキン重合体のプロアントシアニンジン）を採取

出し，Oasis HLB cartridges（Waters, Milford, MA.

した。

USA）を用いた固相抽出によりサンプルを調製し，エ

ザクロ葉は，70%含水アセトン素抽出物から，液液分配法により酢酸エチルとブタノールによる抽出

レクトロスプレーイオン化質量分析（EMI）により脂質メディエーター含有量を測定した。

画分から，エラジタンニン類のグラナチン A とグラ
ナチン B を採取した。

2-2．
簡便な嚥下機能測定法の構築と嚥下調整食の開2) 細胞及び動物

発

in vitro 実験には，癌モデルのヒト非小細胞肺癌

1) 嚥下機能測定法

A549 細胞や炎症モデルのリポポリサッカライド

嚥下時の生体信号として，咽頭音を小型コンデン（LPS）刺激マウスマクロファージ RAW264 細胞を用

サーマイクを用いて採取し，増幅装置としてプリア

い，in vivo 実験には，17,12-dimethylbenz [a]ンプとオーディオインターフェースを使用した。嚥

anthracene (DMBA) と 12-O-tetradecanoylphorbol

下音の発生している時間の長さを測定するとともに，

13-acetate (TPA)の局所塗布による化学物質誘導皮解析対象区間における音圧の総合計を次式で算出し，膚癌モデルマウスやイミキモド(IMQ)局所塗布によ嚥下音パワーとした。

る乾癬誘導モデルマウスを用いた。

N3) 発現解析嚥下音パワー ＝ Σyi2
i=1

細胞あるいは動物組織より cDNA サンプルを調製

yi：各時刻における音圧
N = 48000

し，定量 RT-PCR 法により遺伝子発現を解析した。
細胞と動物組織より調製したホモジネートの被験者は 20 歳代男性で，90 度座位にて各嚥下対

10,000xg上清を用いて，タンパク質発現動態をウエ

象食品を 3 g を一旦口腔内に保持させ，被験者の自スタンブロットにより解析した。

由なタイミングで咀嚼せずに一度に嚥下させた。そ4) 酵素活性測定

れを 5 回繰り返した。なお，本研究は岡山県立大学

COXの反応条件は，0.1 M Tris-HCl（pH 7.4）/ 2µM
hematin / 5 mM tryptophan / 25 µM linoleic acidの倫理委員会の承認を得て実施したものである。
2) 嚥下食品の物性解析の反応液中で，24℃，5分間である。mPGES-1の反応

ゾル状溶液の粘度は，日本摂食・嚥下リハビリテ

条件は，0.1 M KPB（pH 7.2）/ 2.5 µM glutathione

ーション学会「嚥下調整食分類 2013」の基準に従い，/ 40 µM PGH2の反応液中で，24℃，1分間である。5-

直径 28mm，コーン角度 3°のコーンプレート型回LOXの反応条件は，0.1M Tris-HCl（pH7.4）/ 2mM CaCl2

転粘度計を使用して，測定温度 20℃，ずり速度 50/ 2mM ATP / 25µM arachidonic acidの反応液中で，s-1 における 1 分後の粘度を測定した。ゲル状食品に

30℃，20分間である。それぞれの反応生成物は，逆ついては，厚生労働省の「えん下困難者用食品の許

相高速液体クロマトグラフィーで分析した。

可基準」に従い，クリープメータを用いて Texture5) 病理・組織化学解析

Profile Analysis (TPA) 試験を行い，「 かたさ4%パラフォルムアルデヒドで固定したマウス組織(N/m2)」，「凝集性」，「付着性(J/m3)」を測定した。

から切片を作製し，一般病理解析にはヘマトキシリ
ン・エオジン(HE)溶液で染色し，各種たんぱく質の3. 結果と考察
3-1. 自然薯の COX-2 と mPGES-1 発現抑制と慢性炎- 110 -

症予防効果mPGES-1 阻害による効果の検証も必要である。

これまでに，自然薯抽出物に COX-2 と mPGES-1 の発現を抑制しPGE2 産生を低下させる効果を明らかにし，皮膚癌モデルマウスへの経口あるいは塗布投与による抗炎症･抗腫瘍効果を報告した。
さらに，その機能性成分の候補としてヤマノイモに多く含有される植物ステロールを見出し，慢性炎症性疾患の非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)への投与による症状の改善効果を検証した。その結果，肝機能指標としてのアスパラギン酸アミノ基転移酵素(AST)やアラニンアミノ基転移酵素(ALT)の検査値と，病理組織化学的なスコアで改善傾向が認められた。
以上の結果より，
自然薯のPGE2 産生抑制が認められ，癌や NASH だけでなく，様々な慢性炎症性疾患に有効であることが期待できる。機能性の候補成分も同定されたことから，今後はさらに，機能性食品としての耐容上限量や安全性についても検証する必要がある。
図 2．RRP による 5-LOX 阻害
3-2. 赤米ポリフェノールの 5-LOX 阻害と乾癬予防効果
赤米ポリフェノール(RRP)に 5-LOX と mPGES-1 に対する阻害効果を見出し，酵素学的な解析より，前者に対して IC50 7 µM の混合型非拮抗阻害，後者に対して IC50 7.7 µM の非拮抗阻害することを明らかにした(図 2，3)。RRP はカテキン 8 量体のプロアン
トシアニジンであるが，これまでにも，リンゴやブドウなどから重合度の異なるプロアントシアニジンが報告されている。RRP を含め，重合度の違いが 5LOX や mPGES-1 の活性に対する効果の違いを生じるのか検証したい。
RRP の 5-LOX 阻害効果については，LTB4 が増悪化に関わる乾癬モデルマウスへの塗布投与により検証した。その結果，LTB4 の顕著な減少と皮膚の肥厚や炎症性細胞の浸潤を抑え，乾癬症状の改善に寄与することが示された(図 2-7)。今後は，乾癬以外の LT類が関与する様々な炎症性疾患への効果や，経口投与においても効果が示されるか，機能性食品としての可能性を検証する必要がある。さらに，PGE2 が関与する慢性炎症性疾患モデルを用いて，RRP の- 111 -

図 3．RRP による mPGES-1 阻害図 7．乾癬への RRP 塗布による乾癬症状の改善
図 4．乾癬への RRP 塗布による LTB4 産生抑制
3-3. ザクロ葉エラジタンニン類の mPGES-1 発現抑制効果
ザクロ葉に含有されるエラジタンニン類のGranatin A，Granatin Bとその構造類似体である
Geraniinは，COX-2の発現を抑制せず，mPGES-1の発現のみを抑制し，ヒト非小細胞肺癌モデルA549細胞において，癌細胞のアポトーシスを誘導し，抗腫瘍効果を有することを明らかにした(図8-10)。
さらに，デキストラン硫酸ナトリウム誘導による大腸炎モデルマウスへの投与により，その症状改善が認められた。
図 5．乾癬への RRP 塗布による乾癬マーカーの発現
動態

これまでに，
COX阻害剤は解熱鎮痛剤として広く臨床応用されている。
しかし，
COX阻害剤の長期服用は，恒常性維持に必要な代謝産物の産生も抑えてしまい，
いくつかの重篤な副作用を生じる。よって，予防薬としての利用は難しい。そこで，そのような副作用を回避するために，最終PGE2合成酵素のmPGES-1が新規創薬ターゲットとして注目されている。しかしながら，
天然物由来のmPGES-1特異的な阻害や発現抑制効果を有する成分については，ほとんど報告されていない。今回，私達は，ザクロ葉由来のGranatin AとGranatin Bに，COX-2の発現に影響せず，mPGES-1
特異的に発現を抑制する効果を見出した。これらエラジタンニンは，副作用を回避した慢性炎症予防効
果を有する機能性成分として期待される。今後は，

図 6．乾癬組織の病理組織化学解析

機能性食品としての可能性をさらに解析していく必要がある。

- 112 -

させ，嚥下時の咽頭音と筋電図による生体信号を指標として解析したところ，咽頭音による嚥下音パワーが各食品の物性と良い相関性を示した（図 11，12）。
嚥下しやすい物性の食品ほど，嚥下音パワーは低下
し，食品のかたさ(N/m2)の常用対数に対する嚥下音
パワーは，負の相関性を示した(r=-0.615)。この結果から，嚥下音パワーが嚥下機能評価の指標となることが期待された。この評価系を用いて，自然薯粉末溶液を市販のとろみ剤と同程度の物性に調整し，
図 8．ザクロ葉エラジタンニン類による mPGES-1 発
現抑制効果

嚥下音パワーを測定したところ，市販のとろみ剤と同程度か，より嚥下しやすい食品であることが示された。これまでに明らかにしたレオロジー解析による自然薯粉末溶液の物性特性と合わせ，自然薯粉末
溶液が嚥下困難者用増粘剤として有用であることが示された。さらに，温度，pH，食塩添加，α-アミラーゼ添加による粘度の安定性を測定したところ，市販の増粘剤と同程度であり，食塩添加においてはよ
り優れた安定性を示すことが明らかとなった。

図 9．ザクロ葉エラジタンニン類による炎症関連遺伝子の発現抑制効果

図 11．嚥下音パワーを指標とした嚥下期の測定

図 10．ザクロ葉エラジタンニン類による癌細胞のアポトーシス誘導

3-4. 簡便な嚥下機能評価方法の構築
嚥下難易度の異なる水，
ポタージュ，
ヨーグルト，
とろみ剤，プリンと自然薯粉末溶液を被験者に嚥下- 113 -

図 12．嚥下難易度の異なる食品と嚥下音パワー

4．まとめと展望

Tanaka M, Kawakami Y, Kimoto M, Takahashi

本研究では，炎症誘導性脂質メディエーター合成

Y, Kimoto M, Yamamoto K, Miki Y, Murakami

系を標的とした慢性炎症予防効果を有する食品機能

M, Suzuki-Yamamoto T. Preventive effect of性の探索と，その機能性を利用した新規嚥下調整食

Dioscoreaを開発することを目指している。食品機能性についcarcinoma of mouse skin involving down-ては，いくつかの食品成分にその効果が見出され，

regulation of prostaglandin E2 synthetic

今後更なる検証の後，嚥下調整食の開発へ取り組み

pathway. J. Clin. Biol. Nutri. 62(2), 139-

たい。
そのためには，
嚥下調整食として物性測定と，

147, 2018.

本研究で開発中の簡便で非侵襲的な嚥下機能評価系

5)japonicaonsquamouse

cell

Keisuke Toda, Mai Ueyama, Shomu Tanaka,

を用いた生理学的な適合性を検証したいと考えていIzumi Tsukayama, Takuto Mega, Yuka Konoike,る。本研究で示した嚥下音パワーによる嚥下機能評

Asako Tamenobu, Februadi Bastian, Iria

価をさらに改良し，汎用的な機器を作製し，将来的Akai,には，疾病予防効果を付加したテーラーメイドな嚥

Yoshitaka

Takahashi,

下調整食開発へ応用したい。

Yamamoto.

Ellagitannins

granatumleaves

Hideyuki

Ito,

Yuki

Kawakami,

ToshikoSuzuki-

Punicafromsuppressmicrosomal

prostaglandin E synthase-1 expression and5．謝辞

induce

本研究を遂行するにあたり，研究助成を賜りましlungcancerBioscicells

toundergoBiotechnol

Biochem.

た公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申

apoptosis.

し上げます。

84(4): 757-763, 2020.
6)

Keisuke

Toda,

Izumi

Tsukayama,

Yuki

参考文献

Nagasaki, Yuka Konoike, Asako Tamenobu,

1)

Suzuki-Yamamoto T, Tanaka S, Tsukayama I,

NatsukiTakafuji M, Hanada T, Arakawa T, Kawakami

Kawakami, Yoshitaka Takahashi, Yoshimi

Dioscorea

Miki, Kei Yamamoto, Makoto Murakami, andY,

Kimotojaponica2)

M,

Takahashi

extractY.

down-regulates

Ito,

Yuki

Suzuki-Yamamoto.

Red-kerneledprostaglandin E2 synthetic pathway andrice

proanthocyanidin

inhibits

induces apoptosis in lung cancer cells. J.

arachidonate 5-lipoxygenase and decreases

Clin. Biol. Nutri. 55(3), 162-167, 2014.

psoriasis-like skin inflammation. Arch山本登志子，野村奈央，山本沙也加，田中充樹，

Biochem Biophys. 689, 2020.
7)

大野智子，木本眞順美．高齢者嚥下食の開発に向けた自然薯のレオロジー解析．岡山県立大学

田中充樹，津嘉山泉，山本登志子*，中村孝文.
食品の嚥下しやすさ評価への嚥下音及び筋電図の応用性に関する検討.日本栄養食糧学会誌，73巻3号，93-101,2020.

保健福祉学部紀要．22, 47-56，2016.
目賀拓斗，田中小百合，津嘉山泉，大本安梨紗，
田中充樹，戸田圭祐，川井恵梨佳，吉尾壯兒，
木本眞順美，山本登志子. 自然薯の保存方法の検討とその高機能性をいかしたレシピの開発.

岡山県立大学保健福祉学部紀要．22, 39-46，
2016.
4)

HideyukiToshiko

目賀拓斗，津嘉山泉，戸田圭祐，川井恵梨佳，

3)

Ganeko,Tsukayama I, Toda K, Takada Y, Mega T,- 114 -

桃の香りを有する日本酒の醸造技術の開発
岡山県立大学 保健福祉学部 栄養学科
田中 晃一
近年人気の高い吟醸酒の主要な香り成分は、リンゴやバナナのような香りがするエステル類である。私たちは、これまでの日本酒には見られない新しい香りを有する日本酒を開発したいと考え、岡山県の特産品でもある桃に着目した。桃の主な香気成分は、金木犀や杏の香りにも含まれるラクトン類である。日本酒はラクトン類を含まないが、一部のモルトウイスキーからは微量のラクトン類が検出される。モルトウイスキーのラクト
ン類は、不飽和脂肪酸のオレイン酸が乳酸菌により水和化され、続いて酵母によるβ-酸化を受けて生成する可能性が示唆されている。そこで、この生成経路を日本酒の醸造工程に組み込むことで、ラクトン類を含有する
日本酒が醸造できるのではないかと考えた。白桃由来の野生乳酸菌の中からオレイン酸水和化能を有する株を分離し（白桃乳酸菌）、清酒酵母と共にオレイン酸と反応させたところ、桃の主要な香気成分の一つであるγドデカラクトンが生成された。今後はオレイン酸が豊富に含まれる玄米を原料に用いて、白桃乳酸菌を添加す
る日本酒醸造工程の構築を検討し、桃の香りがする日本酒の開発を目指す。
の有無について調べたところ、非常に低濃度である

はじめに日本酒は、米を主原料として、コウジカビによるため桃の香りとは認識されていなかったが、モルト

でんぷんの糖化と酵母によるアルコール発酵を組みウイスキーの仄かに甘くファッティなフレーバーの合わせて醸造される日本独自の酒である。様々なタ正体がγ-ラクトン類であることがわかった。
モルト

イプの日本酒の中でも、果物や花のような華やかなウイスキーの醸造過程では、発酵促進の目的で加え香り（吟醸香）を纏う「吟醸酒」は、日本酒初心者られた余剰ビール酵母から漏れ出たオレイン酸が、や女性、あるいはワインに慣れ親しんだ海外の人々混入した乳酸菌による水和化とウイスキー酵母によに対して絶大な人気を誇っている。吟醸香の成分とるβ-酸化という代謝を経てγ-ラクトン類に変化す

しては、リンゴやメロンのような香りのカプロン酸

るモデルが提唱されている（図 1）[1] [2]。ただし、エチルや、バナナのような香りの酢酸イソアミルがオレイン酸の供給や乳酸菌の混入などは偶然の産物

知られている。近年、香気成分を大量に産生する清であるので、
γ-ラクトン類が生成するか否かは運任

酒酵母の育種開発が進展し、吟醸酒市場を大きく発せである。

展させる礎となった。
消費者の嗜好が多様化している現代社会において、オレイン酸

乳酸菌による水和化

10-ヒドロキシステアリン酸

酵母によるβ酸化

4-ヒドロキシラウリン酸

環状化

日本酒市場の更なる拡大や新規購買層の開拓、より一層の海外ファン獲得を目指すには、新商品の開発、
しかも今までに存在しなかった革新的な商品の開発が必要である。そこで、フルーツ王国岡山を代表する果物の一つである桃の香りに着目した。
これまで、吟醸酒を含む日本酒から桃の香り成分が検出されたことは一度も無く、米から桃の香りを作り出す発酵
γ–ドデカラクトン

技術は未だ存在していない。桃の香りの主成分はγ-ドデカラクトンやγ-ウンデカラクトンといったγ

図 1 モルトウイスキーに含まれるγ-ラクトン類-ラクトン類である。γ-ラクトン類が含まれる酒類の推定生成経路 （文献 [2]より改変）- 115 -

このような背景に基づき、オレイン酸が豊富に含まれる玄米の利用と、オレイン酸を代謝する能力を有する乳酸菌と酵母を人為的に添加することを組み合わせた技術を開発することで、桃の香りがする日
本酒の醸造が可能になるのではないかと考えた。

リブデン酸（ナカライテスク）を エタノール（富士フイルム和光純薬）に溶解）を用いた。
3. γ-ドデカラクトン生成活性の検出
γ-ドデカラクトン生成反応は、前述のオレイン酸
水和反応に、集金、洗浄した清酒酵母菌体を懸濁することで行った。また、γ-ドデカラクトンの検出に

材料と方法

は固相マイクロ抽出（Solid Phase Micro Extraction;
SPME）法を用いた。休止菌体反応後のサンプルを

1. 培地
乳酸菌の液体培養には de Man, Rogosa, and

滅菌水で 10 倍に希釈し、内部標準として 1,2‐ジク

Sharpe（MRS）培地（日本ベクトン・ディッキンソ

ロロベンゼン（富士フイルム和光純薬）を添加した。

ン）を使用した。野生乳酸菌の集積培養を行う場合

ガラス製バイアル中のサンプル 1mL を 37℃で 10は、0.001%のシクロヘキシミド（富士フイルム和光

分間、スターラーで攪拌した後、SPME ファイバー

純薬）と 0.001%のアジ化ナトリウム（ナカライテク（ジビニルベンゼン/カルボキシン/ポリジメチルシ

ス）を添加した。
また、
単一コロニーの分離には MRS

ロキサン（DVB/CAR/PDMS）（MERCK））への吸培地に 1.6%の寒天（伊那食品工業）と 1%の炭酸カ

着を 30 分間行った。その後、ガスクロマトグラフ

ルシウム（富士フイルム和光純薬）を添加した固形ィー（Gas Chromatograph; GC）により検出を行っ培地を用いた。

た。分析条件は以下の通り。

酵 母 の液 体培 養 には Yeast extract, Peptone,
Dextrose（YPD）培地（2%グルコース（富士フイル

分析器

Simadzu GC-2004

カラム

ディッキンソン）、2%ペプトン（日本ベクトン・デ

検出器

INERTCAP WAX（0.32mm×30m×0.5μm）
FID

ィッキンソン））を用いた。また単一コロニーの分離

線速度には YPD 培地に 1.6%の寒天を添加した固形培地を11.5cm/s

全流量15.0ml/min

用いた。

カラム流量

0.57ml/min

2. オレイン酸水和活性の検出

キャリアーガスHe、0.57ml/min

スプリット比

1/20

注入口温度

230℃

検出器温度

250℃

オーブン温度50℃ 3min、230℃まで昇温（4 ℃/min）、 230℃ 10min

ム和光純薬）、1%イーストエキス（日本ベクトン・

オレイン酸水和反応は休止菌体法を用いて行った。
MRS 培地にて 30℃で一晩振盪培養した乳酸菌株を集菌し、滅菌生理食塩水で洗浄した後、オレイン酸
反応液（100mM リン酸カリウム緩衝液（pH6.4）、
0.1%オレイン酸（富士フイルム和光純薬）、0.02%
BSA（富士フイルム和光純薬））に懸濁し、30℃80rpm で一晩反応させた。反応後は Bligh-Dyer 法

4. γ-ドデカラクトンの定量
サンプルに等量のジエチルエーテル（富士フイルにて脂質抽出を行い、薄層クロマトグラフィー

ム和光純薬）と 0.05g の無水炭酸ナトリウム（富士（Thin-Layer Chromatography; TLC）にて解析しフイルム和光純薬）を加えて懸濁し、遠心分離してた。TLC には、TLC Sillica gel 60 F254（Millipore）

上清を回収した。内部標準として 1,2-ジクロロベン

を用い、ヘキサン（富士フイルム和光純薬）：ジエチ

ゼンを加えた後、GC による検出を行った。得られルエーテル（富士フイルム和光純薬）：酢酸（富士フ

たピーク面積をγ-ドデカラクトンの標品を用いてイルム和光純薬）＝ 50：50：1 の溶媒を用いて展開作成した検量線に当てはめ、
γ-ドデカラクトン量をした。検出には、リンモリブデン酸溶液（5%リンモ求めた。

- 116 -

ト A の化合物には水酸基が含まれており、その分子結果と考察

量は 10-ヒドロキシステアリン酸と同じ 300 であっ

1. オレイン酸水和活性を有する野生乳酸菌株のた。以上の結果より、スポット A は 10-ヒドロキシ

スクリーニング
はじめに、岡山県総社市の総社もも生産組合より供与いただいた白桃を分離源として、合計 49 株の野生乳酸菌株を分離した。次に、休止菌体法を用いてオレイン酸の第 10 位を水和して 10-ヒドロキシステアリン酸に変換する活性を有する乳酸菌株をス
クリーニングした。スクリーニングの結果の一例を
図 2 に示す。水和化によりヒドロキシ基が導入されると極性が増すため、10-ヒドロキシステアリン酸
は元のオレイン酸よりも Relative to front（Rf）値が低下することが予想される。スクリーニングに用いた 49 株のうち 25 株において、オレイン酸の量が減少するとともに、オレイン酸より Rf 値が低いス
ポット A が確認された。さらにいくつかの乳酸菌株

ステアリン酸である可能性が高いと結論した。
これまでに Lactiplantibacillus plantarum を始めとするいくつかの乳酸菌種において、不飽和脂肪
酸の飽和化代謝の過程が解明されており、その中で不飽和結合の水和反応を触媒する酵素が見出されている [3]。詳細な確認は行っていないが、今回見出されたオレイン酸の水和化反応においても同様の酵素が関与している可能性が考えられる。
オレイン酸に対する水和化活性が見出された 25
株の野生乳酸菌を用いて、水和化活性の定量比較を行った。その結果、最も強い水和化活性が見られた
3 株を選抜した。以降の実験には、そのうちの 1 株を使用している（白桃乳酸菌と呼称）。

からは、スポット A よりもさらに Rf 値が高いスポ

2. オレイン酸を基質とするγ-ドデカラクトン生成

ット B が検出された（データは示さず）。

過程の再現
オレイン酸の不飽和結合に対する水和化活性を有する白桃乳酸菌が得られたため、次に図 1 に示した
γ-ドデカラクトンの生成経路の再現を試みた。
別々に培養した白桃乳酸菌と清酒酵母を集菌・洗浄し、
１）白桃乳酸菌のみ、２）清酒酵母のみ、３）白桃
乳酸菌＋清酒酵母、の組み合わせでオレイン酸反応

オレイン酸

液に懸濁し、休止菌体反応を行った。SPME にてγ-ドデカラクトンの存在の有無を調べたところ、白桃

スポット A

乳酸菌のみ、もしくは清酒酵母のみを作用させた場
1

2

3

4

5

C

合はγ-ドデカラクトンは検出されなかったが、白桃
乳酸菌と清酒酵母の両方を作用させたものでは、明

図 2 オレイン酸水和活性を有する野生乳酸菌のス
クリーニング
番号 1～5 のレーンには異なる乳酸菌株を用いて休止菌体反応を行ったサンプル、C のレーンには菌体を加えずに反応したコントロールサンプルを展開した。
矢印はオレイン酸とスポットA の位置を示す。
スポット A の産生量が多い 1 株を選び、TLC プ
レートからスポットA の領域を掻きとってプロトン

瞭なγ-ドデカラクトンのピークが確認された（図3）。この結果は、白桃乳酸菌の水和化反応によるオ
レイン酸から 10-ヒドロキシステアリン酸への変換と、清酒酵母のβ-酸化反応による 10-ヒドロキシス
テアリン酸から 4-ヒドロキシラウリン酸への変換が連続的に進行し、続く環状化反応を経てγ-ドデカ
ラクトンに至ったことを示唆している。従って、モ
ルトウイスキー醸造時のラクトン生成経路を人為的に再現することに成功したと結論した。

NMR 解析と質量分析を行った。その結果、スポッ- 117 -

1,2-ジクロロベンゼン

白桃乳酸菌や清酒酵母がγ-ドデカラクトンを代
γ-ドデカラクトン

謝する可能性を確かめるために、
γ-ドデカラクトンの標品に白桃乳酸菌と清酒酵母を添加して一晩反応を行った。その結果、菌を加えない条件ではドデカ
ラクトンは減少しないのに対し、白桃乳酸菌や清酒酵母を加えたものではγ-ドデカラクトンの減少・消3040

失が起こったことから、白桃乳酸菌や清酒酵母がγ50-ドデカラクトンを代謝することが示された（図 5）。

保持時間（分）図 3 白桃乳酸菌と清酒酵母によるオレイン酸からγ-ドデカラクトンの生成
上から、白桃乳酸菌のみ、清酒酵母のみ、白桃乳酸菌＋清酒酵母、をオレイン酸反応液に添加したときの SPME 解析結果を示す。
次に，オレイン酸に作用させる白桃乳酸菌と清酒酵母の量や比率、反応温度や反応時間などの条件を検討し、γ-ドデカラクトンの生成効率が最大となる条件を検討した。
最適条件を用いてγ-ドデカラクト
ンの生成量を経時的に測定したところ、
γ-ドデカラクトンは反応開始後 5 時間以降から検出され始め、
約 24 時間後にピークに達したが、その後減少に転じた（図 4）。この結果より、白桃乳酸菌や清酒酵母
図 5 白桃乳酸菌と清酒酵母によるγ-ドデカラクに、そこからさらに代謝を進める可能性が示唆され

トンの代謝

た。

数値はγ-ドデカラクトン量の相対値を示す。

γ-ドデカラクトン生成量（相対値）

は、オレイン酸からγ-ドデカラクトンを生成した後おわりに本研究では、白桃を分離源としてオレイン酸の不飽和結合を水和化する活性を有する野生乳酸菌を分離した。この白桃乳酸菌と清酒酵母にオレイン酸を代謝させることで、桃の主要な香気成分の一つであるγ-ドデカラクトンを生成することに成功した。
この結果は、モルトウイスキーで推定されていたγ-ラクトン類の生成経路が、人為的にコントロールされた発酵反応により再現可能であることを示すもので、桃の香りがする日本酒への可能性を大きく拓くものである。一方で、最終的なゴールに至るには乗り越

図 4 γ-ドデカラクトン合成量の経時的変化

えなければならない問題も残されている。最大の問

数値はγ-ドデカラクトンの生成量の相対値を示す。

題は、日本酒の原料は米しか認められていないため、
γ-ドデカラクトンを生成させるための基質となる- 118 -

オレイン酸は米から供給しなければならないことである。これについては、玄米を利用することで解決できるかもしれない。日本酒の醸造に用いる米は表面が削られているためオレイン酸を含まないが、精米する前の玄米は胚芽を中心に約 3％の脂質を含み、その構成脂肪酸のうちオレイン酸は約 40%を占め
る [4]。したがって、オレイン酸の供給源として玄米を使用することで、日本酒の原料についての制約条
件を満たしつつ、
γ-ドデカラクトンを生成させることが可能になるのではないかと考えている。また、
図 4 に示すように、白桃乳酸菌や清酒酵母はγ-ドデカラクトンに対する分解活性を有することが明らかとなった。従って、白桃乳酸菌と清酒酵母を利用
してγ-ドデカラクトンを含有する日本酒を醸造す
る際は、γ-ドデカラクトンの生成量が最適になるよ
うに、添加する菌体量や発酵温度・時間といった醸造条件を詳細に検討する必要がある。今後は玄米から効率的にγ-ドデカラクトンを生成させる条件の検討を進め、桃の香りを有する日本酒の醸造技術の開発に繋げる予定である。
参考文献[1] Wanikawa, A. et al. (2000) Conversion of
Unsaturated Fatty Acids to Precursors of γLactones by Lactic Acid Bacteria during the
Production of Malt Whisky. J. Am. Soc. Brew.
Chem., 58, 51-56.
[2] 鰐川 彰 (2012) ウイスキー醸造における乳酸菌の役割 生物工学 90, 324–328.
[3] Kishino, S. et al. (2013) Polyunsaturated fatty
acid saturation by gut lactic acid bacteria affecting
host lipid composition. Proc Natl Acad Sci USA
110: 17808-17813.
[4] 高野克己 (1989) 米糠脂質の分解機構に関する研究 日本食品工業学会誌 36(6), 519-524.
謝辞
本研究の遂行にあたり、ご支援賜りました公益財
団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします。

- 119 -

機械学習を用いた熱可塑性炭素繊維強化プラスチック溶着接合の強度・品質予測
岡山県立大学
金崎真人
本研究ではプロセス後の強度・品質評価の難しい炭素繊維強化熱可塑性樹脂の溶着接合において，使用する材料や寸法，成形条件などを説明変数とし，成形した試験片の強度あるいは品質（試験片からの樹脂流出などの不整の量）を目的変数とした，多変量解析や機械学習といった統計的な整理手法での品質予測方法の模索・構築を目的とする．初年度では，機械学習の予測に用いる試験片を作製するための環境の構築，小型の試験片を用いて従来手法と同様の結果を得られるような試験方法の模索を行なった．これらの検討を通して、少ない材料で大量に試験片を作製でき，機械学習のデータ取得を容易にする実験手法の確立を目指した．この結果，
試験片長手寸法を従来試験法の半分としても従来通りの実験結果が得られることが明らかとなった．また，試験片を作製するための環境を構築できた．

1. 緒言

方法を用いて既存試験法の試験治具を使用しつつ試

炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料（以下 CFRTP）

験片長さと強度・破壊形態の変化を評価した．そのは，熱融着が可能という利点があるが，繊維と樹脂

うえで，短い試験片を模擬した試験片でも規格と同の組み合わせが多様であり．よって最適な条件も異等の試験が実施可能か検討した．

なる．そこで，新しい系においても強度・品質予測ができる可能性のある方法として機械学習の適用が考えられる．しかし，機械学習の為には試験片を多く作製する必要がある．その解決策として，試験片長さの短い試験片の作製が考えられる．
比較的小さな試験片で CFRTP の熱融着を行った面の強度できる評価方法に，目違い切欠き圧縮試験という手法がある

1,2)．短冊形状試験片の中央部に，(a) In order to perform tests using short test specimen andevaluate its validity in test method for interlaminar shear

両表面から並行で互い違いに厚さの半分以上の深さ

strength by double-notch specimen, it is necessary toとなる切込みを入れた試験片を用いる（Fig.1（a）
左）prepare fixtures corresponding to the length.

ことで試験片の層間せん断強さを試験片の圧縮により求める方法である．圧縮試験を行う際は，試験片の面外変形を防ぐため治具を用いる．この試験の標準試験片長さは 78mm である．ここで，より短い試
験片長さで既存試験法と同様の結果を得ることができれば，より大量の試験片を作製し，データ数を増やすことができると考えられる．一方，短くした試
験片長さに合わせて治具の寸法も変更する必要があ(b) To model the short specimen, authors changed

り，適した全長が不明な段階で個々に治具を準備す

double-notch position.

るのは難しい（Fig.1(a)）．

Fig.1 Schematic diagram of double-notch position to

そこで，本試験では切欠き位置を変えることで短model short specimen

い試験片を模擬する方法を考えた（Fig.1(b））．この- 120 -

2. 材料および実験方法

3. 実験結果及び考察

2.1 目違い切欠き圧縮試験片の作製方法 一方向セ
ミプレグシートを積層することで 2 種類の積層板（[0]96 および[0/90]24S）を作製した．ここで，このセミプレグシートは炭素繊維（㈱東レ T700SC）ならびにポリアミド 6（polyamide 6，以降 PA6）から成り，繊維体積含有率は 54%である．また，積層板の成形にはホットプレスを用い，圧力 1.5 MPa，温度
240 ℃で 30 min 保持したのち徐冷した．このとき，Fig.2 に示すシアエッジ金型を用いて繊維体積含有率の変化を可能な限り抑えた．試験片寸法は長さ 80mm，幅約 13 mm となるように切り出し，自作治具を用いて板厚 ℎ⁄2となるよう切欠きを導入した．板
厚は約 4mm，切欠き間隔は約 6.6 mm，切欠き幅は約 0.9mm とした．

Fig.2 に式(2)により得られた各積層構成における各試験片長さの層間せん断強さを示す．Fig.2 より，各積層構成において，層間せん断強さは Lx によらず
ほぼ一定であった．
Fig.4 および Fig.5 に代表するように，[0]96の積層構成を持つ試験片では，上下切欠き底部からき裂が始まり，それぞれのき裂が直線的に進展した．その後，それぞれのき裂の先端が近づいた時，その付近にある炭素繊維がせん断力により破断しき裂が繋がったと考えられる．以上の破壊形態は Lx にかかわらず，どの試験片も同様であった．
Fig.6 および Fig.7 に代表するように，[0/90]24S の積層構成を持つ試験片では，上下切欠き底部からき裂が始まっていることがわかった．また，き裂起点部の炭素繊維に樹脂が付着していなかったことから，
き裂は中央の樹脂層と炭素繊維層の層間から始まったと考えられる．き裂には炭素繊維層に沿って直線

Fig.2 Schematic diagram of shear-edge mold prepared tomold CFRTP laminates without washing out the fibers

的に進むものと，樹脂層内を斜めに進んでいるもの

2.2 短い試験片の模擬 1 章に述べたように，本検討では試験片長さを変えずに短い試験片を模擬する
ために，切り欠き位置を移動させる．試験片下端から切欠き位置までの距離𝑙𝑙𝑥𝑥 は式(1)により求めた．

脂層内で繋がっていた．以上の破壊形態は Lx にかか(1)以上から，どの試験片でも本試験法における層間
せん断強さが得られたと言える．また，同じ積層構
成であれば層間せん断強さ，破壊形態はどちらも Lxによらずほぼ同じ値，形態を示した．

ここで，𝐿𝐿𝑥𝑥 は模擬する試験片長さ，𝑙𝑙は切欠き間隔，
w は切欠き幅を表す．Lx は 40 mm，60 mm，80 mmの 3 通りとした．
2.3 目違い切欠き圧縮試験 JIS K 7076 に規定する
A 法用のジグおよび L 形台座を用いて，油圧サーボ
式強度試験機（EHF-EB50KN-10L，(株)島津製作所）
により試験を行った．試験速度は 1 mm/min，試験治具のボルトの締め付けトルクは 0.1 Nm とした．
試験
片本数は 1 条件あたり 5 本とした．層間せん断強さ𝜏𝜏𝑐𝑐 は以下の式(2)を用いて計算した．
𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝜏𝜏𝑐𝑐 =
𝑏𝑏𝑏𝑏(2)

ここで𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 は最大荷重, 𝑏𝑏は試験片の幅，𝑙𝑙は切欠き間隔を表す．

- 121 -

100

100

a

Interlaminar shear strength τc [MPa]

𝐿𝐿𝑥𝑥 𝑙𝑙− − 𝑤𝑤
2 2

わらず，どの試験片も同様であった．

Interlaminar shear strength τc [MPa]𝑙𝑙𝑥𝑥 =があり，上下切欠き底部から入ったき裂は中央の樹

50

0

40

60

80

b

50

0

40

60

80

Test pieces length L x [mm]Test pieces length L x [mm](a) [0]96(b) [0/90]24S

Fig.3 Relationship between interlaminar shear strengthand test peace length Lx

4. 結言本試験では，
試験片を大量に作製することを目標に試験片長さの短縮を模擬するため，試験片下端から切欠き位置までの距離を変えて目違い切り欠き圧縮試験を行い，層間せん断強度と破面観察による比較を行った．[0]96，[0/90]24S どちらの積層構成においても Lx40 と Lx80 の層間せん断強さに大きな差異がなかった．さらに，破断部の断面観察により，すべてのFig.4 Cross section of Lx80 in [0]96

積層構成の試験片で層間から破壊が始まっていることが分かり，Lx の違いによらず[0]96，[0/90]24S ごとに破壊形態が同様であったので，本試験法における層間せん断強さを得ることができた．
以上の結果から，少なくとも本研究に用いた
CF/PA6 積層板においては，機械学習に用いるための多くの試験片を作製するのに適した全長 40mm の試
験片を作製し，試験を行っても問題ないということが実験的に示された．

Fig.5 Cross section of Lx40 in [0]96

謝辞
本研究をご支援いただいたウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします．
参考文献
1)

JIS K 7092 (2005).

2)

CF/PA6 積層板内の熱融着による層間はく離修
復部に対する実験的強度評価手法の提案，金崎真人，田中基嗣，斉藤博嗣，鵜澤潔，北條正樹，金原勲，材料システム，34，pp.29-33，2016．

Fig.6 Cross section of Lx80 in [0/90]24S

3)Effects of Repair Temperature and Duration in
Thermal Fusion Bonding on Interlaminar Shear
Strength of Delaminated CF/PA6 Laminates，T.
Ueda, T. Matsumoto, M. Kanesaki, H. Saito, K.
Uzawa, I. Kimpa ， Advanced Experimental
Mechanics，3，pp.147-151，2018．

Fig.7 Cross section of Lx40 in [0/90]24S- 122 -

多人数不完全情報ゲームに対するプレイアルゴリズムとその分類
岡山県立大学 情報システム工学科
但馬康宏
概要： 本研究において多人数不完全情報ゲームに対するプレイアルゴリズムの作成とその特徴分析を行った．近年，二人完全情報ゲームにおけるプレイアルゴリズムの研究は，将棋や囲碁がトッププロを打ち破る性能を得たことで次の研究フィールドに研究対象が移行している．多人数不完全情報ゲームである「お邪魔者」は複数人で行うカードゲームであるが，プレイヤーのうち数人がお邪魔者となり，人狼のように敵役ではあってもその正体を隠しながら妨害を行うゲームである．このゲームにおいて，お邪魔者による妨害開始のタイミングを変化させ，勝率の違いを計測した．また，このゲームにおける公平な勝率の調査を行い，プレイアルゴリズムを作成した際の目安となる強さを勝率で表した．これにより，基本的なアルゴリズムの動作を明らかにするとともに，強いアルゴリズムの基礎となる性質を明ら
かにした．
はじめに

クルモデル）による研究など新しい可能性が示さ

多人数不完全情報ゲームのひとつである「お邪れている．

魔者」について，プレイヤーアルゴリズムを実装

一方，コミュニケーションゲームとして人狼がし，実験的評価を行う．合わせて公平な勝率を調研究対象として重要さを増している．しかし，完査し，このゲームの性質を明らかにする．このゲ

全な自然言語処理によるゲーム進行は困難が多ームはカードゲームであるが，人狼のように敵役

く，プロトコルを設定しての研究が多く行われてプレイヤが正体を隠しながら妨害を行うゲームでいる．本研究での対象ゲームもこれらの特徴を踏ある．このゲームにおいて妨害を開始するタイミ

まえたものであり，今後の発展性が期待できる．

ングは勝利条件成立に大きな影響を与える．近年，多人数不完全情報ゲームに関する研究はそのゲームのルール

バリエーション，着目点などが多彩になり，ゲー

このゲームは多人数不完全情報ゲームであり，プム情報学の新たな展開を担うようになっている．

レイヤーの人数は 3 人から 10 人である．プレ

二人完全情報ゲームにおいては，将棋や囲碁なイヤーは「金鉱掘」と「お邪魔者」に分かれて対

どの代表的なゲームにおいていずれも人間を越え戦する．ゲームで利用するものは，いくつかの種る強さになっており，ゲーム情報学の研究は新た類に大別できる合計 71 枚のカードとそれらを並な段階に入っている．不完全情報ゲームの中でもべる盤面（タテ 7, ヨコ 11）である．

二人ゲームであるガイスターは，今までの研究と盤面の左上を (0,0) と表し，(x,y) の 1 マス右親和性が高く，詰め問題の提案などが行われてい隣は (x+1,y)，1 マス下隣は (x,y+1) である．

る．多人数かつ不完全情報ゲームでは，トランプ

カードの種類は以下の通りである．

ゲームがその代表格であり，大貧民の研究が盛ん⚫

通路カード : 40 枚（16 種類）に行われ，モンテカルロ法の有効性が示されてい⚫

アクションカード : 内訳は以下の通り．

る．また，プレイヤーアルゴリズムだけでなく，➢妨害カード : 9 枚（3 種類）

不完全情報を部分的に開放した計算モデル（オラ➢

回復カード : 9 枚（6 種類）- 123 -

➢

落石カード : 3 枚➢

地図カード : 6 枚⚫

回復カードの利用 : 任意のプレイヤーに配置された妨害カードを取り除くことができ⚫

スタートカード : 1 枚 盤上 １ 枚．

る．ただし利用する回復カードと絵柄が同じ⚫

ゴールカード : 金塊 1 枚，石 2 枚．この妨害カードのみ取り除くことができる．
⚫

3 枚を裏にしてシャッフルし，配置する．
妨害カードには属性があり，それぞれプレイヤ

盤上にプレイヤーによって配置された任意のーの「ランタン」「つるはし」「トロッコ」の属性を妨害することができる．どの属性を妨害されて落石カードの利用 : このカードを使うと，通路カードを取り除くことができる．

⚫

地図カードの利用 : ゴールカードのうち，も効果は手番において通路カードが置けなくなる

未だ裏面で配置されているカードの表面を他だけである．プレイヤーの役割（金鉱堀，お邪魔のプレイヤーに秘密で見ることができる．見者）はプレイヤー数に応じてランダムに決められた結果を他のプレイヤーに伝えることは可能

る．全プレイヤーが 5 名ならば，金鉱堀を示すである．
⚫

カード 4 枚とお邪魔者を示すカード 2 枚の 6

パス : 手札を一枚任意に選択し，捨てるこ枚をシャッフルし 5 名に配ることで，それぞれとができる．このとき捨てられたカードは何のプレイヤーの役割を決定する．本研究ではプレであるかは他のプレイヤーには見られない．

イヤー総数を 5 名，そのうち 4 名を金鉱堀，1通路カードの配置において，通路がゴールカー

名をお邪魔者に固定して評価実験を行った．このドの位置に到達したらそのゴールカードを表にす

役割はゲーム中を通して秘密である．ゲーム開始

る．このとき表にしたゴールカードが金塊なら時には，通路カードおよびアクションカードの計ば，金鉱堀の勝利でゲームが終了する．表が石だ

67 枚をシャッフルし，総プレイヤー数に応じてった場合はそのままゲームを続行する．この操作

4 から 6 枚を各プレイヤーに配る（手札）．総プを各プレイヤーが順番に行い，山札と全プレイヤ

レイヤー数 5 の場合は一人あたり 6 枚である．

ーの手札がなくなったら，お邪魔者の勝利として配り終えた残りのカードは配布の山に置かれる．

ゲームが終了する．以下に盤面の例を示す．

ゲームは各プレイヤー順番に手札から一枚利用し，その後配布の山から一枚手札に補充する．山
札が一枚もなくなった場合は手札からの利用のみとし，以後手札は減少してゆく．利用方法は以下の通りである．
⚫

通路カードの配置 : 通路カードを盤面に配置する．この際，既配置のカードと通路や岩の絵がつながるように配置しなければならな
い．カードの向きは上下どちらで配置することも可能である．

⚫

妨害カードの利用 : 一人のプレイヤーの前に妨害カードを配置する．妨害カードが配置されたプレイヤーは，取り除かれない限り自分の着手時に通路カードを利用することができない．

- 124 -

プレイヤーアルゴリズム

カードを使ったプレイヤーをお邪魔者とみなすとこのゲームにおけるプレイヤーの着手は以下のよした．したがってお邪魔者が通路カードのみで妨うに大別できる．

害を行っている間は，この金鉱堀アルゴリズムで⚫

通路カードの使用

は攻撃は行われない．

⚫

妨害カードによる特定プレイヤーへの攻撃⚫

回復カードによる妨害の除去[お邪魔者のアルゴリズム]

以上より，金鉱堀，お邪魔者のアルゴリズムを
以下のように設計した．

お邪魔者は以下の手順を順に評価し着手を決定する．
1.

自分が妨害カードを受けており，かつ手札に[金鉱掘のアルゴリズム]

その妨害に対応する回復カードがある場合 :金鉱掘は以下の手順を上から実行し，条件が成立

その回復を行う

する場合にその着手を選択する．
1.

2.

自分が妨害カードを受けており，かつ手札にf(b) がある一定値 t 以上ならば，金鉱掘とその妨害に対応する回復カードがある場合 :して振る舞う．

その回復を行う
2.

3.

3.

f(b) について，f(b) < f(b') となる盤面 b'

し，かつ手札に妨害カードがある場合 : 確

を手札による通路カードによる 1 回の着手率 m_a で p に対してその妨害カードを使うで作れる場合 : そのような着手の中でお邪魔者と推定されないプレイヤー p が妨

max_{b'} f(b')となる着手を選択する．
4.

手札に妨害カードが含まれていれば，ランダ

回復するカードを手札に持っている場合 :ムに選択したプレイヤーに対してその妨害カ

確率 m_s で p の妨害を回復する

ードを利用する．

現在の盤面 b に対する通路評価関数の値

5.

f(b) について，f(b) > f(b') となる盤面 b'

5.

現在の盤面 b に対する通路評価関数の値

お邪魔者と推定されるプレイヤー p が存在

害カードを配置されており，かつその妨害を

4.

現在の盤面 b において，通路評価関数の値

上記いずれの条件も満たせない場合，ランダ
ムな手札を捨ててパスをする

を手札による通路カードによる 1 回の着手

すなわち，通路が作成されてもゴールカードまで作れる場合 : min_{b'} f(b') となる着手をでの空きマスが t より大きいうちは金鉱掘として行う

振る舞い，それよりも近づくと攻撃を開始する．

上記いずれの条件も満たせない場合，ランダ
ムな手札を捨ててパスをする

また，通路カードによる妨害が可能なうちはそちらを優先して行う．これは，お邪魔者が妨害カ

ここで通路評価関数は，接続可能な通路の端点ードのみにより攻撃を行う場合は，スタートからから裏であるゴールカードまでの空白マスの最短すぐに妨害を開始する場合で，金鉱掘が回復カー

距離を返す関数とした．すなわち，現在盤面 bドを利用しない場合でもお邪魔者の勝率は 20.8%に対して f(b) > f(b') となる盤面 b'を見つけたであることから決定した．

場合は，ゴールカードにより近づく着手が見つけられたこととなる．また，f(b) の値は小さいほ

評価実験

ど金鉱掘に有利であり，大きいほどお邪魔者

役割決定およびカード配布から金塊の発見もしに有利である．

くは手札がなくなるまでを 1 ゲームとし，勝敗

また，お邪魔者と推定する方法は，最初に妨害のみを数えて評価を行う．

- 125 -

以下に対戦環境を示す．

m_a を下げるほどにお邪魔者の勝率が下がるこ⚫

対戦人数 : 5 人ととなった．t の値が増えるほど，すなわちお邪⚫

お邪魔者の人数 : 1 人

魔者がゲーム序盤から攻撃的であるほどお邪魔者⚫

対戦数 : 各計測条件で 600 - 1200 ゲームの勝率が上がる点は前図と同様である．しかし，⚫

役割および席順の決定 : 一様ランダム

m_a の値が下がるほど，すなわちお邪魔者にと実験にあたってウェブアプリ仕様のゲーム環境っては妨害カードを受ける確率が下がるほど勝率を作成し評価を行った．インタフェース上部に現も低下している．これは金鉱堀が妨害をせず通路

在のプレイヤーの役割と手札が表示され，中央部作成に専念したほうが，本研究のような単純な通に現在盤面，下部に各プレイヤーの状況が表示さ路作成アルゴリズムでは有利であることを示してれる．

いる．お邪魔者が通路作成の邪魔をしない場合は
極端に勝率が下がり 5% ほどとなる．したがっ[実験結果と考察]て，金鉱掘による妨害カード利用はお邪魔者にと以上のプレイヤーアルゴリズムおよび環境を用っての有効な妨害方法を止める働きがあるため，

いて，アルゴリズム中の各パラメータを変化させ

m_a が大きいほど金鉱堀にとって有利かと思われた場合のお邪魔者の勝率を測定した．変化させる

たが，逆の結果となった．

パラメータは以下の通りである．
⚫

t : お邪魔者が金鉱堀のふりをするゴールま

公平な勝率調査

での空きマス数

次にプレイヤーの役割や参加人数による状況の⚫

m_a : 金鉱堀が妨害カードを利用する確率違いごとに公平な勝率を求め，基本的なプレイヤ⚫

m_s : 金鉱堀が回復カードを利用する確率ーアルゴリズムがその勝率とどの程度違うか実験

お邪魔者が金鉱堀のふりをする空きマス数は，的に求めた．その結果，公平な得点を得るための多いほどゲーム序盤からの妨害が多くなる．しか理想的な勝率とは傾向が違ったが，得られる得点

し，t=2 では妨害開始時にはゴールに到達していのばらつきに大きな違いが無いことが明らかとなる可能性が高くなり効果が得られないことが予想った．以下の詳細を記す．

される．m_a および m_s はいずれも金鉱堀の自由度を上げる効果があるため，確率が高いほどお金塊の獲得期待値が均衡する勝率

邪魔者の勝率を下げることが期待される．

ラウンド終了後，金塊カードを使って勝利側の実験の結果，t の値にかかわらず m_s の増加

役割のプレイヤーに金塊を配布する．金塊カードにともないお邪魔者の勝率が下がっていることがは 1 枚にいくつかの金塊が描かれており，そのわかった．これは，金鉱堀が通路を拡張できない

内訳は金塊 3 個が 4 枚，2 個が 8 枚，1 個が状態が m_s の増加とともに少なくなるためであ

16 枚の計 28 枚である．金鉱掘が勝利の場合はる．このことから，本実験のような単純なアルゴ

この 28 枚をシャッフルし，金鉱掘の人数と同じ

リズムの場合は極力妨害状態を排除し通路作成に枚数を選び出し，金鉱掘プレイヤーが 1 枚づつ専念したほうが金鉱掘にとって有利になることが取る．お邪魔者が勝利の場合はお邪魔者が 1 名わかる．

ならば 4 個分，2,3 名ならば各人 3 個分，4 名

次に金鉱堀が妨害カードを利用する確率 m_aならば各人 2 個分のカードを選んで取る．受けを変化させた場合のお邪魔者の勝率に注目する．

取った金塊カードはそのままに次のラウンドを行

予想に反して金鉱堀が妨害カードを利用する確率

い，3 ラウンド終了後に金塊の個数で優劣を決定- 126 -

する．
お邪魔者側の 1 ラウンドにおける勝率を p とし，上記手順に従って金塊を獲得し，20000 ゲー
ムを行うとする．ひとりのプレイヤーが金鉱掘でもお邪魔者でも得られる金塊が等しくなるようなお邪魔者の勝率は，以下の図のようになった．

この結果，お邪魔者の人数による有利不利が極端にあらわれた．本研究における評価アルゴリズ
ムでは，お邪魔者の勝率に極端な変化が現れ，役割によって獲得できる金塊に大きなばらつきがあることがわかる．これは，安定した強さになっていないことを示すが，金塊獲得量でみるとその役割となる割合まで含めると安定した金塊獲得量と上図より総プレイヤー数によらず，お邪魔者のなっていることがわかる．

人数によって金塊獲得期待値が均衡する勝率が定まることがわかる．とくに，お邪魔者人数が 2

おわりに人および 3 人の場合は，総プレイヤー数が 5 人

本研究において，お邪魔者，金鉱堀それぞれがから 10 人までのすべてでおよそ 1/3 である．

妨害を開始するタイミング，妨害を行う確率を変この勝率でお邪魔者側がラウンドを勝利するア化させた場合の勝率の変化を観測した．その結ルゴリズムならば金鉱掘り，お邪魔者どちらの役

果，お邪魔者は単純なアルゴリズムではできるだ

割になっても安定した金塊獲得ができるアルゴリ

け早く妨害を開始したほうが勝率が高いことがわズムであると言える．

かった．また，金鉱堀は通路作成に専念できる環
境を整えることが勝率に影響することがわかっ

評価アルゴリズムによる勝率と金塊獲得量

た．特に金鉱堀からお邪魔者に対して妨害カード

前出のプレイアルゴリズムを用いて勝率を実験を利用することは通路作成に利用できる手数を減的に求めると，お邪魔者の勝率は，以下の図のよらすこととなり，上手に使わなければ勝率を不利うになる．

にする方向に働くことが観測された．今後，通路作成の状況からお邪魔者を見抜いて推定を行うア
ルゴリズムにするなどの発展が考えられるが，その際に本研究で着目した点がどのように影響するか調べる必要がある．
さらに，お邪魔者と金鉱掘どちらの役割になっても得られる金塊の期待値が等しくなる勝率を求- 127 -

めた．その勝率およびそのときの金塊獲得期待値
がプレイヤーアルゴリズムを作成する際に安定した強さであるかどうかの目安として利用できるかを検討し，実験による比較を行った．
今後は，金塊獲得期待値がお邪魔者と金鉱掘で均衡するようなラウンド勝率と同じような勝率をあげられるプレイヤーアルゴリズムの作成を行
い，安定した強さを目指すことが課題となる．

- 128 -

傾斜型回折格子による構造性発色の数値的検討
岡山県立大学 情報工学部 情報通信工学科
若林 秀昭（概要）熱帯魚ネオンテトラの体表にある縞は多くの虹色素胞から成り，構造性発色を示す．虹色素胞の内側には傾斜した反射小板が周期的に並んでおり，周囲の状況に応じて傾斜角が一斉に運動し，小板の間隔が変化して縞の色を変えていると考えられている．本研究では，ネオンテトラの虹色素胞を元に傾斜角を持つ斜め
誘電体格子を考案し，構造性発色の数値的検討を行った．筆者らが開発・提案している行列固有値法を傾斜型
回折格子の 3 次元散乱問題の解析手法として定式化した．傾斜型回折格子の反射特性，standard red-green-blue（sRGB）色空間における色座標，xy 色度座標を計算し，傾斜角により色が変化することを数値的に示した．
【まえがき】
色素は特定の波長領域の可視光線を吸収し，余色を発色する物質であり，構造性発色は光を干渉，回折，
散乱することで発色する物理現象である．
昆虫，
鳥，魚などの中には表面に微細周期構造を持ち，構造性発色を示すものが見られる．代表的なものに，
中南米に棲息するモルフォ蝶の翅，インド洋や西太図 1 熱帯魚ネオンテトラ３)

平洋に生息する熱帯魚ルリスズメダイの体表等が知られている．モルフォ蝶の翅は金属光沢のある強い
青色の輝きを有し，観察方向により色合いが変化すについて，傾斜角を直接扱った数値的検討はこれまる 1) ．ルリスズメダイの体表はコバルトブルーと呼で報告されていない．

2）．生物の構造性発色を模倣すれ

傾斜型回折格子の電磁波散乱問題に関する数値解

ば，装飾・インテリア素材，光通信用フィルター等

析分野では，多層分割法や座標変換法が報告されてへの応用が期待されることから，生物の構造性発色いる．多層分割法は形状の近似や計算コストの欠点の仕組みに関する研究が多数行われている．

があるため，本研究では，傾斜型回折格子を傾斜しばれる青色を示す

魚の中には，蝶の翅や鳥の羽毛とは異なる構造性

た格子ベクトルを持つ回折格子として扱い，行列固発色を示すものが見られ，周囲の状況に応じて，構有値法を適用した．行列固有値法は筆者らが開発，造を変えることできる．図 1 に示すアマゾン川流域

提案している独自の解析手法であり，マクスウェルに生息する熱帯魚ネオンテトラは，体表の縞が昼間の方程式から得られる 1 階行列微分方程式の係数行は青緑色，暗い場所では濃紫色，興奮状態やストレ列の固有値問題に帰着する方法である．

ス環境下では黄やオレンジ色に変化する．この縞は本研究では，まず，ネオンテトラの虹色素胞から多くの虹色素胞から成り，虹色素胞の内側に傾斜し傾斜型回折格子を考案した．次に，傾斜型回折格子

た反射小板が周期的に並んでいる．この反射小板のを傾斜した格子ベクトルを持つ格子として扱い，行

傾斜角が一斉に運動して小板の間隔が変化し，干渉

列固有値法を定式化し，光学特性から色を表記するで強め合う波長，つまり色が変化すると考えられ，方法を開発した．さらに，傾斜型回折格子の反射特

4) では，反射ピークと反射方向が同時に変化す性，sRGB 色空間の色座標，xy 色度座標を求め，傾ることを実験的に確認し，傾斜角が変化していると斜角が構造性発色に及ぼす影響を調べたので，以下述べている．しかし，傾斜型回折格子の構造性発色に報告する．なお，これらの研究成果は，学術論文

文献- 129 -

誌 a), b) に掲載され，国内学会 c) で発表している．本よって変化するものとする．
入射波領域を淡水とし，報告では，解析理論の記述は省略するので，研究成

比誘電率 𝜀𝜀0 = 1.332，基板領域を細胞質とし，比誘電率 𝜀𝜀2 = 1.372 ，全領域の比透磁率 1.0 とする．計果 a), b) を参照されたい．

算時間と解の収束の関係から，空間高調波の展開項【問題の設定】ネオンテトラの虹色素胞の電子顕微鏡写真と模式
図４) を参考にして，図 2 のように反射小板が傾斜し数 2𝑀𝑀 + 1 = 31 とした．また，全ての数値計算において，エネルギー誤差は 10−10 以下であることを確認している．以下主モードである −1 次の反射

た傾斜型回折格子を考案する．波長 𝜆𝜆，偏波角 𝛾𝛾 の回折効率を用いて構造性発色を検討する．

乱問題を考える．入射波領域 0，基板領域 2 の比誘図 (a) は反射スペクトルである．この図から傾斜角

電率をそれぞれ，𝜀𝜀0 ，𝜀𝜀2 とする．格子は 𝑥𝑥𝑥𝑥 平面内

𝜓𝜓 が大きくなるにつれて反射ピークが短い波長側

平面波が – 𝑥𝑥 方向からの入射角 𝜃𝜃，+𝑦𝑦 方向からの

方位角 𝜙𝜙 で平面波が傾斜型回折格子に入射する散で傾斜角 𝜓𝜓 傾いた方向に規格化格子ベクトル 𝑛𝑛K ，格子周期 Λ を持ち，長さ L，厚さ d，比誘電率 𝜀𝜀𝑟𝑟 の

図 3 に，傾斜角 𝜓𝜓 に対する構造性発色の特性を示す．入射角 𝜃𝜃 = 10°，方位角 𝜙𝜙 = 135° とした．

に移動していることがわかる．図 (b) は sRGB による色の変化を計算したものであり，傾斜角によっ反射小板と周囲を比誘電率 𝜀𝜀c の細胞質で構成され，て色が変化していることがわかる．傾斜角 75° 付近

一周期分の比誘電率分布は次式のように表される．

ではオレンジ色，76.5° 付近では黄色，80° 付近で

𝜀𝜀 |𝑧𝑧̂ | < 𝑑𝑑/2ε(𝑥𝑥, 𝑧𝑧) = � r
εc 𝑑𝑑/2 ≤ |𝑧𝑧̂ | < Λ/2は青色を示し，これらの色の変化はネオンテトラの縞の色の変化と一致する．傾斜角 73°～81°の付近でネオンテトラでは，反射小板の長さ L と厚さ d，z

可視光の全ての色である赤色から紫色を観察できる．

軸方向の周期 Λ𝑧𝑧 は変化しない．

図 (c) は色度座標の変化であり，傾斜角によって座標の値が大きく変化している様子がわかる．

図 2 傾斜型回折格子の 3 次元散乱問題【数値計算例及び検討】
本節では，
傾斜型回折格子の構造性発色について，
数値計算例を示す．ネオンテトラの虹色素胞については詳細に調べられており 4)，反射小板は長さ 𝐿𝐿 =10 [μm]，厚さ 𝑑𝑑 = 60 [nm]，比誘電率 𝜀𝜀r = 1.832(a)であり，小板周囲の細胞質は比誘電率 𝜀𝜀c = 1372 ，

z 軸方向の格子周期 Λ 𝑧𝑧 = 215/cos 75°[nm] である．本研究では，L，d ，Λ 𝑧𝑧 は一定値であり，格子周期 Λ と格子層の厚さ (𝑥𝑥1 − 𝑥𝑥2 ) が傾斜角 𝜓𝜓 に- 130 -(b)

反射スペクトルsRGB による表色結果

【参考文献】
1)

例えば，海野和男，図鑑 世界で最も美しい蝶
は何か，草思社，2011 年

2)

例えば，加藤昌一，ネイチャーウオッチングガ
イドブック スズメダイ，誠文堂新光社
2011 年

3)https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Paracheirodon_innesi#/media/File:Neonka_obecna_para
cheirodon_innesi.jpg (Public Domain)

4)

S. Yoshioka et al., Mechanism of variable structural
colour in the neon tetra : Quantitative evaluation of
the Venetian blind model, Journal of the Royal
Society Interface, Vol. 8, No. 54, pp. 56～66, 2011

5)(c)

H. Wakabayashi, M. Asai and J. Yamakita,
Reciprocity theorem and accuracy evaluation on

𝑥𝑥𝑥𝑥色度座標の変化

scattering fields by dielectric gratings, Journal of the

図 3 傾斜角 𝜓𝜓 に関する特性

Optical Society of America A, Vol. 35, No. 11, pp.

図 4 に，傾斜角 𝜓𝜓=75°，77°，79° のときの sRGB

1861～1870, November 2018

による色の変化を示す．傾斜角 75° の場合では，オ
レンジ色から青色，77° の場合では，黄緑色から青【研究成果】

色になり，79° の場合では，入射角 𝜃𝜃 が小さいと学術論文

き青色を示す．低入射角極限では，高次の反射波と

a)

H. Wakabayashi, M. Asai and J. Yamakita, Three

全ての透過波は消滅し，振幅−1の鏡面反射波のみが-dimensional analysis of structural coloration by a

伝搬する 5) ．入射角 𝜃𝜃 が 90° に近い低入射角では，

slanted dielectric grating, Journal of the Optical−1 次の反射波は小さくなるため，黒色に近づいてSociety of America A, Vol. 37, No. 10, pp. 1539～

いることがわかる．

1547, October 2020b)

丸山岳人，若林秀昭，荒井 剛，稲井 寛，非理
想的な多層構造を持つ多層誘電体格子による構造性発色の数値解析，日本シミュレーション
学会論文誌，日本シミュレーション学会論文誌，(a)𝜓𝜓 = 75°

Vol. 12，No. 2，pp. 68～75，2020 年 7 月
学会発表
c)若林秀昭，山北次郎，斜め誘電体格子の散乱問
題における多層分割法に関する検討，2021 年電(b)𝜓𝜓＝77°

子情報通信学会総合大会，エレクトロニクス講
演論文集 1，C-1-7，2021 年 3 月
【謝辞】

(c)

𝜓𝜓＝79°

図 4 入射角 𝜃𝜃 に対する sRGB による色の変化

公益財団法人ウエスコ学術振興財団による研究助成を賜りましたことを深く感謝申し上げます．

- 131 -

個別臨床的意義を有する心身健康情報を可視化する
ウェアラブル端末開発のための生体情報分析
1．岡山県立大学，2．中村学園大学，3．就実大学
綾部誠也 1，熊原秀晃 2，森村和浩 3，大山剛史 1，
筋電筋音計測ウェアラブル端末（Measee）の実用化に向けた研究として，力発揮時の Measee から得られる筋
電図・筋音図の指標の分析ならびにそれらに対する年齢，性，健康指標（肥満度，血圧）の関係を明らかにすることを目的とした．対象者は，広島県ならびに岡山県のスポーツクラブを利用する 95 名であった．これらの対象者のうち，全ての測定項目を完遂した 11 名を分析対象とした．全ての対象者は，体格（身長，体重，周囲径）の計測ののち，前腕部に Measee を装着して，握力発揮中の筋電図と筋音図を計測した．握力は，最大力発揮の 30%，60％，100%での筋収縮条件とした．握力発揮中の筋電図，筋音図，筋音図/筋電図には，性（男女），年齢（65 歳以上，65 歳未満）
，血圧（高血圧ないし正常血圧），肥満度（体格指数 ≧25 kg/m2，<25kg/m2）の群間で有意な差が認められなかった．握力力発揮時において，筋電図と筋音図/筋電図には有意な変化が認められた．本研究は，握力力発揮時の Measee 指標に性，年齢，健康指標の影響を認めなかった．また，力発揮に伴う筋電図と筋音図/筋電図の変化を認めた．これらの結果は，Measee が運動処方システムの実用化に際して，個人の力発揮の相対的指標としての有用性の可能性を示す．

１．

された．次いで，20 代男性 2 名において，右足に，はじめに

近年，ウェアラブル筋音・筋電同時計測ハイブリッ

センサを 4 個貼りつけ，両手は胸の前で組んだままドセンサが岡山大学により開発された．このセンサ

で，スクワット動作(膝関節屈曲が浅い(部分的)場合の誕生により従来では測定困難であった筋音図の計と深い場合)を行っていた．センサは，大腿直筋，外測や筋音図と筋電図の比を用いることによって筋収側広筋，
ハムストリングス，
腓腹筋に貼付していた．

縮能力を誰でも簡単に計測することが可能となった．

スクワット動作の実験姿勢は，部分的スクワットでウェアラブル筋音・筋電同時計測ハイブリッドセン

は膝関節屈曲角度が約 75 度，深いスクワットで約サを用いた先行研究がいくつかある.まず 1 つ目は、

100 度である．結果は，膝関節が屈曲を始めると大4 名の被験者に対し，ペダル負荷の調節可能なリカ

腿直筋 EMG が増加し始め，最大屈曲で EMG も最大値

ンベントバイクを用いて，内側広筋の筋電図と筋音となるが，大腿直筋の変位 MMG はやや遅れて増加し図の計測行っていた．また，筋パフォーマンスを表始め，膝関節の伸展が始まると EMG とともに MMG はす指標として動的 MMG/EMG を算出した．この研究の減少し，立位姿勢に戻る直前にもう一度 MMG は増加，

目的は，開発したセンサを用いて動的運動中に筋音減少する．これに呼応して EMG もわずかに増加，減図と筋電図を同時計測し，運動中の筋パフォーマン

少する．
この傾向は深いスクワットでも同様である．

スを評価することを目的としていた．その結果，ペしかし，膝屈曲角度が大きくなる深いスクワットでダルの負荷の増加に伴い，動的 MMG/EMG はすべてのは，EMG の振幅が約 2 倍になり，それに呼応して MMG

被験者で減少傾向が見られた．この結果は，運動にの振幅も二倍弱になっている．この結果より，従来対する抵抗が小さいほど高い筋パフォーマンスを発では測定できなかった運動下での MMG の測定がフォ揮できることを示している．これにより，動的

トリフレクタを用いたセンサを使用することによっ

MMG/EMG は、動的運動中の筋パフォーマンスを反映て計測でき，しかも同時計測された EMG との関係を- 132 -

状態について，体力について，スポーツクラブへの考察することが可能になった．

所属状況，運動・スポーツの実施状況，1 日の運動・
２．

スポーツの実施時間），また，国民健康栄養調査の問

研究方法

研究１．本研究の対象者は，27 名の成人女性であ診７から 10（平成 29 年度調査票）であった. 計測

った．対象者は，若年大学生 9 名，健常高齢者 9 名，

項目は，身長，体重，体脂肪率，血圧，前腕部周囲有疾患高齢者 9 名であった．実験試技は，掌握運動径（最大位），腹囲（へそ位），大腿部周囲径（最大とした．全力での力発揮ならびに，10 kg，15 kg，位），握力，Weight bearing index であった．また，

20 kg，25 kg の力発揮時の 5 条件にて，2 回ずつ行

握力発揮時について，参加個人の主観的な最大筋力

い，その際の筋電図・筋音図を導出した．得られたの 30%，60%，および 100%での力発揮時に Measee に筋電図・筋音図について，iEMG，iMMG を算出しそこより筋電図と筋音図を測定した．

から最大筋力発揮時を基準として%iEMG，%iMMG を算

本報告では，2020 年 11 月から 12 月に行われた介出した．筋電図・筋音図測定は，ウェアラブル筋電・

入 前 検 査 に つ い て ， デ ー タ の 得 ら れ た 94 名

筋音ハイブリッドセンサ（HOS-110）を用いて実施し（ Labl-h001 か ら Labl-h068 ， Labl-o001 か らた．

Labl-o026）のうち，年齢，身長，体重，血圧，握力，全ての対象者について，身長，体重，体脂肪率（筋周囲径，握力試験のデータを漏れなく得られた 11

量，四肢筋量，脂肪量），前腕部周囲計を計測した．

名を分析対象とした．握力力発揮時の筋電図と筋音

自記式質問紙法を用いて，生活習慣，既往，通院，図は，図１に示すように，筋音図が安定した 10 秒間

服薬，などを調査した．

の平均値として評価した．
5000

1550

MMG

研究２．本研究の対象は，広島県および岡山県内ス

EMG
4500

ポーツクラブを利用する成人であった．AI による運1500

動処方プログラムの作成の精度向上にかかる筋電/筋温の貢献について，探索的に検討する．個人プロ
フィール［身体情報（体組成，筋力（握力，WBI，ベ

EMG

MMG

4000

3500
1450

ンチプレス，スクワット），健康情報（既往，通院・3000

加療・投薬），運動習慣，など）と筋電・筋音の関連

1400

2500
0

について，介入前の測定値内での関連性，介入前後

50

100

150

Count

の変化との関連（変化量の予測）の分析を行うこと

図１．握力力発揮時の Measee により測定した筋電図，筋音図の典型例

を目的として，ボランティアを募った．募集目標人
数は，300 名であった．本研究は，研究実施前に環太平洋大学倫理委員会の承認を得て実施された．全ての参加者は，本研究の参加による利益，不利益などについて理解したうえで，書面にて研究参加承諾書に署名した．

本研究は，
筋電筋音計測ウェアラブル端末（Measee）の実用化に向けた研究として，力発揮時の Measeeから得られる筋電図・筋音図の指標の分析ならびに
それらに対する年齢，性，健康指標（肥満度，血圧）の関係を明らかにすることを目的とした．菌音図を参加者は，３ヶ月間の運動トレーニング介入を行い，筋電図で除して筋音図/筋電図を算出した．

その前後にて，健康状態，身体機能の計測を行なった．

本文中の数値は，平均値と標準偏差で示した．握力発揮中の筋電図と筋音図の有意差は，一元配置分散

調査項目は，記述式アンケートとして，運動習慣，
生活習慣，通院状況などを調査した．質問項目は，文部科学省新体力テスト（成人）の質問 5-12（健康分析ならびに Scheffe の多重比較検定により分析した．p < 0.05 をもって有意な差ありと評価した．全ての統計処理は，SPSS version 27 により行なった．

- 133 -

出した体格指数の 25 kg/m2 を基準に分類した．血圧
３．

は，日本高血圧学会の定める血圧高値に該当する者

結果および考察

研究１．iEMG と%iEMG は，発揮筋力に伴い有意にを高血圧とした．
図２は，握力力発揮時の Measee により測定した筋上昇した（p<0.05）．一方，iMMG は一元配置分散分
析により，有意な増加を確認できなかった．二元配表２．対象者特性２（健康指標別）
体重

置分散分析（発揮筋力×対象者群）において，有意な差が認められなかった．ただし，有疾患高齢者群
は，筋力に対する筋放電量が高く，周囲計に対する本研究は，掌握運動中の筋電・筋音情報について，

正常体重

過体重

正常血圧

高血圧

年齡

(歳）

61.2±15.764±12.2

53.7±21.6

68±2.259.7±17

身長(cm）

165.2±8.7162.6±4.5172.2±12.9170.5±15.9164.1±5.9

体重

(kg）

66.5±20.6

57.1±6.5

91.7±24.4

77.9±16.3

64±20.9

BMI(kg/m2)24.1±5.5

21.6±2.2

30.6±6.2

26.5±0.7

23.5±5.9

発揮筋力が小さい傾向が認められた．
若年者・健常高齢者・有疾患高齢者で異なるとの仮

血圧

全対象者

縮期血圧

(mmHg）

139.5±34.3130.8±24.4

162.7±46.6

191±24.1

128±24.2

説を検証した．
その結果，有疾患高齢者群において，

張期血圧(mmHg）

77.5±14.9

71±10.1

94.7±11.8

102.5±0.6

71.9±9.8

発揮筋力に対する高い筋放電量の傾向を認めた．こ

前腕周囲

(cm）

25.1±423.3±1.529.8±4.7

27.4±3.7

24.6±3.9

れは，疾患に伴う筋収縮機構のシグナリング異常に

腹囲

(cm）

84.4±14.6

77.6±8.5

102.6±11.5

95.4±4.882±15起因するものであると推測した．すなわち，ウェア

大腿部囲

(cm）

54.7±7.851.4±4.5

63.6±7.958.9±4.3

53.8±8.2

ラブル筋電・筋音センサが代謝異常に伴う近力発揮

握力

(kg）

34.1±11.7

31.3±6.2

41.7±20.6

42.5±2.932.3±6.5の個人特性を観察できる可能性を示唆する．
本研究は，筋放電の個人間の比較という実験的限電図，筋音図，筋音図/筋電図の変化を示す．図中の界を有する．また，有疾患高齢者群を後期高齢者や重度の疾患者での検討の余地を残す．さらに，筋音図に顕著な特性を得られなかった点については，センサ構造や情報処理プロセスを含めた検討が必要である．

数値は，一元配置分散分析の P 値を示す．†#は，条件間の有意差を示す．握力は，設定強度の増大に伴って増大した（p < 0.05）．筋電図は，最大力発揮時（100%条件）において，30%条件と 60%条件に比して有意に高値であった（p < 0.05）．筋音図には，条件

表１．対象者特性１（性別，年齢別）

全対象者

年齢

50

性

p < 0.001

2,400††, ##

p = 0.001††, ##

2,100

≧65 歳

<65 歳

女

40

男

1,800

(歳）

61.2±15.772.7±5.447.4±12.4

58.9±9.3

64±21

身長

(cm）

165.2±8.7

166.7±9.5163.4±7.4

159.6±3.9

172±7.8

1,500
EMG

年齡

握力（kg）

†
30

20

体重

(kg）

66.5±20.6

66±13.2

67.1±27.6

55.1±6.2

80.2±23.6

10

BMI(kg/m2)24.1±5.5

23.6±2.6

24.6±7.7

21.7±2.926.8±6.50

縮期血圧(mmHg）

139.5±34.3

165.7±24.3

108±5.5

128.9±30152.2±35.8

4000

張期血圧

(mmHg）

77.5±14.987.2±12.1

65.8±872.4±1683.6±11.2

前腕周囲

(cm）

25.1±425.4±2.724.8±5.2

22.7±0.9

28±4.3

腹囲(cm）

84.4±14.6

86.9±9.781.4±18.8

75±8.295.7±12.5

大腿部囲

(cm）

54.7±7.852.5±5.4

57.4±9.5

53±4.856.8±10.1

握力

(kg）

34.1±11.7

29.6±7.1

37.9±13.9

27±4.942.6±12

1,200
900
600
300
0

30%

60%
設定強度

100%

30%

N. S.

100%

p = 0.006

150
MMG/EMG

3500

MMG

60%
設定強度

200

3000

100

50
2500

††

0
30%

2000
30%

60%

100%

60%

100%

設定強度

設定強度

図２．握力力発揮時の Measee により測定した筋電図，筋音図，筋音図/筋電図の変化††

研究２．表１と表２には，分析対象者の特性を示した．年齢，性，体重，血圧に応じて，対象者を分類した．年齢は，65 歳未満と 65 歳以上で分類した．
性別は男女で分類した．体重は，身長と体重から算30%力発揮時に比べて有意な差があることを示す（p < 0.01）．##60%力発揮時に比べて有意な差があることを示す（p < 0.01）．

間で有意な差が認められなかった．
筋音図/筋電図は，有意なさが認められ，最大力発揮時（100%条件）に- 134 -

ており，本研究で同様の結果が得られなかった点については，今後の検討の余地を残す．筋音図/筋電図の低下については，
神経損傷者で特徴を有すること，
筋コンディションにより変化することなどが示されており，Measee から得られる指標の中でも，身体情報を反映する指標となる可能性を示す．
表 3-4 は，個人特性（年齢，性別，健康状態）による，筋電図，筋音図，筋音図/筋電図を示した．本
研究では，Measee の出力に対する年齢，体格，肥満，高血圧の影響を認めなかった．これは，本研究のサンプルサイズが影響していると思われる．本研究で分析対象としたサンプルは，11 名であり，当初に予定した 300 名を大幅に下回った．それ故，個体差を検出するまでの検出力を持つ統計処理を行うことが出来なかった．
先行研究では，糖尿病患者において，カルシウムイオンの放出に起因する筋出力の低下が

表４．握力力発揮時の Measee により測定した筋電図，筋音図，筋音図/筋電図に対する健康指標（体重と血圧）の影響

正常体重

過体重

高血圧

正常血圧

強度

握力

EMG

MMG

MMG/EMG30%

9.5±2.6

201.5±413.9

2809.6±712.5

93.7±92.4

60%

19.4±3.4

99.4±69.1

2815.1±805.8

39.3±22.4

100%31.2±7.8

1125.5±993.6

2824.6±875.2

10.4±1330%

14±7.9315.3±486.6

3047.6±592.9

66.6±55.5

60%

26.7±12.482.2±5.8

3170.4±531.2

39.1±8.8100%41.4±19.3

1438.4±1127.4

3281.5±515.7

7.8±10.430%

12±9.9455.1±596.9

2876.5±726.2

52.4±70.3

60%

25±17

81.8±8.2

3017±650.6

37.6±11.9100%43±26.91112.8±1380.6

3132.5±631.5

10.9±12.630%

10.8±4180.8±387.7

2882.1±690.8

93.9±85.6

60%

20.6±4.8

97.4±64.2

2897.8±781.9

39.6±20.7100%

31.9±7.61246±981

2918.9±853.1

9.4±12.4

確認されている．本研究の結果は，このような力発揮時の生理学的機能の特徴を Measee により検出できる可能性を否定するものではない．今後の研究により，十分な対象者数を確保した再検討によりMeasee の可能性を検討する見込みである．
５．謝辞
本研究の一部は，公益財団法人ウエスコ学術振興財団研究助成費の支援を受けて実施された．

おいて，30%条件と 60%条件に比して有意に低値であった（p < 0.05）．これらの結果は，Measee の出力としての筋音図と筋電図が運動の評価としての可能性を示している．本研究では，筋出力の増大に伴って，筋電図の増大と筋音図/筋電図の現象が確認された．後者については，筋音図の変化が認められなかったことから，筋電図の増大によって得られた結果と解釈できる．運動時の筋出力の変化に伴って筋電図が変動することは先行研究によって確認されており，本研究の結果に不思議はない．ただし，先行研
究では，筋出力の増大に伴う筋音図の増加も示され- 135 -

遠隔者とのかかわりを実感させる遠隔コミュニケーションシステム
岡山県立大学伊藤 照明
概要
当研究室では、遠隔映像と音声通信を介した遠隔コミュニケーションシステムにおいて、物理的な身体運動をアクティブディスプレイに直接利用することに加えて、人の生体情報、つまり眼球運動情報と音声情報を利用することで間接的に身体動作との関連付について検討している。つまり、遠隔者の明白な動作に対する頭部動
作計測データに加えて、明白な動作検出ができない場合でも、視線計測による眼球運動計測データを利用した
間接的な運動強調制御によるリモートインタラクション機能を検討している。本研究では、アクティブディス
プレイによる動作の印象を評価するための基礎実験として、市販のコミュニケーションロボットを用いたイン
タラクション実験を行い、ロボット動作の与える印象に関する実験評価を行った。
1.

緒言

2.

研究背景

遠隔映像と音声通信を介した遠隔コミュニケーシ

当研究室では、遠隔コミュニケーションにける相ョンシステムが実用化し、多くの人に利用されるよ

手の分身として目の前で動作するロボットとの対面うになった。その一方で，ディスプレイを通した会

コミュニケーションにおいて、相手との“かかわり”

話では、話者の存在感が伝わらない，場の雰囲気がを感じる場を提供するための手法を提案している。

共有できない、遠隔者とのかかわり合いを感じない

それは、対面コミュニケーションで使用されるノンといった根本的な問題が指摘されている。相手のぬバーバル情報としての頭部身体動作に着目し、運動

くもりや親しみを感じるような遠隔コミュニケーシ

強調ディスプレイによってその動作を表現することョンを実現するためには、こうした根本問題の解決

で遠隔者とのかかわりを実感する手法である。このが求められている。単なる動画配信で解決できる問提案を具現化するために、タブレット端末に物理的題に対して、解決の糸口を探る新しい研究が報告さな動きを付与するロボットアームとタブレット端末れている。

を 統 合 し た 遠 隔 会 議 シ ス テ ム

例えば、遠隔操作によるテレプレゼンスロボット

ARM-COMS(ARm-supported eMbodied COmmunication

や、首の動きを模倣して動く首型ロボットにより、

Monitor System)のプロトタイプシステムを実装し遠隔者がリモコン操作で自己表現をすることで、通た（Fig.1）。

常の遠隔会議にはない存在感を遠隔の場で示せることが報告されている。また、アバターのアイデアを取り入れた遠隔会議システムでは、スクリーン投影された人の動きと、スクリーン自体の物理的な運動との相乗作用により，会話者の動作がより明確に観測者に知覚される効果により、場の雰囲気を伝えることに成功している。一方、遠隔コミュニケーショ
ンにける相手の分身として目の前で動作するロボットとの対面コミュニケーションにおいて、相手との“かかわり”を感じる場を提供する技術については、まだ十分に実装されていない。

Fig.1 ARM-COMS System- 136 -

3.

ロボット動作に対する印象評価

本研究では、アクティブディスプレイによる動作の印象を評価するための基礎実験として、市販のコミュニケーションロボット（Fig.2）を用いたインタラ
クション実験を行い、ロボット動作の与える印象に関する実験評価を行った。ここでは、本助成によって導入したコミュニケーションロボットを用いた動作評価について述べる。
Fig.3 Impression on robot gestures
ロボット動作による印象の違いは見られたが、質問
内容と動作に対する印象には関連性があまり見られなかった。
（Fig.4）

Fig.2 Communication robot
使用したロボットには基本動作として２５種類が準備されており、この基本動作によるインタラクティ
ブなコミュニケーションを行うことができる。
今回行った印象評価実験では５種類の質問表を準備し、それぞれの質問に対して行う２５種類の異なる
基本動作を任意に割り当てた。被験者は各質問の後

Fig.4 Relationship between contents and gestures

で、ロボットの質問とそれに伴う動作から受けた印象についてアンケートに回答してもらった。アンケ

4.

ート結果から、ロボット動作の印象の違いおよびロ

アクティブディスプレイによる動作の印象を評価す

ボット動作と質問内容との関連性について評価した。

るための基礎実験として、市販のコミュニケーショ

結言

ンロボットを用いたインタラクション実験を行い、基本動作について、類似度を考慮して５つのカテゴ

ロボット動作の与える印象に関する知見を得ること

リーに分類し、カテゴリー毎にロボット動作によるができた。

印象の違いを評価した。動作の種類によって被験者の受ける印象に違いがあることがわかった。
（Fig.3）

謝辞

ただし、質問では複数の動作を組み合わせているた

本研究の推進にご支援頂いたウエスコ学術振興財団

めに、個別の動作の印象に対する評価までは行うこに深く感謝致します。

とができなかった。

- 137 -

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of

ARM-COMS

Motion control

for

entrainment

A proposal of body movement-basedスピン反転を利用した長寿命光電荷分離システムの創製
岡山理科大学 理学部 化学科
満身 稔
電子ドナーとアクセプターから構成された系を光励起することによって生じる光電荷分離状態は高いエネル
ギー状態であるため，このエネルギーを電気あるいは化学エネルギーとして利用が可能である．我々は，光捕集機能をもつ金属ポルフィリン錯体が形成する細孔内にアクセプターを導入したアクセプター内包多孔性金属
ポルフィリン錯体に基づく光電荷分離システムの開発を行っている．本研究では，光電荷分離の⻑寿命化の⽅策として，①項間交差によるスピン反転を利⽤した電荷分離の⻑寿命化と②電荷分離後の安定化が期待できる
亜鉛ポルフィリンダイマーの利⽤に基づく光電荷分離の⻑寿命化について研究を⾏なっている．この報告では，後者の新規亜鉛ポルフィリンダイマー錯体を⽤いて C60 との共結晶化に成功した C60 内包亜鉛ポルフィリンダ
イマー錯体の結晶構造と光物性を調べ，32ns の⽐較的⻑い光電荷分離寿命を⽰すことを明らかにしたので報告
する．

１．はじめに⾦属−有機構造体（MOFs）や多孔性配位⾼分⼦（PCPs）とよばれる多孔性⾦属錯体では，光捕集を担う⾊素が⾼秩序で配列することによって⾼効率の光捕集と励起エネルギーの輸送が期待でき，近年，新たな光捕集システムとして注⽬されている１．しかしながら，光励起によって⽣じた励起⼦はすぐに失活するので，光エネルギーを電気や化学エネルギ
ーに変換するには特別の⼯夫が必要である．そこで

錯体 1·C60 の結晶化と X 線結晶構造解析に成功して我々は，その⼯夫として光電荷分離状態を利⽤している．また，過渡吸収分光法により，光電荷分離のいる．励起状態にある光電荷分離状態から，電気エ⽣成を確認し，その寿命が 0.25 ns であることを明

ネルギーを取り出せば光電変換システム（図１）とらかにしている２．しかしながら，このような系からなり，化学エネルギーを取り出せば⼈⼯光合成やエネルギーを取り出すには電荷分離の⻑寿命化が必

様々な電⼦移動触媒となる．したがって，多孔性⾦要である．そこで我々は，光電荷分離の⻑寿命化の属錯体に基づく光電荷分離システムは様々な⽤途で⽅策として，①項間交差によるスピン反転を利⽤し利⽤可能な光エネルギー変換材料を創製でき，エネた電荷分離の⻑寿命化と②電荷分離後の安定化が期

ルギー問題の軽減に貢献できると期待される．そこ

待できる亜鉛ポルフィリンダイマーの利⽤に基づく

で我々は，多孔性⾦属錯体に基づく光電荷分離シス
テムの開発を⽬指して，光励起状態にある⾦属ポル
フィリン錯体から電⼦を受け取ることができるアクセプターを細孔内に内包したアクセプター内包多孔性⾦属ポルフィリン錯体の開発を⾏っている．これまで，図２に⽰す錯体 1 を⽤いて，フラーレン内包
多孔性亜鉛ポルフィリン錯体の初めての例となる- 139 -

光電荷分離の⻑寿命化について研究を⾏なっている．

は，亜鉛ポルフィリン錯体ダイマーと C60 が 2 個ず

この報告では，後者の新規亜鉛ポルフィリンダイマ

つ存在しており，分⼦の中⼼に存在する対称⼼によー3 と C60 が共結晶化した C60 内包亜鉛ポルフィリって，それぞれの分⼦の半分が結晶学的に独⽴であンダイマー錯体 3·C60 の研究成果について報告する．

る．ダイマー内の⼆つの亜鉛原⼦の軸位に，それぞれ隣接するポルフィリンのピリジル基が互いに逆側

２．結果と考察から配位することによって，(101)⾯に並⾏なヘリン（１）合成

ボーンタイプの⼆次元四⾓格⼦を形成している．四錯体 3 の合成経路を図４に⽰す．まず，ピロール

⾓格⼦内の Zn···Zn 距離は⻑辺で 27.95(1) Å，短辺と 4-(メトキシカルボニル)ベンズアルデヒドから，で 14.58(1) Åであり，van der Waals 半径を考慮し

4-(メトキシカルボニル)フェニルジピロメタンを合た格⼦⼀⽚の⻑さは約 24.6 Å と約 11.2 Å である．

成し，3-(トリイソプロピルシリル)-2-プロピナール

C60 分⼦はこの四⾓格⼦内で⼆つのポルフィリン⾯との MacDonald 型縮合反応によりポルフィリン環に挟まれて存在している．ポルフィリン環の最⼩⼆を形成させた．このポルフィリンにジクロロメタン

乗平⾯に最も近い C60 の炭素原⼦との距離は約 2.77とメタノールの混合溶媒中で⼀晩還流することによÅであり，強い π···π 相互作⽤の存在が⽰唆される．

り亜鉛(II)イオンを挿⼊後，TBAF を⽤いたトリイ

また，
C60 の周囲を上下の⼆次元シートの四つのメト

ソプロピルシリル基の脱保護を⾏った．さらに，4-キシカルボニルフェニル基が取り囲んでいる．さらエチニルピリジンとのクロスカップリングによって，に，C60 と上下の⼆次元シートのポルフィリンのβ位

亜鉛ポルフィリンダイマー錯体 3 を亜鉛ポルフィリの⽔素原⼦との間で CH···π 相互作⽤が存在しておン錯体 2 とともに合成した．このポルフィリンダイ

り，これらの相互作⽤により C60 を細孔内に内包す

マーと C60 を液−液拡散法によってゆっくり混合し，ることができたと考えられる．

C60 内包多孔性亜鉛ポルフィリンダイマー錯体 3·C60を⿊紫⾊板状晶として得た．
O OMe
O
O

OMe

O

Si

OMe

H

NH

BF3Et2O

O

H

NH N
Si

Si
N HN

DDQ
NH HN

y. 75%

Oy. 37%OMe
MeO O

Zn(CH3COOH)2·2H2O

N

TBAF

N
Si

Zn

Si
N

N
O OMe

y. 98%
MeO
O

O

OMe

N
N
H

N
N

N
N

2 y. 17%

BQ, Pd(PPh3)4, CuI

N
H

Zn

H

O OMe

N

図５．亜鉛ポルフィリンダイマー錯体 3·C60 の結晶構造．

N
Zn

N

N

MeO O

O OMe

（３）紫外−可視吸収スペクトル・発光スペクトルy. 98%
MeO

O

N
N

N

N

N

N

DMSO 溶液中で測定したダイマー錯体 3 の紫外

N
N

Zn

Zn
N

N

可視吸収スペクトルと発光スペクトルを DMF 溶液

3 y. 8%
MeO O

MeO O

中で測定したモノマー錯体 2 のデータとともに図６

図４．
亜鉛ポルフィリンダイマー錯体 3 の合成経路．

に⽰す．ダイマー錯体 3 の紫外可視吸収スペクトルでは，ポルフィリン特有の Soret 帯のピークが 465（２）X 線結晶構造解析

nm と 500 nm に，ショルダーが 500 nm にそれぞれ

C60 内包多孔性亜鉛ポルフィリンダイマー錯体

観測された．⼀⽅，Q 帯が 685 nm と 752 nm にそ

3·C60 の結晶構造を図５に⽰す．錯体 3·C60 の晶系はれぞれ観測された．また，量⼦収率は錯体 2 と錯体

単斜晶系で，空間群は P21/n である．単位格⼦内に3 でそれぞれ 10%と 17%であった．Soret 帯の分裂

- 140 -

つぎに，錯体 3·C60 の固体の吸収スペクトルを錯体 3 と C60 とともに図７に⽰す．ポルフィリン由来の Soret 帯が 473 nm に，Q 帯が 784 nm に観測され，原料を⾜し合わせたスペクトルが得られた．ソーレー帯と Q 帯はダイマー錯体 3 のスペクトルよりもシャープな形状となった．
（４）過渡吸収スペクトル錯体 3 の DMF 溶液における過渡吸収スペクトルを図８に⽰す．吸収スペクトルとの⽐較から，450
図６．錯体 2, 3 の溶液における吸収・発光スペクトル．

は，以下のように説明されている３．ポルフィリンモ
ノマーの Soret 帯の⼆つの互いに垂直な遷移モーメ
ント Bx, By は縮重しているが，分⼦軸⽅向（x 軸）に沿って繋げたポルフィリンダイマーでは，By 遷移は
face-to-face 配置，
Bx 遷移は head-to-tail 配置となり，それぞれの配置の遷移双極⼦モーメントは励起状態を分裂させる．これにより，⼆つの By 状態の⾼いエ
ネルギーと⼆つの Bx 状態の低いエネルギーの遷移のみが許容となる．こうして，共平⾯のポルフィリ
ンダイマーの Soret 帯は，ブルーシフトした By 成
分とレッドシフトした Bx 成分に分裂する．⼀⽅，
ポルフィリンダイマーが共平⾯の配座で固定されず捩れた場合，遷移モーメントのカップリングは捩れ⾓に依存し，直交すると消滅するので，ブルーシフ
トした By 成分はブロードとなる．しかしながら，⼆つの head-to-tail Bx 遷移双極⼦モーメントの相対的配置は捩れ⾓に影響を受けないので，Bx 遷移はレッドシフトしたシャープな Soret ピークを⽣じる．

図７．錯体 3 の固体状態における吸収スペクトル．

nm から 500 nm と 650 nm 付近より⻑波⻑側の吸収の⾕はポルフィリンのソーレー帯と Q 帯のブリーチングに帰属される．光励起後，最初に観測される 1.19 ns の寿命をもつスペクトル（⿊）は，その寿命が⾮常に短いことから振動励起状態の励起種であると考えている．モノマー錯体 2 の帰属を参考にす
ると，次の 5.51 ns の寿命をもつスペクトル（⾚）
は，励起後の振動励起状態を経て⼀重項励起状態となった励起種のシグナルであり，その後観測される
442 ns の寿命をもつスペクトル（⻘）は，三重項励起状態のスペクトルに帰属されると考えられる．しかしながら，ダイマー錯体の励起種には，捩れ構造と共平⾯構造が存在するため，帰属は不完全である．
今後，励起光波⻑を変えて過渡吸収スペクトルを測定することで，励起種の構造の違いによるスペクト
ルの違いを明らかにできると考えられる．さらにその後，モノマー錯体 2 では観測されなかった 112 μsの⻑寿命をもつスペクトル（緑）が観測された．この励起種はその寿命の⻑さから，ラジカル種に帰属

図８．錯体 3 の DMF 溶液における過渡吸収スペクトル．

- 141 -

されると考えられる．

３．まとめ

錯体 3 の固体状態における近⾚外領域の過渡吸収

本研究では，光電荷分離後の安定化が期待できるスペクトルを図９に⽰す．可視光領域ではポルフィ

亜鉛ポルフィリンダイマー錯体 3 を合成し，フラー

リンのソーレー帯と Q 帯由来のブリーチングが観

レン内包多孔性亜鉛ポルフィリンダイマー錯体 3·

測され，近⾚外領域では特徴的な吸収帯が 1350 nm

C60 の合成・結晶化を⾏い，X 線結晶構造を明らかに付近に観測された．⿊⾊が 2ns，⾚⾊が 260ns の寿することに成功した．ダイマー錯体 3 の吸収・発光

命をもつ成分であり，それぞれ錯体 3 の⼀重項と三スペクトルでは，分⼦軸⽅向とそれに垂直な⽅向で重項の励起状態であると帰属される．

遷移双極⼦モーメントが異なり，Soret 帯, Q 帯の分裂が観測された．錯体 3·C60 の過渡吸収スペクトルでは，
C60 のアニオンラジカルに帰属される吸収が観測され，この寿命から電荷分離寿命は 32ns であると⾒積もられ，錯体 1·C60 と⽐べて，２桁ほど光電荷
分離寿命を伸ばすことができた．引き続き光電荷分離の詳細を調べる予定である．
４．謝辞
本研究を遂⾏するにあたり，公益財団法⼈ウエス
コ学術振興財団による学術研究費助成を賜りました
ことを深く感謝申し上げます．また，本研究におけ

図９．錯体 3 の固体状態における過渡吸収スペクトル．

る過渡吸収分光測定は関⻄学院⼤学⼤学院理⼯学研
錯体 3·C60 の固体状態における近⾚外領域の過渡
吸収スペクトルを図１０に⽰す．錯体 3 のみで⾒ら究科 橋本秀樹教授，
浦上千藍紗博⼠にお世話になりました．御礼申し上げます．

れた励起状態のポルフィリンに帰属される 1350 nm
付近の特徴的な吸収帯に加えて，1150 nm 付近にC60

５．文献のアニオンラジカルに帰属される吸収が観測された．

1. H.-J. Son et al., |J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 862−869.

このことから，ポルフィリンから C60 への電⼦移動

2. 堀内ら， 錯体化学会第65回討論会，3Fa-03，2015．

により光電荷分離が起こり，その寿命は 32ns であ

3. H. L. Anderson., Inorg. Chem. 1994, 33, 972–981.

ると⾒積もられた．今後，光電荷分離の詳細を調べ
る予定である．

６．研究成果「フラーレン内包多孔性亜鉛ポルフィリンダイマーの合成，結晶構造，光物性」⼤和⽥晃平，満⾝稔，浦上千藍紗，橋本秀樹，⽇本化学会 第101春
季年会，A13-2am-05，2021年3⽉20⽇

図 10．錯体 3·C60 の固体状態における過渡吸収スペクトル．

- 142 -

アレルギー性鼻炎における分子シャペロンの役割
岡山理科大学 理学部 臨床生命科学科
橋川 直也
概要アレルギー性鼻炎は、日本国民の約 40％が発症していると言われている国民病である。主な治療法としては
抗ヒスタミン薬などを用いて症状を抑える対症療法と、低濃度のアレルゲンを投与することで慣れさせて症状を抑える減感作療法があるが、根本的な治療法は存在しない。今回、我々はタンパク質の立体構造に深く関わる分子シャペロンの一種である熱ショックタンパク質（Heat shock protein; HSP）に注目し、HSP の発現誘導がアレルギー性鼻炎を治療しうるか解析を行なった。その結果、HSP を発現誘導させるとくしゃみや鼻こすりといった鼻炎症状、およびⅠ型アレルギーで増加が見られる IL-4, IL-5 の有意な減少が見られた。また、Ⅰ型アレルギーで増加する IgE においても有意な減少が見られた。以上のことから、分子シャペロンの一種である HSP は抗アレルギー効果を持ち、HSP 発現誘導は、アレルギー性鼻炎の治療法となる可能性が示唆された。
いることが報告されている 6–10。これらの報告から、

1. 緒言
アレルギーとは、原因となる抗原（アレルゲン）

GGA は胃炎・胃潰瘍の治療薬としてだけでなく、とそれに対する生体の免疫反応により生じる生体の他の疾患の治療および予防薬としての可能性がある

有害反応のことである。アレルギー性鼻炎の治療法と考えられている。

には、対症療法と減感作療法の 2 つが主に行われて本研究では、HSP と鼻炎の関係性を検討するため、

いる 1。対症療法は抗ヒスタミン薬などを用いて症

卵白アルブミン（ovalbumin; OVA）を用いた鼻炎モ状を抑える治療法で、減感作療法は低濃度のアレル

デルマウスを作製し、HSP 発現誘導剤である GGA

ゲンで慣れさせて症状を抑える治療法である。対症の投与を行い、鼻炎症状への影響の解析を行った。

療法は、即効性はあるが、根治の可能性が低いことが問題点であり、減感作療法は根治の可能性があるが、アレルゲンが直接体内に入るので、アナフィラ

2. 実験材料及び実験方法
2-1. 実験動物

キシーショックを引き起こす危険性があること、ま

実験動物には、5 週齢の BALB/c 雌マウスを用いた、対応するアレルゲンが少なく、治療に長期間かた。
マウスはケージ内で 6 週間自由給餌と飲料水（水

かることが問題となっている 2。

道水）で飼育した。0.25 µg/µL の OVA と水酸化アル

本研究で注目した熱ショックタンパク質（Heatshock protein; HSP）は、熱や紫外線などのストレスで発現誘導される分子シャペロンの一種として知られている 3,4。HSP は分子量の違いでいくつかのミニウムゲルの混合し、1 週間に 1 回、3 週間腹腔内投与を行った。その後、一日に 2 回（朝・夕）400 µg/µL
OVA の鼻腔内投与を 3 週間行い、鼻炎モデルマウスの作製を行った。GGA は 5%のアラビアガム溶液に種類に分類され、主に変性したタンパク質を修復す

乳化し、投与量が 500 mg/kg/day となるように 1 日目

る働きがある。また、HSP の発現誘導剤としてから自由経口投与した。また、対象として Vehicle

Geranyl-geranyl-acetone（GGA）が知られている群には 5%のアラビアガムを投与した。

5。GGA は、胃炎や胃潰瘍の治療剤として使用されている薬剤で、HSP の発現誘導剤としても知られて

2-2. 行動試験による評価

いる。HSP の誘導効果は胃粘膜だけでなく、脳や心臓、肝臓、小腸、網膜など様々な部位で確認されてくしゃみ回数と鼻こすり回数の測定により鼻炎症状の行動評価を行った。400 µg OVA を鼻腔内投与し- 143 -

た後 1L ビーカーにマウスを入れ、5 分間中のマウス抑制する働きがある IFN-gamma などのサイトカイ

がくしゃみした回数と鼻こすりした回数を測定した。

ンの測定を行った。その結果、GGA 投与によって、
IL-4, IL-5 で有意な減少または減少傾向が見られた。

2-3. Real time PCR によるHSPおよび鼻炎に関与する

また、IFN-gamma は有意な増加が見られた。しかし、サイトカインの解析

IFN-gamma 産生の抑制に関与する IL-10 や炎症性サ

Total RNA は定法により脾臓から抽出をおこなっ

イトカインの誘導に関与する IL-17 および抗炎症性た。プライマーは、Gapdh（内部標準）, IL-4, IL-5, IL10,

サイトカインで IFN-gamma 産生の抑制に関与する

IL17, IFN-gamma, TGF-beta, HSP25, HSP72, HSP90 を

TGF-beta では GGA 投与による影響は見られなかっ

使用した。

た。
また、HSP mRNA 発現量は、GGA 投与によってHSP25 および 72 において有意な増加が見られたが、

3. 結果
3-1. OVA を用いた鼻炎モデルマウスにおける GGA

HSP90 では変化が見られなかった。

投与による行動の変化

A

OVA を用いた鼻炎モデルマウスの作製と同時に

B

IL‐4

IL4 new

150

GGA の自由経口投与を行った結果、Vehicle 投与群

†

100

C

IL‐5
*

IL-5 new

600

200

IL‐10

IL10 new2

150

400

100

200

50

50

D

E

IL‐17
IL17

400

IFN‐gamma*IFN-gamma

F

*

300

TGF‐beta
TGF-beta

†

300

OV
A

Co
ntr
ol

Control Vehicle GGA
OVA

Co
ntr
ol

OV
A

0

Control Vehicle GGA
OVA

OV
A+
GG
A

び鼻こすり回数の有意な減少が見られた。

OV
A+
GG
A

Co
ntr
ol

Control Vehicle GGA
OVA

0

OV
A

0

OV
A+
GG
A

と比較し GGA 投与群において、くしゃみ回数およ

150

200

100

100

50

200

G

†

*

200

I

HSP72
HSP72

400

*

300

OV
A+
GG
A

OV
A

Co
ntr
ol

Control Vehicle GGA
OVA

H

HSP25

HSP25

300

0

Control Vehicle GGA
OVA
Co
ntr
ol

OV
A+
GG
A

OV
A

Co
ntr
ol

Control Vehicle GGA
OVA

0

OV
A+
GG
A

0

OV
A

100

HSP90
HSP90
150

100

200

50

100
100
0

OV
A

OV
A+
GG
A

Control Vehicle GGA
OVA
Co
ntr
ol

OV
A

0

Control Vehicle GGA
OVA

OV
A+
GG
A

Figure 1. OVA を用いた鼻炎モデルマウスにおける

OV
A+
GG
A

Co
ntr
ol

Control Vehicle GGA
OVA

Co
ntr
ol

OV
A

0

GGA 投与による行動の変化。縦軸を回数として（A）

Figure 2. GGA 投与による脾臓におけるサイトカイン

くしゃみ回数、（B）鼻こすり回数を示した。*P<0.05 vsへの影響。Control の転写量の平均を 100%とし、（A）

control, †P<0.05 vs OVA （one-way ANOVA）
（n=6）

IL-4、
（B）IL-5、（C）IL-10、（D）IL-17、（E）IFN-gamma、（F）TGF-beta、（G）HSP25、（H）HSP72、（I）HSP90

3-2. Real time PCR による鼻炎に関与するサイトカイの相対的 mRNA 量の変化を縦軸に示した。*P<0.05 vsンおよび HSP mRNA 発現量の解析

control, †P<0.05 vs OVA （one-way ANOVA）（n=6）

OVA を用いた鼻炎モデルマウスの作製と同時にGGA の自由経口投与を行い、脾臓において鼻炎に関3-3. ELISA による Total IgE および OVA-IgE 発現量の与するサイトカインおよび HSP mRNA 発現量の解変化
OVA を用いた鼻炎モデルマウスの作製と同時に析を行った。
Ⅰ型アレルギーで増加し、Th2 細胞の分化や B 細GGA の自由経口投与を行い、
ELISA による Total IgE胞に作用して IgE 産生に関与する IL-4、同じくⅠ型

および、今回抗原として使用した OVA に特異的なアレルギーで増加し、好酸球の分化・増殖に関与す

IgE である OVA-IgE の発現量の測定を行った。そのる IL-5、Th1 細胞から産生され、Th2 細胞の分化を結果、GGA 投与によって、Total IgE および OVA-IgE- 144 -

効果を持つ可能性が示唆された。

量の有意な減少が見られた。

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Single

oral

dose

of

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geranylgeranylacetone induces heat-shock protein 72

タミン薬などを用いて症状を抑える治療法で、減感and renders protection against ischemia/reperfusion

作療法は舌下免疫療法と皮下免疫療法の二つがある

injury in rat heart. Circulation 104, 1837–1843 (2001).

が、どちらも低濃度のアレルゲンを直接体内に入れ

7. Fan, N., Yang, G.-S., Lu, J.-H., Yang, N. & Zhang, H.-B.

て慣れさせることで症状を抑える治療法である。対Oral administration of geranylgeranylacetone plus local症療法は、症状を抑えることはできるが、根治する

somatothermal stimulation: a simple, effective, safe andのは難しい。減感作療法は根治の可能性はあるが、operable preconditioning combination for conferring

アレルゲンを直接体内に入れるため、アナフィラキ

tolerance against ischemia-reperfusion injury in rat

シーショックの危険性があることや治療に時間がか

livers. World J. Gastroenterol. 11, 5725–5731 (2005).

かることが問題となっている。そこで、鼻炎の新し8.

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い治療法及び予防法を確立するために、近年様々な

heat-shock proteins alleviates polyglutamine-mediated疾患の治療や予防の可能性を持つと期待されている

motor neuron disease. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102,

HSP に注目し、HSP の発現誘導剤として知られてい16801–16806 (2005).

る GGA を用い、
GGA の HSP 発現誘導における鼻炎

9.

Ohkawara, T. et al. Geranylgeranylacetone protects
mice from dextran sulfate sodium-induced colitis.

症状への影響の検討を行った。

Scand. J. Gastroenterol. 40, 1049–1057 (2005).

その結果、GGA 投与によって、行動の変化では、
くしゃみ回数および鼻こすり回数の有意な減少が見

10. Ishii, Y., Kwong, J. M. K. & Caprioli, J. Retinal

られた。
また、
Ⅰ型アレルギーで増加が見られる IL-4,

ganglion cell protection with geranylgeranylacetone, aIL-5 では有意な減少が見られ、逆に Th2 分化を抑制

heat shock protein inducer, in a rat glaucoma model.

する IFN-gamma は有意な増加が見られた。さらに、

Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 44, 1982–1992 (2003).

Ⅰ型アレルギーで増加する IgE（Total IgE, OVA-IgE）
においても有意な減少が見られた。
以上のことから、
分子シャペロンの一種である HSP は抗アレルギー- 145 -

恐怖記憶の消去促進作用に対するペプチド鼻腔内投与の影響
岡山理科大学 理学部 臨床生命科学科
橋川 成美
概要
カルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)はカプサイシン感受性の知覚神経に含まれる神経伝達物質であり、強力な血管拡張作用を持つことや、偏頭痛の原因として知られている。
我々は CGRP を脳室内投与することで、恐怖記憶の保持を抑制することをこれまで報告してきた。しかし、臨床応用を考えたとき、CGRP を脳に直接投与することは非現実的である。そこで、本研究では nose-brain 経路に着目し、CGRP を経鼻投与することで、脳室内投与と同程度の恐怖記憶保持抑制作用が見られるかどうか検討を行なった。その結果、CGRP を鼻腔内投与すると、脳脊髄液、脳海馬内に有意に CGRP 発現量の増加が見られ、恐怖記憶保持も抑制された。さらに、
海馬における Neuronal PAS domain 4 (Npas4)の発現量も CGRP 投与により増加していることが明らかとなった。以上の結果より、CGRP は鼻腔内投与によっても恐怖記憶を抑制できることが明らかとなり、心的外傷
後ストレス障害（PTSD）の治療薬ターゲットとして有用である可能性が示唆された。
1. 緒言て、鼻腔粘膜からのアプローチを考えた。近年、鼻ストレスを感じると辛いものを食べ、気分がスッ

から脳への薬物送達を積極的に利用する基礎研究おキリするような経験をしたことがないだろうか。嫌よび臨床研究が急速に進展しつつある。糖尿病治療

な記憶を消す、つまり心的外傷生のストレスによる薬として使用されるインスリンを鼻スプレーにより恐怖記憶は辛いものでキャンセルできる可能性があ

投与することで、アルツハイマー型認知症に対するる。今回我々は辛いものの中でも、痛み刺激により臨床試験や２オキシトシン鼻スプレーによる自閉症

分泌される神経伝達物質であるカルシトニン遺伝子

スペクトラムへの臨床試験３などである。鼻腔内に関連ペプチド（CGRP）に着目して研究を行ってき投与された物質は血液を解さず直接脳に移行するル

た。これまでの研究において、CGRP をマウスに脳ートがあると言われており、血液脳関門の制御を受室内投与することで、恐怖記憶の保持が抑制される

けることなく直接薬物が脳に届く。オキシトシンはこと、つまり CGRP が怖い記憶を消去すること、こ

9 個のアミノ酸からなるペプチドであり、CGRP がの機序として CGRP が CGRP 受容体に作用したのち、37 個のアミノ酸からなるペプチドであることを考細胞内 protein kinase D を活性化させ、リン酸化ヒス

えると、代謝酵素の影響を差し引いても脳室内投与

トン脱アセチル化酵素 5 を増加させることで、ヒスと同程度の効果が得られる可能性が高い。

トン H3 のアセチル化を引き起こし、転写因子であ

本研究では、CGRP を鼻腔内投与することで、脳る Neuronal PAS domain 4 (Npas4)の発現増加を起こ

室内投与と同程度の恐怖記憶保持抑制作用が観察でし、恐怖記憶の保持抑制に働いていることを明らかきるかどうか解析を行った。

にしてきた１。しかしながら、臨床応用を視野に入れた場合、CGRP を脳に直接投与することは非現実的である。CGRP はカプサイシン感受性の知覚神経

2. 実験材料及び実験方法
2-1. 実験動物に含まれており、37 個のアミノ酸からなるペプチドであり、非常に分解されやすい。静脈内投与を行っても脳に届く前に代謝されて分解されることが予想される。そこで、CGRP を標的とした治療戦略とし実験動物には、8 週齢の C57BL6J 雄マウスを用いた。動物はケージ内に 5~6 匹ずつ分けて飼育を行った。自由給餌法にて飼育を行い、飲料水は水道水を与えた。

- 146 -

表 Oligonucleotide sequences for real-time PCR.
2-2. 使用薬剤と投与法
CGRP（ペプチド社）は 200 µL ピペットを用いて

2-6. 統計

鼻に 5 µL 投与を行った。対照群には生理食塩水を投統計解析には GraphPad Prism 9 (GraphPad Software

与した。

Inc., San Diego, CA, USA)を用いた。2 群間の比較はWelch’s t-test を用い、3 群以上の比較は analysis of

2-3. CGRP ELISA 測定

variance (ANOVA)を行った後、Tukey’s test により多生理食塩水あるいは CGRP を経鼻投与後 30 分、60

重群間比較を行なった。p 値が 0.05 以下を有意差あ分後にマウスを過剰量のペントバルビタール麻酔下りとした。全てのデーターは平均値±standard error

にて安楽死させ、脳脊髄液と脳海馬を採取した。マ

of the mean (S.E.M)で表している。

イナス 30 度にサンプルを保存し、サンプル数が揃った時点で、CGRP ELISA kit（Bertin Bioreagent 社）を用いて CGRP 量を測定した。

3. 結果
3-1. CGRP 経鼻投与による脳脊髄液、脳海馬への移行量2-4. 行動試験による評価

脳脊髄液は生理食塩水投与と比べ、CGRP (0.5Contextual Fear Learning test; 恐怖文脈学習試験nmol) 投与 60 分後において有意に CGRP 量の増加

恐怖記憶の評価に汎用されている試験である。
足元が見られた（Fig. 1A, p = 0.0108 Welch’s t test）。脳海に電気刺激が流れる装置（メルクエスト Model:

馬においては、60 分後において有意な CGRP の増加

MPB-M010/PBM1015050）の上にガラス製の筒を置が見られた（Fig. 1B, one-way ANOVA tukey’s test F(2,き、アクリル板で蓋をし、マウスを入れるチャンバ。これらのことから、CGRP を
18) = 7.784, p = 0.0037）

ーとした。足元に 0.3 mA の電気刺激を計 4 回、2 秒

経鼻投与することで、脳への拡散・移行することが間与え恐怖条件付けを行った。各試行間のインター

明らかとなった。

バルは 30 秒とした。
恐怖条件付けを行った直後に生
理食塩水あるいは CGRP を経鼻投与し、ケージに戻した。24 時間後、同じチャンバー内にマウスを入れ、マウスのすくみ行動時間を測定した。マウスのすくみ行動時間はマウスが目を閉じ、静止している時間
をすくみ行動とし、ストップウォッチを用いて 5 分間計測した。
2-5. Real time PCR による脳海馬遺伝子発現の解析使用したプライマーは、Npas4 と Actin である。プラ
イマー配列の詳細は以下の通りである。RNA を抽出
後、real time PCR (Eco system)を行った。インターナ
ルコントロールとして、Actin mRNA を用い、ΔΔ
Ct 法にてデーター解析をした。

Figure 1. CGRP 経鼻投与による脳脊髄液・海馬へのCGRP 量変化
（A）
脳脊髄液、
（B）
海馬 *P<0.05, **p<0.01
括弧の中の数字はマウスの匹数を表す。

Npas4

Actin

Forward5'-CATGCTAAGGACCTAGCCCTACTG-3'5'-GGTCAGAAGGACTCCTATGTG-3'

Reverse5'-GGTGTAGCAGTCCATACCATGA-3'5'-GGTGTGGTGCCAGATCTTCTCC-3'

3-2. CGRP 鼻腔内投与による恐怖記憶への影響- 147 -CGRP 鼻腔内投与における恐怖記憶保持への影響を検討した。その結果、CGRP 0.5 nmol, 1.0 nmol 投
与により有意にすくみ時間が saline 投与と比べて減少し、恐怖記憶保持の抑制が観察された(One-way
ANOVA F(3,18) = 9.264, p = 0.0006, Fig. 2)。一方、CGRP
10 nmol 投与においては、saline 投与と比べてすくみ
時間に変化は見られず、0.5 あるいは 1.0 nmol 投与に比べて有意にすくみ時間が延長し、恐怖記憶を保持したままであった。

Figure 3. CGRP 鼻腔内投与後の脳海馬におけるNpas4 mRNA 発現量
恐怖条件付けテストを行なった直後の脳海馬を取り出し、Npas4 mRNA を測定した。saline (CGRP 0 nmol)あるいは CGRP 0.5 nmol, 1.0 nmol, 10 nmol を鼻腔内投与している。*p<0.05, ***p<0.001 括弧の数字はマウスの匹数を表す。
4. 考察
本実験において、CGRP を鼻腔内投与により脳脊Figure 2. CGRP 経鼻投与による恐怖記憶保持への影響

髄液や脳海馬内への移行と、恐怖記憶保持を著明に

恐怖記憶を曝露し、直ちに saline (CGRP 0 nmol)あるい

抑制し、Npas4 mRNA 発現量の増加が起こっているは CGRP 0.5 nmol, 1.0 nmol, 10 nmol を鼻腔内投与し、24ことが明らかとなった。

時間後のすくみ時間を計測した。グラフは平均値±標

経鼻投与された薬物の吸収経路は全て明らかにされ準誤差で表している。*p<0.05, **p<0.01 括弧の中の数ていない。しかし、鼻粘膜より取り込まれた薬物は

字はマウスの匹数を表す。

拡散や bulk flow によって嗅球に到達し、脳前方へ運
ばれる、あるいは脳脊髄液を介して脳全体へ運ばれ3-3. CGRP 鼻腔内投与による海馬における Npas4 発

る可能性が考えられている４。 今回 CGRP を鼻腔内現量への影響投与することで、脳脊髄液と海馬において saline 投行動試験終了後、直ちに脳海馬を採取し、Npas4

与群と比べて有意な CGRP の発現量増加が見られた

mRNA 発現量を解析した。その結果、0.5 nmol, 1.0

ことにより、低分子ペプチドが脳へ移行することがnmol 投与により有意に Npas4 mRNA 発現量の増加確認できた。この結果は、分解されやすいペプチドが見られた。一方、CGRP 10 nmol 投与においては、を簡便な方法で脳に届けることができる可能性を支

saline 投与と同レベルの発現量であり、CGRP 0.5

持している。

nmol 投与と比べても有意に減少していた(One-way

恐怖記憶は、
恐怖に曝露され数時間は短期記憶とし

ANOVA F(4, 19) =7.645, p = 0.0008, Fig. 3)。

て保持される。その後、他の情報入力が入ると記憶が不安定な状態になり、記憶が維持されなくなる。
今回、他の情報入力として CGRP 鼻腔内投与を行っ- 148 -

ている。0.5 nmol, 1.0 nmol 投与においては記憶の保持が起こらなかったが、10 nmol 投与においては、記憶が固定化され、記憶の保持が起こった。投与量が増加すると CGRP の効果がキャンセルされる現象については、不明なままであるが、Npas4 の発現量と絡めて考えると、10 nmol 投与においては Npas4mRNA 発現量も saline 投与と同程度であることから、行動と Npas4 の変化は相関が見られている。
今後は、
CGRP の投与量についてもっと低い用量で濃度を振ったときに、用量依存的な反応が見られるかどうかなどを検討する必要があると考えられる。また、今回の実験においては、短期記憶の保持のみの検討しか行なっていないが、長期記憶を促す固定化において CGRP が関与するかどうかを検討する必要がある。
本研究結果により CGRP 鼻腔内投与により恐怖記
憶保持抑制作用が明らかとなり、心的外傷後ストレス障害（posttraumatic stress disorder; PTSD）の新たな治療薬のターゲット候補として CGRP が有用である
可能性を支持すると考えられる。
参考文献

1. Hashikawa-Hobara et al. Npas4 impairs fear
memory via phosphorylated HDAC5 induced by
CGRP administration in mice. Scientific Reports
in press 2021.
2. Claxton et al. Long-acting intranasal insulin
detemir improves cognition for adults with mild
cognitive impairment or early-stage Alzheimer’s
disease dementia. J Alzheimers Dis. 2015; 44:897-906.
3. Quintana et al. Advances in the field of intranasal
oxytocin research: lessons learned and future
directions for clinical research. MolecularPsychiatry 26:1-12.
4. 金沢貴憲、高島由季 高分子ミセルをキャリアとする経鼻投与による脳への薬物・核酸デリバリーDrug Delivery System 2013; 28-4.

- 149 -

地殻深部流体の挙動解明に向けた岩石一水相互作用実験：地殻流体の組成に応じた反応素過程の制約
岡山理科大学 理学部基礎理学科
東野文子
本研究では、岩石(鉱物)―水相互作用によって生じる岩石組織・鉱物化学組成の系統的理解を目指し、流体の組成と反応時間を変化させながら水熱実験を実施した。SUS316 製のオートクレーブを用いて、花崗岩と塩水
流体を反応させる実験をおこなった。実験条件は、350 ℃、飽和蒸気圧とし、反応時間は最大 16 週間までの期間で経時変化を観察した。得られた反応物の微細組織観察と化学組成分析をおこなったところ、反応時間に応じた微細組織変化は観察できたが、NaCl 溶液を用いた実験では、反応時間にかかわらず鉱物の塩素濃度が変化しないという結果を得た。塩素濃度を変化させるには、流体の H+, OH- アクティビティが支配要因である可能性が明らかとなったため、pH を下げて流体の反応性を上げることが一案として挙げられる。今後は、反応性の高い流体に耐えうるオートクレーブを用いて、さらなる実験を継続していく必要がある。
1. はじめにに記録される塩水流体の系統的データを得ることを地殻流体 (Geofluids) は、地下深部の物質・エネル

試みた。

ギー輸送を担い、火山・地震発生の引き金となる重要な物質である。近年、地震波観測などから地下の

2. 岩石記載

地殻流体分布を明らかにする研究が行われている

本研究に用いた試料は、福島県飯館村に産する飯館(e.g., Bertrand et al., 2012)。地殻流体は、その流体花崗岩である。粒度は約 1 mm で、比較的均質であ

組成によって反応性が変わるため、化学的性質の理る (図 1)。主要構成鉱物は、石英、斜長石、カリ長解が必要不可欠である。しかし、流体組成を観測か

石、黒雲母であり、まれに角閃石を含む (Liu et al.,ら理解することはできず、天然試料を用いた研究が2003)。副成分鉱物としては、燐灰石、ジルコン、

必要不可欠である。

イルメナイトなどが含まれる。

天然試料の岩石学的研究では、地殻流体の組成は、黒雲母はマトリクスに存在するものが多いが、石下部地殻では長年 CO2 に富むと考えられていたが、英、斜長石、カリ長石の包有物としても産する。い

下部地殻相当の温度圧力下では、CO2 流体は高濃度

ずれの黒雲母粒子も、組成ゾーニングは見られない。

塩水と共存可能であることが主張された (e.g.,

飯館花崗岩に含まれる含水鉱物中の塩素濃度は、黒Touret & Huizenga, 2011)。塩水は、CO2 流体や真雲母が約 0.08 wt%、角閃石が約 0.20 wt%、燐灰石

水と比べて粘性および濡れ角が小さく、反応性が高は塩素を含んでいなかった。

いという化学的特徴を持つため (e.g., Watson &Brenan, 1987; Tropper et al., 2011)、地下深部にお3. 実験方法

ける塩水活動の実態解明を目指す機運が高まってい

粒度を 500 μm ～ 1 mm にそろえた飯館花崗岩と、る。

NaCl 流体を SUS316 製のオートクレーブに入れ、そこで本研究では、地殻深部における塩水の役割

飽和蒸気圧下で実験をおこなった。

を議論するため、天然の岩石(鉱物)の化学組成から、

実験温度圧力条件は SUS316 の耐性を考慮し、地下深部に存在した塩水の組成を復元することを目

350℃、15 MPa (充填率約 20 ％) とした。NaCl 流

指す。流体の化学組成と反応条件を変化させながら体の組成は XH2O (mol 比) が 0.5 になるように調整

岩石(鉱物)―塩水相互作用実験をおこない、岩石中した。反応時間は 1 日、1 週間、12 週間、16 週間- 150 -

として、16 週間反応させた実験における黒雲母の化とした。

学組成を図 3 に示す。
黒雲母の塩素濃度の変化は見られなかったが、フッ素濃度は減少している (図 3)。この傾向は、黒雲母だけでなく、角閃石および燐灰石においても同様の結果が得られた。また、反応後の黒雲母は、ナト
リウム濃度が有意に高くなっており、カリウム濃度が減少している (図 3)。すなわち、実験によってカリウムが溶脱し、ナトリウムが添加されたことがわかる。

図 1．実験に用いた飯館花崗岩の BSE 像
4. 実験結果
4. 1. 鉱物の微細組織
1 日、1 週間の反応時間では、鉱物組織の変化は見られなかった。12 週間、16 週間の反応実験では、
黒雲母は、図 2 に示すように、劈開に沿って変質している様子が観察された。BSE 像の輝度から、1 粒子内で組成差があることが分かる。
この不均質性は、
実験前の花崗岩には見られなかった組織である。他の構成鉱物に反応組織は見られなかった。

図 3. 実験前後の黒雲母の組成変化(a) 黒雲母中のナトリウム濃度と塩素濃度の関係(b) 黒雲母中のカリウム濃度とフッ素濃度の関係
5. 考察
NaCl 溶液を用いた実験では、含水鉱物に塩素を添
図 2．350℃で NaCl 溶液と 16 週間反応させた

加させることはできなかったが、ナトリウムを添加

黒雲母の BSE 像させることができた。アニオン基としては、塩素濃度は変わらずフッ素濃度が減少しており、フッ素が4. 2. 化学組成

OH 基に置換されたことがわかった。本実験では、全ての NaCl 溶液濃度、反応時間の実験において、反応流体にフッ素を添加していないため、オートク

含水鉱物の塩素濃度変化は見られなかった。代表値

レーブ内でフッ素のアクティビティが下がった結果、- 151 -

比較的アクティビティの高い OH 基に置換されたと考えられる。すなわち、含水鉱物中のハロゲン組成

letters, 39(4).
Liu, L., Suto, Y., Bignall, G., Yamasaki, N., &に関しては、流体中の OH- アクティビティが支配

Hashida, T. (2003). CO2 injection to granite

要因である可能性が高い。したがって、HCl 等を添

and sandstone in experimental rock/hot

加して pH を下げることにより、含水鉱物に塩素をwater systems. Energy Conversion and

添加することができると考えられる。

Management, 44(9), 1399-1410.

天然試料で観察される塩素に富む黒雲母や角閃石

Touret, J. L., & Huizenga, J. M. (2011). Fluids in

は、単に塩素濃度の高い流体と平衡になるだけでな

granulites. Geological Society of America

く、水素イオン濃度の高い状態で形成された可能性

Memoirs, 207, 25-37.
Tropper, P., Manning, C. E., & Harlov, D. E. (2011).

がある。

Solubility of CePO4 monazite and YPO4
6. 今後の展望

xenotime in H2O and H2O–NaCl at 800 ºC

SUS316 製のオートクレーブは使いやすく、実験を

and 1 GPa: Implications for REE and Y

始めるにあたって反応条件を検討するには十分であtransport during high-grade metamorphism.

った。しかし本実験の結果、流体の pH を変化させ

Chemical Geology, 282(1-2), 58-66.

る必要があると考えられる結果を得たため、より腐

Watson, E. B., & Brenan, J. M. (1987). Fluids in

食に強い素材でオートクレーブを作成し、実験を進

the lithosphere, 1.

めていく必要がある。本実験で用いた、使用済みオ

Experimentally-determined wetting

ートクレーブに pH を下げた NaCl 溶液を塗布した

characteristics of CO2-H2O fluids and their

ところ、常温常圧下で腐食し始め、現行のオートク

implications for fluid transport, host-rock

レーブで今後の実験を進めることは危険であると判

physical properties, and fluid inclusion

断した。本実験では、反応温度条件も SUS316 の耐

formation. Earth and Planetary Science

性による制約を受けたが、オートクレーブの素材をLetters, 85(4), 497-515.

変えることで、より高温下で実験をおこない、下部地殻相当の条件を達成することを目指す。
今後はオートクレーブを改良し、天然試料で見られる化学組成と実験条件の相関関係を明らかにしていく予定である。
謝辞
本研究は、ウエスコ科学技術振興財団の助成によって遂行することができました。ここに記して感謝申し上げます。
引用文献
Heise, W., Caldwell, T. G., Hill, G. J., Bennie, S. L.,
Wallin, E., & Bertrand, E. A. (2012).
Magnetotelluric imaging of fluid processes atthe subduction interface of the Hikurangi
margin, New Zealand. Geophysical research- 152 -

森林散策と都市散策における尿中タンパク質と脂質の酸化修飾
バイオマーカーの比較研究
岡山理科大学 理学部 生物化学科
汪 達紘（概要）近年、緑地環境の多い地域で生活している人々を対象とした研究が各国で行われており、心血管代
謝疾患や高脂血症などの疾病のリスクの低下が報告され、森林環境の健康増進に対する有用性が示唆された。
しかし、そのメカニズムについては不明である。本研究は，森林または都市の散策後に、脂質過酸化マーカーである Hexanoyl-lysine (HEL)とタンパク質酸化マーカーである Dityrosine (DT)の尿中レベルがどのように変動するのかを検討することを目的とし、2020 年に 20 代の若者を対象として森林散策および都市散策をそれぞれ 2 時間実施した。それぞれの散策の前および翌日に、参加者の随時尿を採取し、尿中 HEL および DT を競合
ELISA 法を用いて定量した。その結果、森林・都市での散策後は尿中 HEL の濃度がともに減少傾向が見られ、とくに森林散策後の尿中 HEL の減少幅が顕著であった。尿中 DT の変動については、森林・都市での散策後はともに微増傾向が見られたが、統計的に有意な差異は認められなかった。今後、対象者数を増やしてさらなる検証が必要と考える。
「緒言」

酸化マーカーである Dityrosine (DT) と脂質過酸化1982 年に「森林浴」という言葉が日本で提唱され、マーカーである Hexanoyl-lysine (HEL) についての「人間と森林などの自然環境間の同調（シンクロ状研究は見当たらない。そこで、本研究は成人を対象

態）による快適性増進効果を目指す行為」と定義さに森林・都市散策を実施し、それぞれの散策後に尿れている 1)。特に 2004 年以降、森林浴によるヒト

中DT及びHEL レベルがどのように変動するのかの検NK 細胞（ナチュラル・キラー細胞）の活性化、抗が討を行った。

んタンパクの増加等の免疫機能の増強等の知見が報告された 2)。さらに、2008 年に Richard ら英国の「対象者と方法」

研究者が 30 万人を対象とした調査では緑地環境の

１）対象者

豊な地域の居住者のほうが全死因死亡率及び循環系

本研究は、森林散策では 20 代男性 7 名、都市散策

疾患による死亡率が低値であったことが発表され 3)、

では 20 代男性 9 名を対象とした。森林散策を 2020

その後、カナダ、ニュージーランド、ソウル等から

年6月23日に岡山県玉野市にある深山公園（図１）、の研究報告でも、森林環境の健康増進に対する有用

都市散策は同年 10 月 7 日に岡山駅周辺で（図２）い性が示唆された4-6)。一方、樹木から大気にフィトン

ずれも約 2 時間程度を行い、歩行速度が 60 m/min 未

チッドという活性物質が分泌されることが知られて満であった。
この研究はクロスオーバーデザインで、いる。In vitro 実験では、フィトンチッドには強い

森林散策における２人の欠席者を除いて、すべての抗酸化能力が示されており、細胞内シグナル伝達因

参加者が森林と都市の両方の散策を参加した。また

子 Akt 及び細胞外シグナル調節キナーゼ ERK の活性散策の前日・当日及び尿試料採取の当日にはタバ化を阻害して、抗炎症、がん細胞の増殖抑制等がもコ・アルコール類や野菜・果実を含むジュース等のたらされたと推察されているが7-8)、森林環境がヒト摂取を控えた。

の健康状態に干渉するメカニズムは解明されておらず、森林散策前後の生体内の酸化ストレスの変動に深山公園では桜、ツツジ、ショウブ等の多様な種類の樹木が群生していた。

関する研究も少ない。その中でも特に、タンパク質- 153 -

応のあるサンプルの t 検定で行い、有意確率 10 %未満を有意差ありとした。なお、統計解析は IBM SPSS
Statistics ver. 22 を用いた。
４）倫理的配慮
本研究は岡山理科大学倫理委員会の承認を得て実施した(No.30-2)。対象者に対して研究の主旨、協力の任意性、匿名性の保持などについて書面により事前説明を行い、署名により同意を得たうえで実施した。
「結果と考察」

図１．森林散策の様子

森林・都市散策における環境測定は、それぞれの地点で 5 カ所を選定し、気圧、照度、風速などを測定し、その概要を表１に示した。
表 1 散策時の環境条件

図２．都市散策の様子

２）測定方法森林・都市環境において、それぞれ 5 ヶ所を選定
し、気温、気圧、相対湿度、照度、風速を計測した。
尿サンプルは森林・都市での散策前、散策後の午前中に随時尿を採取した。採取後、遠心分離を行い、

深山公園

都市散策

日時

2020年6月23日

2020年10月7日

測定時間

2時間

2時間

天気

晴れ

曇りのち晴れ気温（℃）

27.7～29.7

22.4～29.4

湿度（％）

45.1～53.3

36.0～45.6

気圧（hPa）

1000～1002

1020～1022

照度（lx）

587～2407

406～2108

風速（m/s）

0.18～0.65

0.23～1.06

森林・都市における散策前後の尿中 HEL の濃度変動を比較したところ、森林・都市での散策後はともに減少傾向が見られた（図３）。

上清を分析まで-80℃で保存した。
散策前

尿中 HEL は、競合 ELISA 法を用いて定量した。測250
尿中HEL(pmol/mg Cr)

定結果は尿中クレアチニン補正値 (pmol/mg Cr) で表した。
尿中 DT は、競合 ELISA 法を用いて分析した。測定結果は尿中クレアチニン補正値 (µmol/g Cr) で
表した。

散策後

200

150
100
50

尿中 HEL 及び尿中 HEL 及び DT の測定結果を補正す
0るため、尿試料の除タンパクを行い、Jaffe 法によ森林散策
1 (n = 7)

都市散策 (n2 = 9)

り尿中クレアチニンを定量した。
図３． 森林・都市散策前後の尿中 HEL 濃度の比較。

３）データの解析
散策前後における各測定項目の平均値の比較は対- 154 -HEL 濃度を平均値±標準誤差で表した。

また、散策前における中央値より高値群（中央値

タンパク質の酸化ストレスマーカーとして利用されを含む）と低値群で分け、散策前後における平均値ている。2020 年度における森林散策は、森林セラピの変動を見ると、深山公園散策後では 57% の参加

ーソサエティに認定された「森林セラピー基地」で者では、尿中 HEL（高値群）の減少が見られた。都ある新庄村において実施される予定であったが、新市散策後では 55% の参加者の尿中 HEL（高値群）は型コロナウイルスの発生により森林散策の場所を都減少したが、低値群の参加者は都市散策後に尿中市環境に近い深山公園に変更せざるを得ず、散策後

HEL レベルが上昇したことが明らかとなった。

の尿中 DT の結果に影響を及ぼす一因となったかも

HEL は体内脂質過酸化の初期段階において産生さしれない。
2021 年度では「森林セラピー基地」での森林散策

れる脂質ぺルオキシド修飾化合物であり、脂肪酸の酸化とタンパク質を構成するリジンの付加修飾変化を予定している。

による生成物である。とくに森林散策後の尿中 HEL
濃度の減少幅が大きかった（図３）ことから森林環「まとめと今後の課題」

境での散策は生体内の脂質過酸化の初期生成物を低尿中 HEL は森林散策・都市散策前に比べ、散策後減させる効果がうかがえるが、統計的に有意な差異

ではともに減少傾向が見られたが、森林散策後のほが認められず、対象者数を増やしての検証が必要とうが顕著な減少を示した。尿中 DT については森林・考える。

都市での散策後はともに微増傾向が見られたが、統森林・都市における散策後の尿中 DT の変動につい

計的に有意な差異は認められなかった。
・ては、森林・都市での散策後はともに微増傾向が見

なお、予定していた「森林セラピー基地」での散られた（図４）が、有意な差異は認められなかった。

策は、新型コロナウイルスの発生により都市環境に

また、散策前における中央値より高値群（中央値を近い場所へ変更となったことが、研究結果に影響を含む）と低値群で分け、散策前後における平均値の与えたかについては今後検証していきたい。

変動を見ると深山公園散策後では 57%、都市散策後

また、2020 年度の対象者が若年男性でありサンプ

では 55% の尿中 DT（高値群）は減少したことが分か

ル数が少ないため、2021 年度の研究助成を獲得し、った。

さらに対象者数を増やし検討を積み重ねていきたい

4

と考える。

散策前

尿中DT 濃度(µmol/gCr)

散策後

「謝辞」

3

本研究の遂行にあたりご支援を賜った公益財団法2人ウエスコ学術振興財団および関係者各位には、心より感謝申し上げたい。また、本研究にご参加いた1

だいた対象者の方々にも謝意を表します。

0
森林散策
1 (n = 7)

都市散策 (n = 2
9)「参考文献」
１）宮崎良文：森林浴から森林医学へ．大井 玄，

図４．森林・都市散策前後の尿中 DT 濃度の比較。

平野秀 樹，宮崎良文（編），森林医学Ⅱ．東京：

DT 濃度を平均値±標準誤差で表した。

朝倉書店，2009, 23–32．
２）Li Q, Morimoto K, Kobayashi M, Inagaki H,

尿中 DT はタンパク質中や遊離のチロシンが酸化され、生成されたチロシン‐ラジカルが架橋結合することによって形成されるチロシン二量体であり、- 155 -

Katsumata M, Hirata Y, et al.(2008)：Visiting
forest, but not a city, increases humannatural killer activity and expression of

anti-cancer proteins. Int J Immunopathol

Pharmacol 21, 117–127.
３）Richardson EA, PearceJ, Mitchell R, Kingham,
S (2013)：Role of physical activity in therelationship between urban green space andhealth. Public Health 127, 318–324.
４）Kardan O, Gozydyra P, Misic B, Moola F, Palmer
LJ, Paus T, Berman MG (2015): Neighborhoodgreenspace and health on a large urban center.

Scient Rep 5, 11610, 1-14.
５）Richardson EA, pearce J, Mitchell R, Kingham
S (2013): Role of physical activity in therelationship between urban green space andhealth. Public Health,127, 318-324.
６）Kim H, Min J, Kim H, Min K(2016):
Parks and green areas are associatedwith decreased risk for hyperlipidemia. Int

J Environ Res Public Health 13,1205,1-11.
７）Huang BP, Lin CH, Chen YC, Kao SH (2014）：
Antiinflammatory effects of Perillafrutescens leaf extract on lipopolysaccharide-stimulated RAW264.7 cells. Mol Med

Rep 10, 1077–1083.
８）Kang S, Lee JS, Lee HC, Petriello MC, Kim BY,

et al.（2016） Phytoncide extracted frompinecone decreases LPS-induced inflammatory
responses in bovine mammary epithelial cells.

J Microbiol Biotechnol 26, 579–587.

- 156 -

イナミンの渡環反応を利用した含窒素パイ共役系化合物の合成－新奇含窒素ナノグラフェン創出への挑戦－
岡山理科大学 工学部 バイオ・応用化学科
奥田 靖浩
ホスホリルイナミンと 2-ブロモビフェニルを用いた [4+2] 環化反応を開発し、幅広い多環芳香族アミンを合成した。本反応は、大気中安定なイナミンの脱ホスホリル化と薗頭－萩原カップリング、続く分子内Friedel-Crafts 反応からなる連続変換であり、アミノ基の導入とパイ拡張の同時変換を実現した。また、ヨウ素
化だけでなく、NBS を用いたブロモ化、NCS を用いたクロロ化、Brønsted 酸を用いたプロトン化も可能であった。合成したアミノ (ヨード) フェナントレンを鈴木－宮浦カップリングで変換し、発光特性を有する多環
芳香族アミンを用いて光学特性を調査した。また、ジベンゾアントラセン骨格を有する芳香族アミンに塩化鉄を添加するとパイ共役系の更なる拡張 (Sholl 反応) が進行し、炭素－炭素結合の生成が２カ所で進行した含窒
素ナノグラフェン 8 が得られた。現在では更なるパイ拡張により、巨大パイ電子系を有する含窒素ナノグラフ
ェン 9 に誘導する研究を実施している。

する反応にも挑戦した (スキーム 1b、反応 B)。本報【緒言】
多環芳香族アミンはアミノ基による電子供与効果、
また拡張パイ共役系による半導体特性を併せ持つた

告書ではこれらの研究を実施した内容について記載する。

め、ペロブスカイト太陽電池における正孔輸送材料として利用されている。また、アクセプター官能基を導入すれば、ドナーアクセプター分子として電荷分離状態や発光波長などの性質をチューニングできるため、エレクトロニクス・光学材料として非常に利用価値が高い。
この多環芳香族アミンを合成する方法としては、パラジウムや銅触媒によるクロスカップリング反応

スキーム１：(a) 従来の多環芳香族アミンの合成法、や 1、近年では炭素－水素結合の直截アミノ化など(b) 本研究で開発したイナミンと 2-ハロビフェニルが開発されている (スキーム 1a)2。しかし、これらの [4+2] 環化および続くパイ共役系の拡張の方法論ではいずれも入手困難な多環芳香族化合物が原料として必要であり、かつ溶解性が乏しいため【結果と考察】反応が進行しにくいなどの問題を抱えており、効率

まず、イナミンと 2-ブロモビフェニルを出発原料

的に生成物を得ることができない。そこで本研究でに用いて多環芳香族アミンを合成する反応開発に着は、以前に我々が開発したイナミン 3 と 2-ハロビフ

手した。ごく最近、我々はホスホリル基を置換した

ェニルを可溶性の出発原料として利用し、芳香環をアルキンにアルコキシド塩基を添加することによっ形成することで多環芳香族アミンを合成できると考て脱ホスホリル化が進行し、続く銅触媒によるアジえた (スキーム 1b、反応 A)。これに加えて、本研究

ド－アルキン環化付加が効率よく進行することを報では合成した多環芳香族アミンのパイ共役系をさら告しており 4、この知見を基に芳香環形成反応を設に拡張することにより含窒素ナノグラフェンに変換計した (スキーム 2)。まず、ホスホリルイナミンに- 157 -

水酸化カリウムを添加することにより脱ホスホリル

表１：イナミン 1a と 2-ブロモビフェニル (2a) を化が進行し、アセチリド A が発生した後 (eq 1)、

用いた多環芳香族アミンの合成に関する条件検討

パラジウムと銅触媒による薗頭－萩原カップリング
が進行して o-アリールイナミン中間体 B が得られると考えた (eq 2)。続いて、アミノ基からの強い電子供与効果により B の β-位は求核性が高いため(中間体 B’ として示す)、ヨウ素などの求電子剤を添加すればイミニウム中間体 C を形成し (eq 3)、
分子内 Friedel-Crafts 環化が進行して目的とする多環芳香族アミン 3 が得られると予想した (eq 4)。
NMR yield (%)
entry

スキーム２：多環芳香族アミンの合成戦略

3a

4a

1

none

75 (72)a0

2

KOH (2.0 equiv)

22

0

3

KOMe (4.0 equiv) instead of KOH

65

1

4

toluene instead of 1,4-dioxane

49

0

5

DMF instead of 1,4-dioxane

0

0

6

Lower temperature of 90 °C in Step 1

45

7

7

Lower temperature of 70 °C in Step 2

70

0

8

I2 (3.0 equiv)

59

25

a An isolated yield.

この合成戦略に基づき、反応条件の最適化を行った (表 1)。Pd2(dba)3•CHCl3 と DPPF、ヨウ化銅を触媒とし、水酸化カリウムを添加して 1,4-ジオキサン
中、120 °C (還流条件) にて撹拌したところ、予想したイナミン中間体 B が効率的に生成した。続いてヨウ素を添加し、100 °C で 3 時間撹拌することにより目的とするアミノフェナントレン 3a を 72%の単離収率で得た (entry 1)。また、水酸化カリウムの添加量を削減すると収率が低下し (entry 2)、メト
キシカリウムに変更しても収率が低下した (entry 3)。
トルエンを溶媒として用いた場合では目的生成物が49% で得られたのに対し (entry 4)、DMF を用いた
場合には全く反応が進行しなかった (entry 5)。１段
階目の薗頭－萩原カップリングでの反応温度を90 °C に変更すると収率が 45% に低下したのに対し (entry 6)、Friedel-Crafts 反応段階で 70 °C に変更
した場合ではほぼ同等の高収率を得た (entry 7)。また、ヨウ素の添加量を削減すると 59% まで収率が低下した (entry 8)。

deviations from the standard condition

最適化した反応条件を基に、イナミンや 2-ブロモ
ビフェニルの基質適用範囲を検証した (図１)。パラ
位に tBu 基を置換したイナミンを用いた場合 (3b)、
収率が 78% に向上した上に溶解性が向上して取り扱いが容易になったため、このイナミンを用いて検証を進めた。その結果、2 位にジフェニルアミノ基
やニトロ基を置換したアミノフェナントレンは低収率であったが (3c 18%, 3g 33%)、メトキシ基やメチ
ル基、トリフルオロメチル基を置換した誘導体 (3d54%, 3e 80%, 3f 68%) は良好な収率で目的とするフェナントレンを合成できた。電子供与基を置換した
2-ブロモビフェニルは立体的に嵩高い上、ブロモ基の求電子性が低下しているため酸化的付加が遅い。
また、電子不足な 2-ブロモビフェニルを用いた反応
は二段階目の Friedel-Crafts 環化が不利であるため、それぞれ収率が低下したものと考えられる。3 位にメチル基を置換したアミノフェナントレンは 57%(3h)、トリフルオロメチル基を置換した誘導体は- 158 -a1

H NMR ratio of target product : regioisomer (or byproduct)

図１：イナミンと 2-ブロモビフェニルの [4+2] 環化により合成した多環芳香族アミン
37% (3i) で合成できたが、少量の位置異性体も副生

また、本反応を応用してパイ共役系をさらに拡張していることがわかった。イナミンを変更すればアし、含窒素ナノグラフェンを合成する研究にも着手

ミノ基上の置換基変更も可能であったが (3l-3n,

した (図２)。イナミン 4a あるいは 4b と、ジブロ

75-54%)、
アルキル基を置換したイナミンでは脱ホス

モターフェニル 2t あるいは 2u を用いて [4+2]

ホリル化が進行しなかったため、アミノフェナント

芳香環形成を行ったところ、対応するジベンゾ [a,レンを得ることができなかった (3o)。また、添加すh] アントラセン 3ta-3ub が得られた。3t の合成反る求電子剤により官能基の変更が可能であり、強い応においては、ピセン骨格の形成 (3t’) も予想され

Brønsted 酸である HNTf2 を用いるとプロトン化体たものの、アミノ基間での立体障害によりジベンゾ

である 4b を 69% の収率で得た。また、NBS を用

アントラセン 3t のみが選択的に得られた。続いて、いることでブロモ化体 5 を 49%、NCS を用いてクパラジウム触媒とボロン酸を用いた鈴木－宮浦カッ

ロロ化体 6 を 29% の収率でそれぞれ合成した。置

プリングによりヨウ素官能基を変換し、アミノ基と換基が 7 位に置換したアミノフェナントレンやチ

ア リ ール 基を 置換 した ジ ベ ンゾ アン トラ セン

オフェンを含む誘導体の合成では、ヨウ素化を経由

7ta-7ub を合成した。同様の合成戦略により、７環した環化反応では過剰なヨウ素化が進行したため混式化合物であるジナフト [2,1-a: 2',1'-h] アントラセ

合物として得られたが (3p, 3q, 3s)、プロトン化に変ン 4v もイナミンとのダブル芳香環形成を経由して更することにより単一の生成物を得ることができた

64% の収率で合成した。ジナフトアントラセン骨格(4p 58%, 4q 52%, 4s 72%)。2-ナフチル基を有する原へのヨウ素の導入についても検討したが、生成物の料を用いた場合には、アセン骨格をもつベンゾ[a]ア

溶解性が乏しく Friedel-Crafts 環化が効率的に進行

ントラセンの生成も予想されるが、フェナセン骨格しなかったため、期待したヨウ素化体を得ることはをもつクリセンが選択的に生成した (3r 82%)。

できなかった。

- 159 -

図２：(a) イナミンとジブロモターフェニルとの [4+2] 環化によるジベンゾアントラセンの合成と続く鈴木－宮浦カップリング、(b) 2-ナフチル基を置換した７環式化合物の合成
ここで合成したジベンゾアントラセン 7tb, 7ub、示唆した結果が得られた。続いて、ジクロロメタン

およびジナフトアントラセン 4v を用いて紫外－可溶液中で蛍光スペクトルを測定したところ、 7ub,

視吸収スペクトルと蛍光スペクトルを測定した (表7tb, 4v の順に長波長シフトする発光スペクトルが２、図３)。まず、ジベンゾアントラセンの紫外－可得られた。また、蛍光量子収率 ΦF は 7tb では 0.14

視吸収スペクトルにおいては 7tb と 7ub ともにであったが、アミノ基をアントラセンの長軸側に置

300 nm 付近に大きな吸収帯を有し、400 nm 付近に換した 7tb や 4v ではそれぞれ 0.83, 0.84 と非常も極大となるブロードな吸収帯を観測した。ジナフに強い蛍光発光を観測した。これに対し、粉末状態

トアントラセン 4v においては 300 nm 付近に最では 7tb と 4v はごくわずかな蛍光発光のみ示し

大吸収を観測し、400 nm 付近にも極大吸収帯を確たが、7ub では蛍光量子収率 ΦF が 0.15 であった。

認した。さらに、460 nm 付近まで吸収帯が伸長しさらに、酸化還元電位の測定を行い、各化合物のていることからパイ共役系が更に拡張されたことをHOMO のエネルギー準位も計算した。

表２：ジベンゾアントラセンおよびジナフトアントラセン骨格を有する多環芳香族アミンの光学特性
UV-vis absorption

Fluorescence,

Fluorescence,

Electrochemical

CH2Cl2 solution

powdery state

property

λmax (nm) [ε  104 L•mol−1•cm−1]

λemmax (nm) [ΦF]

7tb

302 [10.94], 409 [0.73]

510 [0.14]

7ub

300 [11.29], 406 [2.07]

4v

313 [11.38], 410 [1.44], 461 [0.83]

λemmax (nm)E1/2ox /V

EHOMO /eV475 [0.04]

0.40

–5.20

482, 496 [0.83]

474 [0.15]

0.39

–5.19

529 [0.84]

519 [0.02]

0.38

–5.18

- 160 -

[ΦF]

図４：塩化鉄を用いた Sholl 反応と実際に得られた
MALDI- TOF MS チャート
【まとめ】
イナミンと 2-ハロビフェニルの [4+2] 環化により幅広い多環芳香族アミンを合成した。今後は、含窒素ナノグラフェンの合成・物性評価に関する研究
図３：(a) 紫外－可視吸収スペクトル、(b) ジクロロ
メタン溶液中での蛍光スペクトル、(c) 粉末状態でを展開する予定である。
【謝辞】の蛍光スペクトル

本研究を遂行するにあたり、ご支援頂きましたウ

さらに、合成したジベンゾアントラセン 7tb を用

エスコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。

いて、塩化鉄を触媒とする脱水素型環化反応 (Sholl【参考文献】

反応) でパイ共役系をさらに拡張した含窒素ナノグ(1) (a) F. Paul, J. Patt, J. F. Hartwig, J. Am. Chem. Soc.

ラフェンが合成できると考えた (図４)。過剰量の塩

1994, 116, 5969. (b) A. S. Guram, S. L. Buchwald, J. Am.

化鉄を加え、ジクロロエタン中 50 °C で混合したとChem. Soc. 1994. 116, 7901–7902. (c) A. Guram, R.

ころ、黄色発光を示す生成物が得られた。これを飛Rennels, S. L. Buchwald, Angew. Chem. Int. Ed. 1995, 34,

行時間型質量分析 (MALDI-TOF MS) により解析し1348–1350.

たところ、炭素－炭素結合の生成が２箇所で進行し(2) Y. Park, Y. Kim, S. Chang, Chem. Rev. 2017, 117,

た含窒素ナノグラフェン 8 であることを強く示唆

9247.

する結果が得られた。現在では、単結晶 X 線結晶(3) Y. Okuda, T. Seo, Y. Shigezane, H. Watanabe, H.

構造解析により 8 の分子構造を確認するとともに、

Akashi, T. Iwanaga, A. Orita, Chem. Lett. 2019, 48, 1484.

炭素－炭素結合の形成が４箇所で進行したグラフェ(4) Y. Okuda, K. Imafuku, Y. Tsuchida, T. Seo, H. Akashi,

ン 9 を合成する反応開発にも着手している。

A. Orita, Org. Lett. 2020, 22, 5099.
- 161 -

AI による LP データを用いた定量的な危険度評価手法の開発
岡山理科大学 生物地球学部 生物地球学科
佐藤丈晴
本研究では，個々の数値標高モデルを単位とした土砂災害のリスク評価手法を提案した。本評価手法の特徴
は，（1）画像認識技術を用いず生の数値標高モデル（DEM）を採用した点，（2）グリッドごとにリスク評価を行った点，（3）グリッドの評価には周辺のグリッドデータも説明変数として加えた点，（4）土石流カルテなどを考慮し土砂災害に起因する地形量を説明変数として用いた点の 4 点が挙げられる。当該グリッドの評価には，周辺グリッドの勾配とラプラシアンに加えて比高差を用いた。深層学習モデルは，数値標高モデルをそのまま用いるため，階層型ニューラルネットワークを採用し，中間層 3 層を加えた 5 層のモデル構造とした。本研究では，山口県防府市剣川最上流域の全グリッドに対して検証した。その結果，崩壊発生点として重要視される 0 次
谷集水地形の土砂災害発生リスクが高いことを確認した。実際の現地調査で危険と判断した場所が解析結果で危険箇所として評価された。

１．はじめにれている。

集 中豪雨 による同 時多発 的な土 砂災害が 毎

一方，土石流危険渓流調査（建設省河川局砂年のように発生している。これらの豪雨の被災

防部砂防課，1999）や道路防災点検（土石流）地を分析すると，全ての斜面・渓流で土砂災害調査（社団法人全国地 質調査業協会連合会，は発生しているわけではない。同じ地域でも地

2015）を実施する点検技術者は土砂災害が起こ

形的素因によって土砂 災害の発生危険度が異りそうな場所を知っている。点検技術者が危険なることを示している。危険度が高い斜面を抽箇所の調査を行う際には，事前に机上で地形を出することは，ソフト・ハード対策を実施する

確認し，現地では周辺地形の形状等を細かに記うえで重要な視点である。近年は，砂防防災事

載し，特に危険な地点に着目して判断する。ま業において，デジタル地形図を基にした深層学

た，肉眼で評価できない地下構造についても，

習によるリスク評価が検討されている。菊池ら

地表で見える範囲の情 報を基に適切に評価す（2019）は，1 辺 50m の正方形タイルに分割る。この点検技術者の熟練の技術を科学的な考した地形解析図に基づき，AI に画像認識させ学え方に昇華させていく手法が確立できれば，土習モデルを構築し，別箇所の画像を用いて危険

砂災害発生のリスク評価の研究分野において，度評価を行った。野呂ら（2019）は，国内全域

一つの考え方を提示でき，他の目的においても，の 3 次メッシュの画像データ 38 万枚から畳み

目的変数を変えることで，応用可能な技術とな込みニューラルネットワーク（CNN）を用いてり得る。

危険度評価を行った。従前の研究は，数値標高

本研究は，現地調査および点検技術者の視点モデル（以降 DEM，あるいはグリッドデータ

から，周辺グリッドを含めた地形量を説明変数と記す）から勾配など地形量を計算・作図したとして，既往の災害発生箇所の地形的特性を学

地形解析図（画像）を用いて深層学習による画習した AI モデルから，土砂災害発生リスクを像解析を実施・評価する方法が主流である。そグリッドごとに評価す る方法を提案することして，解析条件設定は，画像の解像度やサイズを目的とする。

といった画像データに 関わる観点から検討さ- 162 -

２．研究対象地域
本研究では，平成 21 年中国・九州北部豪雨によって，甚大な被害（以下 H21 防府災害と記す）を受けた山口県防府市剣川最上流域周辺を研究対象地域（以下研究対象地域と記す）とした（図－1）。研究対象地域では，集中して被災箇所が確認できる一方，すべての渓流では被災していない状況もうかがえる。崩壊発生面積は，流域面積の 1％弱である。
山口市
研究対象地域

研究対象地域

防府市【剣川最上流域】

剣川

図－2

平成 21 年中国・九州北部豪雨災害被災箇所

図－1

研究対象地域

入力データの作成方法

ャートを示し，以下図に従って説明する。
4.1.1 準備データ

３．採用した地形量と算出方法

平成 17 年（被災前）と平成 21 年（被災後）採用した地形量については，前年度の研究成果での航空測量データのうち 1m DEM とオルソ画

ある勾配とラプラシアンの二指標に加えて比高差を像を用いた。

用いた。勾配とラプラシアンについては前年度成果

4.1.2 地形量の算出
剣川最上流域を含む DEM 図郭を結合し，流に提示したので，ここでは，比高差についてのみ記

域外の領域も含めてすべての DEM で算定した。

述する。
高さは，斜面下端からの比高であれば，大きいほ4.1.3 差分図作成

ど危険度は高くなると考えられる。しかし，東京湾

被災前の H17 年度の DEM と被災後の H21の平均海面からの標高では，その斜面の規模を表す

年 度 の DEM を 用 い て 被 災 前 後 の 標 高 差 をことができない。したがって，標高値そのものは採

DEM ごとに算定した。

用しない。一方，周辺グリッドとの比高差は危険度

4.1.4 崩壊地の特定を評価するうえで重要である。グリッドデータは細差分図で 0.5m 以上標高値が低下した DEM

密な測量データであることから，周辺グリッドの標の領域を確認し，オルソ画像と照らし合わせる

高値と比較することで 3 次元形状を表現できる。以

方法と，オルソ画像の崩壊地に着目して，その上より，周辺グリッドも含めた比高差を本研究で地崩壊地領域の差分図を 確認する方法の二つを形量（説明変数）として採用した。

併用して，崩壊現象を推定し，H21 防府災害の崩壊箇所として特定した。

４．検討手法

4.1.5 発生データの抽出
DEM と崩壊地を重ね合わせて，崩壊地内の4.1 入力データの作成
図－2 にデータの作成方法についてフローチ

DEM を抽出した。ここで，抽出した DEM を- 163 -

発生データと定義する。本研究では，4.1.2 で結いて，当該グリッドの標高値（ z）との比高差を合した図郭全体の DEM を対象として発生デー

求めて z に置換する。その算定式は次のとおり

タを抽出した。

である。

4.1.6 データを結合

𝐻𝐷𝑖𝑗 ＝𝑍𝑖𝑗 − 𝑍

収集した DEM（ x,y,z），勾配，ラプラシアン，∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (3)𝐻𝐷𝑖𝑗 ：比高差発生データを結合する 。この作業によって，𝑍𝑖𝑗 ：隣接グリッドの標高値

DEM の 1 グリッド（ x,y）ごとに，説明変数（地𝑍 ：当該グリッドの標高値形量）と目的変数（発生データの有無）がついこの結果当該グリッドは 0 となり，周辺 7×

たデータが得られる。

7 グリッドは 0 を基準とした地形の 3 次元モデ4.1.7 周辺グリッドデータを結合
現 地調査 である場 所のリ スク評 価を行う にルとなり，このデータを地形量として採用した。

あたり，その場所と同時に周辺の地表状況が評

4.1.8 検討対象流域に含まれるグリッドデータ

価における重要な要因となる。一方，前節までの抽出に作成したデータは当該グリッド（ x,y）の地形

リスク評価する地域を設定し DEM を抽出す

量と崩壊地フラグのみであり，周辺グリッドのる。本研究では，4.1.2 で作成した DEM から研

地形量は含まれていない。そこで，ある一点の究対象地域である剣川最上流域（図－1）のみ抽グリッドを評価するにあたり，周辺グリッドの出した。

地形情報も合わせたデータセットを作成する。

4.1.9 検証（テスト）データの作成

図－3 にその概略を示 した。中心グリッド

AI による学習と検証のため，検討対象地域を𝐹(𝑋, 𝑌)を 評 価す る際 に周 辺グリ ッ ドも 併せ ていくつかに分割したデータを作成する。すべて採用する。計算範囲が隣接グリッドまでであれの検討対象地域を検証するには，いくつかの学

ば，3×3＝9 個のグリッドを用いて中心グリッ

習データと検証データのセットを作成し，検討

ドを評価する。以下 5 グリッド，7 グリッドと対象地域全域について検証する必要がある。本
研究では，剣川最上流域を二つの小流域に分割
し，北西側の流域を NW，南東側の流域を SEと定義し，NW，SE それぞれの流域の検証デー
タを作成した。
4.1.10 ダウンサンプリング
デ ータの 偏りを是 正する ため非 発生デー タ
を間引くダウンサンプリングを行い，発生デー
タと非発生データを同数にする。本研究では，
NW，SE ごとにおおよそ等分布に発生データの図－3

中心グリッド𝐹(𝑋𝑖 , 𝑌𝑗 )の評価に用いる数だけ非発生データのサンプリングを行った。

周辺グリッドとの位置関係

4.1.11 学習（教師）データの作成
前 節でダ ウンサン プリン グした 非発生デ ー

奇数ごとに評価領域を設定することができる。

タと発生データを結合 して学習データを作成

本研究では，崩壊地の 6 割程度（25/43）が 50m2する。本研究では，4.1.9 で作成した NW，SE

未満であることを考慮して，およそ 50m2（周データからそれぞれ発生データを抽出し，前節

辺 7 グリッド）を採用した。

でダウンサンプリング した非発生データと結結合する際に隣接グリッドの標高値（ z）につ合して，それぞれの学習データを作成した。

- 164 -

4.2 解析手法

4.2.2 解析モデルの検討

本手法は，グリッドごとに評価を行うため，

本研究では，NW と SE の二つの地域でデー

膨大なデータを処理できる手法であること，学タを構築し，相互に学習，検証した。本研究で習に用いるデータを確 保できること等を考慮検討した中間層数とユニット数を示した（表－して階層型ニューラル ネットワーク（船橋，1）。中間層数については，0～3 層で検討した。

1991）を採用した。本節では，解析に使用した発生データの認識問題であるので，中間層ユニ階層型ニューラルネッ トワークについて説明

ット数は，最初大きく徐々に小さくする。本研する。

究では，入力層のユニ ット数は説明変数の数

4.2.1 階層型ニューラルネットワーク（147 個）であることから，この値を基本としニ ューラ ルネット ワーク は人間 の脳神経 回て 0.5 倍（73 個）～10 倍（1470 個）の場合を

路モデルを数式化したもので，従前は三層階層検討した。出力層ユニット数が 1 であることか型の構造で用いられてきた。近年，コンピューら，中間層が複数となる場合（Case6 以降），出タの発達など，中間層を多層構造とする深層学

力層の直前の層を 10 ユニットと固定した。中

習が実用化されてきた（岡谷，2015）。また，既間層 3 層の検討（Case13 以降）では，中間層存のライブラリが公開されており，それらを用

第 2 層は，入力ユニットと同じ 147 個としたいることで効率的にモ デルを構築することが（Case13 のみ半数の 73 個）。検討指標は発生できる（巣籠，2019）。

データの的中率が 80%超過時の非発生データ

最も基本となるのは，前層のすべての出力値の的中率を用いた。

𝑥𝑖 の和を受け取り，出力値 y を返すユニットでこの指標は，発生データの的中精度が 80％とある。両者の関係は活性化関数と呼ばれる次のなる閾値の非発生的中率を算定した値である。

関数

発生データの的中率を 一定の基準値としたと
𝑛𝑦 = 𝑓 (∑ 𝑥𝑖 )きの非発生データの分離性を指標とする。検証∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (4)

データでこの閾値を超 えるグリッドを土砂災

𝑖=1

害リスクが高い箇所（以下，崩壊地類似箇所とで表される。本研究で用いた活性化関数 f は，記す）と定義する。

説明変数であるラプラシアン及び比高差が 0 を

表－1

標準値とし，かつ負の数値に意味のある要因であるため，双曲線正接関数𝑦 = 𝑡𝑎𝑛ℎ(𝑥)を採用し検討ケース 中間層数

検討モデル

ユニット数
第1層

第2層

第3層

図-8,9のケース名
中間層 0

Case1

0

Case2

1

73

中間層 1 ,73

Case3

1

147

中間層 1 ,147

1 を取り，微分計算が容易である利点を持つ。

Case4

1

294

中間層 1 ,294

Case5

1

441

その一方で，深層学習モデルでは，勾配消失問

Case6

2

147

10

中間層 2 ,147,10

Case7

2

294

10

中間層 2 ,294,10

Case8

2

441

10

中間層 2 ,441,10

Case9

2

588

10

中間層 2 ,588,10

Case102735

10

中間層 2 ,735,10

Dropout と Batch Normalization を加えてモデCase11

2

1176

10

中間層 2 ,1176,10

Case12

2

1470

10

ルを構築した。学習回数 10 回ごとに教師デー

Case13

3

147

73

10

中間層 3 ,147,73,10

Case14

3

294

147

10

中間層 3 ,294,147,10

Case15

3

441

147

10

中間層 3 ,441,147,10

誤差が解析当初から大 きくなる傾向がある場

Case16

3

588

147

10

中間層 3 ,588,147,10

Case17

3

735

147

10

中間層 3 ,735,147,10

合は過学習と判断し，モデルの再構築を行った。

Case18

3

1176

147

10

中間層 3 ,1176,147,10

Case19

3

1470

147

10

中間層 3 ,1470,147,10た（巣籠，2019）。この関数は，勾配の最大値が題が問われている（岡谷，2015）。本研究でも，過学習の傾向が確認されたため，各層に対して

タと検証データの精度を確認し，検証データの最大 10000 回の学習を行い，最も精度の良いモ
デルを採用した。

- 165 -

中間層 1 ,441

中間層 2 ,1470,10

本研究は，SE 学習 NW 検証において非発生デ4.2.3 解析モデルの検討結果
解析結果を図－4 に示した。図中の白い棒グ

ータの的中率が最善であった Case14（中間層ラフは，SE の学習データを用いてニューラル

3，ユニット数 294,147,10）を最適モデルとしネットワークモデルを構築し，NW の検証デーて以降の検討を行った（図－5）。

タを用いて精度検証を行ったケース（以下，SE

入力層(147unit)

学習 NW 検証と記す）で，黒い棒グラフは，NW
第 1 中間層(294unit)の学習データを用いて ニューラルネットワー
クモデルを構築し，SE の検証データを用いて

第 2 中間層(147unit)

精度検証を行ったケース（以下 NW 学習 SE 検
第 3 中間層(10unit)

証と記す）である。
中間層がない（中間層 0）モデルについては，

出力層(1unit)明らかに精度が悪く，災害が発生する地形的特徴を把握できていない結果となっている。

図－5

本研究で使用した深層学習モデル

中間層が一層では，SE 学習 NW 検証において，顕著に災害発生箇所の地形的特徴を把握で

５．解析結果及び検証きた結果となった。その一方，NW 学習 SE 検

前 章の最 適モデル を用い て ，研 究対象地 域

証では，依然として予測できたとは言い難い。

（NW 及び SE 全域）について評価した結果を中間層が二層以上で初めて NW 学習 SE 検証

図示した（図－6）。図中の崩壊地類似箇所は，で十分な精度を得ることができた。一層と比較

発生の的中率が 80%超過時の閾値を用いて抽して二層と三層では大きな違いはなく，十分な出した崩壊地類似箇所である。またそれ以外の精度を確保しているた め本研究の学習モデル

箇所は非類似箇所と定義する。

検討は三層までとした。ユニット数については崩壊地類似箇所はほとんどの崩壊地を含む 0

個数が大きいほど，非発生データの的中率は低

次谷の上端から渓流に沿って分布しており，谷下傾向にある。

の途中で切れている。塚本（1988）は，0 次谷
流域は，崩壊現象が集中し地形が発達促進する場と指摘しており，本結果では崩壊地類似箇所として抽出できた。

NW

SE

図－4

解析結果（非発生データの的中率）

図－6- 166 -

解析結果

６．まとめと課題

飯田智之（2012）：技術者に必要な斜面崩壊の本研究は，現地調査および点検技術者の視点

知識，鹿島出版会，237pp.

から，周辺グリッドを含めた地形量を説明変数

神原規也・佐藤丈晴（2014）：マスムーブメント

として，既往の災害発生箇所の地形的特性を学

地形解析にあたっての ラプラシアン図表現手

習した AI モデルから，土砂災害発生リスクを法，砂防学会誌，Vol.67，No.1，p.41-47

グリッドごとに評価す る方法を提案すること

菊地輝行・崎田晃基・秦野輝儀・吉川慶・西山を目的として検討を行った。

哲・大西有三（2019）：深層学習による崩壊・非以下得られた結果を提示する。

崩壊地の自動判読手法の開発，日本地すべり学

1)DEM を用いて，土砂災害発生リスク評価をグリッドごとに評価できた。

会誌，Vol.56，No.5，p.255-263
建設省河川局砂防部砂防課（1999）：土石流危2)豪雨時の崩壊に寄与する地形量として勾配と険渓流および土石流危険区域調査要領（案），45

ラプラシアン及び比高差を用いた危険度評

pp.

価を可能にした。

国土交通省（2016）：土石流・流木対策設計技術

3)グリッドごとの評価において周辺グリッドデ

指針解説，国土技術政策総合研究所資料，第 905ータを用いることで，当該グリッド周辺の 3号，78 pp.

次元地形構造を定量的に算定し，危険度評価

野呂智之・野村康裕・鈴木大和・佐渡耕一郎・に用いることができた。

高橋信一・相澤明宏・家田泰弘・中西宏彰

4)解析の結果，崩壊地類似箇所は 0 次谷の最上（2019）：深層学習による素因特性分類に基づ

流部に集中分布しており，おおよそ適切な評

いた土砂災害危険度評価手法の検討，2019 年

価となった。また，非崩壊箇所について，解度砂防学会研究発表会概要集，p.667-668

析結果と現地調査結果が一致したことから，

岡谷貴之（2015）：深層学習について，日本ロボッ

本研究の目的を一定程度達成した。

ト学会誌，Vol.33，No.2，p.92-96
笹原克夫・綱木亮介（1995）：斜面崩壊発生条件の地
形学的解析，地すべり，Vol.32，No.1，p.26-33

謝辞

社団法人全国地質調査業協会連合会（2015）：

本稿執筆に当たり，剣川における現地調査に

豪雨・豪雪等，80 pp.

道路防災点検の手引き

対して多大なご協力を 頂いた山口県防府土木

巣籠悠輔（2019）：詳解ディープラーニング，マ

建築事務所，解析に使用した航空レーザ測量デ

イナビ出版，445 pp.

ータを貸与いただいた 国土地理院にこの紙面

塚本良則（1998）：森林・水・土の保全，朝倉出を借りて深く感謝申し上げます。また，本研究版，138pp.

の一部は，公益財団法人ウエスコ学術振興財団

山下隆義（2018）：イラストで学ぶディープラの研究資金助成事業「LP データに基づいた AIーニング，講談社，277pp.

による土砂災害発生危険度の評価」により行い

全国治水砂防協会（2020）：各都道府県におけました。記して謝意を表します。

る土砂災害警戒区域等の指定状況（都道府県別）
令 和 元 年

12月

31

日 現 在 ，

http://www.sabo.or.jp/topics/0005引用文献

0508/shitei-jyoukyou.htm，参照 2020-03-16

船橋賢一（1991）階層型ニューラルネットワー
クの原理的機能，計測と制御，vol.30，no.4，
p.280-284- 167 -

内内向き整流性 K+チャネル遮断ペプチドの探索と作用の解明
倉敷芸術科学大学生命科学部
岡田誠剛（概要）うつ病の罹患率は高く、社会的に大きな問題であるだけでなく、既存のセロトニン・ノルアドレナリンの伝達を促進する抗うつ薬は患者の 1/3 に無効であり、新規機序の薬の開発が必要である。うつ病発症の機序は脳の特定の神経核の興奮性の異常が原因であると考えられている。ヒトには 76 種の K+チャネルが存在し、神経細胞の興奮性を制御している。我々は、K+チャネル活性を修飾し興奮性の異常を補償すれば、新規の抗うつ治療になると考え、うつ病患者脳での 2.5 倍の発現増加が報告されている内向き整流性 K+チャネル(ROMK)に着目し、これまでに、同チャネルの遮断ペプチド tertiapin が、マウス行動実験で抗うつ作用と不安誘発作用を持つことを見出した。本研究で我々は、tertiapin の化学的安定性を確認した。また、tertiapin は ROMK だけでなく、G タンパク共役型内向き整流性 K+チャネル(GIRK)も遮断するため、ROMK 遮断を介して抗うつ、不安誘発作用を発揮することを明らかにした。なお、本研究結果は知名度の高いオープンアクセスの国際誌 PlosOne に掲載された(Okada et al., 2020)。

個々の K+チャネルの脳での具体的な役割は不明であ（緒言）る。我々はこれらの点に着目し、特定のサブタイプ
うつ病の生涯罹患率は我が国では 8%であり、欧米の K+チャネルの活性を変化させ、うつ病患者で異常では 16％に達し、社会的な損失は計り知れない。現をきたしている神経細胞の興奮性を補償すれば、新在用いられている主な抗うつ薬はセロトニン・ノル

規機序の抗うつ薬になると考えた。そして、内向き

アドレナリンの神経伝達を促進するが、患者の約整流性 K+チャネル ROMK(renal outer membrane K+

1/3 は既存薬が無効な難治性であるため、これ以外

channel, Kir1.1, kcnj1)の発現がうつ病患者脳での作用機序の抗うつ薬の開発が望まれている。うつ2.5 倍に増加していること(Smolin et al., 2012)、

病発症の機序は未解明であるが、脳内のいずれかの開放的な性格が ROMK 遺伝子と連鎖していること

神経核の興奮性の異常が原因であると考えられてい(Amin et al., 2013)に着目し、同 K+チャネルを遮る(Hyman SE, 2012)。事実、電気けいれん療法、脳断作用があるヨーロッパハチ毒ペプチド tertiapin

深部刺激療法、経頭蓋磁気刺激法によって神経細胞にアミノ酸変異を導入した数十のペプチドを合成しを物理的に刺激すると、脳の複数の部位の興奮性がた。そして、ROMK チャネルを発現するレンチウイル

変化し、難治性うつ病にも有効な例があることが報スベクターを調製し、同チャネルを恒常的に発現す

告されており(Ressler and Mayberg, 2007)、うつる 293T 細胞からのパッチクランプ（全細胞記録）に病患者脳での興奮性の異常を物理的な刺激方法が補よって遮断作用を検討し、tertiapin の I8R、M13Q 変

償したと考えられる。
しかし、どの神経核の活性化、異体(TPN-RQ)が最も強い遮断作用を持つことを明らあるいは、抑制のどちらが抗うつ作用発現に関与しかにした。次に TPN-RQ の脳室内投与のマウスのうているかは未解明である。また、これらの刺激方法

つ様行動への作用をマウス行動実験で検討し、同ペは容易ではなく、薬理学的に興奮性を補償すること

プチドが抗うつ作用、不安誘発作用、運動障害作用が望まれる。

を持つことを見出した(Okada et al., 2020)。しかヒトには 76 種の K+チャネルが存在し、大半は脳し、TPN-RQ は ROMK だけでなく、G タンパク共役型内内でそれぞれ部位特異的に発現して神経細胞の内在

向き整流性 K+チャネル(GIRK)も遮断するため、GIRK

性興奮性の制御に関与していると考えられるが、が関与する可能性も否定できない。

- 168 -

本研究は、GIRK の関与を否定するために ROMK 選

定できない。一方、tertiapin の H12L、M13Q 変異体

択性の高い化合物で抗うつ作用が同じようにみられ(TPN-LQ)は、TPN-RQ と比較して ROMK に対する遮断

るかを検討した。また、投稿後に査読者から検討を作用が弱いことが報告されている(Ramu et al.,

要求された TPN-RQ の化学的安定性を検討した。

2008)。また、ROMK は低分子化合物 VU591 によっても阻害される(Bhave et al., 2011)。そこで、GIRK
チャネルの関与を否定するため、パッチクランプに（結果）

よって選択性を確認し、マウス行動実験で ROMK チ
緒言に述べたように、我々はこれまでに ROMK チ

ャネルの関与を検討した。GIRK チャネルは、GIRK1

ャネル遮断ペプチド TPN-RQ が脳室内投与の 30 分後サブタイプが GIRK2-4 サブタイプのどれかとヘテロにマウスのうつ様行動を検討し、脳の外側中隔がス複合体を形成するため、同チャネルサブタイプのう

トレス反応性に活性化させるのを抑制することで、ち、脳での発現が多い GIRK1、GIRK2、GIRK4 サブユ

抗うつ作用を示すことを明らかにした(ウエスコ学

ニット(Karschin et al., 1996)の cDNA をレンチウ

術振興財団令和元年度研究成果報告書)(Okada et

イルスベクターに組込み、GIRK1/2、GIRK1/4 チャネ

al., 2020)。その投稿の際に、査読者から TPN-RQ のル複合体を構成的に発現する 293T 細胞株を樹立し、化学的安定性を確認することを求められた。
そこで、同細胞をからの全細胞記録により TPN-RQ、TPN-LQ、

化学的安定性をマウスの血清とインキュベーションの ROMK、GIRK1/2、GIRK1/4 チャネル遮断作用を検討し、その前後のサンプルを陽イオン交換樹脂を用いした(図２A、B)。その結果、予測通り、TPN-LQ の ROMK

た高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で検討した

選択的な遮断作用が認められた。次に、TPN-RQ と同(図１)。

じ用量(750 pmole)の TPN-LQ をマウス側脳室に投与し、尾懸垂、強制水泳試験によって抗うつ作用を検討したところ無動時間を有意に減少させ TPN-RQ と同様に抗うつ作用を示した(図 2C、D)。また、不安様行動への作用を高架式十字迷路とオープンフィー

図１. TPN-RQ の化学的安定性。化学合成した TPN-RQ(100 μL, 16.5 μM)を HPLC で分析した。縦軸は 230 nm
吸光度と塩濃度をしめす(A)。滞留時間 17.5 min の位置に
TPN-RQ のピークが認められた(矢印)。次に、33 μM の
TPN-RQ を等量のマウス血清と混合し、インキュベーショ
ンせずに(B)、37℃30 分のインキュベーションの後 HPLCで分析した(C)。30 分のインキュベーションによっても、矢印の TPN-RQ のピークの高さ、滞留時間に変化は見られず、同ペプチドがマウスの体内でも化学的に安定である
ことが示唆された。

ルド試験で検討したところ、不安誘発作用が認められた(図 2E、F)。同様に activitiy-wheel での運動障害も認められ(図 2G)、TPN-RQ の抗うつ、不安誘発、運動障害作用の全ては ROMK チャネル遮断を介していることが示唆された。
さらに GIRK の関与を否定し、ROMK が抗うつ作用に関与していることをしていることを確認するため、
ROMK と内向き整流性 K+チャネル(Kir7.1)を遮断す

その結果、血清との 37 ℃ 30 分のインキュベーシ
ョンによっても TPN-RQ のピークの滞留時間、ピー
ク高に変化は見られず、同ペプチドがマウス投与後も化学的に安定であることが示唆された。

る VU591(Bhave et al., 2011)を、マウス脳室内に投与し、尾懸垂試験で抗うつ作用を検討すると、無動時間の短縮が認められ(図 2H)、ROMK が抗うつ作用に関与していることが確認された。

TPN-RQ は ROMK だけでなく、GIRK もほぼ同程度に阻害することが報告されており(Jin and Lu, 1998)、
我々が見出した TPN-RQ の抗うつ、不安誘発などの作用は GIRK チャネルを介したものであることが否- 169 -

genome-wide association studies identifies
loci influencing personality dimensions.

Eur. J. Hum. Genet. 21, 876.
doi:10.1038/EJHG.2012.263.
Bhave, G., Chauder, B. A., Liu, W., Dawson, E.
S., Kadakia, R., Nguyen, T. T., et al.
(2011). Development of a selective smallmolecule inhibitor of Kir1.1, the renalouter medullary potassium channel. Mol.

Pharmacol. 79, 42–50.
doi:10.1124/mol.110.066928.
Hyman SE, C. J. (2012). “Disorders of Mood and
図２.TPN-RQ は GIRK1/2、GIRK1/4 ではなく、ROMK チャ
ネル遮断を介して抗うつ、不安誘発、運動障害作用をきたす。（A）TPN-RQ の ROMK と GIRK1/2、GIRK1/4 チャネ
ル遮断作用。これらのチャネルを発現する 293T 細胞から全細胞記録し、TPN-RQ がこれらのチャネルをほぼ同等に遮断することを確認した。(B)それに対して TPN-LQ は
GIRK1/2、GIRK1/4 チャネルより、ROMK チャネル選択的に遮断した。(C、D)TPN-LQ の抗うつ作用を尾懸垂(C)、
強制水泳(D)試験で確認した。(E、F)TPN-LQ の不安誘発作用を高架式十字迷路(E)、オープンフィールド(F)試験で確認した。(G)TPN-LQ の運動障害作用を Activity wheel
で確認した。(G)ROMK のもう一つの遮断薬 VU591 も同様に尾懸垂試験で 抗う つ 作用を示し た 。(*, p<0.05; **,p<0.01; ***, p<0.005, ANOVA followed by Bonferroni test)

Anxietye,” in Principles of Neural Science（5TH edition）, 1402–1424.
Jin, W., and Lu, Z. (1998). A novel highaffinity inhibitor for inward-rectifier K+
channels. Biochemistry 37, 13291–9.
doi:10.1021/bi981178p.
Karschin, C., Dißmann, E., Stühmer, W., andKarschin, A. (1996). IRK(1-3) and GIRK(1-4)
inwardly rectifying K+ channel mRNAs aredifferentially expressed in the adult rat
brain. J. Neurosci. 16, 3559–3570.

（考察）

doi:10.1523/jneurosci.16-11-03559.1996.

本研究によって、tertiapin の抗うつ作用に ROMK

Okada, M., Kozaki, I., and Honda, H. (2020).
Antidepressive effect of an inward

チャネルが関与することが確認できた。
残念ながら、

rectifier K+ channel blocker peptide,

同チャネルお遮断には、不安誘発、運動障害作用がtertiapin-RQ. PLoS One 15, e0233815.

あるため、TPN-RQ、TPN-LQ をそのまま抗うつ薬とし

doi:10.1371/journal.pone.0233815.

て開発することは難しいと考えられる。
しかし、
我々の作業仮説である、K+チャネルを介して特定の神経

Ramu, Y., Xu, Y., and Lu, Z. (2008). Engineered
specific and high-affinity inhibitor for a

核の活動性を変化させ、うつ病で障害されている神

subtype of inward-rectifier K+ channels.

経活動を補償して新たな抗うつ治療法の開発を目指

Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105, 10774–

すという方向性が有望であることが示された。

8. doi:10.1073/pnas.0802850105.

（参考文献）

Ressler, K. J., and Mayberg, H. S. (2007).
Targeting abnormal neural circuits in moodand anxiety disorders: From the laboratory

Amin, N., Hottenga, J.-J., Hansell, N. K.,

to the clinic. Nat. Neurosci. 10, 1116–

Janssens, A. C. J., Moor, M. H. de, Madden,

1124. doi:10.1038/nn1944.

P. A., et al. (2013). Refining genome-wide
linkage intervals using a meta-analysis of

Smolin, B., Karry, R., Gal-Ben-Ari, S., and Ben-- 170 -

Shachar, D. (2012). Differential expressionof genes encoding neuronal ion-channel
subunits in major depression, bipolar
disorder and schizophrenia: implications
for pathophysiology. Int. J.

Neuropsychopharmacol. 15, 869–882.
doi:10.1017/S1461145711001428.

- 171 -

新規ドナーアクセプター型含ケイ素星型化合物の合成とその性質
倉敷芸術科学大学 生命科学部
仲 章伸（概要）我々は、これまで様々な含ケイ素星型化合物を合成し、その光学的性質について明らかにしてきた。
本研究においては、星型化合物のコアとして、電子欠損型芳香族化合物であるトリス(エチニル)トリアジンを選択し、星型化合物のアームとなるシリルオリゴチエニレンユニットをヒドロシリル化反応を用いて結合させることに成功した。また、これらの紫外可視吸収スペクトルおよび蛍光発光スペクトルの測定を行った。その結果、シリルビチエニル置換星型化合物の発光スペクトルでは、ビチエニルユニットからの 320 mm 付近の極大発光を示したが、シリルビチエニル置換星型ポリマーの発光スペクトルについては、トリアジンユニットとビ
チエニルユニットの相互作用により、500 nm 付近に発光極大を示すことが明らかとなった。これは、ビチオフェンユニットとトリアジンユニットのπ-π相互作用によるものと考えている。
テルチエニル置換星型化合物および星型ポリマーの発光スペクトルにおいては、顕著な相違は見られなかった。

ル)-2,2’-ビチオフェン(3)、5-ジメチルシリル

はじめに
これまで、様々な含ケイ素ポリマーが合成され、-2,2’,5,2”-テルチオフェン(4)、5,5”-ビス(ジメ

その機能について報告されてきている。当研究室でチルシリル)-2,2’,5,2”-テルチオフェン(5)は、す

は、三方向および四方向にアームを持つ星型化合物

でに報告されている方法を用いて合成した [11,12]。

の合成を行い、それらの光学的性質について研究を(Scheme 1)

行ってきた [1-9]。その中で、ケイ素-ケイ素結合とScheme 1

ビチエニルユニットを規則正しく交互に有する星型化合物は、高い蛍光量子収率を示すことを明らかにしている [5-8]。また、トリアジンコアとビチエニ
ルベンゾチアジアゾールユニットを持つ星型化合物を合成し、色素増感太陽電池への応用を報告してきた [2]。さらに、縮環したジシラシクロヘキサジエンユニットを持つドナーアクセプター型のポリマーの合成を行い、それらが、ドナー部からアクセプタ
ー部へのエネルギー移動を起こしていることを見出している [10]。
本研究では、
トリアジンをコアとし、アームとしてシリルビチエニルまたはシリルテルチ
エニルユニットを有する星型化合物を合成し、それらの光学的性質を明らかにしたので報告する。
結果と考察
出発原料である 2,4,6-トリス(トリメチルシリル )-1,3,5- ト リ ア ジ ン(1) 、 5- ジメ チ ル シ リル

白金錯体触媒存在下、化合物 1 とジメチルシリル-2,2’-ビチオフェン(2)、5,5’-ビス(ジメチルシリ

チオフェン 2 を反応させたところ、化合物 6 が 62%- 172 -

の収率で緑色の液体として得られた。化合物 6 の構

Scheme 4

造は、質量分析および NMR 測定によって決定した。
S(Scheme 2)
S

Scheme 2

S
H

SiMe3
SiMe2

C

Me3Si

C

C
C

N
N

H
SiMe2

N

S

Me2
Si

C

S

S

C

S

S
SiMe3

H

S

8

Z

Z

Z

N

Z

N
N

N

N

N

N

Z
N

N

N

Z

N

Z

Z

N

N

N

N

Z
N

N

次に、白金錯体触媒存在下、化合物 1 を 1.5 当量

P9

N
SiMe3

の 5,5’-ビス(ジメチルシリル)-2,2’-ビチオフェ

HCC

ン 3 をトルエン中 110℃で 6 時間反応させたところ、

H
S

Me2Si

ポリマーP7 が 69%の収率で緑色の粉末として得られ

S

S

C
Me2
Si

SiMe3

=

C

Z

た。
重量平均分子量は30,000で分散は7.9であった。
(Scheme 3)

次に、化合物 1 と 1.5 当量の 5,5”-ビス(ジメチ

Scheme 3ルシリル)-2,2’,5,2”-テルチオフェン 5 を白金錯体触媒存在下、110℃で反応させたところ、星型ポリ

cat. Pt(0)1+

HMe2SiSiMe2HS

マーP9 が得られた。(Scheme 4) P9 の重量平均分子S3

量は 190,000 で分散が 17.7 であった。
この星型ポリ

A

A

N
N

N

A
N

N

A

N

キサンにはあまり溶けなかった。

N

N

N

N

マーは、THF やクロロホルムには良く溶けたが、ヘ

A

A

N

A

N

N

化合物 6、P7、8、P9 の紫外可視吸収スペクトルAN

および蛍光発光スペクトルの測定を行った。

N

Figure 1 に 6 および P7 の吸収スペクトルおよびA

発光スペクトルを示す。6 および P7 は、クロロホル

N

N

P7

N

ム中で、314 nm および 322 nm に吸収極大を示した。

SiMe3
C
C

H
S

Me2Si

Figure 1b は、1.0 x 10-5 M における発光スペクト

H
S

Me2
Si
C

C

SiMe3

=

ルである。化合物 6 は、376 nm に発光極大が見られAた。化合物 P7 においては、322 nm で励起させると381 nm および 507 nm に幅広いピークを示した。こ化合物 1 と 5-ジメチルシリル-2,2’,5,2”-テル
チオフェン 4 の反応を同条件下で行ったところ、星れは、ビチオフェンユニットとトリアジンユニットのπ-π相互作用によるものと考えている。

型化合物 8 が 60％の収率で得られた。(Scheme 4)- 173 -

Figure 1. 化合物 6 および P7 の吸収スペクトルおよび蛍光発光スペクトル
(b)

1.2

6
P7

Absorbance1

Normalized intensity

(a)

0.8
0.6
0.4
0.2
0

1.2

6 (ex 314 nm)

1

P7 (ex 322 nm)

0.8
0.6
0.4
0.2
0

250

300
350
Wavelength / nm

400

350

400

450 500 550
Wavelength / nm

600

650

Table 1. クロロホルム中、化合物 6、P7、8、P9 の吸収スペクトルおよび発光スペクトル

Compounds

λAbs [nm]λem [nm]ΦF [%]

6

314

376

0.13

P7

322

381, 507

0.030

8

363

420, 442

0.43

P9

370

453

0.16

Figure 2. (a), (b), (c), (d) 化合物 6、P7、8、P9 の異なった溶媒中での蛍光発光スペクトル
(b)

1.2

Cyclohexane
Toluene
Chloroform

1
0.8
0.6
0.4
0.2

Nomalized intensity

Normalized intensity(a)0
300 350 400 450 500 550 600 650
Wavelength / nm

(d)

1.2

Cyclohexane
Toluene
Chloroform

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

Cyclohexane
Toluene
Chloroform

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
350

Normalized intensity

Normalized intensity

(c)

1.2

400

450 500 550
Wavelength / nm

600

1.2

650

Cyclohexane
Toluene
Chloroform

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

350

400

450 500 550
Wavelength / nm

600

650

350

- 174 -

400

450 500 550
Wavelength / nm

600

650

(2016) 63-68.

化合物 8 およびポリマーP9 は、クロロホルム中、
363 nm および 370 nm にそれぞれの吸収極大を示し[3]

A. Naka, K. Neishi, M. Nishimoto, M.

た。(Table 1) 化合物 8 の蛍光発光スペクトルは、Ishikawa, J. Organomet. Chem. 791 (2015)

420 nm および 442 nm にピークが見られた。P9 は、

169.

370 nm で励起させると、
453 nm に発光極大を示した。

[4] A. Naka, R. Fukuda, Y. Jahana, J. Ohshita,

8 の発光スペクトルに比べて、P9 は 33 nm の長波長

H. Kobayashi, M. Ishikawa, J. Organomet.

シフトを示したが、ビチオフェン誘導体である 6 とChem. 741-742 (2013) 67-71.

P7 のような大きな違いは見られなかった。

[5]

A. Naka, R. Fukuda, R. Kishimoto, Y.

Figure 2 には、6、P7、8 および P9 の異なった溶

Yamashita, Y. Ooyama, J. Ohshita, M.

媒中での発光スペクトルの変化を示した。大きな変Ishikawa, J. Organomet. Chem. 702 (2012)

化は観測されなかったが、P7 においては、370 nm

67-72.

付近のピークが、溶媒の極性が減少するにつれて、[6]

A. Naka, Y. Matsumoto, T. Itano, K.

小さくなった。これは、溶媒の極性によって、分子

Hasegawa, T. Shimamura, J. Ohshita, A.

の凝集の仕方に違いが出てきた結果であると考えて

Kunai, T. Takeuchi, M. Ishikawa, J.

いる。

Organomet. Chem. 694 (2009) 346-352.

以上述べてきたように、本研究では、トリアジン[7]

M. Ishikawa, H. Teramura, K.-K. Lee, W.

をコアとし、アームとしてシリルビチエニルユニッ

Schneider, A. Naka, H. Kobayashi, Y.

ト、シリルテルチエニルユニットを持つ星型化合物

Yamaguchi, M. Kikugawa, J. Ohshita, A.

および星型分岐型ポリマーの合成法を確立した。まKunai, H. Tang, Y. Harima, T. Yamabe, T.

た、合成した化合物の紫外可視吸収スペクトルおよTakeuchi, Organometallics, 20 (2001)

び蛍光発光スペクトルの測定を行った。その中でト

5331-5341.

リアジンユニットとビチエニルユニットを有する星[8]

M. Ishikawa, K.-K. Lee, W. Schneider, A.

型ポリマーP7 においては、507 nm 付近に幅広いピ

Naka, T. Yamabe, Y. Harima, T. Takeuchi,ークを示した。これは、ビチオフェン部とトリアジ

Organometallics 19 (2000) 2406-2407.

ン部のπ-π相互作用によるものと考えられる。
ドナ[9]

H. Tang, L. Zhu, Y. Harima, K. Yamashita,ーであるビチオフェンからアクセプターであるトリ

K.-K. Lee, A. Naka, M. Ishikawa, J. Chem.

アジンへの電子移動の可能性も示唆される。

Soc. Perkin Trans. 2, (2000) 1976-1979.
[10] A. Naka, S. Takase, J. Ohshita, Y. Adachi,

謝辞

M. Ishikawa, J. Organomet. Chem. 900

本研究にご支援賜りました公益財団法人ウエスコ
学術振興財団に深く感謝申し上げます。

(2019) 120939.
[11] M. Sonoda, A. Inaba, K. Itahashi, Y. Tobe,
Org. Lett. 3 (2001) 2419-2421.
[12] I. Nishizawa, H. Ajito, Y. Gonmori, R.

参考文献

Katoh, T. Ichikawa, N. Nemoto, Polymer[1] A. Naka, A. Okamoto, M. Noguchi, T. Enoki,

167 (2019) 93-103.

J. Ohshita, Y. Ooyama, M. Ishikawa, J.
Organomet. Chem. 846 (2017) 360-366.
[2]

A. Naka, K. Fujishima, E. Okada, M.
Noguchi, J. Ohshita, Y. Adachi, Y. Ooyama,
M. Ishikawa, J. Organomet. Chem. 825-826- 175 -

避難行動促進におけるメカニズムの解明-生理心理学的アプローチを用いて1)

吉備国際大学心理学部・2)広島文化学園大学看護学部・3)吉備国際大学心理・発達総合研究センター
橋本翠 1)・森井康幸 1)・金澤寛 2)・小西賢三 3)（概要）

本研究は，昨今の想定を上回る大規模な自然災害に対する防災及び減災に焦点を当て，危険だとわかっていても「なぜヒトは逃げないのか?」さらに，「どうすれば避難行動を促進できるのか？」という素朴な疑問について認知レベルと行動レベルの両側面から心理生理学的な実験手法を用いて探索的に検証することを目的としている。応募者は，2018 年の西日本豪雨災害で被災し，改めて「正常性バイアス」の認識の重要性と認知的メカニズムの解明が重要であることについて身を持って体験した。
「なぜヒトは危険だと分かっていても逃げないのか？」その時の脳内の認知活動はどのようになっているのか？さらに，どのようにすれば認知レベルと行動レベルが結びつき(行動のパッケージ化)，早急な避難行動へと繋がるのかを解明することはとても重要であると考える。
そこで本研究では，「正常性バイアス」が働いている時の認知レベルと行動レベルとの関連性について心理生理学的手法を用いて検討を行うことを目的とした。
本研究は，危険だとわかっていても「なぜヒトは[研究 3] phase ごとに避難行動をパッケージ化

逃げないのか?」さらに，「どうすれば避難行動を促させ，学習させ，[研究 2]と同様の手続きで ERP

進できるのか？」という素朴な疑問について認知レを測定・分析する。
[研究 4] [研究 2]と[研究 3]の条件を within 計

ベルと行動レベルの両側面から心理生理学的な実験手法を用いて探索的に検証することを目的として，画で実施し，ERP を測定分析する。

研究を遂行する予定であったが，2020 年度は新型ウイルス感染拡大防止により，対面実験を実施することができず，研究目的を達成することができなかった。そのため，2021 年度も継続研究として申請中である。
具体的な研究計画は，①危険だとわかっていても「大丈夫」「逃げない，逃げなくても良い」と判断している時の脳活動はどのようになっているのか？
②どのような危機的状況になれば，いち早く「危険上記の 4 つの研究の遂行を想定していた。

だ」と判断し，避難行動へと繋がっていくのか？③

しかし，[研究 2]から[研究 4]の実験遂行が出来な

危機的状況と行動をパッケージ化することによってかったため，[研究 1]の災害場面の VR の作成を実施

避難行動が促進されるのか？の 3 点について脳活動した。
実際に VR ソフトによる作成を試みたが，既存のから探索していくことであった。

具体的な研究方法としては，[研究 1] 災害場面

災害 VR 動画のような刺激を作成することは非常にの VR を作成する (災害場面は phase5 に分類し，難しく，専門的知識を有する者でなければ困難であ

官公庁が出す避難指示レベルと合わせる)。

ることが分かった。

[研究 2] 作成した VR を用いて phase ごとのそこで，既存の VR 動画(内閣府 TEAM 防災ジャ

ERP を測定・分析する。指標は P300 を用いて，

パン)からいくつかの場面を静止画像として保存し，注意の定位により脳活動を捉える。

刺激を作成した（図 2）。

- 176 -

予定である。
また，2021 年度に継続研究として採択された後には，本稿で述べた実験とともに，実際の VR 動画を用いて実験を行う計画である。

図 3. 5 段階の警戒レベル
引用文献

内閣 TEAM 防災ジャパン：https://bosaijapan.jp/library/

図 2.標準刺激(上)，逸脱刺激(中)，標的刺激(下)図 2 に示した 3 種類の刺激(標準刺激/逸脱刺激/標的刺激)の視覚オドボール課題を作成する。
3 種類の刺激の割合は，標準刺激(70%)，逸脱刺激(15%)，標的刺激(15%)とし，参加者は，標的刺激に
対しボタン押しで反応し，その時の事象関連電位(ERP)を測定分析し，注意を反映するとされる P300を指標とする。
[手続き]
1 ブロックは 120 試行からなり，計 6 ブロック実
施する。
その後，参加者は，図 3 の 5 段階の警戒レベルをしっかり記憶したのち，再び，同様の課題を計 6 ブ
ロック実施する。
2021 年度は，このような手続きで実験を遂行する- 177 -

冠水路歩行の負担低減を目指した長靴の流動抵抗低減化の試み
独立行政法人国立高等専門学校機構 津山工業高等専門学校 総合理工学科
細谷 和範

ロボット技術や画像処理の発展により，水路トンネル等のインフラ設備点検の省力化が進んでいるが，人による踏査も依然として重要である．また近年，多くの豪雨災害などの自然災害が報じられ，浸水地域で行われる救難活動や復旧活動を目にする機会も増えた．このような通水や冠水のある場所での作業は胴長や長靴を着用して行われるが，水の流動抵抗による身体への負担は大きい．長靴を履いて水深の浅い場所を歩行する場合，
特に平板状の靴のつま先部にかかる水の抵抗が足腰の負担に与える影響は大きく，長靴にかかる流動抵抗の低減化は作業者の負担減少に大きく貢献すると思われる．そこで本研究では，長靴の流動抵抗を低減させるために，水生生物の構造を参考に作製したフィンや小突起による剥離点の移動や大規模な流れの乱れの抑制を試みた．本報告では工夫を施した長靴や足先を模した半円柱を用いて，数値シミュレーションと水理実験を行い，一様流中における抗力特性を調べた結果について報告する．

1. はじめに
近年，水路やトンネル等のインフラ点検作業は，Minimizingdrag

ロボットや画像処理の発展により省力化が進んでいるが，人力による踏査が必要な現場も依然として多い．加えて，豪雨災害等の自然災害が毎年のように報じられているが，図 1 のような通水がある環境での歩行にかかる負担は大きく，行動が制限される．

Fig. 1 Physical burden of waterway walking

通水や冠水のある場所では長靴や胴長を着用することが多いが，防災や減災にかかる作業には流下する状物体にフィンや突起を設け，水理実験により一様

異物による裂傷を防ぐために厚手の胴長や長靴が利流中における抗力の大きさと揺れの原因となる流体

用され，水の抵抗がより大きくなる．水路歩行時の関連振動の特徴を調べた．

負担の大部分は水の抵抗によるものと推測される．

長靴のような鈍頭物後流に渦が発生すると慣性抵

流体抵抗には壁面摩擦による粘性抵抗と圧力抵抗

抗（圧力抵抗）が大きくなる（図 2）．圧力抵抗の低（慣性抵抗）とがあり，長靴や足のような鈍頭形状

減は物体を流線形にして剥離点を後方に移すことでの柱状体にかかる抵抗は剥離渦による圧力抵抗が大達成できるが，大きな揚力が生じる可能性がある．

きく影響すると思われる．とりわけ平板状の靴の足図 3 に示すように，長靴の後部に三角柱を固定した

先には大きな水の抵抗がかかると推測される．そこ

ところ，流れに対してわずかな迎角により大きな揚で本研究では水路歩行の身体的負担を軽減させる長力が発生した．すなわち，翼形の長靴は意図した方靴の実現を念頭に，既存の長靴に簡単に取り付ける

向に歩けないことになる．このことから水路歩行のことができる突起物として適した形や効果を調べる

負担を減じた長靴は抗力の低減に加えて，揚力の発ことを目的とする．流れに対する姿勢が大きく変化

生も抑える必要がある．柱状体にかかる流体力の低する長靴の流動抵抗低減のアイデアとして，流れの減方法はいくつかあり，ゴルフボールのディンプル

激しい水域に棲息する水生生物の構造を参考に，柱のように，剥離点を後方に遅らせて圧力抵抗を低減- 178 -

させる方法や，小規模な乱れを発生する突起（VG:

に対する主流方向が頻繁に変化するため，整流フィ

Vortex Generator）により大規模な乱れの発生を抑制

ンの効果は限定的になる．

する方法等がある[1]．この他，円柱にらせん状の突本研究では流動抵抗の低減方法として，図 4 に示起を設けて一様なカルマン渦の発生を防ぐ方法もあすような沿岸域に棲息する水生生物や高速魚の体のる．前述の通り，長靴の流動抵抗を低減させるため構造を参考に，長靴に後付け可能なアタッチメントに翼形の断面を与えることはできない．また楕円型の作製を試みた．前述の通り，剥離領域に小規模のの断面形状を持つ長靴上部に対して，半円形のつま突起物（VG)を設置することで，圧力抵抗を増大さ先部の剥離点制御は難しい．さらに歩行により長靴せる大規模な乱れの発生を抑制できるが，こうした抵抗低減は生物にも見られ，高速魚のマグロやアジは胴周囲の流れを小離鰭（しょうりき）により整流

Pressure
distribution

する．またホタテ貝は放射状の溝により流動抵抗をFlow

低減している[2]．筆者らはさらに流れの向きが頻繁

Bluff body

Positivepressure

Negativepressure

Flow separation
pointsに変化する環境に棲息するイソギンチャクが持つ多数の触手がカルマン渦のような規模の大きな乱れの発生を抑制または吸収するのではないかと考えた．

a)(A)

Pressure around a cylinder

以上より，本研究では長靴にホタテの貝殻のような(B)スリットや触手の構造を参考にした紐（タフト）を(C)取り付け，一様な定常流中における抗力を実験的にC295調べた．本報告では，はじめに数値シミュレーショ
ンによる推算について述べた後，水理実験により得b)

られた抗力の特徴を述べる．

Vortex generators

Fig. 2 Wake flow and separation point control methods

2. 長靴にかかる流動抵抗
2.1 水路歩行時の足の動き

Flow

長靴を履いて水路を歩行した際の足の動きを調べ，

Attach angle

長靴の各部が受ける流れの方向を把握した．はじめに，水深が 40 cm で 10 m × 5 m の広さを持つ貯水池
を 2 名の男子学生に 10 周歩行してもらった．この結果，歩行時の足の動きは疲労とともに膝を上げて歩行する様子が観察された．学生によれば，膝を伸Fig. 3 Wing shaped boots
(A)

(B)

ばして進行方向に足を振り出す陸上歩行姿勢が保てず，膝が先行する歩行になったようである．続いて浅い水路歩行実験として，長さ 2m で水深 17cm のトロ船を 2 つ並べた路面を歩行する足の動きを調べた．男子学生 1 名の足関節部にマーカーとなるシー

(C)

(D)

ルを張り付け，撮影された 30fps の動画を元にモーションキャプチャー（使用ソフト：KINOVEA）を行

Sea Anemone

Air layer

い，関節の動きをトレースした結果を図 5(a)に示す．
水路歩行時の足の動きは敷居部で大きく膝を上げてFig. 4 Aquatic organisms for drag reducing devices

歩行するが，つま先部の抵抗により敷居がない所で- 179 -

も膝を上げ気味に歩行する様子が観察された．マー

フィンを設置したモデルとつま先部を想定した半円カーの軌跡を見ると，膝部は足首の動きに対して半柱物体とした．計算には市販の有限体積法によるソ

波長程の遅れを伴う．また膝の振り上げに伴い，足フトウェア（Flow square）を用いた．この数値モデ

首の動きは鉛直上向きである．図 5(b)はふくらはぎ

ルでは等間隔のメッシュを用い，乱流モデルは組みに貼付けた筋電位センサーの出力波形であり，筋電込んでいない．計算領域は幅 60 cm，高さ 25 cm の位は足を水中から振り上げる際に大きく変動してい矩形流路内の入口に印加流速を与え，出口境界は自る．この結果はフィルタ処理がされておらず，また由流出条件を与えている．流路内の壁面にはノンス

本研究で検討する各モデルとの比較ができていない

リップ条件を与えた．また流体の物性は 20 ℃の水が，これらは次年度に実施する予定である．

とし，印加流速は 1 m/s （Re = 99,600）とし，長靴表面の境界条件はノンスリップ条件を与えた．計算
した各モデルの外観を図 6(a)及び図 6(b)に示す．モデルは次の A～D を用意した．
・A：標準（基準モデル）
・B：放射状に突起を 6 本（半円柱は 4 本）設置
・C：小突起を 112 個（半円柱は 32 個）設置
・D：くの字状の突起を 6 個設置(a) Walking motion tracking

ここで，長靴の大きさは長さ 25 cm，高さ 25 cm，幅10 cm，半円柱の大きさは直径 10 cm，高さ 25 cm とし，突起や凸部の高さは約 5 mm とした．また，これらの他にも長靴を 45 度傾斜したケースや紐をらせん状に巻いたモデルなども用意した．
(b) Time series of EMG output
Fig. 5 Walking motion tracking and EMG sample data

3.2 シミュレーション結果(1) 長靴モデル

2.2 柱状の物体にかかる流動抵抗

モデル側面から見た圧力場と上方から見た流線の流れの中に置かれた円柱や板のような鈍頭物体にかかる抗力 D は次式で表される.
𝐷=

1
𝐶 𝜌𝐴𝑉 2
2 𝐷

一例として，図 6(c)に長靴モデル B と D の計算結果
を，図 6(d)に半円柱モデルの A と B の計算結果をそれぞれ示す．各図は計算開始から 10000 ステップ後(1)のスナップショットである．ここで，各モデルは精ここで，CD は抗力係数，ρ は流体の密度，A は投影

緻なポリゴンメッシュが描かれているが，流体計算

面積，V は流体の流速である．抗力係数は物体の流は直交メッシュ（メッシュサイズは 2 mm～3 mm）

れにくさを表し，物体形状，流体の物性，レイノルで計算されたものであり，空間解像度は低い．

ズ数などによって変化する．例えば円柱の CD 値は1.17，半円柱の CD 値は 1.2 である[1]．

長靴モデルでは，基準モデルＡに対して各モデルとも類似した流れ場を示しており，靴の後方に負圧場の発達が確認できるとともに，上面から見た流線

3. 数値シミュレーションによる推算により後流のよどみ領域の発生が確認できる．放射3.1 長靴モデル

状スリットのモデル B 及び“くの字”状スリットの長靴に取り付ける突起の効果や周囲の流れパター

モデルD はともに剥離する流れに大きな違いは見らンを推測するため，
数値シミュレーションを行った．

れなかった．この他のモデルについても類似した傾供試モデルは図 6 に示すように，長靴全体に突起や向を示したが，多数の突起を持つモデル C は流れの- 180 -

(A)

剥離領域が広がる様子が確認された．一方，半円柱(B)

モデルでは各種の突起によって，剥離した流れが基準モデルAよりもより広範囲に分布する様子が観察され，抵抗軽減を期待できるものが見当たらなかった．このことから，水理実験では固定した突起に加え，イソギンチャクの触手のように流れに対して受

(D)

(C)

動的に変形する供試モデルを検討することとした．
4. 水理実験による抗力と振動特性の調査
4.1 供試モデル(1) 長靴モデル（図 7）(a) Boots models

(A)

(B)

(C)

PVC 製の小児用の長靴（長さ 24 cm，高さ 24 cm，(D)

幅 8 cm）に前述の数値シミュレーションで示した”くの字状”のモデル D と基準モデル A を供試体とした．
供試モデルの内部はウレタンフォームを充填し，水圧に伴う靴の変形を防いだ．また長靴表面に設置する突起物として直径 4 mm のゴム紐を用いた．
(2) つま先（半円柱）モデル（図 8）
つま先を想定した 3D プリンター製の半円柱モデ(b) Toe model (half cylinder)

ルを図 8 (a)に示す．円柱の両側には直径 4 mm の孔を 1 cm 間隔で設けた．断面形状は底辺 80 mm で高さ 30 mm の半楕円形であり，柱体の高さは 100 mmである．
上下端には流れの乱れを防ぐつばを設けた．

(B)

今回の実験では孔をふさいだ基準モデルの他に図8(b)に示す計 4 通りの突起を設けた．
・モデル⓪：テープで穴を塞いだ基準モデル(D)・モデル①：荷作り用ナイロン紐を 10 本設置（タフト長さは 5 cm 及び 10 cm）(c) Simulated pressure and streamline (boots model (B) and (D))

・モデル②： 4 mm 径のゴム紐を平行に固定（紐の設置間隔は 1 cm 及び 2 cm）
・モデル③：ゴム紐を放射状に 4 本固定
・モデル④：高さ 5 mm の凸部を 54 個設置
この他にも，長いゴム紐を埋め込んだモデルも用意

(A)

した．
4.2 水理実験方法
供試体は幅 300 mm,深さ 250 mm の回流水槽内に三分力計を介して設置し，抗力となる流れ方向成分(B)

Fx 及び揚力となるスパン方向成分 Fy を 10 msec 毎(d) Simulated pressure and streamline (toe model (B) and (D))
Fig. 6 Numerical simulation and resultに測定した．印加流速は U = 20 cm/s ～ 60 cm/s（供- 181 -

試体幅を基準とする Re 数は 2×104 ~ 6×104）である．

た”くの字状”の突起を設けたモデル D の抗力は基準
モデル A に比べて大きな抗力を示しており，一様流

4.3 実験結果中における流動抵抗の低減化を達成することはでき(1) 長靴モデル

なかった．この他のモデルについても流動抵抗を大印加流速と平均抗力の関係を図 9 に示す．両モデ

幅に減じるものはなく，数値シミュレーションで推ルとも流速の二乗に比例して抗力が増加しており，測された結果と同様の結果となった．

式（1）に整合する．図中，「ゴム紐あり」と示され(2) つま先モデル
各供試モデルについて，流速と平均抗力の関係を
図 10 に示す．また，式（1）の抗力係数 CD と抗力の変動を示す標準偏差を平均抗力で除した無次元の標準偏差（変動係数，CV: coefficient of variation）を表 1に示す．図 10 より，基準モデル⓪と各モデルの抗力

Fig.7 Experimental setup (boots type)

3cm

8cm

10cm

Fig. 9 Averaged drag force (boots type)(blue: normal model, red: radial model)

1cm
1cm

3.50

(a) Toe model
Averaged drag [N]

3.00
2.50
2.00
1.50

Normal

1.00
0.50
0.00

fluttering ribbons

Parallel riblets

60

50

fluttering
ナイロン紐5cm
ribbons (5cm)

fluttering
ナイロン紐10cm
ribbons (10cm)

40
Inlet velocity [cm/s]

Parallel
平行10mmriblets(1cm intvl)

30

Parallel
平行20mmriblets(2cm intvl)

20

Radial
貝殻の表面状riblets

凹凸 Multiple
無し
protrusions

Fig. 10 Averaged drag force (toe type)
Table 1 Obtained CD and coefficient of variation CV)

Radial riblets①④①② Parallel ② Parallel
Fluttering Fluttering③ Radial Multiple
riblets
riblets(2cribbons
ribbons
riblets protrusion(1cm intvl) m intvl)(5cm)(10cm)s

Multiple protrusions(b) Tested models

Cd
CV

Fig. 8 Tested models (toe type)- 182 -

2.18
0.02

2.14
0.02

1.71
0.04

1.66
0.03

1.47
0.03

1.62
0.03

⓪
Normal

1.43
0.04

を比較すると，いずれも基準モデルが最も小さく，

5. おわりにモデル⓪の CD 値は 1.43 であった（文献値による CD

本研究は通水や冠水水路の歩行にかかる負担の低値は 1.2）．これに対して，放射状のモデル③が次い減化を目指し，長靴に突起を設置して流動抵抗の低で小さく，CD 値は 1.47 であった．次いで平行フィン

減化を試みた．長靴のような鈍頭物体にかかる圧力のモデル②，紐状のモデル①と続くが，モデル①（長抵抗を低減させるには流れの剥離を抑制すればよい

さ 5 cm）の CD 値は 2.18 と非常に大きく，長さ 10 cm

が，靴の断面形状を翼形にすると大きな揚力が発生のものでも CD 値は 2.14 と大きい．一方で変動する

し，意図した方向に進めない恐れがあり，本課題の各モデルの抗力の幅（最小値～最大値）はモデルに目標を達成するには抗力を低減させつつ，併せて揚よって異なる．抗力のばらつきの大きさを示す抗力

力を抑える工夫が求められる．今回，突起を設けての標準偏差を平均値で除した変動係数（表 1）を見剥離点を後方に移動させたり，小規模な乱れの発生

ると，ナイロン紐を用いたモデル①が 0.02 と基準モを促して大規模な乱れの発生を抑制するために貝殻デル⓪の 0.04 の半分であった．他のモデルの変動係のような放射状の突起やイソギンチャクの触手を参数も基準モデルよりも小さく，放射状のモデル③や考に紐を設けた半円柱の抗力を実験的に調べた．定小突起が付いたモデル④は 0.03 を示した．変動係数

常的な一様流場における数値シミュレーション及びが小さいということは流体関連振動を誘起するカル

水理実験の結果，残念ながら流動抵抗を大幅に改善

マン渦などの大規模な乱れの発生を抑えているもの

させることができなかったものの，流れに対して受と推測できる．抗力変動の時系列データをもとに動的になびくタフトは流体関連振動を抑える効果を

FFT による周波数分析を行ったところ，いずれのモ持つことがわかった．今後は足の動きを想定した変デルとも 10 Hz 付近に卓越周波数が見られ，タフト

動流場における抗力について調べるとともに，泥中により変動係数が小さくなったモデルでは，スペクなど，より過酷な条件の中で歩きやすい長靴の実現

トルのピークが大幅に減じ，振動抑制の効果が確認に向けて研究を進める予定である．

できた．このように，流れに対して受動的になびく紐状のタフトは定常的な一様流場において，抗力は増大する一方で大きな乱れ構造の発生を抑えること

謝 辞がわかった．

本研究は，公益財団法人ウエスコ学術振興財団の以上のとおり，本研究では一様な定常流場に置かれた長靴の流動抵抗を大幅に低減させる方法を見出

令和 2 年度学術研究費助成事業の助成を受けて実施しました．ここに感謝の意を表します．

すことはできなかった．長靴断面形状に翼形状を与えることができない事が本課題をより難しくしているが，流れに受動的になびくタフトの振動抑制のよ

参考文献

うに，受動的に形状が変化するデバイスは水中での[1] 日本機械学会編・事例に学ぶ流体関連振動(第 2

歩きにくさの低減化につながる可能性があり，今後版), 技報堂, 374pp., 2008.

も検討を進めていきたい．また今回は定常流場を対[2] Choi1, H., Kim, J., Kim, H., Shin, H., Lee, H., Kim, D.,

象に実験を進めたが，歩行時の姿勢変化や流速の加Jung, M. and Kim, T., Recent Progress in Biomimetic

減速を考慮した実験についても今後検討する．
現在，Flow Control, Proceedings of the ASME/JSME/KSME

３-DOF のアームロボットの先端に長靴を付けて歩Joint Fluids Engineering Conference, 2015, Seoul, Korea.

行時の足の動きを与えた実験の準備を行っており，
今後実験を進める予定である．

- 183 -

肥料・農薬の過少・過多投与防止が可能な中山間および高齢者に適した
半自動ドローン散布システムの開発
津山工業高等専門学校 総合理工学科 電気電子システム系
小林 敏郎
（概要）
ドローン本体と独立した自立型の制御系を有する散布システムを試作し、実用規模のドローンに搭載して実際の肥料・農薬散布作業を想定した飛行運転を行い、水の散布が確認できた。本システムは、自動運転が困難な
中山間の棚田でも、高齢者が容易に半自動で使用することができ、農薬や肥料の過剰または過少投与が防止できるとともに、高価なドローンと散布装置をセットで購入しなくても、使い慣れた飛行セットと本研究の散布装置を組み合わせることができ、さらに、カスタマイズが容易であるため、長年培ったベテラン作業者のノウ
ハウが反映できる。
今後は、ドローンの飛行従事者から助言のあった使い勝手に係る電気回路の改善を行って完成度を高めるとともに、液体肥料・農薬の散布試験により実用性の確認を行う。
１．まえがきーンにスタンドアローンで外付けが可能な、安価な

現在、ドローンはホビー用から産業用へと応用分散布制御装置について検討する。

野を拡大しながら、新産業創出アイテムとして世界的な高揚期に入っており、世界のドローン市場は急

２．本研究の装置の概要

速に成長している 1)。一次産業（農業と水産業）の２．１ 現在の装置分野においては、高齢化や効率化の課題を克服する

図 1 に示す現在のシステムでは、メーカーからドため、ドローンが導入され、農薬の散布や、養殖場

ローン本体と散布装置システムを導入するため、開2)の餌やりが大型ドローンにより行われている 。こ

発の難易度、利用の難易度は低く良好であるが、独れにより、大規模な圃場や養殖場では、これまで 3

自の条件を調整するなど利用者のノウハウを反映さ人がかりで 1 日 あたり 6 時間（2 時間を 3 回）のせたり、他メーカー装置または他機種と組合せてカ作業を 1 人で 1 日 3 回（1 回 につき 10 分程度）

スタマイズすることは困難であるとともに、装置費で完了可能となった事例もある。しかし、これらの用は一般に高くなりがちである。また、棚田などの操作を容易に自動で行うドローンおよび散布装置は狭く形状が不規則な農地では手動操作が必要である

セットとして販売されているため高価であり、自動が、前述のとおり、方向転換時に散布装置システム

運転のためのプログラミングが必要で、中山間の小のオン/オフを行う必要があり、高齢者の使用には作規模圃場や棚田で高齢者の使用には不向きである。

業の信頼性（過多、過少散布の防止）の点で適して

さらに、海外製が支配的でカスタマイズが困難であいない。

るため、長年培ったベテラン作業者のノウハウが反映し難いことが課題である。
本研究では、中山間の小規模な圃場や棚田で高齢者が容易に用いることができる半自動のシステムで、方向転換を頻繁に行っても農薬や肥料の過剰または過少投与が防止でき、ドローンと散布装置をセットで購入せずとも、現有のあるいは比較的安価なドロ- 184 -

図１ 現状のシステム構成

２．２ 本研究の装置

は「反時計回りに 90 度回り、時計回りに 90 度回っ

本研究のシステム構成を図２に示す。ドローン本て元の向きに戻る」動作としている。

体の制御装置とは独立した自立型の散布装置システ
ムであり、ドローンに取り付けて姿勢や動作を感知して散布装置に制御信号を発動する。具体的には、
図３に示すように、自立散布装置システムに組み込
まれたセンサーが飛行中の「特定の姿勢角度(5 から15 度)」の時のみに農薬や肥料を散布する。散布が不要な時に散布しないように、散布が必要な時のみに、その「直前に特徴的な動作（回転や上下動）」を行う、あるいは散布を終了するときは、「直前に特徴的な動作（回転や上下動）」を行う、ことによって、ドローン飛行体に搭載した機器の制御装置がその動きを検知し、散布が行われる。すなわち、移動時などの散布不要時は、「特定の姿勢角度」
が無効となる。

図４ グラフ化した計画の動作（図３参照）
３．設計・試作状況
３．１ 自立型散布制御回路の試作
２．２節の機能が発動可能な制御回路とプログラ
ムを作製した。ドローン運転時には多種の外乱による墜落や誤動作が報告されている 3)。そこで、散布

図２ 本研究のシステム構成

制御回路に 2/3 多数決冗長システムを導入して、誤動作に対する信頼性を確保した。2/3 多数決冗長シ
ステムとは、表１に示すように、センサー回路を 3つ用いて、2 つ以上の加速度センサーの出力が所定の角度を指示した場合のみ正しいと判断して散布用ポンプのモータを作動させるが、それ以外はモータを作動させないシステムであり、信頼性を向上させることができ、誤散布が防止可能となる。
表１ 2/3 冗長システムの信頼性
図３「特定の姿勢角度」と「特徴的な動き」の概要
図３の動きを定量的に表したグラフを図４に示す。
ここでは「散布開始直前の特徴的な動作」は「時計回りに 90 度回り、反時計回りに 90 度回って元の向きに戻る」動作で、「散布終了直前の特徴的な動作」- 185 -

図５にフォローチャート、図６により具体的なシステム構成、図７に試作した制御装置を示す。

４．性能評価実験
４．１ 室内試験による性能検証（１）実験方法
まず、図４の動作を図８の手順（１）から（７）のように行い、モーターが正常に動作するかどうか確認した。次に、これらの動作を 100 回繰り返し、
LED の点灯により加速度センサモジュールが正常に作動しているか一つずつ確認した。センサーが一つでもエラーが出た場合、リセットボタンを押して手順（１）に戻り、加速度検出のプログラムが開始されるまで約 30 秒待機し、加速度センサモジュールが 1 つの回路の場合の信頼度と 2/3 多数決冗長シス
テム回路の場合の信頼度を比較した。

図５ 2/3 多数決冗長性付加回路のフローチャート

図８ 室内での制御回路動作確認の手順（２）実験結果
室内での制御回路動作確認の結果を図９に示す。
図６ システム構成

開始の合図である「特徴的な動き」（Z 軸が時計回りに 90°回転した後に反時計回りに 90°回転）を行
う前の A1 の範囲や、停止の合図である「特徴的な動き」(Z 軸が反時計回りに 90°回転した後に時計回りに 90°回転)を行った後の A2 の範囲では、「特定の姿勢角度」(Y 軸が 5°または-5°傾く)となっても散布ポンプのモータは作動しなかった。また、開始の合図を行ってから停止の合図を行うまでの B の範囲では，「特定の姿勢角度」になると散布ポンプのモータが動作することが確認できた。

図７ 試作した制御回路- 186 -

図１０ 地上試験の状況
４．３ 飛行試験による性能検証
実用規模のドローンに、図１１のように試作した噴霧ノズルと制御回路を取り付け、ドローン飛行場
図９ 室内での制御回路動作確認の結果

にて、図１２および図１３に示すように実際の肥料・農薬散布作業を想定した飛行運転を行い、水の次に、図４の動作を図８に示す手順の通り 100

散布を確認した。

回繰り返した時の結果を表２に示す。センサーの信頼度の平均値は 0.92 で、回路全体の信頼度は0.97 となった。よって、想定した動きでは、センサー一つでは 10 回に 1 回弱の誤動作を起こす可能性があるが、2/3 多数決冗長システムにすることで 30 回に 1 回程度の誤動作に低減できることがわかった。
表２ センサーの信頼性確認試験結果
図１１ 試作した散布ノズルと制御回路の取付状況

４．２ 地上試験による性能確認
飛行試験の前段階で、実際のドローンに搭載し、センサー、制御プログラムの性能を検証した。具体的には、図１０に示すように手動で図８の動作を与えて、図４に示す計画どおり制御回路が作動するか
図１２ 飛行前の動作確認状況

を LED の点灯で確認した。

- 187 -

Vehicles Missions over the Internet, IEEE Access,April (2019), PP (99):1-1, (online), available from
<DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2911980> >, (accessed2021-3-22).

図１３ ドローン飛行場での水噴霧試験状況

５．まとめ
ドローン本体と独立した自立型の制御系を有する
散布システムを試作し、実用規模のドローンに搭載して実際の肥料・農薬散布作業を想定した飛行運転を行い、水の散布が確認できた。本システムは、自動運転が困難な中山間の棚田でも、高齢者が容易に半自動で使用することができ、農薬や肥料の過剰または過少投与が防止できるとともに、高価なドロー
ンと散布装置をセットで購入しなくても、使い慣れた飛行セットと本研究の散布装置を組み合わせるこ
とができ、
さらに、
カスタマイズが容易であるため，長年培ったベテラン作業者のノウハウが反映できる。
今後は、ドローンの飛行従事者から助言のあった使い勝手に係る電気回路の改善を行って完成度を高めるとともに、液体肥料・農薬の散布試験により実用性の確認を行う。

（参考文献）
1)

Nobata, K.: Status and issues of drone technology
and

the

forefrontofbusiness,

Information

management, (2016), vol.59, pp755-763.
2)

FARM SKY TECHNOLOGY Co. Ltd, available from<http://farmskytech.com/2576>, (accessed 2021-322).

3)

Allouch, A., Anis Koubâa, A., Khalgui, M., andAbbes, T.: Qualitative and Quantitative Risk
Analysis and Safety Assessment of Unmanned Aerial- 188 -

硫化物の熱分解反応を利用した金属チタンの製造
Production of Metallic Titanium by Thermal-Decomposition via Titanium-Sulfide
津山高専
National Institute of Technology, Tsuyama college.
関 一郎
Ichiro Seki
（概要）

チタン鉱石として一般に産出される状態ではチタンは酸化物であり，これは非常に高い熱力学的安定性を有しているため，これを分離して金属チタンにすることは容易ではない．しかしながら，酸化物以外のチタン化合物の結合エネルギーは酸化物の場合に比較して一般的に低く，現行プロセスのクロール法も含めて中間化合物を介した製造プロセスが一般的である．本研究遂行者らの過去の研究では窒化チタンの熱分解温度が比較的低いことに注目し，これを実験室規模の実験装置で実証しており，この度の研究では窒化チタンと同様に低い熱分解温度を有する硫化チタンに着目して実証実験を行った．硫化チタンの製造に際しては試薬の酸化チタンを原料に炭硫化反応(Carbo-Sulfurization)により硫化チタンを製造，これを市販のアーク溶解炉を用いて 4000K 程度に加熱することで熱分解反応が進行して金属チタンを得ることに成功した．詳細は現在論文を専門誌に投稿中であり，その紙面上にて報告する．
（日本金属学会・２０２１年春季講演大会概要から転載）【緒言 Introduction】

長く，チタン材がリサイクル材として回ってくるこ

チタンおよびチタン合金は，特に高い化学的安定性とを待つよりは適切な品位のものを鉱石から製造しと強度を有した信頼性の高い金属材料として熱交換た方が現実的である可能性もある．この様な中程度

器設備や航空機，生体医療用インプラント，スポーの品位を有したチタン材の製造を目指した研究も少ツ用品に至るまでの比較的高付加価値を必要としたなからず報告がなされており，その内のひとつとし用途を中心にその需要が増加してきている．特に高て私共の研究グループで過去に報告した窒化チタン

い信頼性を必要とする用途に対しては現行のクローを熱分解して金属チタンを製造する方法もある．本ル法により製造した高純度のチタン原料を用いるこ

報は，窒化チタンと同程度に比較的低い熱分解温度とが現在は確定的であり，チタン製造各社の増産体を有する硫化チタンについても窒化チタンと同様の制により高い需要に応えようとする動きはあるもの

熱分解によるチタン製造プロセスが実現可能であるの，その価格は鉄鋼材料の 10 倍(／kg)にも及ぶため，か否かを実験的にも確かめたので報告する．

鉄鋼材料の置換目的の需要には応えらない現状がある．一方でチタンおよびその合金中に不純物として【実験方法 Experimental procedure】

酸素等が溶解することで高強度化が実現できること

二か所の温度制御部を設けた横型の電気抵抗炉内にが知られており，構造材については必ずしも極低酸

石英管を設置，その中に適量の黒鉛粉末を混合した

素濃度を必要としないとの考え方もあり，コスト面

酸化チタン粉末をアルミナボートに入れたものを設からも高品位で高価なチタン材よりも安価で適切な置，ロータリーポンプによる真空引きの後に Ar ガ性能を有した中品位のチタン材の供給の方が市場か

ス気流に切替え 1473K まで加熱，Ar ガス気流の上らは歓迎される可能性もある．また，この様な中品流側となる電気炉内に設置した試薬の硫黄粉末を適位のチタン材を供給するためにリサイクル材を利用

宜加熱することで下流側の電気炉内に設置した酸化する方法もあり得るが，チタンは鉄鋼材料に比較しチタン粉末に硫黄とアルゴンの混合気流が供給されて高い化学的安定性を有するが故にライフタイムがる実験装置を作成した．また，ここで作製した硫化- 189 -

チタン粉末は市販のアーク溶解炉を用いてアーク炎によって適宜加熱を行った．実験前後の酸化チタン
および硫化チタン粉末，熱分解反応後に得られたの金属塊はエックス線回折法によって生成相の同定を行った．
【結果 Results】
硫化後の酸化チタン粉末の表面性状は薄く黄色みがかかった様に変化しており，エックス線回折法による相同定では硫化チタン(TiS2)であることが判った．
また，ここで得られた粉末をアーク炎により加熱す
ると視覚的には粉末状から金属光沢を有した塊状に変化するとともに相同定の結果から回折ピークとして金属チタンが存在することが判った．
謝辞：本研究は公益財団法人・ウエスコ学術振興財
団・研究活動費助成研究ならびに東北大学金属材料研究所附属新素材共同研究開発センターの共同利用
研究(課題番号 20G0008)として実施した．

- 190 -

津山工業高等専門学校 総合理工学科 先進科学系
守友 博紀（講師）
Mail；moritomo@tsuyama-ct.ac.jp
Twitter；@MoritomoHiroki
Lanthanide metal complexes should be promising candidates for fluorescence probes of bioimaging due to their uniqueluminescence properties. In this study, we aimed to develop bright fluorescent probes by incorporating lanthanide
complexes into nanoemulsions. Nanoemulsions were prepared by emulsification of Solutol HS 15, a kind of surfactant, andLabrafac

CC,

a

kind

of

oil.

We

tried

to

encapsulatetheeuropium

complex,

Tris(1,3-diphenyl-1,3-propanedionato)(1,10-phenanthroline)europium(III), in nanoemulsions. The size distribution andabsorption spectra of nanoemulsions were investigated. These results indicated that the complex thought to be included innanoemulsions.
属をベースとしたプローブの高輝度化を試みること
Introductionとした。

本研究は生体組織の奥深くまで・リアルタイムに可

最近、油と界面活性剤の乳化により得られるナノ視化するために、波長 1030 nm において高効率に多エマルションへ発光性物質を封入し、蛍光プローブ

光子励起・赤~赤外発光を示すプローブの開発を目とする手法が報告されつつある 4-5。このナノエマル

指している。令和元度は、蛍光イメージングにおいションは、量子ドットのような無機材料ベースのプて 1030 nm の光源を用いるための分子の設計・選択

ローブと比べて生体親和性が高く、低毒性、調製がの指針を打ち出し、その成果を AIP Advances 誌に学

容易、といった多くの利点を持つ。このナノエマル

術論文として報告した 1。

ションへ希土類金属錯体を封入すれば、希土類金属

令和２年度は前年度の成果を足がかりとし、赤~ベースの新規蛍光プローブを得ることができると考

赤外発光性の化合物の設計・合成を計画していた。

えた。
本報告では、
図 1 に示す Eu 錯体（TDPP-Eu(III)）

しかしながら、新型コロナウィルスの影響で、研究をモデルとして、ナノエマルションへのカプセル化室所属学生の登校が制限されたため、新規化合物のを試みたことについて報告する。

合成を行うことが困難な状況となってしまった。そこで、発光性化合物を 1 から設計・合成するのではなく、既存の赤~赤外発光化合物の高輝度化および生体親和性の向上を狙うこととし、本研究では希土
類金属錯体に着目した。
希土類金属からなる錯体の中には、赤~赤外の波
長領域に発光を示すものがある 2。そして申請者はこれまでに、希土類金属錯体の中でも比較的強く発光を示すことで知られる Eu 錯体に着目し、Eu 錯体
をプローブとして用いた 1030 nm 三光子励起イメー
ジングを実証している 3。この知見に基づきつつ、
令和 2 年度は研究期間に限りがある中で、希土類金- 191 -

図 1 TDPP-Eu(III)の構造式

Experiment

凡例には、調製の際に添加した TDPP-Eu(III)錯体のナノエマルションの調製には、油脂、界面活性剤

物質量を示している。調製条件 1 および 2 で得られとしてそれぞれ Labrafac CC、Solutol HS 15 を用いた

たナノエマルションの粒度分布は、添加した

4。まず、Labrafac CC に TDPP-Eu(III)のクロロホルム

TDPP-Eu(III)錯体の量によらずほぼ同じであった。

溶液を加え攪拌した後、加熱によりクロロホルムを

Labrafac CC と Solutol HS 15 からなるナノエマルシ

除去することで EDPP-Eu(III)が均一に分散した

ョンに有機色素を包含した場合、包含の有無でナノ

Labrafac CC を調製した。この Labrafac CC と Solutol

エマルションの粒径は変化しないことが知られておHS 15 の混合物を 90 ℃で約 5 分間、撹拌して均質り(ref)、Eu 錯体の包含を試みた本研究でも同様の傾化した。その後、この混合物に超純水を加え、全体向が確認された。ナノエマルションのモード径（粒が均一になるまで 5 分攪拌してナノエマルション

度分布でピークとなる粒径）は、調製条件 1 およびを作製した。ナノエマルションの粒径は、油脂と界2 でそれぞれ 18 nm、33 nm であり、いずれも細胞や面活性剤の混合比によって調製可能なことが知られ組織に取り込まれる大きさであった 7。

ている 6。本研究では、表 1 に示す作成条件でナノエマルションを調製した。

TDPP-Eu(III)がナノエマルションに包含されているかどうかを確かめるため、ナノエマルション水分
散液の紫外- 可視吸収スペクトルを測定した。

Results and Discussion

TDPP-Eu(III)錯体のメタノール溶液、および調製条

動的光散乱法により、調製したナノエマルション

件 1 で作成したナノエマルションの水分散液の紫外の粒径を測定した。調製条件 1、2 において得られた-可視吸収スペクトルを図 3 に示す。添加する錯体のナノエマルションの粒度分布を図 1 に示す。図中の量が増加するほど、錯体の配位子由来の吸光度が大きくなった。ここで、吸収極大波長のシフトのみに着目するために、吸光度を規格化し、ピーク部分を

12

0 mol
16 nmol

8

24 nmol
40 nmol
64 nmol

頻度 / %

106拡大したスペクトルを図 4 に示す。TDPP-Eu(III)のメタノール溶液の吸収極大波長は 349 nm であった。
ナノエマルション水分散液の吸収極大波長は、加え88 nmol
112 nmol

4

0.8

2

24 nmol

0
0

20

40

60

80

40 nmol

0.6100

粒⼦径 / nm

吸光度

64 nmol
14120 nmol88 nmol
112 nmol

20 nmol

10

40 nmol
頻度 / %

0.4

8

0.2

80 nmol
120 nmol

6200 nmol

0

4

300

350

400

450

500

550

600

波⻑ / nm

2
0
0

20

40

60

80

100

120

粒⼦径 / nm

図 3 ナノエマルションの粒度分布 (上)調製

条件 1、（下）調製条件 2

図 2 TDPP-Eu(III)錯体のメタノール溶液（黒 点線）と調製したナノエマルション水分散液（カラー実線）の紫外-可視吸収スペクトル- 192 -

ることができたらと思っていますので、本稿に興味をもたれた方がおられましたら、ぜひご連絡くださ

1.2

24 nmolい。最後になりましたが、2 年間に渡り研究助成を

40 nmol

1

いただいたウエスコ学術振興財団へ感謝申し上げます。ありがとうございました。

規格化した吸光度

64 nmol
88 nmol

0.8

Reference

112 nmol

1.

Moritomo,

H.;

Onishi,

S.;

Makino,Y.;

Matsumoto, K.; Suzuki, Y.; Kawamata, J., Multi-photon

0.6

fluorescence microscopy imaging of mitochondria in living
cells excited by Yb-doped femtosecond fiber laser utilizing
two- and three-photon competitive absorption. AIP Advances

0.4
300

310

320

330

340

350

360

370

380

390

400

2020, 10 (9), 095219.

波⻑ / nm

図 4 吸光度を規格化した TDPP-Eu(III)錯体のメタノール溶液（黒 点線）と調製したナノエマルション水分散液（カラー実線）の紫外-可視吸収スペクトル2.

希土類の材料機能ハンドブック. NTS 出版.

3.

Suzuki, Y.; Moritomo, H.; Fuji, A.; Satomi, K.;

Kawamata,J.;Yamamoto,

Three-photon-induced

た TDPP-Eu(III)の物質量の小さいほうから順に 334,
338, 340, 342, 343 nm であり、EDPP-Eu(III)錯体のメ
タノール溶液と比べて 5 nm 以上ブルーシフトしていた。調製条件 2 で得られたナノエマルションも、これと同様の光吸収挙動を示すことが確認された。
ここで、TDPP-Eu(III)錯体は、溶媒の極性が低下するほど吸収極大波長がブルーシフトする正のソルバとクロミズムを示すことを確かめている。
そのため、ナノエマルション分散液中の TDPP-Eu(III)錯体が示
した吸収極大波長のブルーシフトから、この錯体はメタノール中と比べて低極性環境、すなわちナノエ
マルションの内側に存在すると考えられる。以上のように、TDPP-Eu(III)錯体を包含したナノエマルシ
ョンを調製することができた。今後、調製したナノエマルションの発光挙動や多光子吸収挙動に関して、調査を進めていく予定である。

M.;

Luminescence

Hasegawa,ofY.,

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P. S.
津山高専の守友研究室では、蛍光プローブの開発のみならず、「有機無機ハイブリッド」「円偏光発光材料」もキーワードとして、手広く発光性材料を取り扱っています。岡山県内の多くの研究者の方と繋がCabral, H.; Matsumoto, Y.; Mizuno, K.; Chen,

Q.; Murakami, M.; Kimura, M.; Terada, Y.; Kano, M. R.;
Miyazono, K.; Uesaka, M.; Nishiyama, N.; Kataoka, K.,
Accumulation of sub-100 nm polymeric micelles in poorly
permeable tumours depends on size. Nature Nanotechnology
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- 193 -

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Cosmid library in E. coli S17-1
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Genome-integrated cosmid library
in R. solanacearum RS1085*

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Genin and Denny (2012) Annu. Rev. Phytopathol.

- 198 -

放線菌における Sec 系分泌促進因子の探索
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所・酵素機能研究グループ
楊 霊麗（概要）放線菌 Streptomyces は、環境へ適応や養分の獲得のため、細胞外へ多様な加水分解酵素を分泌する。
これらの加水分解酵素は、工業や食品加工などにもよく使われている。既存酵素の生産性向上及び新種有用酵素の開発には、分泌量の増強が重要である。放線菌におけるタンパク質の分泌は、多くの場合は Sec 経路を通る。本研究は、Streptomyces 発現系における分泌酵素の生産性増強のために、分泌酵素の大量発現に対する Sec
経路に関する分泌因子の発現量および特異性の効果について検討する。本年度は、デュアル発現ベクターを構築し、分泌酵素と分泌因子の同時発現を実現した。S. mobaraensis 由来のトランスグルタミナーゼ（SMTG）を分泌酵素の対象として、宿主 (S. lividans) 由来５種類の分泌因子（FtsY, SecA, CssS, CssR と SPase）を選択し、スクリーニングを行った。その結果、CssR の大量発現は、SMTG 分泌を増強した。一方、FtsY、SecA 及
び CssS は、分泌を抑制した。今後は、CssR の増強効果について詳細に検討する予定である。

1. はじめにのタンパク質因子に作用される（図 1）。そして、細放線菌、特に Streptomyces は、抗生物質の生産

胞外に分泌されたタンパク質のミスフォールディン

者として知られているが、環境へ適応や養分の獲得

グが大量に起こし、生育に影響を与えた場合の分泌のため、細胞外へ多様な加水分解酵素も分泌する。

ストレス感知と除去因子(CssS と CssR)も、タンパク

これらの加水分解酵素は、工業や食品加工などにも質の分泌に重要である。

よく使われている。ゲノム解析を行い、遺伝子情報
から新たな酵素も次々と報告されており、申請者が所属する研究グループが見出したアミノペプチダー
ゼ(Wan et al. 2019)及びカルボキシペプチダーゼ(Wan et al. 2016)は、それぞれの基質特異性や適応条件があるため、食品中のアレルギー源や苦味の減少に効果が期待される。しかしながら、これら遺伝子情報を元に大量発現させた酵素は、微量にしか分泌されない場合が多い。このように、新種有用酵素の開発において、分泌量の増強が非常に重要である。
放線菌におけるタンパク質の分泌メカニズムについて、近年理解が進み、大腸菌と同様に、多くの場

図１．タンパク質分泌における細胞外移行に関する
因子(文献 Tsirigotaki et al. 2017 や Fu et al. 2017などからまとめ)合は Sec 経路を通る。Sec 経路は、リボソーム合成
中および合成したタンパク質を認識し、細胞膜内在チャンネル複合体 SecYEG を通らせ、細胞膜外へ輸送分泌タンパク質の大量生産に連れて、これらの分する。
この過程は、
細胞内タンパク質の認識因子(SRP、泌因子が律速になる可能性があると考えられる。放trigger factor など)、細胞膜への導き因子(FtsY、

線 菌 と 同 じ グ ラ ム 陽 性 菌 で あ る Bacillus

SecA)、細胞膜貫通の助力因子(SecA)、細胞膜から分Megaterium を宿主とする発現系について、SPase

泌タンパク質を切り出す因子(SPases)などいくつか(SipM)の大量発現により、
酵素 dextransucrase の分- 199 -

泌量約 3.5 倍が増強した(Malten et al. 2005)。更した。表１に示す宿主由来の分泌因子の遺伝子５種に、異種由来組み換えタンパク質について、分泌タ（表１）を合成もしくはゲノムから増幅し、制限酵

ンパク質に対する分泌因子の特異性も分泌量と関わ素 Sph I と Spe I を介して、kasO*プロモーターの下るとされる。SecA の C-末端は、分泌タンパク質を流側に挿入した。
kasO*プロモーターによりタンパク

proof reading する役割があると言われ、C-末端を質の発現を評価するため、アミノペプチダーゼ SSAP

削った SecA を用いて、Bacillus subtilis を宿主とを分泌因子と同様に kasO*プロモーターの下流側にした、異種由来のタンパク質の分泌量を増強した報挿入した。宿主(S. lividans 1326 株)に、分泌酵素

告がある(Kakeshita et al., 2010)。但し、放線菌のみ、及び分泌因子と酵素の同時発現ベクターを形

Streptomyces 発現系におけるこれらの研究は殆ど質転換し、50 μg/ml チオストレプトン (tsr)を含ない。本研究は、Streptomyces 発現系における分泌

む R2YE プレートに撒いた。形質転換体を、Tryptic

タンパク質の生産量の増強について、分泌タンパク

soy broth で種培養を行った後、50 ml PGly 培地 (2%質に対して分泌因子の発現量および特異性から総合

グリセロール, 0.8% K2HPO4, 0.05 %MgSO4・7H2O,

的に検討することを目的とする。

0.5%ポリペプトン, 0.5%酵母エキス)入りの バッフ
ルフラスコに 1％植菌し、30ºC, 180 rpm の条件下で

2. 材料と方法発現を行った。
SMTG の活性測定はプレートリーダー((SH-8000;
Corona Electric Co., Ltd).)の比色計を用いて公定法により行った(Rachel and Pelletier 2013; Tokaiet al. 2020)。Bezyloxy-carbonyl (CBZ)-Gln-Gly(Peptide Insitute Inc., Osaka) はモデルグルタミ
ン基質(アシルドナー)と、Hydroxylamine (Nacalai,
18708-42) はアミン基質(アシルアセプター)として、培養上清（SMTG）の添加により、イソペプチドボン
ドを形成し、ヒドロキサム酸になる。FeCl3 を加え、

図 2．デュアル発現ベクターpTSKr duet。

ヒドロキサム酸と錯体を生成させ、この錯体の吸光

表.1 対象分泌因子とその機能
分泌因子
機能
FtsY
分泌酵素を細胞膜へ導き、細胞膜の貫通を助力する
SecA
SPases細胞膜を貫通した分泌酵素を細(SipY)
胞膜から切り離す
CssS &
細胞外の分泌ストレスを感じ
CssR(CssS)と調整(CssR)する

度 (OD525nm) を測定する。
同様な条件下でグルタミルヒドロキサム酸 (SIGMA, G22253) で検量線を作り (0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.27 & 0.33 μmol/10 μl)、
SMTG の活性を算出する。
SSAP について (Arima etal. 2004; Arima et al. 2006) は、Leu-pNA (SIGMA,
L2158) を基質として、SSAP を含む培養上清を添加すると Leu を切断され、pNA の吸光度 (OD405 nm) を放線菌用 pIJ101 由来高コピー数ベクターに、
強力

測り、 pNA (Nacalai, 24517-52) の検量線によりな恒常発現型プロモーター63-bp scmp（本研究グル

SSAP の活性を算出する。
12% SDS polyacrylamide gelープ開発）と 99-bp kasO*(Wang et al. 2013)を逆(Mini-protein TGX precast gel, Bio-Rad)のウェル

向きに挿入し、デュアル発現ベクターを作り、pTSKrに、15 μl の培養上清と 5 μl のサンプルバッファと名付けた（図 2）。トランスグルタミナーゼ SMTG

ーの混合液を95度5 分で変性してからロウディング（S. mobaraensis TGase）を分泌酵素の対象とし、し、電気泳動によりタンパク質の組成を分離し、蛍制限酵素 Nde I と Hind III を介して上記デュアルベ

光染色（Oriole Fluorescent Gel Stain, Bio-Rad）

クターpTSKr へ、scmp プロモーターの下流側に挿入とゲル撮影装置(Gel Dol EZ Imager, Bio-Rad)によ- 200 -

り検出した。

変わらなかった。この活性の減少は、SSAP の安定性が低く、凝集などが起こったと考えられる。

3. 結果と考察
3.1. デュアル発現ベクター

3.2．分泌因子のスクリーニング

図 4．SMTG 活性に対する分泌因子の影響。異なる
アルファベットは有意差を示している（ANOVA,
n=3, エラーバーは標準偏差）。72 時間培養。

宿主由来の分泌因子の大量発現について、72 時間の培養時点(図 4)で、CssR は SMTG の分泌量に約 1.3
図.3 pTSKr_SMTG 及び pTSKr_SMTG+SSAP を用いて発現させた SMTG と SSAP の経時変化：活性( 上: n=3, エラーバーは標準偏差) と SDS-PASE(下)。左側の目盛りは SMTG の活性、右側の目盛りはSSAP の活性(青色)を示してある。黄色、水色と赤色の三角はそれぞれ SMTG の前駆体(45.7 kDa)と成熟体(37.8 kDa)、及び SSAP（約 33 kDa）のバンドを指してある。

倍の増強効果を確認した。
一方、
FtsY、
SecA 及び CssSは SMTG の活性を抑制した。FtsY、SecA 及び CssS の抑制効果について、経時変化も同様な結果を得られた(データを示してない)。

デュアルベクターpTSKr により二種たんぱく質の同時発現が実現できた。SCMP のみのベクターと比べて、デュアルベクターpTSKr_SMTG による SMTG の発現量はほぼ変わらなかった（データを示していない）。
デュアルベクターにより二種の分泌酵素の同時発現の結果は、図 3 に示す。それぞれプロモーターSCMPと kasO*により発現された酵素 SMTG と SSAP は、似kDa[----- 24 hr ----] [---- 48 hr -----]
SMTG +SipY SMTG +SipY

たような経時変化を示した。pTSKr_SMTG と比べて、
pTSKr_SMTG+SSAPにより発現されたSMTGの活性が48時間の時点で低かったが、72 時間以降同程度になっ
図.5 pTSKr_SMTG 及び pTSKr_SMTG+SipY を用いて発現させた SMTG の経時変化：活性（上: 図
3 と同様）と SDS-PASE（下）。黄色と水色の三角はそれぞれ SMTG の前駆体(45.7 kDa)と成熟体(37.8 kDa)のバンドを指す。アステリスク(＊)は統計上の有意差を示してある(t-test, p<0.05)。

た。SMTG は細胞外に前駆体として分泌され、N-末端が削られてから活性を示すため、24 時間の時点で電気泳動(SDS-PAGE)上で前駆体のバンドが確認され、活性は成熟した SMTG のバンドと比例して 48 時間で一気に高くなった。一方、SSAP は成熟体として分泌され、24 時間時点でも活性がかなり現れ、その後

SMTG のみの発現に対して、分泌因子 SipY（SPase）

SMTG と同様に 72 時間まで増加した。72 時間以降、の大量発現により、対数増殖期(24 時間培養)に SMTG

活性の減少と異なり、電気泳動上で SSAP のバンドが活性が 4 倍ほど高く(図 5 上)、SDS-PAGE 上(図 5 下)

- 201 -

前駆体のバンドがほぼ同じだが成熟体のバンドが 2

量の変化に対して分泌効率の変化を検討する。③倍以上濃く見えた。但し、前駆体と成熟体のバンド

分泌因子と酵素の経時変化を測定し、分泌効率の最を合わせて見ると、
この増加量は約 1.1～1.2 倍しか適タイミングを検討する。④ SMTG と異なる他の分なかった。静止期(48 時間以降)に入るとこれほどの泌酵素に対する効果も同様に評価し、分泌因子の汎差も見られなかった(図 4 と図 5)。S. lividans と同用性を検討する。

様にグラム陽性菌である Bacillus Megaterium におFtsY と SecA の抑制効果について、二つの可能性

ける宿主由来 SPase (SipM)の大量発現は、対数増殖を考えている。タンパク質の分泌は細胞内可溶性タ期後期で酵素 dextransucrase の分泌量を、約 3.5

ンパク質と膜タンパク質の認識と輸送とも関わるた

倍増強した (Malten et al., 2005) 。対数増殖中期

め、これらの因子の大量発現は、細胞内タンパク質に入ってから誘導型プロモーターにより酵素を発現の配分に悪影響を起す可能性がある。この仮説に対させたため、酵素の大量発現は菌の生育への影響がして、細胞の生育状況を測ることにより確認する。

少ない。本研究は、恒常型プロモーターにより酵素

一方、FtsY と SecA はいずれもタンパク質の認識ドを発現させたため、菌の生育へ影響を与えた可能性

メインがあり、
異種由来 SMTG の認識効率が悪いため、が高い。また、SPase は分泌酵素と同じ Sec 経路を膜貫通 SecYEG トンネルに対する宿主の固有分泌酵

使って細胞外へ輸送するため、SPase の発現量が高素との競争が激しくなり、分泌量が激しく減少した

すぎると、Sec 経路機構に対して分泌酵素との取り可能性もある。この場合は、宿主由来ではなく酵素合 いを 起こし た可能 性 が ある 。上記 Bacillus

源(S. cinnamones)由来の分泌因子をデュアルベク

Megaterium において、SipM の大量発現量を更に増やターに挿入し、分泌酵素と同時に大量発現させる。

すと、細胞内分泌酵素の蓄積が増える報告も存在す
る (Malten et al., 2005) 。それらの要因を考慮す

謝辞

ると、SipY の大量発現は、酵素の分泌を速めたか、あるいはタンパク質の合成が盛んな対数増殖期のみ

本研究をご支援いただきましてウエスコ学術財団に、深く感謝いたします。

に効果があるかについて、更に検討する必要がある。
参考文献

4. 今後の予定
SipY について、より弱力のプロモーターを変えて

Arima J. et al. Gene cloning and overproduction of anaminopeptidase from Streptomyces septatus TH-2, and

分泌因子の大量発現ありとなしの間で成長曲線を比comparison with a calcium-activated enzyme from

べ、分泌量を観察しやすい SSAP(成熟体で分泌されStreptomyces griseus. Biochemical and Biophysicalる)を酵素対象として、対数増殖期 (約 8～36 時間)
で分泌量を更に比較する。
分泌増強効果のある因子 CssR について、
転写―発Research Communications 2004; 317:531-538.
Arima J. et al. Study on peptide hydrolysis byaminopeptidases

現―分泌の三段階で分泌因子の働きを検討する。リ

SDS-PAGE と Western-blotting で評価する。培地中

Fu YHH et al. Two-step membrane binding by thebacterial SRP receptor enable efficient and accurate
Co-translational protein targeting. eLife. 2017; 6:

量は活性測定で評価する。検討する項目は以下にな量の関係を検討する。② 分泌因子の発現量と酵素

griseus,Appl Microbiol Biotechnol 2006; 70:541-547.

酵素の分泌量は SDS-PAGE で、活性のある分泌酵素のる。① 分泌因子と分泌酵素について転写量と発現

Streptomyces

Streptomyces septatus and Aeromonas proteolytica.

アルタイム PCR を用いて酵素と分泌因子の転写量を評 価 する 。細 胞内 酵素と 分 泌因 子の 発現 量はfrom

e25885.
Kakeshita H, Kageyama Y, Ara K et al. Enhancedの分泌効率との関係を検討する。必要があれば、強度の異なるプロモーターを用いて、分泌因子の発現- 202 -

extracellular production of heterologous proteins in
Bacillus subtilis by deleting the C-terminal region of

the SecA secretory machinery. Mol Biotechnol 2010;46:250–7.
Malten M, Nahrstedt H, Meinhardt F et al. Coexpressionof the type I signal peptidase gene SipM increases
recombinant protein production and export in Bacillus
megaterium MS941. Biotechnol Bioeng 2005; 91:616–
21.
Rachel NM and N. Pelletier. Biotechnological applicationof transglutaminases. Biomoleucls 2013; 3:870-888.
Tsirigotaki A, De Geyter J, ˇSoˇstaric´ N et al. Protein
export through the bacterial Sec pathway. Nat Rev
Micro 2017;15: 21–36.
Tokai S., M. Uraji, T. Hatanaka. Molecular insights intothemechanism

Streptomycesofsubstratetransglutaminases.

recognition
Biosci.

of

Biotech.

Biochem. 2020; 84(3):575-582.
Wan K., M. Uraji, J. Arima, T. Hatanaka. Characterizationof a novel metallocarboxypeptidase from Streptomyces
cinnamoneus TH-2. Bioresour. Bioprocess. 2016;
3:211-218.
Wan K., M. Uraji, S. Tokai and T. Hatanaka. Enzymatic
degradation of allergen peptides from bovine casein by
a combination of Streptomyces aminopeptidases. Appl.
Biochem. Biotechnol. 2019; 187(2):570-582.
Wang et al. An engineered strong promoter for
streptomycetes.

AppliedandEnvironmental

Microbiology. 2013; 79:4484-4492.

- 203 -

日本の伝統食材サトイモを疫病から守る！
RNAseq による防御マーカーの作製と免疫力の向上による防除技術の開発
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所
鳴坂 真理、鳴坂 義弘
気候変動による病害虫の発生様相の変化および、病害の増加など、気候変動が作物の生産に負の影響を及ぼしており、産地を守るための病害防除技術の確立は極めて重要である。サトイモ疫病は 2014 年に日本で発生が確認され、主要な生産地である宮崎県および鹿児島県では疫病の激発により大幅な減収になった。サトイモは古い歴史を有し、日本の食文化と関わりが深い伝統野菜である。また、近年では業務野菜や、加工して介護食・離乳食として多く利用されている。しかしながら、サトイモ疫病の急激な蔓延により、国産サトイモが大きく減産し、生産農家の離農、栽培地の荒廃が懸念されている。本研究では、サトイモ疫病を防除するため、サトイモの免疫力を高める新規植物保護資材である“バイオスティミュラント（生物刺激剤）”の開発を試みる。まず初めに、周年でサトイモ—疫病菌感染実験を実施するため、人工気象器内でのサトイモの栽培法および疫病菌接種法を確立した。次いで、サトイモのトランスクリプトーム解析を遂行し、病害抵抗性誘導の指標となる防御マーカー遺伝子を取得した。今後は、これを用いたバイオスティミュラントの選抜・評価系を構築し、本資材を開発する。以上により、疫病の発生を抑制し、生産量を回復・増産することで産地の荒廃を防ぎ、安心安
全な国産のサトイモを安定的に国民の食卓に届けることをめざす。
1. はじめに離乳食、高血圧防止の治療食の素材として活用され

Phytophthora colocasiae によるサトイモ疫病（えており、我が国の食品産業における重要な食材であきびょう）は 2014 年に日本で発生が確認され、サトる。一方で、急激に疫病が蔓延したため防除対策はイモの主要な生産地である宮崎県および鹿児島県で進んでおらず、農薬はまだ 4 種類しか登録されていは疫病の激発により 40％以上の減収になった（図 1）。

ない。そのため、これらの連続使用による薬剤耐性菌の発生が懸念されている。また、サトイモの葉はロータス効果(lotus effects）により撥水性が非常に高く、散布した農薬の付着が困難であることから、
農薬処理法についても検討が必要である。
近年、植物が生来備えている生物および非生物的ス
トレスに対する抵抗力（免疫力）を利用してストレスから植物を防御する新規植物保護資材である“バイオスティミュラント（生物刺激剤）”が注目されている。

図１. 疫病に感染して全滅したサトイモ畑（鹿児島県）

私たちは、
これまでにバイオスティミュラントの開

さらに、四国（愛媛県）から関東地方（千葉県、埼発研究を行っており 4)、本剤を開発するための経験

玉県）へ急激に感染拡大しつつあり、生産農家の離を有している。本研究で開発するバイオスティミュ

農および栽培地の荒廃が既に始まっている 1-3)。このラントとは、植物の活力を高めて病気にかかりにく

ままでは産地が崩壊し、日本産のサトイモは日本のい植物体を作る効果を有する資材であり、肥料成分、食卓から消える可能性がある。サトイモは伝統的な無機物、有機酸、アミノ酸、ビタミン、植物ホルモ

和食の食材としてだけではなく、近年では介護食、ン、植物抽出物などがある。具体的には、植物が本- 204 -

来備えている免疫力を高める作用を持つものや、生3. サトイモ—疫病菌感染実験系の構築

育を促進するものとして活用される。植物の免疫力

周年でサトイモ—疫病菌感染実験を実施するため、を高めることで、栽培環境における病原菌の菌密度

人工気象器内でサトイモの栽培を試みた。栽培条件を低下させる効果が知られており、本研究で開発すを鋭意検討した結果、
直径 3〜4cm 程度の子芋を培養るバイオスティミュラントと、殺菌性農薬とのロー土（スーパーミックス A、サカタのタネ）を入れた

テーション（交互）散布により、サトイモ疫病を防小型ポットに植え付け、植物培養装置（日本医化）

除する技術体系を構築することを最終目標とする。

で 13 時間明下(25℃)/11 時間暗下(22℃)の条件で栽

本剤をサトイモに適用し、疫病を防除するためには、培できた（図 2）。

サトイモにおけるバイオスティミュラントを効率的に評価・選抜する方法を構築する必要がある。そこで、次世代シーケンサーを用いたサトイモの RNAseq
解析によりゲノム情報を整備し、サトイモの免疫力の向上に関する防御（遺伝子）
マーカーを取得する。
これを用いてサトイモ疫病の予防に有効なバイオス
ティミュラントの開発を行う。
2. 研究方針
現在、サトイモ疫病を防除するために農薬登録さ
図 2. 植物培養装置によるサトイモの栽培

れた農薬はアミスター20 フロアブル、ジーファイン
水和剤、ダイナモ顆粒水和剤、MIC ペンコゼブ水和剤のみであり、4 剤でローテーションをするしかな
い。このようにサトイモ疫病を防除する殺菌性の農薬は限られており、新剤の開発には 10 年以上の期間を要するため、早期に市場に投入できる資材の開発が求められている。サトイモ疫病の防除は喫緊に解決すべき課題であり、当面の課題の解決のためには、
栽培環境の改善などにより疫病の防除対策を行うしかないが、今後の戦略としては、・既存の農薬の登録拡大による防除に使用できる農薬の種類を増やす・バイオスティミュラントにより、疫病に対する抵抗力（免疫力）の向上によるサトイモの健全化

次いで、サトイモ疫病菌の接種法を検討した。これまでにサイトイモ葉の表面に傷をつけて遊走子を点滴接種する方法や、疫病菌を V8 平板培地で培養し、コルクポーラーで寒天ごと打ち抜いて、菌そうをサ
トイモ葉に置床することで接種する方法が報告されている。そこで、サイトイモ葉の表面に傷をつけずに遊走子（2×105 個/ml）を点滴接種する方法を試みた。その結果、既存の方法と同様に無傷接種法においても疫病菌が感染した（図 3）。以上より、既報よりもマイルドな接種法として、疫病菌の遊走子を無傷のサトイモ葉に点滴接種する方法がよいと考えられた。

・疫病に対する抵抗性品種の開発が考えられる。抵抗性品種の育種には少なくとも数年以上を要するため、本研究では、サトイモが本来備えている病気に対する免疫力を向上させることで疫病を防除することをめざし、病原菌に対する作物の病害抵抗性を誘導する“バイオスティミュラント”を開発する。

図 3. サトイモ疫病菌の接種
菌そう接種（左）、遊走子接種（右）- 205 -

センブリを実行した結果、213,420 の転写物配列を
4. サトイモの RNAseq 解析による防御マーカーの得た。これを仮想転写配列群としてトランスクリプ

作製の試み

トーム解析のためのリファレンスゲノム（リファレ①仮想転写配列群の取得とリファレンスゲノム（リンス遺伝子群）とした。また、213,420 の転写物配

ファレンス遺伝子群）の構築

列について BLAST 解析した結果、10,292 配列にアノ本研究を開始して数ヶ月後の 2020 年 8 月にサトイテーションを付与できた。

モのドラフトゲノム（ゲノムサイズは約 2.4Gbp、推定遺伝子数 28,695。参考としてイネのゲノムサイズ②サトイモの抵抗性誘導処理の 6 倍に相当）が発表された 5)。しかしながら、遺前述の通り、サトイモ葉に薬剤処理してもロータ

伝子の機能情報などの詳細な解析はなされていない。

ス効果により全てはじかれてしまう。一方で、農薬

そこで、本研究では、バイオスティミュラントを評の付着を向上させるため展着剤を加用するとサトイ

価・選抜するための病害防御マーカーを作製するたモ葉が褐変するなどの薬害を生じることが知られてめ、サトイモの RNAseq 解析を実施してゲノム情報をいる。そこで、薬害を避けるため、潅注処理による得、病害防御マーカー候補遺伝子の取得を試みた。

薬剤処理を実施した。植物培養装置で育成したサトサトイモ植物体は多糖類を多く含むため RNA の抽イモ（品種：土垂、本葉 2 枚）に 0.5mM アシベンゾ

出が困難である。そこで、サトイモ葉から RNA の抽ラル S メチル（抵抗性誘導剤）を潅注処理した（容出法を検討した結果、Maxwell®RSC simplyRNA Kits

量 300ml のポットに対して 30ml の薬液）。処理して（promega）および、多糖類やポリフェノール類を大10 時間および 24 時間後にサトイモ葉をサンプリン

量に含む植物から RNA 抽出を行うための前処理試薬

グして RNA を抽出し、RNAseq 解析に供した。本処理である Fruit-mate™ for RNA Purification（タカラにより、サトイモに薬害は生じなかった。

バイオ）を組み合わせることで高品質の RNA が抽出できた（図 4）。

③サトイモのトランスクリプトーム解析
抵抗性を誘導したサトイモについて、RNAseq 解析を行い、オミクスデータ解析ソフトウェア Subio
Platform（株式会社 Subio）を用いて抵抗性誘導におけるマーカー遺伝子の取得を試みた。その結果、
10 時間および 24 時間のアシベンゾラル S メチル処理により、無処理区に対して 5 倍以上発現した転写物（遺伝子）は 353 個であった（図 5）。代表的なものとして、WRKY 遺伝子、レセプターキナーゼ、SIB1

図 4. サトイモから抽出した RNA のクオリティチェック

遺伝子が発現していた。

次いで、サトイモに薬剤を処理して防御関連遺伝子

A群の発現を誘導し、これをサンプリングした。本試料から上述の方法で RNA を抽出し、次世代シーケン
サーによる RNAseq 解析（150 bp paired-end、5G）（DNBSEQ、MGI 社）に供した。その結果、シーケン
シング量は 2400 万×2 リードペア以上で、植物のRNAseq 解析に必要な量のシーケンシングリード数が得られた。そこで、公開されているサトイモのゲノムを鋳型にして、 Trinity によるゲノムガイドア- 206 -

0h

10h

24h

地の荒廃が懸念されている。本研究により、サトイ

B
ASM10hモの免疫力を高める農業資材である“バイオスティ

ASM24hミュラント”を用いて疫病の発生を抑制し、生産量を回復・増産することで、産地の荒廃を防ぎ、低農薬で安全な国産のサトイモを国民の食卓に届けるこ

317

21

15

とが可能となる。
消費者にとっては､良質な食料の安定供給と価格の安定が達成される。以上により、稲作以前から続く日本古来の食文化を守ることが可能となる。

213,067
図5. アシベンゾラルS メチル（ASM）処理したサトイモに謝辞おける発現遺伝子本研究をご支援いただいた公益財団法人ウエスコ

無処理区に対して 5 倍以上発現した遺伝子につい

学術振興財団に深く感謝申し上げます。また、本研て、(A)発現プロファイル、(B)ベン図

究におけるサトイモ疫病菌の分譲および情報の提供
は鹿児島県農業開発総合センターにお世話になりました。関係者の方々に深く感謝申し上げます。

5. 今後の研究方針
今後、抵抗性誘導を評価するために独自に作製したマーカー遺伝子を用い定量的リアルタイム PCR 法に

引用文献

より資材の抵抗性誘導効果を評価する。本評価系は(1) 黒木修一. 宮崎県におけるサトイモ疫病の被害

バイオスティミュラントの評価のみならず、疫病抵と今後の防除対策. 植物防疫, 71(7), 458-462

抗性系統の選抜にも利用できる。さらに、サトイモ(2017)

への候補剤の処理により取得したデータ（防除価）(2) 本橋令子. サトイモの分子育種と遺伝資源. ア

グリバイオ, 2(4), 58-61 (2018)をもとにバイオスティミュラントの試作品を作製する。本試作品の圃場レベルにおける植物の免疫力を(3) 黒木修一, 松田透. サトイモ疫病の総合防除対高める効果について、疫病に対する防除価および、策 技術の 確立 . 植物防 疫 , 74(11), 616-621

防御関連遺伝子の発現解析により定量的に評価する。

(2020)

また、葉面散布および、土壌への潅注または土壌混(4) 鳴坂真理, 谷口伸治, 藤澤英司,

野口勝憲,

鳴坂義弘.植物の免疫力を向上し、かつ、生育を和による効果を検討する。

促進する新規植物活力剤の開発研究.アグリバイ

オ, 4(14), 56-58 (2020)

6. おわりに
我が国において、
サトイモは和食を中心に食されて(5) Jianmei Yin, Lu Jiang, Li Wang, Xiaoyong

おり、また、加工、業務用野菜として多く利用されHan, Wenqi Guo, Chunhong Li, Yiている。一方で、国産サトイモは作付面積、生産量

Zhou, Matthew Denton, Peitong Zhang. A

ともに年々減少しており、価格の安い輸入サトイモ

high-quality genome of taro (Colocasia

が多く流通している。2014 年の冷凍サトイモの輸入

esculenta (L.) Schott), one of the world's

量は約 34,000 トンで、
そのほとんどが中国産である。

oldest crops. Molecular Ecology Resources,

国民の食の安全、安心に対する意識の向上から、国21(1), 68-77 (2021)

産野菜の供給に対する要望が高い。しかしながら、サトイモ疫病の蔓延により、国産サトイモの生産が危機的状況にあり、サトイモ生産農家の離農、栽培- 207 -

モモ花粉の初期発生を阻害し不稔を引き起こす新規遺伝子の同定
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所
北川（原）美由紀
モモには‘おかやま夢白桃’や‘浅間白桃’のように、花粉ができない雄性不稔品種が存在する。不稔品種に果実を確実に付けさせるには、春の開花期に稔性品種から集めた花粉を人工的に授粉させることが必要である。
不稔形質は本来、不要な受粉作業を農家に強いる望まれない形質であり、新しく開発される次世代品種からは排除したい形質である。我々は、これまでの解析で、モモの雄性不稔形質には少なくとも 3 つのタイプが存在することを明らかにしている。本研究では、特に、花粉形成の初期段階（減数分裂期頃）に異常が発生するタイ
プⅡの不稔現象について解析を行った。岡山県農業研究所において作出した交配樹#11-5 シリーズを用いた遺伝学的解析の結果、このタイプの不稔の原因は 2 番染色体上に座上する遺伝子座に支配されると考えられた。
さらに、RNAseq による可稔品種‘清水白桃’の大規模遺伝子発現解析、及び不稔変異をもつ個体のゲノム変異解析を実施し、不稔の原因となる候補遺伝子を 4 遺伝子に絞り込んだ。
１． はじめにードする一つの遺伝子の一塩基置換変異が花粉形成

4 月初めには岡山県内各地でモモの花が咲き、農不全を引き起こしていることを明らかにした。変異

家の方々が受粉作業を行う様子を目にする。日本のを簡便かつ安価に検出するマーカーを開発し、稔性

栽培品種の中には、‘白桃’・‘大和白桃’
・‘川中島白の有無を開花前に予測することを可能にした（小田桃’・‘浅間白桃’
・‘おかやま夢白桃’等のように単2018）。
この手法は岡山県におけるモモ育種の現場で独で受精できない不稔品種が存在する。不稔品種を利用され、育種の効率化に貢献している。

確実に着果させるため、農家では春の開花時期に稔作成されたマーカーは日本栽培品種の稔性形質を性品種の花粉を人工授粉させる。人工授粉は作業労

正確に識別できたものの、育種過程で作られた農業

力や着果率の問題があり、モモの新品種育成に際し研究所の交配樹の中には、マーカーの判定結果と稔ては花粉稔性を持つ品種を開発することが求められ性形質が一致しないものが少数ながら見出された。

る。花粉形成は顕花植物にとって本質的で必須の発

これは、モモの不稔には複数のタイプがあることを生プロセスであるものの、未だ不明な点が多く、モ示している（小田 2019）。新たな不稔現象について

モの不稔現象については基礎的理解が不足している。

理解を深めるため、不稔交配樹の花粉形成過程の詳

我々の研究グループでは、ウエスコ学術振興財団の細な観察を行った。
2 種類の不稔交配樹＃11-5-16 と支援の下、不稔形質の分子遺伝学的解析を行ってい#15-7-70 を観察したところ、興味深いことに、互いる。これまでに、‘白桃’を始めとする日本で栽培に異なる異常が観察され、これまでに報告した不稔

される大多数の不稔品種では、輸送タンパク質をコ形質を含め、モモの不稔には少なくとも 3 つのタイ

タイプ
Ⅰ

品種
‘おかやま夢⽩桃’、‘浅間⽩桃’など多数

岡⼭県農研の例に挙げた交配

交配系統の例系統の育成法

異常の時期
⼩胞⼦期

多数

〜液胞期

Ⅱ

‘円桃’など#11-5-3, -8, -15, -16, -22など

岡⼭ PEH8 号のⅢ

未発⾒#15-7-52, -57, -66,
-70, -85 など

岡⼭モモ 2 号と‘福州’

⼩胞⼦期

の F2

〜液胞期

⾃然交配

表 1． モモに見出される雄性不稔形質の分類- 208 -

減数分裂期前不稔の原因変異
⼀塩基置換
不明
不明

プが存在すると考えられた（表１）。

橋ら（2012）が報告した全連鎖群をカバーする 76

そこで、本研究では、タイプⅠに次いで出現頻度

種類の SSR マーカーをもとに、#11-5 シリーズを用が高いタイプⅡの不稔現象を引き起こす遺伝子変異

いてタイプⅡ不稔の遺伝子座のラフマッピングを試について解析を行った。花粉形成は、胞原細胞を起みた。まず、76 種類の SSR マーカーのうち、#11-5

源に花粉母細胞が分化し、その後、減数分裂を経てシリーズの育種親である岡山 PEH8 号のゲノム DNA

成熟花粉が形成される（図 1a）。タイプⅡの交配系

で十分な増幅が見られ、シグナルに多型が認めら

統#11-5-16 の花粉形成は、内被、中間層、タペート

れ、さらにゲノム上で比較的離れた場所に位置して層、花粉母細胞が分化するステージ 4 までは正常にいるという条件を満たす、25 種類の SSR マーカー

進行するものの、正常型に比べてタペート細胞の数を選び出した。次に、#11-5 シリーズの交配樹 23が多い上、花粉母細胞の減数分裂が起こらず、ステ本からゲノム DNA を抽出し、25 種類の SSR マーカ

ージ 5 以降に進行できないまま発達が止まるというーと、過去に作成した稔性マーカーによる解析を行特徴を有している（図１b）。本研究では、これらのった。マーカーのシグナル検出は ABI PRISM

特徴をもとに、タイプⅡ雄性不稔に関わる変異遺伝

3130xl Genetic Analyzer（ThermoFisher

子の探索を行った。

Scientific 社）を用い、データは解析ソフト
GeneMapper（ThermoFisher Scientific 社）を用い

２． 研究内容て解析した。

（１）タイプⅡ不稔形質の遺伝解析

実験結果を次ページの表 2 に示す。SSR マーカー

タイプⅡ不稔交配樹#11-5-16 は、可稔品種であのシグナルは、岡山 PEH8 号を用いた際に得られた

る岡山 PEH8 号の自然交配により作成された#11-5

2 つのシグナルのうち、小さい方のシグナルを a とシリーズ 23 本のうちの一本である。岡山 PEH8 号

し、大きい方のシグナルを a とのサイズ差で表したは、マーカー解析の結果、タイプⅠの不稔変異をヘテロに有することが明らかとなっている。このた（例えば、a より 2 bp 大きい場合、a+2 と表記した）。シグナルが得られなかった場合、nd と記載しめ、#11-5 シリーズの交配樹の中には変異をホモにた。稔性マーカーは、可稔遺伝子の場合 F、不稔遺持つことで不稔形質を示す個体が約 1/4（6 本）出伝子の場合 S と表記した。交配樹への遺伝の仕方か現している。残り 17 本はすべてマーカー判定で可ら、同じ染色体に由来すると推定されるシグナルは

稔と推定されたものの、実際は#11-5-16 を含む 5

同じ色（黄または青）で表した。

本が不稔形質を示した。可稔（12 本）と不稔（5タイプⅠ不稔変異は 6 番染色体の上腕末端付近に本）の割合がおよそ 3：1 であることから、タイプ

存在し、稔性マーカーで変異の有無を検出できる。

Ⅱの不稔形質はタイプⅠの遺伝子座に連鎖しない別の 1 遺伝子座により支配された劣性形質であることが示唆される。

表 2 に示すように、稔性マーカーで S のシグナルのみが検出された 6 個体はいずれも不稔であり（黒実線枠）、可稔の形質を示す 12 個体はいずれも F と S

これまで、複数の研究グループよりモモの SSR マ
ーカーが開発されている。本研究では、福島県の大の両方または F のみのシグナルが検出されている（黒破線枠）。これと同様に、稔性マーカーで可稔- 209 -

と判定されたにもかかわらず不稔であった 5 個体で同じ単一シグナルが検出され（赤実線枠）、可稔の形質を示す 12 個体でヘテロまたはもう一方の単一シグナルが検出される（赤破線枠）ようなマーカーを探した。その結果、2 番染色体上の隣り合った 2
つのマーカーUDP98-025 および MA069a のみがこれに該当することが分かった。このことから、タイプ
Ⅱ不稔変異は 2 番染色体中央付近に座上すると推定された。今後、さらにマーカーを増やして確認するとともに、遺伝子座の領域を絞り込めないかと考えている。
（２）RNAseq による大規模遺伝子発現解析

タイプⅡ不稔交配樹は不稔形質以外に顕著で特異的な形質がみられないことから、タイプⅡ
不稔形質を引き起こす遺伝子は花粉形成のみに関与すると考えられる。このため、遺伝子発現
は花粉が形成される葯のみで発現するという組織特異性を示すであろうと推測した。また、タ
イプⅡ不稔品種において花粉形成はステージ 5以降に進行できないことから、タイプⅡ不稔形
質を引き起こす遺伝子は、通常の可稔品種において花粉形成のステージ 4～5 の頃に機能していると考えられる。このため、遺伝子発現はステージ 4～5 で強く発現し、それより遅いステージ
ではあまり発現しないという時期特異性を示すであろうと推察した。そこで、可稔品種である‘清水白桃’を用いて RNAseq によるトランスク
リプトーム解析を行い、上記の組織特異性、時期特異性を示す遺伝子の探索を試みた。ステー
ジ 4 頃の葯から total RNA を抽出し、RNAseq データは受託解析により取得した。得られた遺伝
子発現プロファイルを、組織特異性を調べるた
め、葉・果皮・果肉（成熟ステージが異なる 4種）
・花弁のプロファイルと、さらに、時期特異性を調べるために、ステージ 6 および 12 の葯のプロファイルと比較し、候補遺伝子の絞り込みを行った。絞り込むために、まず①統計的に有意差があること、次に②その中で比較対象に比べてステージ 4 の葯で発現量が 5 倍以上高いこ- 210 -

小田賢司（2019）新たに見出されたモモ不稔現象の表 3．遺伝子発現解析による候補遺伝子の絞り込み
比較対象
葉
果皮
果肉（S1）
果肉（S2）
果肉（S3）
果肉（S4）花弁
葯（S8）葯（S12）①（統計的有意差）
10,401②（5 倍以上発現）
2,340

10,797
7,549
7,623
8,369
9,060
14,86010,476
15,595

2,214
2,007
2,347
2,322
2,983
3,041
550
7,785

詳細解析．平成 30 年度公益財団法人ウエスコ学術

全てに共通振興財団研究成果報告書集 p121-122

230ととした（表 3）。全ての②の解析結果に共通する遺伝子は 230 に絞りこまれた。
（３）ゲノム変異の大規模解析
不稔交配樹#11-5-16 はタイプⅡ不稔変異をホモで持ち、育種母本である岡山 PEH8 号はヘテロで持つと考えられる。モモはすでにゲノム配列が公開されていることから、#11-5-16 および岡山 PEH8 号からゲノム DNA を抽出し、イルミナ次世代シークエンサーによるリシークエンスの受託解析を実施した。
そして、（２）の RNAseq 解析により絞り込まれた230 の候補遺伝子の中から、変異が#11-5-16 においてホモ、岡山 PEH8 号においてヘテロで見つかる遺伝子を選び出した。その結果、31 の遺伝子が候補として得られた。さらに、（１）の遺伝解析の結果を元に、2 番染色体にコードされる遺伝子を探した
ところ、4 つの遺伝子が最終候補として残った。今後、この 4 遺伝子について詳細な解析を進めていく
予定である。
３． 謝辞
本研究は、（公財）ウエスコ学術振興財団の支援の下に行われました。研究に用いたモモは、岡山県農林水産総合センター農業研究所果樹研究室より分与
いただきました。厚くお礼申し上げます。
４． 参考文献
大橋義孝ら（2012）モモの形質に関連した SSR マー
カーの取得．福島農総セ研報 4:39-52
小田賢司（2018）モモ花粉稔性を支配する遺伝子の同定とマーカー化．平成 29 年度公益財団法人ウエスコ学術振興財団研究成果報告書集 p97-99- 211 -

栽培化により失われたトマトの短日性を支配する鍵遺伝子の解明
岡山県農林水産総合センター
後藤 弘爾（概要）トマトは日長に依存せず花成が起きる典型的な中性植物とされているが、トマトの近縁野生種の多くが短日植物であることが明らかとなり、人類が栽培化の過程で中性植物化した変異体を品種として固定したと考えられる。本研究では、まずトマトが栽培化の過程で失った日長応答的花成の鍵となる遺伝子を特定した。
農作物の中性植物化は、季節に依らず花成が期待できる（四季咲き性）ことから、有用な農業形質として栽培化や品種改良の過程において積極的に取り入れられてきた形質である。四季咲き性作物の花成制御は、温度や肥料等の複合的な栽培管理技術によって行われてきたが、近年の地球環境変動に伴う温暖化により、従来の栽培技術のみで行うことが困難になりつつある。本研究では、中性化した栽培トマトに日長応答的花成の鍵遺伝
子の機能を復活させ、日長応答的花成を示すトマトの開発に成功した。日長制御による人為的花成制御が容易になったトマト品種は、収穫期の平準化をもたらし、生産者のニーズを満たすと共に、供給や価格の点で消費者へのメリットももたらすことが期待される。
子植物に保存されており、調べられた植物において

1． はじめに植物は光や温度などの環境要因（外的要因）およ花成に関与していることが明らかにされた。
従って、び植物ホルモン、栄養状態、成育年齢などの生理的

FT およびそのホモログタンパク質がフロリゲンの要因（内的要因）が刺激となって花芽を形成する。

分子実体であることが広く認められるようになった。

この過程を「花成」と呼ぶ。花成は、茎頂から発生

現在農作物として栽培されている植物の多くは、栽する器官が葉から花に転換する現象であり、栄養成培化の過程で野生種（原種）の中から四季咲き性、長から生殖成長に転換するという、成長相の転換を

多収性、早生性などの農業上の有用形質を持つもの意味している。従って、花成という生理現象は、肉を人為的に選抜し、遺伝的に固定したもの(栽培品

眼で花芽や蕾が観察できるかなり前に起きている。

種)である。この様に、現在は中性植物(四季咲き性)

日長は季節に伴い正確に変化するので、
植物は日長

であるが、
その祖先種は日長感受性を示す(短日性やの変化に鋭敏に反応して花成を誘導する仕組みを備長日性)とされている作物は数多く知られている。
ト

えており、これを日長応答的花成と呼ぶ。植物は日マトも例外ではなく、南米アンデス地方に起源を持

長応答の様式により、明期（光の当たる昼の時間）

ち、
中南米で栽培されていた祖先種が 16 世紀にヨーが暗期（夜の時間）より長いと花成が起きる長日植

ロッパにもたらされた。その後、18 世紀に一般的な物と、逆に暗期が長いと花成が起きる短日植物とに

食用作物となるまで約 200 年に渡る品種改良が主に分類されるが、日長応答性を示さない中性と呼ばれヨーロッパ南部で行われたとされている。
その後も、る植物（中性植物）も存在する。花成ホルモンとも

栽培上および食用上有用な形質に関して人為的な選呼ばれるフロリゲンは、日長に応答して葉で生成さ抜が行われた結果、現在みられる様な四季咲き性でれ、長距離シグナル伝達によって茎頂に届き、花成

大きな赤い果実をつけるトマト品種になった。

を誘導する植物ホルモンとして 1930 年代に定義さ植物の日長応答的花成に関する研究は、国内外でれたものの、長年にわたりその分子を捉えることが100 年以上の歴史がある。近年、モデル植物のシロできなかった。近年、モデル植物のシロイヌナズナ

イヌナズナを用いた研究により、花成経路の遺伝学を用いた研究から、フロリゲンの分子的な実体は FT的枠組みが明らかにされ、長年その分子実体が不明

遺伝子がコードするタンパク質であることが明らかであった花成ホルモン(フロリゲン)は、FT というタになった。さらに、FT のホモログ遺伝子は多くの被ンパク質であるということが解明された。また、FT- 212 -

グ遺伝子が存在することが予想された。これらの中から発現している遺伝子、即ち機能していると考えられる遺伝子を全てクローニングすることにした。
フロリゲン遺伝子 FT は、主として葉で発現していることから、トマトの成熟葉を材料とし、そこからRNA を抽出し cDNA を合成した。調製した cDNA を鋳型に、ゲノム情報に基づいてプライマーを設計し、PCR 法により目的遺伝子の増幅を行った。その結果、12 個の FT ホモログ遺伝子のクローニングに成功した。残りの 2 個の遺伝子については、発現していな
いか、遺伝子アノテーションに誤りがある可能性が【図 1】トマト FT ホモログ遺伝子の分子系統樹。

考えられる。クローニングに成功した 12 個の FT ホ

各遺伝子のコード領域から予測されるアミノ酸配列

モログ遺伝子について、cDNA 全長の塩基配列を決定

を近隣結合法(Neighbor-Joining 法)により分子系

し、コードするアミノ酸配列に基づいた分子系統樹

統樹を作製した。
SP__はトマトの FT ホモログ遺伝子を作製した(図 1)。図に示す FT clade とは、フロリ

で、MFT、FT、TSF、BFT、ATC と TFL1 はシロイヌナ

ゲン FT に近いアミノ酸配列を持つタンパク質群でHuman_PEBPはroot
ズナの FT パラログ遺伝子である。

ある。また、TFL1 clade とは、アンチフロリゲンとを計算するためのヒトのもつ FT ホモログ遺伝子。

よばれる TFL1 に近いアミノ酸配列を持つタンパク質群である。アンチフロリゲン TFL1 とは、FT と非遺伝子は被子植物に広く保存されていることも明ら常によく似たアミノ酸配列を持つが、花成を抑制すかになった。フロリゲンは、元々日長応答的花成をる機能、つまりフロリゲンとは逆の機能を持つタン制御するホルモン様の長距離シグナル伝達物質としパク質であることがシロイヌナズナでの研究によりて定義されたものであるが、FT 遺伝子のホモログは、

明らかになっている 2。従って、TFL1 clade のタン

日長応答的花成を示さない中性植物（栽培品種では

パク質は、その配列が FT と相同性を持っているのになく、祖先種も中性）にも保存されている。このこもかかわらず、花成に対しては抑制的に作用するととからフロリゲンは、様々な花成応答経路に関与し考えられる一群のタンパク質である 3。

ていると考えられるようになった。実際、FT 遺伝子
は日長応答的花成経路だけではなく、温度ならびに2-2．トマト近縁野生種の日長応答性

植物ホルモンなどの生理的要因による花成経路の遺現存するトマトの栽培品種は、
日長感受性を示さな

伝子群の働きにより発現制御されている。つまり FT

い中性植物であるとされている。実際に日本で栽培遺伝子は、様々な花成応答経路を集約し、その下流されている品種およびヨーロッパ系と呼ばれる品種に位置する経路を制御する統合因子として働いていについて、十数種類を選んで調べたところ、全て中る。従って、ある植物の花成制御機構を解明するた性植物であることが確認できた。次に、中南米の自めには、まずその植物が持つ FT ホモログ遺伝子の機

生地から採集された現存するトマト近縁野生種の日能と発現とを解析することが第一歩である。

長応答性を調べた。トマト遺伝資源ストックセンター(Tomato Genetics Resource Center、U. C. Davis)

2．結果と考察が所有している代表的なトマト近縁野生種について、

2-1.トマトゲノム上に存在する FT 遺伝子群

日長応答性を調べた結果を表 1 に示す。表に示した

トマトの全ゲノム解読 1 と遺伝子アノーテーション

ように、トマト近縁野生種の過半数が短日性を示す

により、トマトのゲノム上には、14 個の FT ホモロ

結果となった。

- 213 -

S. galapagense

短日性S. pennellii

短日性S. pimpinellifolium

中性

S. cheesmaniae

短日性S. lycopersicum
var. cerasiforme

短日性S. peruvianum

中性

S. corneliomulleri

中性

S. neorickii

短日性

S. chilense

中性

S. huaylasense

短日性

S. arcanum

中性

S. chmielewskii

中性

S. chilense

中性

S. chmielewskii

短日性

S. habrochaites

短日性

【図 2】
トマト FT ホモログ遺伝子の組織特異的発現。
蓄積している RNA 量を定量的逆転写リアルタイム
PCR 法により測定した。縦軸はハウスキーピング遺伝子に対する相対的な発現量。青は長日条件、赤は短日条件での値。Root:根、Hyp:下胚軸、Cot:子葉、Jleaf:幼若葉、Aleaf:成熟葉、Mleaf:第一花房後の葉、VM:栄養茎頂メリステム、IM:花序茎頂メリステ【表 1】トマト近縁野生種の日長応答性
短日性は、長日条件下に比べて短日条件下で花成が促進されたもの。長日性は、逆に長日条件下でより花成が促進されたもの。中性は、長日条件下と短日条件下とで花成に差がみられなかったもの。

ム、FM:花メリステム、Fruit:果実。
2-4.トマト FT ホモログ遺伝子の組織特異的発現の解析

トマト FT ホモログ遺伝子の機能解析を進める前に各遺伝子の発現解析を行った。
トマト FT ホモログ遺2-3．トマト FT ホモログの遺伝子構造

複数のトマト栽培品種からクローニンした FT ホモログの遺伝子と、表１のトマト近縁野生種からクローニングした FT ホモログの遺伝子との塩基配列とを比較した。その結果、トマト栽培品種間で塩基配列は全て一致したが、栽培品種と近縁野生種との間、および近縁野生種間には多くの一塩基多型(SNP)が観察された。それらの中にはアミノ酸配列に影響を及ぼすものも存在した。
特に注目すべき発見は、FT clade に属する 2 つの遺伝子において、栽培品種から得られた遺伝子に、
ナンセンス突然変異とフレームシフト突然変異とが見つかった。これらの変異は、タンパク質の機能に重大な影響を及ぼしていることを示唆する。一方、それらに対応する近縁野生種の遺伝子は完全長のタ
ンパク質（機能的なタンパク質）
をコードしていた。
これは、野生種で機能していたタンパク質が、栽培品種では機能が失われていることを示唆している。

伝子には、FT clade と TFL1 clade の両方の遺伝子群が存在しているが、これまでの研究から、フロリゲン遺伝子は葉で発現することが知られている。一方、FT ホモログ遺伝子の中でもアンチフロリゲンとシロイヌナズナでは茎頂でして働く TFL1 遺伝子は、発現している。また、これまでに調べられたトマト
茎頂で発現している遺伝の TFL1 ホモログ遺伝子は、子が多く、またそれらの遺伝子は直接的には花成に影響を与えないことが知られている。従って、葉で特異的に発現する遺伝子が花成制御に関与する遺伝子と考えることができる。
そこで、葉で特異的に発現する遺伝子について機能解析を進めるため、
栽培トマトにおける FT ホモログ
遺伝子の組織特異的発現を調べた(図 2)。図に示した遺伝子は、葉と茎頂の両方で発現がみられる例外
的な遺伝子である。残り 11 遺伝子の内、5 遺伝子については主として葉で発現が観察され、別の 3 遺伝

- 214 -

野生型
8
7
6
5
4
3
2
1
0

【図 3】遺伝子導入シロイヌナズナを用いたトマト

FT ホモログ遺伝子の機能解析。
Col は遺伝子導入していない対照植物。SPa、SPb、SPc、SPd、SPe は、栽培トマト由来の遺伝子を、SPb-W、SPc-W、SPe-W は、近縁野生種由来の遺伝子を持つ遺伝子導入植物を示す。

#3a

#8a

SPc-W 遺伝子導入個体

子については主に茎頂で発現がみられた。残る 3 遺伝子については、発現量がどの組織においても低く、【図 4】SPc-W 遺伝子導入トマトの機能解析。

かつ組織特異的な発現は観察されなかった。また、

薬剤誘導性プロモーターをもつ SPc-W 遺伝子を導入

長日条件と短日条件とで遺伝子発現の違いを調べた

したトマト。誘導条件下で早咲き表現型を示した。

ところ、長日条件特異的な発現を示した遺伝子が 1個、短日条件特異的な発現を示した遺伝子が 3 個あ数が葉特異的な発現を示し、TFL1 clade の遺伝子のり、残りは日長条件特異性を示さなかった。

多くが茎頂特異的な発現パターンを示した。

以上の遺伝子発現解析から、トマト FT ホモログ遺そこで、FT clade の遺伝子について、シロイヌナ

伝子の中に、日長に応答して葉で発現するという、ズナを用いた機能解析を行った。カリフラワーモザ

典型的なフロリゲン遺伝子と同じ発現パターンを示

イクウイルスの 35S プロモーターを用いて、各々のすものが見つかった。一方、図 2 に示したように、遺伝子を構成的に発現させたシロイヌナズナの花成葉と茎頂の両方で発現しているという、先例のないの表現型を調べた（図 3）。
まず、SPc と SPe 遺伝子について調べたところ、発現パターンを示す遺伝子も存在することが明らかとなった。

これらの遺伝子は花成に関する表現型を示さなかっトマト FT ホモログ遺伝子は、12 個存在しており、た。これらの遺伝子は遺伝子構造から予想されたよ

遺伝子のファミリーメンバーの数が被子植物の中でうに、機能を失った変異遺伝子であることが明らかは多く、機能が多様化している可能性がある。つまになった。そこで、これらの遺伝子の野生型遺伝子

り、これらの遺伝子メンバーの中にはフロリゲンかと考えられる近縁野生種由来の遺伝子 SPc-W、SPe-W

ら機能分化し、他の機能を持つようにリクルートさを導入したところ、早咲きの表現型がみられ、フロれたものが存在すると考えられる。

リゲンとして働き得ることが示された。
次に、SPd 遺伝子について調べたところ、SPd は FT

2-5.シロイヌナズナを用いたトマト FT ホモログ遺clade の遺伝子であるにもかかわらず、遅咲きの表

伝子の機能解析

現型を示した。さらに、SPb は、構造上では栽培種

遺伝子発現解析の結果、FT clade の遺伝子の大多由来のタンパク質と近縁野生種由来のタンパク質と- 215 -

10

CSSL
SPb

16
14

CSSL
SPc

8

12
10

6

栽培

M82
トマト

8

CSSL

4

6
4

SPc-W

2

2

SPb

0

0

CSSL

LD
長日

SD
短日

染色体構造

【図 5】CSSL-SPb の花成の表現型と染色体構造。

【図 6】CSSL-SPc の花成の表現型と染色体構造。

野生型遺伝子 SPb-W の染色体断片を持つ CSSL は、
短薬剤誘導性プロモーターをもつ SPc-W 遺伝子を導入

日条件で花成が促進された。

したトマト。誘導条件下で早咲き表現型を示した。

で、2 個のアミノ酸置換が起きているだけであるが、早咲きまたは遅咲きの機能は、アラビドプシスを用栽培種由来のタンパク質 SPb は機能を失っており、いた解析結果と概ね一致した。

近縁野生種由来の SPb-W は遅咲きの表現型を示すこ
2-7.染色体断片置換系統（CSSL）を用いた解析と短とが明らかとなった。

日性トマトの作製
2-6.トマトを用いたトマト FT ホモログ遺伝子の機

SPd 遺伝子を導入したトマトは、強い花成抑制のた能解析

め花が咲かなかった。しかし、遺伝子導入前のトマモデル系であるシロイヌナズナを用いて、他の植物トにも機能的な SPd 遺伝子（内在遺伝子）が存在し種由来の遺伝子機能を評価する手法は、これまでのている。これは導入遺伝子が内在遺伝子より強力に研究から十分に妥当性が認められている。一方、本働いたためと考えられる。つまり本来の遺伝子機能研究で明らかになった事実は、これまでの FT ホモロは、染色体の一部として核内に存在した時に発揮さグ遺伝子に関する既成概念を覆すような重要なものれるので、プロモーターを改変したりした遺伝子導であることから、トマトへの遺伝子導入は容易では入による機能解析には技術的限界が存在することがないものの、
トマト FT ホモログ遺伝子の機能解析を示唆された。

トマトにおいても行うことが重要となった。

そこで、本来の野生型遺伝子、SPb-W または SPc-W

35S プロモーター制御下で SPc-W 遺伝子を発現すを持つトマトの表現型を解析するには、それぞれのるように構築したプラスミドを導入したトマトは、遺伝子を染色体の一部として核内に持つトマトを作

非常に強く花成が促進されたため、次世代の種子が製する必要がある。そのために染色体断片置換系統得られず、十分な解析が行えなかった。そこで、薬（CSSL）群を活用した。CSSL とは、栽培トマトと近剤誘導性プロモーターを用いたプラスミドを再度構

縁野生種とを交配し、栽培トマトの染色体の一部分

築して SPc-W を遺伝子導入した。その結果、アラビが近縁野生種の染色体に置換したトマト系統であり、ドプシスに導入した場合と同様に早咲きになること置換した染色体の位置に応じて多くの系統が作出さが示された（図 4）。

れている。これらの CSSL 群の中から、それぞれ SPb

SPb-W および SPd 遺伝子を導入したトマトは、花と SPc 遺伝子の染色体部位が置換した系統を遺伝子

成が強く抑制され、花が咲く個体を得ることが困難

解析により選抜した。CSSL-SPb と名付けた系統は、であった。この様に、トマトを用いた遺伝子機能解栽培トマトの染色体背景で SPb 遺伝子を含む狭い染

析は、かなり困難な物であったが、各遺伝子が持つ色体領域のみが近縁野生種の染色体に置換している- 216 -

3．まとめと展望

12

本研究では、トマトの持つ FT ホモログ遺伝子を全→10てクローニングし、その遺伝子構造を明らかにした。
トマト近縁野生種由来の遺伝子との比較構造解析に

8より、トマト栽培種の遺伝子に機能欠失をもたらす
6

変異が生じていることが明らかとなった。また、シ←ロイヌナズナとトマトを用いた遺伝子機能解析の結4

果、フロリゲンとして機能することが期待される FT
2clade に属する遺伝子であっても、花成を抑制する
アンチフロリゲン様の機能を持っていることが明ら0 

かとなった。

【図 7】
ゲノム編集による SPd 遺伝子ノックアウト。

次に、栽培化によって失われた遺伝子機能を復活さ

SPd 遺伝子をノックアウトすることにより、理想的せるため、染色体断片置換系統を用いて研究を進めな短日性トマトの作出に成功した。

た。その結果、SPb 遺伝子の機能が染色体レベルで野生型になれば、栽培トマトも短日植物化すること系統である。
つまり、ほぼ栽培トマトでありながら、を見いだした。つまり SPb 遺伝子が、トマトの短日

染色体レベルで野生型の SPb 遺伝子を持つ系統であ性を支配する鍵遺伝子である。また、ゲノム編集技

る。同様に CSSL-SPc は、栽培トマトが染色体レベル

術を用いることにより、生産栽培にとって理想的なで野生型の SPc 遺伝子を持つ系統である。

特性を持つ短日性トマトの作製にも成功した。このCSSL-SPb および CSSL-SPc について、花成の表現型

系統を用いた育種により、今後生産現場において有を調べた。CSSL-SPb は、SPb-W 遺伝子の機能や発現用な品種の開発が進むことが期待される。

パターンから予想されたように、短日性トマトとしての表現型を示した（図 5）。一方、CSSL-SPc につい謝辞

本研究を実施するにあたりご支援を戴きました公ては、残念ながら栽培トマトとの表現型に差はみられなかった（図 6）。

益(財)ウエスコ学術振興財団に感謝致します。

2-8.ゲノム編集による理想的な短日性トマトの作

引用文献

製

1

CSSL-SPb により得られた短日性トマトは、短日条
件により花成が促進されるというよりは、長日条件

The tomato genome sequence provides insights into
fleshy fruit evolution. Nature 485, 635-641, (2012).

2

Hanano, S. & Goto, K. Arabidopsis TERMINALにより花成が抑制されるという、短日性であった。

FLOWER1 is involved in the regulation of flowering

作物としてのトマト生産には、短日条件により花成timeが促進されるタイプの短日性トマトが理想的である。

transcriptional repression. Plant Cell 23, 3172-3184,

そこで栽培トマトが野生型遺伝子として持っている、(2011).

花成抑制遺伝子 SPd の機能をゲノム編集法により破3

andinflorescence

Zhu, Y. Goto, K.

development

through

Wagner, D. et.al. TERMINAL

壊（遺伝子ノックアウト）した。ノックアウト系統

FLOWER 1-FD complex target genes and competition

は、短日条件により花成が促進される、生産栽培にwith FLOWERING LOCUS T. Nature Com. 11:5118

とって理想的な花成の表現型を示した（図 7）。この(2020).

系統は、今後トマトの品種改良にとって有望な育種母本となることが期待される。

- 217 -

抑制性 DAMPs の新規同定と炎症性疾患への寄与の解明
就実大学 薬学部
渡邊 政博，豊村 隆男，森 秀治
これまでに我々は，生体内において生成・蓄積する終末糖化産物（Advanced glycation end products, AGEs）が，特定の生体分子と複合体を形成し，その結果として生体分子の作用が変化する現象を見出し，解析を進めてきた．その中で，新たに複数の AGEs 結合分子（AGEs-BP）を見出した．これらの分子について検討を進める中で，AGEs-BP 分子のひとつである AGEs-BP2 は，内在性の起炎分子であるダメージ関連分子パターン（Damage-associated molecular patterns, DAMPs）に特徴的な分子挙動を示すことが示された．このことから
AGEs-BP2 は，新規 DAMPs である可能性が考えられた．一方で，AGEs-BP2 は DAMPs とは異なり，炎症を誘導する機能を有しないことが示唆された．さらに，AGEs-BP2 は既知の DAMPs により誘導される炎症を抑制する機能を有する可能性が示された．これらの結果は，AGEs-BP2 が，既知の DAMPs と同様の挙動を示しな
がら，DAMPs の作用の抑制に寄与する抑制性 DAMPs であることを強く示唆している．

1. 背景と目的と考えられている．DAMPs は，通常は細胞内にお外来性の病原体から生体を防御するシステムであいて機能する生体分子であり，組織損傷や細胞傷害

る免疫系において，炎症は重要な役割を果たしていに伴い，細胞外へと放出される．その代表例は，核る．免疫系における炎症の役割として，① 感染が生

内 タ ン パ ク 質 で あ る high mobility group box-1

じている部位に免疫担当細胞を誘引すること，② 局（HMGB1）である．細胞外へと移動した DAMPs

所的に血栓を形成し感染の拡大を阻止すること，③は，PAMPs の受容体であるパターン認識受容体を刺感染により損傷した組織の修復に寄与すること，な

激して，PAMPs と同様のメカニズムにより炎症を引どが挙げられる．一方で近年，炎症が要因となってき起こすと考えられている．

疾患や，生体の機能不全が生じる可能性が指摘され，PAMPs により生じる炎症は，生体内に侵入した病注目を集めている．一例として，メタボリックシン

原体の排除に寄与する．これに対して，DAMPs のドロームや，加齢に伴って進行する疾患の背景に，役割は，炎症を介して組織等の修復を促すことにあ

感染とは無関係に生じた炎症の継続（非感染性の慢ると考えられている．これらの炎症の方向性を定め性炎症）が存在する可能性が示唆されている．
通常，るメカニズムは明らかになっていないものの，

炎症は，病原体そのものや，病原体を構成する分子

PAMPs や DAMPs が現れる環境に共存する炎症性サの存在を免疫担当細胞が認識することによって駆動

イトカイン等の種類や量が関係する可能性が考えらされる．これらの炎症を引き起こす病原体由来の分れる．一方で，現時点においてこれらの分子自体の子 群 を ， 病 原 体 関 連 分 子 パ タ ー ン

作用メカニズムは共通であると考えられており，そ（pathogen-associated molecular patterns, PAMPs）と総の生理的な役割が重複している可能性も考えられる．

称する．その代表例は，グラム陰性菌の細胞壁の構

実際に，代表的な DAMPs である HMGB1 は，組織成成分であるリポ多糖（Lipopolysaccharide, LPS）で損傷や細胞傷害が生じた際のみならず，免疫担当細ある．

胞から能動的に分泌されることが示唆されている

これに対して，慢性炎症は，ダメージ関連分子パ[1]．このことは，HMGB1 が自然免疫系において積ターン（Damage-associated molecular patterns, DAMPs）

極的に炎症を駆動する役割を有していることを示唆と総称される内在性の起炎分子群により駆動されるしている．さらに，最近になって，HMGB1 は単独- 218 -

では起炎分子として作用せず，PAMPs との相互作用段階において，慢性炎症の基盤を形成する分子であを介して機能発現する可能性が示唆されている[2,ることが考えられる．これらのことから，AGEs–

3]．実際に我々も，これまでの検討の中で PAMPs

RAGE 系の作用メカニズムに注目が集まっている．

である LPS の混入を排除して調製した HMGB1 のリ

一方で我々は，RAGE を介するもの以外の AGEs

コンビナント分子は，免疫担当細胞からの炎症性サの作用メカニズムに注目した解析を進めてきた．そイトカインの放出を刺激せず，微量の LPS を共存さの中で，AGEs が他の炎症関連分子と相互作用する

せた際に既知の作用を示すことを確認している[4]．

ことにより，炎症関連分子の作用を変化させることこのように，DAMPs の生理的な役割や，その作用を見出した[5–7]．この現象は，AGEs の作用メカニ

メカニズムについては明確になっていない点が多くズムとして従来認識されてきた，AGEs が形成され残されている．

た生体分子自体の機能が変化する現象，および

これまでに我々は，PAMPs や DAMPs の受容体でAGEs が RAGE を刺激することにより生じる現象にあるパターン認識受容体を刺激する第 3 の分子であ続く第 3 の新たな作用であると考えられる．
そこで，る，終末糖化産物（Advanced glycation endproducts,

この現象が作用する分子を網羅的に探索することをAGEs）に着目して研究を進めてきた．AGEs は，糖目的として，2 つの検討を試みた．

やその代謝産物と，タンパク質等の生体分子が非酵

ひとつめの検討として，AGEs をプローブとして素的に結合することによって生じる複合分子であり，既知の炎症関連分子をターゲットとしたプロテイン

旧来食品の褐変現象の要因として認識されてきた．

アレイ解析を行った．その結果，AGEs と強く相互近年になって，この分子が生体内においても生成す

作用する分子として HMGB1 が見出された．この現ることが示され，その生体への作用が明らかになり象が HMGB1 の作用に与える影響を検討したところ，つつある．生体内において生じる AGEs の一例が，AGEs の共存は，HMGB1 と LPS によって誘導されヘモグロビン A1c であり，“高血糖の記憶”を記録

る炎症性サイトカインの発現・分泌を促進することした分子として糖尿病の診断において臨床応用されが明らかとなった[4]．なお，本解析では HMGB1 以ている．AGEs が生体に与える影響として，はじめ

外にも AGEs と相互作用する候補分子が複数示されに明らかにされたのは，生体分子を基盤としてており，これらの分子についての解析は現在進行中

AGEs が形成されることにより，当該生体分子の機である．

能が阻害される事例である．これらは，糖尿病や加ふたつめの検討として，AGEs をプローブとして齢に伴う生理機能の変化に寄与すると考えられてい生体組織から AGEs と相互作用する分子をアフィニる．実際に，AGEs は糖尿病や加齢に伴い，生体内

ティー精製し，質量分析により相互作用分子を同定

への蓄積量が増加することが知られている．さらにした．その結果，複数の AGEs 結合分子 AGEs-BP（仮その後，AGEs の内在性受容体として，パターン認称）を見出すことに成功した．これらの分子の一部識受容体である AGEs 受容体（Receptor for AGEs,について，その性状を解析したところ DAMPs 様のRAGE）が発見された．興味深いことに RAGE は，挙動を示すことが示唆された．さらに，本研究の対DAMPs の受容体としても機能することが示唆され象とした分子 AGEs-BP2（仮称）は，DAMPs 様の挙ている．
そのメカニズムについては，
未だ明確になっ動を示しながら，DAMPs と共存することによりていないものの，RAGE 刺激は，他のパターン認識

DAMPs が炎症を誘導する現象を抑制することが示

受容体と同様に炎症を駆動すると考えられている．

唆された．この予備的知見は，AGEs-BP2 は，これこのことから，生体内への AGEs の蓄積は，外来性までに報告されたことがない炎症抑制作用を有するの病原体の侵入（PAMPs）
や組織・細胞損傷（DAMPs）

DAMPs（抑制性 DAMPs）である可能性を示していが無い状態において，持続的に炎症を引き起こす可ると考えられた．そこで本研究では，この現象につ能性が考えられる．すなわち，DAMPs よりも前のいて詳細を明らかにすることを目的として以下の解- 219 -

析を行った．

示差走査蛍光定量法による分子間相互作用解析
リコンビナント AGEs-BP2 と HMGB1 を Protein

2. 方法

Thermal Shift Dye（Thermo Fisher Scientific, Waltham,

リコンビナント分子の調製

MA, USA）と混合し，QuantStudio 3 リアルタイム

AGEs-BP2 および HMGB1 は，昆虫細胞発現系に

PCR システムにおいて ROX フィルターを用いた融より調製した．系としては Thermo Scientific 社の解曲線解析を行った．解析の設定は，25ºC，2 分；

Bac-to-Bac 法を用いた．まず，N 末端側に His タグ

0.05ºC/秒にて温度上昇；99ºC，2 分とした．解析デーを付加した目的分子のコード領域を転移ベクターに

タ よ り ， QuantStudio design & Analysis Software

サブクローニングした．このベクターを Bacmid 調

version 1.5.1（Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA,

製用大腸菌（DH10Bac）に導入し，Bacmid を調製しUSA）を用いて温度変化に対応した蛍光強度の値をた．続いて，Bacmid を昆虫細胞（Sf9）に導入し，抽出し，移動平均によりデータの平滑化を行った．

培地に放出された目的分子発現用のバキュロウイル

続いて，平滑化したデータを前方差分により温度にスを調製した．さらに，得られたバキュロウイルス

ついて数値微分し，微分係数が最大となる（蛍光強を Sf9 に感染させることにより，細胞内において目度の変化が最大となる）温度を当該タンパク質の融的分子の発現を誘導した．バキュロウイルスの力価

解温度（Tm）とした．

は，フローサイトメーター（NovoCyte Flow Cytometer（ACEA Biosciences））を用いて Sf9 細胞表面におけ統計解析

る gp64 の発現を検出することにより決定した．

統計解析は R（version 3.6.3，The R Foundation for

目的分子を発現させた Sf9 を回収し，破砕した上

statistical computing）を用い，Dunnett の検定によりで，目的分子を TALON レジン（タカラバイオ）に行った．有意水準は 5%，1%および 0.1%とした．全より精製した．精製した目的分子のエンドトキシンてのデータは平均値 ± 標準誤差にて表記した．

含量は，ToxinSensor Single Test Kit（GenScript）により評価し，0.01 EU/g 未満であることを確認した．

3. 結果と考察
AGEs-BP2 の作用の検証

目的分子の細胞への作用の評価

本研究に先だって行った予備検討において，リコンビナント AGEs-BP2，HMGB1，およびAGEs-BP2 が，代表的な DAMPs である HMGB1 に

Lipopolysaccharide（LPS）（Invivogen）を培地（10%FBS

よる炎症の誘導を抑制することが示唆された．そこ（Gibco）を添加した DMEM（Sigma））に混合し，

で，この現象について細胞培養系を用いて検証した．

野生型 RAW264.7 細胞に与えた．1 時間培養後，これまでの検討により，HMGB1 が炎症を誘導す

FastGene RNA 精製キット（日本ジェネティクス）にる作用には少なくともLPSの共存が必要であること

より total RNA を抽出し，ReverTra Ace qPCR RTを見出している．想定外の LPS の共存の影響を除外

Master Mix with gDNA Remover（TOYOBO）によりするため，本研究において用いたリコンビナント分

逆 転 写 し cDNA を 合 成 し た ． 続 い て ，子は，いずれも昆虫細胞発現系により調製し，LPS

THUNDERBIRD SYBR qPCR Mix（TOYOBO）を用

含量が 0.01 EU/g 未満であることが確認されたもの

いて Thermal Cycler Dice Real Time System Lite（タカを用いている．

ラバイオ）による real time PCR 解析に供した．プラ本研究において調製した AGEs-BP2 を，免疫担当

イマーは，タカラバイオより購入した（-actin，細胞のモデルとして用いられる RAW264.7 細胞に与MA050368-F お よ び -R ； Tumor necrosis factor-

えたところ，同様の手法で調製した HMGB1 と同様（TNF），MA154015-F および-R）．

に，炎症性サイトカインである TNF-の発現に影響を与えないことが示された（データは示さない）．そ- 220 -

こで続いて，LPS と AGEs-BP2 の 2 者，およびAGEs-BP2 の DAMPs 抑制メカニズムの解析

HMGB1，LPS，AGEs-BP2 の 3 者を同時に細胞に与続いて，AGEs-BP2 が LPS と HMGB1 による炎症

え，LPS 単独，および LPS，HMGB1 の 2 者を与えの誘導を抑制するメカニズムを明らかにすることをた場合の TNF-の発現と比較した（図 1）．その結果，

目的として，AGEs-BP2 と HMGB1 の相互作用の有AGEs-BP2 は，HMGB1 とは異なり，LPS との共存無を検討した．本検討では，相互作用により結合しによる TNF-の発現を促進しないことが示された

た分子は，単独の分子とは熱安定性が変化するとい（図 1）．さらに，LPS と HMGB1 が共存することにう現象を利用し，示差走査蛍光定量法[8]によりより生じる TNF-の発現誘導は，AGEs-BP2 が共存

AGEs-BP2 と HMGB1，および両分子を混合したサすることにより強く抑制されることが示された（図

ンプルの融解温度（Tm）を測定した．解析の結果，

1）．

両分子を混合したサンプルの Tm は，AGEs-BP2 お予備検討により AGEs-BP2 は，HMGB1 と同様の挙動を示すことが示唆されている．このことは，

よび HMGB1 のいずれとも異なる値となることが示された（データは示さない）．

AGEs-BP2 が DAMPs である可能性を示唆している

この結果は，AGEs-BP2 と HMGB1 が直接的に相と考えられた．しかし本研究では，AGEs-BP2 が，互作用する可能性を強く示唆している．今後さらな代表的な DAMPs である HMGB1 とは異なり，LPS

る検討が必要であるものの，AGEs-BP が HMGB1 の共存下におけるTNF-の発現を誘導する作用を有し

DAMPs としての作用を抑制する現象は，この相互ないことが示唆された．さらに，LPS，HMGB1 と作用によって生じている可能性が考えられる．

共存させることにより，LPS と HMGB1 により誘導される TNF-の発現を抑制することが示唆された．

現在，本研究により得られた知見を発展させ，抑これらの結果は，AGEs-BP2 は，DAMPs と同様の挙制性 DAMPs の作用メカニズムや，その生理的な意

動を示しながら，他の DAMPs による炎症誘導を抑義について解析を進めている．

制する抑制性 DAMPs と称すべき分子であることを
4. 謝辞

示唆していると考えられた．

本研究をご支援いただきました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします．
5. 参考文献[1] Lu B, Wang H, Andersson U, Tracey KJ. Regulationof HMGB1 release by inflammasomes. Protein Cell. 4(2013) 163–167.
[2] Hreggvidsdottir HS, Ostberg T, Wähämaa H,
Schierbeck H, Aveberger AC, Klevenvall L, Palmblad K,
Ottosson L, Andersson U, Harris HE. The alarmin
図 1. AGEs-BP2 の作用の検証 RAW264.7 細胞に，

HMGB1 acts in synergy with endogenous and exogenous

LPS，LPS と HMGB1，LPS と AGEs-BP2 およびdanger signals to promote inflammation. J Leukoc Biol.

LPS，HMGB1，AGEs-BP2 を与え，1 時間培養後に86 (2009) 655–662.

total RNA を精製し，real time RT-PCR により TNF-

[3] Hreggvidsdóttir HS, Lundberg AM, Aveberger AC,の mRNA レベルを相対定量した．***：P < 0.001，

Klevenvall L, Andersson U, Harris HE. High mobility

Dunnettgroup box protein 1 (HMGB1)-partner moleculeの 検 定 （ LPSvsLPS+HMGB1,

LPS+AGEs-BP2 or LPS+HMGB1+AGEs-BP2）．

complexes enhance cytokine production by signaling- 221 -

through the partner molecule receptor. Mol Med. 18(2012) 224–230.
[4] Watanabe M, Toyomura T, Tomiyama M, Wake H,
Liu K, Teshigawara K, Takahashi H, Nishibori M, Mori S.
Advanced glycation end products (AGEs) synergisticallypotentiatedtheproinflammatory

actionoflipopolysaccharide (LPS) and high mobility group box-1(HMGB1) through their direct interactions. Mol Biol Rep.
47 (2020) 7153–7159.
[5] Watanabe M, Toyomura T, Wake H, Liu K,
Teshigawara K, Takahashi H, Nishibori M, Mori S.
Advanced glycation end products attenuate the functionof tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis toregulate the inflammatory response. Mol Cell Biochem.
434 (2017) 153–162.
[6] Watanabe M, Toyomura T, Wake H, Liu K,
Teshigawara K, Takahashi H, Nishibori M, Mori S. The
C-terminal region of tumor necrosis factor-like weak
inducer of apoptosis is required for interaction withadvanced glycation end products. Biotechnol Appl
Biochem. 66 (2019) 254–260.
[7] Watanabe M, Toyomura T, Wake H, Liu K,
Teshigawara K, Takahashi H, Nishibori M, Mori S.
Differential contribution of possible pattern-recognition
receptors to advanced glycation end product-induced
cellular responses in macrophage-like RAW264.7 cells.
Biotechnol Appl Biochem, 67 (2020) 265–272.
[8] 渡邊政博，豊村隆男，森秀治．グルタチオン Sトランスフェラーゼとグルタチオンとの相互作用をモデルとした示差走査蛍光定量法による分子間相互作用の解析に関する検討．就実大学薬学雑誌．8(2021) 85–91.

- 222 -

岡山県産黄ニラの抗酸化作用機序の解明
就実大学 薬学部
川上 賀代子グルタチオンは生体内で産生される抗酸化物質であり、細胞内グルタチオン濃度を上昇させることにより、酸化ストレスを軽減し、さまざまな疾病の予防に寄与することが期待できる。我々は、これまでに黄ニラに細胞内グルタチオン量上昇作用があることを明らかにしてきた。アセトアミノフェン（APAP）は解熱鎮痛剤と広く使用されているが、過剰に摂取すると肝臓中のグルタチオンが枯渇し、急性肝障害を引き起こすことが分かっている。そこで、黄ニラ抽出物の APAP 誘導肝障害抑制作用について検討した。マウスに 7 日間、黄ニラ抽出物を 0, 25, 100 mg/kg 経口投与後、APAP を腹腔内投与することにより肝障害を誘導した。APAP 投与により、肝機能のマーカーである血清中 AST、ALT、LDH および ALP は有意に上昇したが、黄ニラ抽出物をあらかじめ摂取することにより、濃度依存的に低下した。また、黄ニラ抽出物の摂取により APAP による中心静脈周囲の肝細胞の壊死の抑制がみられた。さらに、肝臓中のグルタチオン量
は APAP 投与群と比較して、黄ニラ抽出物摂取群では上昇がみられたが、有意差はなかった。そこで、抗酸化酵素とそれらを制御している転写因子 Nrf2 の発現について調べた結果、黄ニラ抽出物摂取により、
Nrf2 と抗酸化酵素である NQO1、GPx、xCT、特に HO-1 の発現の誘導が見られた。以上の結果から、黄ニ
ラ抽出物は Nrf2 を介して抗酸化酵素を誘導し、APAP 誘導肝障害の抑制作用を示すことが示唆された。

１．はじめに黄ニラは岡山県が生産量第 1 位であり、全国生防に有効であると考えられる。

産量の約 7 割を占めている岡山県の特産品のひと

アセトアミノフェン（APAP）は解熱鎮痛剤と広つである 1)。黄ニラは青ニラと同じニラの品種でく使用されており、大部分が硫酸抱合またはグルあるが栽培方法が異なる。黄ニラは青ニラの地上

クロン酸抱合をうけ無毒化されるが、その一部が部を刈り取り、被覆資材で太陽光を遮断する軟化

シトクロム P450 により N-アセチルベンゾキノン

栽培による周年出荷の野菜であり、先端と下端をイミン（NAPQI）へと代謝され、さらにグルタチ切断して出荷される。我々はこれまでに、細胞内オン抱合されて尿中へと排泄される。しかし、グルタチオン量を上昇させる食品成分の探索を

APAP を過剰に摂取すると肝臓中のグルタチオン

行い、黄ニラが細胞内グルタチオン量を上昇させが枯渇し、親電子化合物である NAPQI と肝細胞ることを明らかにした 2)。

のタンパク質が共有結合し、急性肝障害を引き起グルタチオンはグルタミン酸、システイン、グ

こすことが分かっている 5, 6)。よって、肝臓中のグリシンからなるトリペプチドであり、生体が有す

ルタチオンを上昇させることにより、肝障害を軽3)る主要な抗酸化物質である 。その細胞内濃度は減できると考えられる。

比較的高く維持されており、抗酸化作用だけで無我々のグループでは米タンパク加水分解物がく、薬物などの解毒にも大きく関わっている。細グ ル タ チ オ ン 合 成 の 律 速 酵 素 で あ る -

胞内のグルタチオンの恒常性が変化することにglutamylcysteine synthetase (-GCS)の発現を誘導すより酸化ストレスを誘引し、様々な疾病につながることにより、APAP 誘導肝障害を抑制することることが報告されている 4)。よって、細胞内グルを明らかにした 7)。また、ヘムを分解して強い抗タチオンを制御することにより様々な疾病の予

酸化作用を持つビリベルジンを産生する酵素で- 223 -

ある hemeoxygenase-1 (HO-1)の発現誘導は APAP

肝臓中グルタチオン量の測定

誘導肝障害保護に寄与していることも報告され肝臓をホモジナイズし、上清を過塩素酸で除タている 8)。これまでの研究により、-GCS や HO-

ンパクした後、DTNB 法を用いてグルタチオン量

1 だけでなく抗酸化酵素である NAD(P)H quinoneを測定した。

oxidoreductase 1 (NQO1) 、 glutathione peroxidase

組織病理学的評価(GPx)、cystine uptake transporter (xCT)の発現調節は採取した肝臓をホルマリン固定後、病理標本を

転写因子 Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2

作製し、HE 染色により組織病理学的評価を行っ(Nrf2)によって制御されていることが報告されてた。

いる 9)。
Nrf2 をノックアウトしたマウスでは APAP

ウエスタンブロッティング解析

誘導肝障害に感受性が高くなることも分かって肝臓に RIPA buffer を添加してタンパク抽出液

いる 10)。以上のことから、Nrf2 の活性化分子は肝を調製した。
抽出したタンパク質は SDS-ポリアク障害抑制に有効であることが示唆されている

11)。

リルアミド電気泳動後、PVDF 膜に転写した。一

そこで本研究では、黄ニラの APAP 誘導肝障害

次抗体は anti-γ-GCS、anti-xCT、anti-NQO1、anti-抑制作用について検討を行った。また、抗酸化酵

GPx、anti-HO-1、anti-Nrf2、anti-β-actin を用いた。

素である-GCS、xCT、NQO1、GPx、HO-1 のタン

二次抗体は anti-rabbit 又は anti-mouse IgG HRP

パク質発現への影響や Nrf2 の関与についても調

conjugated antibody を用いた。ECL Prime Western

べた。

Blotting Detection を用いて目的タンパク質を検出した。各バンドは画像解析ソフト Image-J により

２．実験方法

定量化し、β-actin で補正した。

黄ニラ抽出物（YCE）の調製
黄ニラは JA 岡山から供与いただいた。黄ニラ

３．結果と考察をフードプロセッサーで破砕した後、100 g あた

マウスを用いて黄ニラ抽出物による APAP 誘導

りに 300 mL の 50％エタノールを加え、スターラ

肝障害抑制作用の影響を調べた。肝臓の逸脱酵素ーで撹拌しながら 1 時間抽出した。得られた抽出である血清中 AST、ALT、LDH、ALP 活性を分析

液を吸引ろ過し、ろ液を凍結乾燥し、試料とした。

した結果、APAP 投与群は、コントロール群に比動物実験

べて AST、ALT、LDH、ALP 活性が上昇した（図4 週齢 ICR 雄性マウスに 7 日間、黄ニラ抽出物
を 0、25、100 mg/kg 経口投与した。アセトアミノ

1A-D）。一方、黄ニラ抽出物摂取群は，その上昇が有意に抑制された。

フェン 700 mg/kg 腹腔内投与し、6 時間後に採血

グルタチオンは APAP 代謝によって生じる親電し、肝臓を採取した。なお、本研究は就実大学動子化合物である NAPQI を無毒化するのに重要な物実験倫理委員会の承認を得て実施した。

役割を果たしている 12)。そこで、肝臓中のグルタ

血清分析

チオン量を調べた。黄ニラ抽出物を摂取すること採取した血液は、37℃で 30 min 保温し、750×g、

で APAP によるグルタチオンの枯渇の回復が見ら

10 min 遠心して血清を回収した。
血清中の aspartate

れたが、有意差はなかった（表 1）。また、肝臓のaminotransferase（AST）および alanine aminotransferase

病理組織学的評価を行った結果、APAP 投与群（図（ALT）活性はトランスアミナーゼ CⅡテストワ

2C）では中心静脈周辺に肝細胞の壊死が見られた

コー（和光純薬）を、lactate dehydrogenase（LDH）

が、黄ニラ抽出物を摂取することにより、肝細胞

活性は Cytotoxicity Detection Kit（ロシュ）を、の壊死の抑制が見られた（図 2D、E）。

alkaline phosphatase（ALP）
活性はラボアッセイ ALP（和光純薬）を用いて測定した。

- 224 -

Nrf2 は APAP 誘導肝障害抑制作用に対して重要

AST (Karmen unit)

Aな役割を果たしていることが報告されている 13)。
4000

ALT (Karmen unit)

用に Nrf2 やその制御下にある抗酸化酵素が関与

**

2000

0

しているか調べた。APAP 投与群では、コントロ

**

1000

APAP
YCE (mg/kg)

B

そこで、黄ニラ抽出物の APAP 誘導肝障害抑制作

3000ール群と比較して-GCS、
NQO1、GPx、および Nrf2
-C
0

-

N5

100

A
+

+

0

+

AN2

AN5

25

100

のタンパク質発現量が有意に減少した（図 3A、レーン 3）
。HO-1 のタンパク質発現量は、APAP 投

1600

与群でコントロール群よりも上昇していた。一方、

1200

*

黄ニラ抽出物を摂取することにより、APAP 投与

800

0

APAP
YCE (mg/kg)

群と比較して、xCT、NQO1、GPx、HO-1、および

**

400

-C
0

-

N5

100

+A

AN2
+

0

25

Nrf2 のタンパク質発現は濃度依存的に上昇して+AN5いた（図 3B）。特に HO-1 のタンパク質発現量は100

コントロール群に比べて、黄ニラ抽出物 100 mg/kg

300

C
LDH (U/L)

250
200
150

NQO1、および Nrf2 のタンパク質発現は、黄ニラ

**

100

抽出物摂取によりコントロール群と同じレベル

50
0

APAP
YCE (mg/kg)

D

摂取群では 3 倍の上昇がみられた。また、xCT、

**

-C

0

-

A
+

N5

100

0

+

に回復した。しかし、APAP 投与群と黄ニラ抽出

+

AN2

AN5

25

100

物摂取群の間で-GCS タンパク質発現に有意差はなかった。黄ニラ抽出物を 1 週間摂取しただけでALP (U/mL)

200
160

*

120

はコントロール群と比較して xCT、NQO1、GPx、

**

A

80

C

40
0

APAP
YCE (mg/kg)

-C
0

-

N5

100

+A
0

AN2
+

25

+

AN5

100
50 mm

図 1 APAP 誘導肝障害マウスにおける黄ニラ抽出物（YCE）による血清中の AST（A）、ALT（B）、

B

LDH（C）、ALP（D）への影響（平均±SE、n = 5、

50 mm

D

*

p < 0.05、**p < 0.01 vs. APAP 投与群）

50 mm

50 mm

表１ 肝臓中のグルタチオン量GroupsE

Total glutathione (mmol/g liver)Control

3.4 ± 0.1

YCE 100 mg/kg

3.6 ± 0.1

APAP

0.16 ± 0.05 ##APAP + YCE 25 mg/kg

0.20 ± 0.03 ##APAP + YCE 100 mg/kg

0.36 ± 0.08 ##50 mm

図 2 肝臓切片の HE 染色による病理組織学的評価（平均±SE、n = 5、##p < 0.01 vs.コントロール群）（A）コントロール群、（B）YCE 100 mg/kg 投与群、（C）APAP 投与群、
（D）APAP+ YCE 25 mg/kg 投
与群、（E）APAP+ YCE 100 mg/kg 投与群- 225 -

A

- +
APAP
YCE(mg/kg) 0 100 0

ラの Nrf2 活性化のメカニズムを明らかにするに+ +25 100は、活性成分の同定など、さらなる研究が必要と

-GCS考えられる。

xCT

本研究により、黄ニラ抽出物抗酸化系を誘導す

NQO1

GPx

ることにより、APAP 誘導肝障害抑制作用がある

HO-1

ことが示唆された。酸化ストレスは糖尿病、高血Nrf2圧、がんなど多くの病気の発症や進展に関与してb-actin

いることが明らかとなっている。よって、黄ニラ

BRelative target protein level
Fold change

43

抽出物は Nrf2 を介して酸化ストレスが起因する

control
YCE 100 mg/kg
APAP
APAP+YCE 25 mg/kg
APAP+YCE 100 mg/kg

**

**
##

2

４．謝辞

##

**

****
1

疾病の予防に役立つ可能性が示唆された。

##
##

# # #

##

*

本研究は公益財団法人ウエスコ学術振興財団

**

#

##

学術助成事業の助成を受けて実施しました。心よ

0
-GCS
GCLC

ｘCT

NQO1

GPｘ

HO-1

Nrf2

図 3 肝臓の γ-GCS、xCT、NQO1、GPx、HO-1、HO-

り感謝申し上げます。黄ニラを提供していただいた JA 岡山に感謝申し上げます。

1、Nrf2 タンパク発現量（平均±SE、n = 5、*p < 0.05、**

p < 0.01 vs. APAP 投与群、#p < 0.05、##p < 0.01 vs.コ

５．参考文献ントロール群）

1) 岡山県農林水産部農政企画課ホームページ.
http://www.pref.okayama.jp/page/detail-26757.html.).

γ-GCS、HO-1、Nrf2 の発現は変動が見られなかっ

2) Kawakami K., Matsuo S., Moritani C., Hatanaka T.

た（図 3A、lane2）。以上の結果から、黄ニラ抽出

and Tsuboi S.: Antioxidant activity of agricultural

物が Nrf2 抗酸化経路を介して APAP 誘導肝障害

products in Okayama Prefecture. The Shujitsu

抑制作用を示すことが示唆された。

University Journal of Pharmaceutical Sciences. 4, 32-

通常、Nrf2 は Kelch-like ECH associated protein 1

36 (2017).

(Keap1)と結合し、ユビキチン-プロテアソーム経

3) Meister A. and Anderson M. E.: Glutathione. Annual路によって分解されるが、酸化ストレスによりReview of Biochemistry. 52, 711-760 (1983).

Nrf2 は Keap1 から解離し、核に移行することで下

4) Reid M. and Jahoor F.: Glutathione in disease.

流の抗酸化酵素群を誘導することが分かっていCurrent Opinion in Clinical Nutrition & Metabolic14)

る 。以前の研究では、青ニラには、allyl methyl

Care. 4, 65-71 (2001).

disulfide、diallyl disulfide、allyl methyl trisulfide、

5) Laskin Dl, Pilaro A. M. and S. J.: Potential role ofdimethyl trisulfide、diallyl trisulfide などの硫黄含有

activated

化合物が含まれていることが報告されている 15, 16)。

hepatotoxicity. I. Isolation and characterization of

その中で、diallyl trisulfide は Nrf2 の転写活性化

activated macrophages from rat liver. Toxicol Applを誘導し、その後、Keap1 を直接修飾することにPharmacol. 86, 204-215 (1986).

よって HO-1 と NQO1 を発現することが分かって

6) Hazai E., Vereczkey L. and Monostory K.: Reduction

いる 17)。したがって、黄ニラ抽出物の活性成分はof Toxic Metabolite Formation of Acetaminophen.

硫黄含有化合物と予想されるが、黄ニラの栽培方

Biochemical

法は青ニラとは異なるため、硫黄含有化合物やそCommunications. 291, 1089-1094 (2002).

の他の成分の含有量も異なる可能性がある。黄ニ7) Kawakami K., Moritani C., Uraji M., Fujita A.,- 226 -

macrophages

and

in

acetaminophen

BiophysicalResearch

Kawakami K., Hatanaka T., Suzaki E. and Tsuboi S.:

343-348 (2010).

Hepatoprotective effects of rice-derived peptides16) Shi J., Liu X., Li Z., Zheng Y., Zhang Q. and Liu X.:

against acetaminophen-induced damage in mice. J Clin

Laboratory Evaluation of Acute Toxicity of the

Biochem Nutr. 60, 115-120 (2017).

Essential Oil of Allium tuberosum Leaves and Its

8) Farombi EO. and Surh YJ.: Heme oxygenase-1 as a

Selected Major Constituents Against Apolygus lucorum

potential therapeutic target for hepatoprotection. J(Hemiptera: Miridae). J Insect Sci. 15, (2015).

Biochem Mol Biol. 39, 479-491 (2006).

17) Kim S., Lee H. G., Park S. A., Kundu J. K., Keum9) Ye P., Mimura J., Okada T., Sato H., Liu T.,

Y. S., Cha Y. N., Na H. K. and Surh Y. J.: Keap1 cysteine

Maruyama A., Ohyama C. and Itoh K.: Nrf2- and288 as a potential target for diallyl trisulfide-induced

ATF4-dependent upregulation of xCT modulates theNrf2 activation. PLoS One. 9, e85984 (2014).

sensitivity of T24 bladder carcinoma cells toproteasome inhibition. Mol Cell Biol. 34, 3421-3434(2014).
10) Enomoto A., Itoh K., Nagayoshi E., Haruta J.,
Kimura T., O'Connor T., Harada T. and Yamamoto M.:Highsensitivity

acetaminophen
decreased

of

Nrf2

knockout

hepatotoxicity

expression

of

mice

to

associatedwith

ARE-regulated

drug

metabolizing enzymes and antioxidant genes. Toxicol
Sci. 59, 169-177 (2001).
11) Jadeja R. N., Upadhyay K. K., Devkar R. V. andKhurana S.: Naturally Occurring Nrf2 Activators:
Potential in Treatment of Liver Injury. Oxid Med Cell
Longev. 2016, 3453926 (2016).
12) Mitchell Jr., Jollow Dj., Potter Wz., Gillette J. R. andBrodie B. B.: Acetaminophen-induced hepatic necrosis.
IV. Protective role of glutathione. J Pharmacol Exp
Ther. 187, 211-217 (1973).
13) Gum SI., and Cho MK.: Recent updates on
acetaminophen hepatotoxicity: the role of nrf2 inhepatoprotection. Toxicol Res. 29, 165-172 (2013).
14) Kobayashi M. and Yamamoto M.: Molecularmechanisms activating the Nrf2-Keap1 pathway ofantioxidant gene regulation. Antioxid Redox Signal. 7,385-394 (2005).
15) Yabuki Y., Mukaida Y., Saito Y., Oshima K.,
Takahashi T., Muroi E., Hashimoto K. and Uda Y.:
Characterisationofvolatilesulphur-containing

compounds generated in crushed leaves of Chinese
chive (Allium tuberosum Rottler). Food Chemistry. 120,

- 227 -

In vivo imaging を用いた糸球体内皮 Glycocalyx の Hyaluronan と CD44 陽性 Leukocyte の糖尿病性腎症進展における病態機序の解明
川崎医科大学 腎臓・高血圧内科学
角谷 裕之（概要）慢性腎臓病(CKD) 及び糖尿病性腎臓病(DKD)は国民の健康寿命延伸の阻害要因であり、その基盤病態の解明と有効な予防・治療法開発が喫緊の課題である。私共は、これまでに糖尿病、高血圧、加齢等には共通して内皮障害が随伴し、腎障害の発症・進展に関与することを明らかにした。さらに内皮表層に存在するGlycocalyxが透過性制御に重要な役割を果たしており、その恒常性の破綻 (質的・量的異常) がアルブミン尿の出現に関与することを解明した。一方、糸球体内における慢性炎症(炎症細胞浸潤、炎症性サイトカイン発現亢進) がDKD進展に関与することも示されている。しかしながら、DKDにおいて糸球体への炎症細胞浸潤の分子機序、内皮障害との関連は不明である。DKD
発症・進展におけるGlycocalyxの恒常性破綻とその機序、炎症細胞浸潤との関連を明らかにし、治療法開発に資することが本研究の目的である。

本研究の学術的背景
慢性腎臓病(CKD) は末期腎不全患者数の増加のみな

特に腎糸球体内皮細胞表層に存在するGlycocalyxがらず、脳卒中、心血管病、認知機能障害の独立した、

アルブミン尿の出現に深く関与し、その機序としてかつ強力なリスク因子であり国民の健康寿命延伸を

活性酸素種(ROS) の関与を報告してきた。
そのため、阻んでいる。特に糖尿病性腎臓病(DKD) は透析導入

腎糸球体内皮細胞保護、特にGlycocalyxの恒常性維の主要な原疾患であり、有効な治療法開発が喫緊の持によりDKD進展を抑制できることが期待できる。

課題である。私共は、これまでに糖尿病、高血圧、

Glycocalyxは、プロテオグリカン(PG) やグリコプロ

加齢などに共通して随伴する内皮障害が糸球体障害

テイン等から構成される。さらにPGは膜結合コアタの発症・進展に関与することを明らかにしてきた(下ンパクに糖側鎖を有するもの以外に、直接細胞膜に

図参照、Satoh M et al. Am J Physiol Renal Physiol.

結合しないヒアルロン酸(hyaluronan, HA) 等で構

2005、Satoh M et al. Microcirculation. 2010、

成されている。従来の研究は、プロテオグリカンやKuwabara A et al. Diabetologia. 2010、Kidokoro K

グリコプロテインを対象にしており、有効な治療法

et al. J Am Soc Nephrol. 2013、Nagasu H et al. Lab

開発には至っていない。細胞外マトリックスの構造

Invest. 2016)。

上の複雑性、構造体としての脆弱性が治療標的の同定の障壁となってきた。私共は、Glycocalyxの重要な構成要素の一つであるHAに注目した。HAは、白血
球表面蛋白であるCD44のリガンドであり、HA-CD44の相互作用は、炎症部位の内皮細胞へのリンパ球の一次接着に関係している。糖尿病糸球体におけるGlycocalyxの恒常性破綻の機序、
HA-CD44陽性白血球の相互作用の分子機序を解明することができれば、臨床的意義は非常に高いと考えられる。
研究課題の核心をなす学術的「問い」
内皮障害に伴い糸球体内皮細胞表層に存在する- 228 -Glycocalyxの減少 (プロテオグリカンやグリコプロ

尿病モデルマウスを使用する。db/dbマウスはテイン) が腎症進展に寄与するが報告されている。

eNOS-/-マウスと交配し、(5) eNOS-/-db/dbマウス

Glycocalyxの恒常性の破綻、特にHAの糸球体でのを作成し実験に使用する。

過剰蓄積がDKDの発症・進展に重要な役割を果たす。

評価項目；糖尿病性腎症の進展時期 (初期、中期、

Glycocalyxの恒常性維持により腎障害進展抑制が可末期) におけるCD44陽性Leukocyteの腎糸球体への能となる。」以上が核心的な「問い」である。

ホーミング数、ローリングなどについてin vivo
imagingで評価する。

本研究の目的

評価方法；吸入麻酔下に片側腎臓を露出したマウ

アルブミン尿がDKDの早期病態であり、
糸球体内皮

ス (頸動脈にカニュレーション施行後) を倒立顕

Glycocalyxの恒常性の破綻がアルブミン尿出現に関微鏡で観察する。Heating padを用いてマウスの体与している。

温は一定に保持する。まず、Alexa594で蛍光標識し「糖尿病性腎臓病では、糸球体内皮Glycocalyxの恒たbovine serum

常性の破綻 (質的・量的異常) により、HAが過剰に

albumin (BSA) を蓄積した結果、CD44陽性白血球の糸球体内皮へのホ経動脈投与し血管ーミングが増加し局所に炎症を惹起し腎症が進展すを赤色にリアルタ
イムに可視化する。
次にFITC(Fluorescein
isothiocyanate)488で蛍光標識したanti-mouse CD44 antibodyを経動脈投与し循環血中のCD44陽性Leukocyteを緑色で可視化する (右図、
Kadoya H et al. JCI insight. 2020より引用)。CD44

る」との仮説証明を通してDKD治療戦略立案に資する

陽性Leukocyteが糸球体内皮細胞上をローリング、ことである。DKDにおける糸球体内皮HA-CD44陽性白ホーミングしている状況をtime lapse imagingで評

血球の相互作用および治療法開発を検討する。

価する。
さらに、
HAの分解酵素であるhyaluronidase
を経動脈投与し、実際に糸球体内皮細胞表層にホー

1. マウスの腎糸球体を可視化し、ヒアルロン
酸 (HA) -CD44陽性Leukocyteの相互作用をミングしているCD44陽性細胞が減少するかどうかをtime lapse imagingにてリアルタイムに評価する。

生体in vivo imaging 技術を用いて評価する

2. DKDにおける糸球体内皮表層にHAが過剰に蓄積しているかどうかを検討する

共焦点レーザー顕微鏡を用いると、励起波長が短HAのコアタンパクに接するG2 domainに特異的にく光毒性が低いため、深部まで低侵襲性に長時間観察可能である。時間･空間分解能が高く、蛍光標識

結合するpeptideをAlexa594で蛍光標識する。同した小分子の生体内挙動が３次元的に動画で記録

peptideをマウスに経動脈投与し糖尿病状態の腎糸可能である。

球体にHAが蓄積しているかどうかを検討する。

使用動物；(1) 野生型マウス (WT; C57BL/6J)、

下図は、マウスにWGA lectinを経動脈投与し、糸(2) 内皮障害モデルマウスとしてeNOS欠損マウス

球体のGlycocalyxを可視化している (Kadoya H et(eNOS-/-) を使用する。また、糖尿病モデルとして

al. JCI insight. 2020より引用)。FITC-WGA(3) db/dbマウス、(4) Streptozocin (STZ) 誘発糖

intensityからsignal width (μm)を計測すること- 229 -

で、
Glycocalyxの肥厚度を評価することが可能であ

コプロテインなどは減少することが示唆さる。

れているが、逆にヒアルロン酸は蓄積しているかどうかを証明する。
3) ヒアルロン酸の分解酵素である
hyaluronidase を投与し、DKD 進展抑制効果を証明する。
4) In vitro において糖尿病状態におけるヒア
ルロン酸蓄積の分子機序について証明する。
助成期間内の研究成果
まず、循環血中のCD44陽性Leukocyte数が糖尿病進展に伴い増加しているのかどうかを検討した。
WT
マウス、
db/dbマウス、
eNOSKO-db/dbマウスの5週齢、10週齢、15週齢における血清を採取してフローサイ

本研究では、HAに特異的に結合するpeptideを使

トメトリーで評価した。結果、WTマウスと比較して用することでより正確に糸球体内皮細胞表層にHA

db/dbマウス、eNOSKO-db/dbマウスで顕著に増加しが蓄積しているかどうかを評価可能である。

ていた（下図参照、WTマウス v.s db/dbマウス）。

3. DKDの糸球体内皮細胞におけるHA (ヒアルロン酸)の蓄積機序について検討する
培養細胞；ヒト糸球体内皮細胞 (hGEC) を使用する。
刺激条件；High glucose (30mM、60mM) + 虚血もしくはTNFα刺激
評価項目；HAの合成酵素が上記刺激で増加するかどうかをmRNAおよびタンパクレベルで評価する。HAの合成酵素は、subtypeが3種類 (HAS1, 2, 3) 存在するため、3種類すべての評価を行う。また、必要に応じて特定の遺伝子を標的に作成したsiRNAを培養

次に腎糸球体におけるCD44陽性Leukocyteのホー細胞内に導入し、任意の遺伝子発現をノックダウン

ミングについて評価した。
まず生体マウスの腎糸球した上でさらに検討を行う。
高糖濃度条件下 (+虚血体を可視化した（下図参照）。

もしくはTNFα刺激) でHAの分解酵素である
hyaluronidaseが減少しているかどうかを検討する。

糸球体

糸球体

さらにそれらの分子機序について詳細に検討する。
助成期間内の具体的な目標
1) In vivo imaging 技術を用いて糖尿病状態

尿細管においては、循環血中の CD44 陽 Leukocyteが増加し糸球体内皮細胞へのホーミング増加を介して腎障害を促進することを証明する。
2) DKD では、糸球体プロテオグリカンやグリ- 230 -

糸球体

腎糸球体を可視化後、抗CD44抗体を経動脈投与し

LPS+TNFα刺激で蛋白レベルの発現量が低下していた。結果、糸球体への同Leukocyteのホーミング数

た。

は、WTマウスと比較してeNOS-/-STZおよびControl

LPS

LPS+TNFαeNOS-/-db/dbマウスで顕著に増加していた
（下図参
HAS 1

照）。

HAS 2

DKD の糸球体

HAS 3

Hyaluronidase
GAPDH

そのため、現在、hyaluronidase の発現を低下さ+せる詳細な分子機序についてさらに検討をすすめて

CD44 Leukocyte

いる。

CD44陽性Leukocyteの一部は、内皮細胞上をロー考察と結論リングしており、time lapse imagingで動画を撮影

内皮機能障害は CKD の基盤病態であり、私共は内することに成功している。

皮機能障害が DKD の病態進展に重要な役割を果たし

また、
CD44と相互作用を有するヒアルロン酸の評ていることを報告している。とりわけ糸球体内皮細価については、その検出法に難渋しており、現在、

胞は有窓性であり、アルブミン等の macromolecule

評価中である。

の透過性制御への関与は少ないと見なされてきた。

In vitro実験については、ヒト糸球体内皮の培養

しかし、近年、内皮細胞は Glycocalyx 層で被覆され細胞 (human glomerular endothelial cell; hGEC)ていることがわかり、同構造を target とした研究がを使用した。まず、High glucose (30mM、60mM)刺報告されている。多くの研究は、プロテオグリカン

激でヒアルロン酸の合成酵素の発現量を評価した。

やグリコプロテインを標的に検討されているが、有結果、同刺激のみでは変化を認めなかった。

効な創薬開発には結びついてない。本研究は、糸球（下図参照）

体内皮表層の Glycocalyx の重要な構成要素である
HA に注目し、最先端の in vivo imaging 技術を応用

NG

LG

HG

し、同構造の質的・量的変化が DKD 進展に関与して

60mM

60mM

いるかどうかを検討した。そのため、極めて独創性・

HAS 1

新規性に富む研究内容である。

HAS 2

まず、糖尿病の進展に伴い循環血中の CD44 陽性

HAS 3

Leukocyte が増加傾向にあった。この結果は新知見

Hyaluronidaseである。その原因については現時点でははっきりし

GAPDH

ないが、少なくとも同 Leukocyte が糖尿病性腎症進そのため、刺激条件を変更した。炎症を誘導する展に関与している可能性はあると考えられる。
現在、

LPS+TNFα刺激を行い再度、検討を行った。結果、

30 週齢まで長期間飼育し、循環血中の CD44 陽性

ヒアルロン酸の合成酵素は同刺激で蛋白レベルでLeukocyte の数を評価する予定である。
また、
同 CD44の発現量に変化を認めなかった。しかし、ヒアルロ

陽性 Leukocyte が実際に糖尿病状態の腎糸球体にホン酸の分解酵素であるhyaluronidaseについては、ーミングしている状態を評価することができた。ま- 231 -

た、WT マウスと比較してそのホーミング数は顕著に増加していた。
この結果より、腎糸球体局所にホーミングした CD44
陽性 Leukocyte が炎症性サイトカインを放出し、炎症を惹起している可能性が考えられる。現在、マウスの糸球体を単離し、炎症性サイトカインの発現量を WT マウス、db/db マウス、eNOS-/-db/db マウスで評価中である。なぜ、CD44 陽性 Leukocyte がホーミングしているのかどうかについては、仮説としては、
glycocalyx の重要な構成因子の一つであるヒアルロン酸が蓄積している可能性を考えているが、同構造を実際に in vivo imaging 法でリアルタイムに可視化することに現時点で成功していない。技術的な問題があるため、今後、評価方法を変更し検討していく予定である。
ヒアルロン酸の合成酵素、分解酵素の発現量の変化については、in vitro で検討を行った。当初は、糖尿病状態においてヒアルロン酸の合成酵素の発現量が増加しているのではないかと考えたが、実際には合成酵素の発現量には変化を認めず、ヒアルロン酸の分解酵素である hyaluronidase の発現量が低下していた。そのため、糖尿病状態では、ヒアルロン酸の分解酵素が低下するため、ヒアルロン酸が糸球
体内皮細胞上に蓄積する可能性が考えられるが、確証を得るまでには至っていない。また、なぜヒアルロン酸の分解酵素が減少したのかどうかについては、
今後さらなる検討が必要である。
本研究を遂行するにあたり、貴財団からの助成金を有効に活用させて頂きました。重ねて御礼申し上げます。誠にありがとうございました。今後も引き続き腎障害の分子機序解明に全力で取り組んでいく所存です。

- 232 -

脾臓の形成過程における核内受容体 NR5A1 の機能解明
川崎医科大学 解剖学教室
嶋 雄一
脾臓には、赤脾髄と白脾髄という機能の異なる領域が存在する。赤脾髄の静脈洞は脾洞と呼ばれ、内皮細胞に間隙がするため、血液のフィルターとして機能、赤血球の処理に関与する。一方、白碑髄はリンパ球の成熟の場であり、免疫機能を担っている。また、白脾髄の最外側には特殊な静脈洞（辺縁洞）が存在し、赤脾髄と白脾髄は辺縁帯と呼ばれる領域で隔てられている。近年の研究から、辺縁帯には特殊なマクロファージや B リンパ球が存在し、血液由来の抗原に対する免疫応答の場として重要な機能を果たすことが明らかにされている。
NR5A1 は核内受容体型の転写因子であり、副腎や生殖腺に加えて、非ステロイド産生組織である脾臓の静脈
洞内皮細胞にも発現している。我々は Nr5a1 遺伝子第 4 イントロンに脾臓特異的エンハンサー領域を発見し、この領域を欠失するマウスを作出した。脾臓特異的エンハンサー欠失マウスでは、赤脾髄の脾洞内皮細胞の形
態異常に加え、辺縁帯の構造的特徴が観察されず、辺縁帯特異的マクロファージが消失していた。これらの結果から、NR5A1 は辺縁帯の形成を通じて、脾臓の免疫機能に重要な役割を果たしていることが示唆された。

【材料と方法】

スライスした標本を用いて浮遊法による免疫染色を

1. 実験動物（マウス）行なった。一次抗体としてハムスターCD209 抗体

ゲノム編集によって作出した Nr5a1 遺伝子の脾臓エ（Invitroge, 14-2093-82）、二次抗体として Cy3 抗ハム

ンハンサー欠失マウスを用いた。このマウスはスターIgG 抗体（Jackson ImmunoResearch, 127-165-

Nr5a1 遺伝子の第 4 イントロンに存在するエンハン160）を用い、 DAPI（4’,6-diamidino-2-phenylindole ）サー領域の上流・下流に設計したガイド RNA と(Sigma-Aldrich）による核染色を行なった。染色した

Cas9 タンパクを、エレクトロポレーションによって標本はスライドガラス上に VECTASHIELD（Vector

C57BL/6 系統の受精卵に導入することにより作出さLaboratories, Inc.）を用いて封入し、共焦点顕微鏡

れた。正常 C57BL/6J マウスを対照群（コントロー（Zeiss LSM700）により撮影した。

ル）とし、エンハンサーホモ欠失マウスを解析に用いた。生後 10 週齢のオス個体を用い、1 群あたり 3【結果】匹以上のマウスを解析した。

1. 辺縁帯の消失
HE 染色による解析の結果、エンハンサー欠失マウ

2. H&E 染色スにおいては、赤脾髄と白脾髄の間に辺縁帯が存在

0.1 M リン酸緩衝液（含 4％パラホルムアルデヒド）

せず、また辺縁洞も観察されなかった（図-1）。このを用いて灌流固定を行い、脾臓を摘出し常法に従い結果から、NR5A1 は辺縁帯および辺縁洞の構築に必

パラフィンに包埋した。
ミクロトームにより 5 μm の須であることが示唆された。

薄切標本を作成し H&E 染色を行った。
3. 蛍光免疫染色0.1 M リン酸緩衝液（含 4％パラホルムアルデヒド）を用いて灌流固定および摘出した脾臓の浸漬固定を行い、ビブラトーム（VT1200S, Leica）で 50 µm に

- 233 -

SpE (+/+)
RP

SpE (-/-)

胞 5) 、胎仔ライディッヒ細胞 6)のエンハンサーをそWP

れぞれ同定してきた。今回、Nr5a1 遺伝子の脾臓特
異的エンハンサーを欠失させることで、脾臓におけMZる NR5A1 の機能解析が可能となった。

RPMS

今年度に行った解析の結果、エンハンサー欠失マ

WP

ウスにおいて、脾洞内皮細胞の形態異常に加えて、
図-1：正常マウス（SpE (+/+)）の脾臓では、白脾髄

辺縁帯が消失することが明らかとなった。また、辺（WP）と赤脾髄（RP）の境界に特徴的な辺縁帯（MZ）

縁帯特異的マクロファージも消失していた。CD209が存在し、また白脾髄の最外側には辺縁洞（MS）が陽性の辺縁帯マクロファージは、白脾髄における B

環申される。一方、エンハンサー欠失マウス（SpE(-

リンパ球の成熟に重要であることが報告されている/-)）の脾臓では、MZ も MS も存在しない。

ことから 7)、エンハンサー欠損マウスでは、脾臓の免疫機能も低下していると推測された。今後、

2. 辺縁帯特異的マクロファージの消失

NR5A1 がどのような標的遺伝子の制御を介して脾

免疫染色の結果、正常マウスでは辺縁帯に存在する臓の免疫機能を制御するのかを明らかにする必要がCD209 陽性マクロファージ（辺縁帯マクロファージ）ある。

が、エンハンサー欠損マウスでは全く観察されなかった（図-2）。この結果から、NR5A1 は辺縁帯の形成【文献】に必須であるのみならず、辺縁帯特異的に存在する

1. Luo X, Ikeda Y, Parker KL: Cell 77:481-90 (1994)

免疫細胞の分化や遊走に重要であることが示唆され

2. Morohashi K, Tsuboi-Asai H, Matsushima S, Suda M,

た。

Nakashima M, Sasano H, Hataba Y, Li CL, Fukata J,
Irie J, Watanabe T, Nagura H, Li E: Blood 93:1586-94
SpE (+/+)

CD209(1999)SpE (-/-)
CD209

3. Shima Y, Zubair M, Komatsu T, Oka S, Yokoyama C,
Tachibana T, Hjalt TA, Drouin J, Morohashi K: Mol
Endocrinol 22:1633-46 (2008)
4. Zubari M, Ishihara S, Oka S, Okumura K, Morohashi
K: Mol Cell Biol 26:4111-21 (2006)

図-2：正常マウス（SpE (+/+)）では、白脾髄の周囲

5. Shima Y, Zubair M, Ishihara S, Shinohara Y, Oka S,（辺縁帯）に CD209 陽性マクロファージ（辺縁帯マKimura S, Okamoto S, Minokoshi Y, Suita S,

クロファージ）が存在するが、エンハンサー欠失マ

Morohashi K: Mol Endocrinol 19:2812-23 (2005)

ウス（SpE(-/-)）では全く存在しない。

6. Shima Y, Miyabayashi K, Baba T, Otake H, Oka S,
Zubair M, Morohashi K: Endocrinology 153:417-25【考察】(2012)

NR5A1 は核内受容体型の転写因子であり、副腎や生7. Pirgova G, Chauveau A, MacLean AJ, Cyster JG,

殖腺の発生に必須であることが知られている 1)。一Arnon TI: Proc Natl Acad Sci U S A 117:12295-

方、Nr5a1 遺伝子ノックアウトマウスの解析から、

12305 (2000)

本因子は脾洞内皮細胞の分化にも重要であることが知られている 2) 。我々はこれまで Nr5a1 遺伝子の組織特異的エンハンサーの探索を行い、胎仔副腎 3) 、視床下部腹内側核 4) 、下垂体ゴナドトロピン産生細- 234 -

新しい細胞動態評価法でスクリーニングした抗腫瘍薬の応用
川崎医科大学 生化学教室
山内 明（概要）細胞が動くという現象は単細胞生物から霊長類に至るまで普遍的な営みであり、生命維持には欠かせない。しかしながら癌においては細胞運動が転移・浸潤の原動力となっており、人類にとっては適切に制御することで癌の進展を抑え込みたい現象である。筆者らは細胞動態解析の研究の中から、癌細胞の新しい細胞動態評価方法を確立し、それに続く研究で癌の細胞動態を制御できる新規化合物を見出した。本研究では、この化合物を抗腫瘍薬として実用化するための基礎データとするために、抗腫瘍効果のメカニズム解析を行った。
シングルセル解析の手法を用いて、担癌マウスの腫瘍組織の遺伝子発現の変化についてこの化合物投与の有無で比較した。その結果、化合物の投与により明らかなクラスターの変化と遺伝子発現プロファイルの変化が観察された。これらの発現の変化は、細胞移動・増殖との関連がある可能性があり、現在さらなる解析を行っている。これらの結果を本化合物の実用化に役立てたい。
【背景】

ると考えられる。これまでの抗癌剤は主に増殖を抑人生 100 年時代と叫ばれるようになった近年、悪えることを目的としていたため、強い副作用を伴う性新生物（癌）は日本人の死因の第 1 位でなり、超ことが多かった。その一方で癌のもう一つの特徴で高齢化社会の到来とともに罹患率が増し、生涯のうある転移・浸潤を標的にした治療薬は知られていな

ち 2 人に一人は悪性腫瘍に罹患するとされている

い。このような理由から、我々は悪性腫瘍の動きを（文献 1）。癌細胞には“増殖”と“転移・浸潤”の直接抑制し、転移を制御することに着眼し、本研究

2 つの面があり、死因の主たる原因とされるのは転を進めている。

移・浸潤であると考えられている。ほとんどの癌のこれまで我々は、細胞動態をリアルタイムに観察

病期分類では、遠隔転移があるとステージⅣとされ、し 、 画像 解析 によ り定量 化 する 画期 的な 技術

手術の適応が無くなり、抗癌剤や放射線などの集学

TAXIScan 法（文献 2, 3）を応用し、癌細胞の動態を的治療が主になる。つまり、転移・浸潤を抑えるこ

評価する方法を確立した（図 1、文献 4）。この評価とができれば、手術療法で治癒を目指すことができ方法を用いて、市販およびアカデミア保有の化合物
ライブラリーの中から、ヒト膵癌細胞 BxPC-3 の走化
性を抑制する化合物 D を見出した（図 2、文献 5）。

- 235 -

・シングルセル解析用細胞分離機器：Chromium
Controller（10x Genomics 社）
・次世代シークエンス：イルミナ社シークエンサー
によるシークエンスを外部委託
・解析ソフトウェア：Cell Ranger および Loupe
Browser （ともに 10x Genomics 社）
ヒト膵癌細胞 BxPC-3 を in vitro で培養し、移植当日にPBS中に2x107 個/mlで懸濁し、そのうち100µl
をヌードマウスの背部に移植した（計 20 匹）。接種
1 週間後にマウスの背部に腫瘍が生着したのを確認
し 2 群（化合物 D 投与なし、投与あり）に分け、さらに第 6 週まで飼育した。化合物 D は 1mg/匹を週 1回経口投与した。飼育後に、背部の腫瘍を切除し、gentle MACS を用いて、癌組織より癌細胞を分離・懸濁した。続いて、フローサイトメトリー用抗体を用いて細胞を染色し、抗ヒト HLA-A 抗体陽性の細胞集団をフローサイトメーターFACS-AriaⅢにて分取し、ヒト細胞（つまりヒト膵癌細胞）を 90％以上得
即ち、in vitro にて膵癌細胞 BxPC-3 の走化性を抑制し、動物実験（in vivo）にてこの膵癌細胞をヌードマウスに移植した際の転移・浸潤および増殖をどちらも抑制する化合物を見出した（図 3、特許出願
済）。これまで、この化合物 D に結合する分子を、プた。細胞分取後に、シングルセル解析用ライブラリ
ー作成キットおよびシングルセル解析用細胞分離機
器 Chromium Controller を用いて、シングルセルレ
ベルでの識別バーコード付き mRNA を取得し、逆転写反応により cDNA ライブラリーを得た。
得られた識別ロテオミクス解析にて見出している。
本研究では、化合物Ｄによるヒト癌細胞の遺伝子
発現変化をシングルセルレベルで網羅的に探索し、抗腫瘍効果のメカニズム解明に迫った。
【材料と方法】（図 4）
・癌細胞：ヒト膵癌細胞株 BxPC-3 (ATCC)
・ヌードマウス：BALB/c Ajcl-nu/nu, 5 週齢, 雄・組織破砕細胞分取装置：gentle MACS（ミルテニー社）
・フローサイトメトリー用抗体：抗 HLA-A 抗体（BioLegend 社）
・細胞分取用フローサイトメーター：FACS-AriaⅢ（ベ
クトン・ディッキンソン社）
・シングルセル解析用ライブラリー作成キット：
Chromium Next GEM Single Cell 3ʹ Reagent Kits v3.1
（10x Genomics 社）- 236 -

バーコード付き cDNA について次世代シークエンス

化合物 D の投与によって増加・減少することが分かを行い、シングルセルレベルでの mRNA 発現解析を行った。クラスター1～7 および 9～11 では化合物 D 投った。シークエンス後の解析を解析ソフトウェア

与により減少する傾向が、クラスター12 および 13

Cell Ranger5.0 を用いて行い、さらに可視化ソフト

では化合物 D 投与により増加する傾向が観られた

ウェア Loupe Browser にて可視化し二次解析を行っ（図）。クラスター8 では変化が無かった。さらに各た。

クラスターの中で遺伝子発現の強弱があることも明らかとなった（図 6。遺伝子名は非開示）。

【結果と考察】化合物 D には、動物実験にて癌細胞の転移抑制おマウス背部に移植されたヒト膵癌細胞 BxPC-3 によび増殖抑制の両効果がみられたが、細胞移動が活

ついて、化合物 D 投与なし・ありの 2 群でシングル

発なクラスター及び増殖が活発なクラスターが減少

セルレベルでの遺伝子発現の比較を行った。ソフト

していることが考えられた。また、増加しているク

ウェアにより可視化した遺伝子発現プロファイルをラスターに関しては比較的活動が乏しく増殖スピー示す（図 5）。解析により、ヒト膵癌細胞の遺伝子発ドが遅い細胞集団（たとえば癌幹細胞）であること

現クラスターが明らかとなった。まず、移植した膵が考えられた。現在、クラスター中の遺伝子発現変

癌細胞は遺伝子発現パターンにより 13 のクラスタ化についてさらなる解析を行っており、細胞移動・ーに別れることが分かった。また、各クラスターが増殖あるいは stemness との関連性を探索している。

- 237 -

【まとめ】
我々が見出した癌転移抑制作用・増殖抑制作用をもつ化合物 D が効果を発揮するメカニズムを明らかにするために、ヒト膵癌細胞の異種移植モデルを用いて、癌細胞のシングルセル遺伝子発現解析を行った。
移植した癌細胞集団のクラスターが確認され、化合物 D によって増減するクラスターおよび各クラスタ
ーで発現が増減する遺伝子群が明らかとなった。この結果を化合物 D の実用化のための基礎データとしたい。
【謝辞】
本研究を支援してくださいました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。
また、アカデミア保有の新規化合物をご提供くださいました福山大学薬学部町支臣成先生に感謝いたします。
本研究は国立研究開発法人日本医療研究開発機構（AMED）
橋渡し研究加速ネットワークプログラム（課
題番号 JP18lm0203008）の支援を受けています。
【文献】
1. がんの統計 ’19, 公財がん研究振興財団編
2. Kanegasaki K, et al. J Immunol Methods. 282:1-11,
2003
3. Yamauchi A, et al. J Immunol Methods. 404:59-70,
2014
4. Yamauchi A, et al. BMC Cancer. 17:234, 2017
5. 山内明. 平成 30 年度公益財団法人ウエスコ学術振興財団事業報告書研究成果報告書. 139, 2019

- 238 -

活性酸素生成酵素 Nox の制御機構の破綻メカニズムの解明	 	
 川崎医科大学	
 生化学	
 
宮野	
 佳	
 
	
 
NADPH オキシダーゼ（Nox,	
 NADPH	 oxidase）は、活性酸素の一種であるスーパーオキシド（O2-）や過酸化水素（H2O2）を生成する一群の酵素系である。Nox ファミリーの中でも、Nox4 は血管内皮細胞に豊富に発現し、後肢虚血モデルマウスにおいて、Nox4 は創傷治癒に関わる血管新生を促進することが知られている。本研究では、
Nox4 が血管新生に必須な血管内皮細胞遊走を正に制御していることを示す。内皮細胞遊走は、細胞表面に局在する血管内皮増殖因子受容体（VEGFR-2）の存在に依存している。Nox4 は、VEGFR-2 をそのタンパク質合成の場である細胞内小器官の小胞体においてタンパク質レベルで安定化している。Nox4 により安定化された VEGFR-2
は、絶えず細胞表面へと供給され、結果として細胞遊走を促進する。内皮細胞遊走は、創傷治癒を行う血管新生に必要な一方、がんや糖尿病性網膜症の悪化につながる血管新生に関与することが知られている。以上の結果は、無秩序な細胞遊走により引き起こされる疾患が Nox4 を制御することにより抑制できることを示唆する。
	
 
	
 
	
 
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
 
[背景]	
 

して、活性酸素が生成される）。一方、生体には積極

1.	
 活性酸素の生理学的・病理学的役割	
 的に活性酸素を生成する系が存在する。NADPH オキ

	  生体は活性酸素の反応性の高さを利用して、病原シダーゼ（NADPH	
 oxidase;	
 Nox）ファミリーがその体の殺菌や甲状腺ホルモンの合成、平衡感覚に必須例である。Nox は、ヒトでは Nox1～Nox5、Duox1 との耳石の形成に利用している。また、活性酸素は、

Duox2 の 7 種類が知られている（表 1）。最近、私は様々な酵素の活性中心に存在するシステイン残基をNox ファミリーの中でも、大腸上皮細胞に豊富に発酸化することにより酵素活性を直接制御し、細胞内現する Nox1 が局所における感染制御に加えて、粘膜のシグナル伝達経路を制御することができる。	
 損傷の修復における重要な過程である上皮細胞の遊	  通常、活性酸素は生体の抗酸化物質や抗酸化酵素

走を制御していることを見出した 1,	 2)。Nox1 活性の群により速やかに消去される。しかし、活性酸素の低下は、上皮細胞の遊走能を増加させることから、生成が過剰な場合や抗酸化物
質が不足した状態では、例えば細胞増殖に関連するシグナ
ルを常時オンにし、結果としてがんなどの疾患を引き起こ

	す。これが、一般に活性酸素を悪玉として捉える病理学的な側面である。	
 	
 2.	
 Nox ファミリーとその役割	
 	
  活性酸素は、その生成源としてミトコンドリの呼吸鎖などが知られている（副産物と- 239 -

Stabilization of VEGFR-2 by Nox4

Stabilization of VEGFR-2 by Nox4
1.#[c}zd­C'#
EA.hy926[c®TAXIScanC'¬Nox4­ÎÉÀÈ»Ý>E­L¹n¨¦#="ª300±ª5ª71¢¦/N9I3³µ8 
Nox1 活性の制御機構の維持が、粘膜損傷の修復に関ダウンを行った。Nox4 ノックダウン細胞は、コント

わる細胞の遊走に重要な役割を果たしていることをロール細胞と比べて、ウシ胎児血清に向かっての
“方

示す。	
 

向性”と“速度”が低下していた（図 2）
。	
 

	
 
3.	
 Nox4 と血管新生	 	  後肢虚血モデルマウスにおいて、Nox4 は創傷治癒に必要な血管新生を促進する。血管新生は、血管の裏打ちに存在する血管内皮細胞の細胞遊走に依存することから、
私は Nox4 が内皮細胞の遊走に関与しているのではないかと考えた。	 	
 2.#Nox43

	 [結果と考察]	
 

#

#

	
 

1.	
 内皮細胞遊走能の測定系構築	 	
  内皮細胞の遊走能は、走化性因子に向かって水平方向に移動する細胞をリアルタイムで観察できる細胞動態測定装置（TAXIScan）を用いて測定した（図1）。遊走能は、走化性因子に対する細胞遊走の“方向性”と“速度”で定義した。また、走化性因子は、

3.	
  内皮細胞に重要な血管内皮増殖因子受容体（VEGFR-2）の発現量	 	
  血管内皮細胞は、細胞外に存在する走化性因子であ る 血 管 内 皮 増 殖 因 子 （ VEGF-A,	
  vascular	
 endothelial	
 growth	 factor	 A）の濃度勾配に従って

Figure 1. Migration of ECs in TAXIScan. A, schematic illustration of theexperiment.細胞外See Experimental
for details.内皮細胞のB, images of ECs migrating to
遊走する。
VEGF-Aproceduresの濃度勾配は、
ward FBS in TAXIScan channels. The concentration of injected
are indicated schematicallyon the left axis. The distance between the10%	
 ウシ胎児血清を用いた。内皮細胞は、ヒト臍帯
4.#FBS and their gradient
VEGFR=2#
start line (bottom) and finish line (top) of each channel is 260 mm. Scale bar, 100 mM. C, trajectory patterns of ECs migrating toward FBS. The images of migrating
細胞表面に存在する VEGF-A 受容体（VEGFR-2）によcells in TAXIScan channels were filmed, and theirEA.hy926
paths were traced. Each point shows the direction and distance of each cell in 5 min, from which the mean
静脈内皮細胞から樹立された細胞培養株
values of directionalityFigure
and velocity
were calculated.
in different
colors indicate
an independent
migration.
D, velocity–directionality(VD) resolveplots o5. Stabilizationof Traces
ER-retained
VEGFR-2stabilizedby Nox4. A,cellVEGFR-2
proteinlevels. Proteins wereAdensity
B F of
A り検知される。そこで、Nox4のノックダウンにより
EC migration. The methods
usedrepresents
to calculatethe
eachrelativevalue aredescribed
in Experimental
procedures. Representative
VD plots obtained
FBS anddiagramthelower-molecular-weightbands normalized
to that offrom
the0%highest(n each=3細胞を用いた。	
 concentration in panelknockdown
B are shown. or
E, statisticalanalysis ofVthe
panel
represents
themean
6 S.D.
of pooled
dataof migrating
cells
(n !
E Gdata
F Rof=細胞表面の2 D. Eachcontrol EA.hy926
cells
were
treatedwithgraph
10
mg/ml
BFA
for
3
h.
Cell
lysateswereextracted
using
TritonVEGFR-2
量が変化しているかどうかを検30) from three independent*, p, 0.05;**, psurface, 0.01;VEGFR-2***, p , 0.001.
Statisticalanalysisused theTukey–Kramer
test. The
Endo experiments:
H. C, effect of
BFA
on thelevel.
EA.hy926
cells were
exposedto 10 mg/ml
BFAdata
for aretherepresentative
indicated ti	 VEGFR=2
complexof results from three independent experiments.
hy926 cells were treated with or without 10討した。	
 mg/ml BFA for 3 h. Cell surface biotinylation experiments were performed as
VEGFR=2
2.	
 Nox4 ノックダウンの細胞遊走への効果	 E, stability of ER-retained VEGFR-2 in Nox4 knockdown cells. Upper, Nox4
knockdown or control EA.hy926 cells were ex
cells were then treated with or without
10 mg/ml
CHX for the indicated times.
Protein levels were analyzed by immunob
	  細胞表面タンパク質のみをビオチン化し、ストレFigu
complex
SDS=	  内皮細胞遊走への Nox4
bandの関与を調べるために、
density was quantitated and plotted on a graph, with the valueJ. obtained
untreated
set as 100% 11879(n ting= 3).
Biol. Chem.for(2020)
295(33)cells
11877–11890
PAGE	
 プトアビジン-セファロースで沈降させ、免疫ブロッfrom three independent experiments.
level
RNAi 干渉法を用いて EA.hy926 細胞の Nox4 のノック
with

VEGFR=2

high=mannose

Calnexin transiently associates with newly synthesized N240(58).
linked glycoproteins in the- ER
PDI catalyzes disulfide
high=mannoseoxidation, reduction, and isomerization, thereby playing an

lyzed

chan
Japan), Wako Pure Chemicals
chan
Sigma–Aldrich Japan (Tokyo,
fromJ
pend
Primers were purchased from

2.#Nox43##トを行った。
興味深いことに、Nox4のノックダ
ウンにより、

4.#

VEGFR=2

Stabilization of VEGFR-2 by
#

細胞表面の

3

Directionality (radian)3.#

Figure 5. Stabilization of ER-retained
A B F AVEGFR-2 stabilized by Nox4. A, VEGFR-2 protein levels. Protein
diagram
VEGFR-2
局 represents the relative density of the lower-molecular-weight bands normalized to that of the h
E G wereF R = treated2
knockdown or control EA.hy926Vcellswith 10 mg/ml BFA for 3 h. Cell lysates were extracted
Endo H. C, effect of BFA on the surface
VEGFR-2
level.
EA.hy926 cells were exposed to 10 mg/ml BFA for th
在量が減少
VEGFR=2
complexhy926 cells were treated with or without 10 mg/ml BFA for 3 h. Cell surface biotinylation experiments were
VEGFR=2
knockdown or control EA.hy926
し て E,いstability
た of ER-retained VEGFR-2 in Nox4 knockdown cells. Upper, Nox4
cells were then treated with or without
10 mg/ml CHX for the indicated times.
Protein levels were analyzed
complex
SDS=
Figure 6band density was quantitated and plotted on a graph, with the value obtained for untreated cells set as
（図 3）
。
こ
PAGE	
from three independent experiments.
#
A VEGFR=2Directionality
Cvelocityの結果は、
ns
H2O2: (–) (–) (+)
ns
ns
ns
VEGFR=2
high=mannosens(+) (+)ns
DPI: (–)synthesized
Calnexintransiently
associates
with
newly
N- Japan), Wako Pure
Nox4
が
∗∗∗
1.2
∗∗∗
∗∗∗

∗∗∗

∗∗∗

∗∗∗
∗∗∗
∗∗∗
linked 0.020
glycoproteinsinthe ER(58). PDI catalyzes disulfide
Velocity (µm/sec)

Sigma–Aldrich Japa
Primers were purc
0.015
0.8
β-Tubulin(loading
control)
胞遊走を促進していることを示唆する。	
  important role in protein folding (59–61). These proteins
Japan).
45
0.6
complexMW
0.010an ER chaperone system thatlane:compriseensurestheproperPlasmids and cD
1 2 3 (kDa)	
 0.4
folding and quality control of newly synthesized 3proteins. Botond Bánfi and Ka
0.005
0.2 の安定化	 VEGFR-2 is a glycoprotein #with multiple disulfide bonds. http://n2t.net/addgen
4.	
 Nox4 による VEGFR-2
EVEGFR-2
BFA-treatment
00Thus, Nox4
mayform a complex with
as wellcells
as hNox3 was a gift fro
解されるため、新規のタンパク質合成を阻害するシ
ligand VEGFR-2
ligand	  膜タンパク質であるは、細胞内小器官の
IP
:
(–)
(+)
(–)
(+)
(–)
(+)
:
(–)
(+)
(–)
(+)
(–)
(+)
chaperone
proteins
thatfacilitate
proteinfoldingintheER.
http://n2t.net/addgene(1% FBS)(1% FBS)クロヘキシミド（CHX）で細胞を処理すると、不安定
In conclusion,
we found that Nox4 enhances the directed hNox4 was a gift fro
小胞体で翻訳後修飾を含むタンパク質“折りたたみ”controlsiRNA: control Nox4-#2
siRNA: control Nox4-#2 control+ migration of ECs by maintaining+ surface VEGFR-2
MW levels via
69352; http://n2t.ne
catalase
theVEGFR-2
same data set
the なタンパク質ほど速やかに分解されていく過程を観
same data set catalase(kDa)を受ける。折りたたまれたは、ゴルジ体をstabilization of VEGFR-2
in the ER.
in Fig. S2
in Fig. S2
pcDNA3.1-hNox5 w
察することができる。そこで、Nox4 をノックダウン
経由して細胞表面へ輸送される。細胞表面 VEGFR-2
plasmid 69354; httpd using SDS-PAGE (7.5% gel). TheBbar
Experimental procedures
Directionality
velocity
した細胞またはコントロール細胞を
CHX
で処理し、
69354). FLAG-HA-p
B, N-glycosylationof VEGFR-2.
Nox4
97
は、細胞外
VEGF-Aと結合すると、
nsその複合体は細胞∗
Materials
ns∗∗∗(Addgene plasmid 5-100 and digested with PNGase F orns
nsVEGFR-2 の量を免疫ブロットにより確認し
残存する
∗∗∗
∗∗∗
66 ultrapure内部移行を起こし、遊走シグナルを開始すると同時
es. D, cell surface
VEGFR-2 levels. EA.
∗∗∗
Addgene_52535).
Hu
Chemicals,
reagents,
andmaterials—All
general
∗∗∗
∗∗∗
∗∗∗
∗∗∗
∗∗∗
0.020
endogenous
described in Experimental procedures. 1.2
た（図6）。コントロールの細胞では、新規
VEGFR-2
Nox4
grade
reagents
werepurchasedfrom
NacalaiTesque(Kyoto,ously
described(62).
に、シグナル伝達が過剰に続かないようにするため
osed to 10 mg/ml
BFA for 3 h. Middle, 1.00.01545の合成を阻害しても、十分な量の小胞体局在型
0.8levels by Nox4. A, Nox4 and VEGFR-2 protein
ottingwith anti-VEGFR-2.
The protein
e 4. Maintenanceof surface
VEGFR-2
levels. Protein expression levels were analyzed
by immunoblotに速やかに分解される。実際に小胞体からの細胞表
p22phox0.010
he dataare representativeof Theresults
11884density
J. Biol.ofChem.
(2020)normalized295(33) 11877–11890
sing
the indicatedantibodies.
bar 0.6
diagram represents the relative
the bands
to b-tubulin20(n = 3). B, Nox4 and VEGFR-2 mRNA
VEGFR-2 を検出することができた。一方、Nox4 をノ
面へのタンパク質輸送を輸送阻害剤ブレフェルジン
The bar diagram
represents the relative
0.4 density of the bands normalized to b-actin (n = 3). C, cell surface VEGFR-2 levels. EA.hy926 cells were treated
ER-retained
0.005
J.
Biol.
Chem.
(2020)
295(33)11877–11890
11881
Nox4 or control siRNA for 72 h. Cell surface
as described in Experimental200
procedures. Protein
levels were ana0.2 biotinylation experiments were performed
VEGFR-2
ックダウンした細胞では、コントロール細胞に比べA（BFA）で抑制すると、小胞体から新たなVEGFR-2
by immunoblotting
using anti-VEGFR-2.
The
positionsofthemarkerproteinsareindicated
in
kDa.
D,
imagesofECsmigratingtowardFBS in TAXIScan
0
0
116
els.
The
concentrationof
injected
human
recombinant
VEGF-Awas500
pg/ml.
The
distance
between
the
start
line
(bottom)andfinishline(top) of eachて、小胞体局在VEGFR-2の分解が促進されていた。
ligandligandIndustries(Tokyo,Japan),m.orE, statisticalが輸送されないために細胞表面は速やかに: (–) (+) VEGFR-2(–) (+) (–): (–) (+) (–) (+) (–) (+)
97
el was 260 mm. Scale bar, 100 m(VEGF-A)
analysisof VD (+)
plots.(VEGF-A)
Each graphrepresents the mean 6 S.D. of pooleddata of migrating cells (n ! 30)
この結果は、Nox4のノックダウンにより小胞体
pan),unless分解され、細胞表面
otherwise
stated.
hree independent
experiments.
***,siRNA:
pVEGFR-2, 0.001.
Statisticalanalysis used
The data
are representativeof results from three indecontrol
Nox4-#1 control
siRNA:
control Nox4-#1test.
control量は減少する（図4）。
	 the Tukey-Kramer
66
+
+
nt
experiments.
Eurofins Genomics (Tokyo,
control

Nox4

IgG

blot: Nox4

IgG

blot: VEGFR-2

immunoprecipitate

the same data set catalase	  Nox4 は、小胞体に局在する（図。私は、Nox4in Fig. 4E 5）

blot:
p22phoxco-immunoprecipitate

Velocity (µm/sec)

Directionality (radian)lysate1.0high=mannose 200 VEGFR-2
VEGFR-2 の細胞表面発現量を維持することにより細oxidation, reduction, and isomerization, thereby playing an

catalase
the samedata setが不安定になっていることを示唆する。	
 VEGFR-2
in Fig. 4E
44

Nox4 was reported to be localized in the ER (42, 43), sion affected the stability of VEGFR-2 in the ER at theA3.1-hNox1が小胞体に局was a gift fromD
GFP–Nox4
Hoechstmerge
20 µm to calnexin
elieve that it may be involved in thePDIstabilization of ERprotein level (Fig.
5). Nox4 is known
to bind
在する（輸送ause (Addgene
plasmid 58344;
ned VEGFR-2 at the protein level. Indeed, Nox4 expres- (57) and protein disulfide isomerase (PDI) (42) in the ER.
D: Addgene_58344).
pcDNA3.1される前のánfi (Addgene
plasmid
58341;VEGFR-2）の安J. Biol. Chem. (2020) 295(33) 11877–11890 11883: Addgene_58341). pcDNA3.1定化に関わっ
nz Krause (Addgene plasmid
352; RRID:ているのでは
Addgene_69352).
m Karl-Heinzないかと考え
Krause (Addgene
dgene:69354;た。細胞内のRRID: Addgene_
20 µm
VEGFR-2
GFP–Nox4
Hoechstmerge#
as a gift from Adam Antebi 5.#Nox4タンパク質は、
Nox4
PDI protein#n2t.net/addgene:52535; RRID:
disulﬁde#isomerase
HoechstGFP
cDNA was 絶えず合成さ
prepared as previNox4
PDI
Nox4
れ、そして分3- 241 -

Figure 5. Stabilization of ER-retained VEGFR-2 stabilized
Figure 6. Interaction of Nox4 with VEGFR-2.

etained
GFR-2mtp://www.jbc.org/ at KAWASAKI IKA DAIGAKU on July 2, 2020c.org/ at KAWASAKI IKA DAIGAKU on July 2, 2020

phox

m

[引用文献]	
 
1.	
 宮野	
 佳.	
 活性酸素生成酵素 Nox の制御機構の破綻メカニズムの解明	 (2020 年)	
 ウエスコ学術振興財団令和元年度研究費助成研究成果報告書,	
 pp.	
 216
－219.	
 2.	
  Miyano,	
  K.,	
  Okamoto,	
  S.,	  Yamauchi,	  A.,	
 Kajikawa,	
 M.,	
 Kiyohara,	
 T.,	
 Taura,	
 M.,	
 Kawai,	 C.,	
 &	  Kuribayashi,	  F.	
  (2020 年 ).	
  Constitutive	 activity	
 of	
 NADPH	 oxidase	
 1	
 (Nox1)	
 that	
 promotes	
 
its	
 own	
 activity	
 suppresses	
 the	
 colon	 epithelial	
 

n#

cell	
 migration.	
 Free	 radical	 research,	
 54(8-9),	
 4

pp.640–648.	
 3.	
 Miyano,	
 K.,	
 Okamoto,	
 S.,	
 Yamauchi,	
 A.,	
 Kawai,	 C.,	
 Kajikawa,	
 M.,	
 Kiyohara,	
 T.,	
 Tamura,	
 M.,	
 Taura,	 

6.#VEGFR=2#
R-2 stabilized by Nox4.
x 4 bar diagram
solved using SDS-PAGE (7.5% gel).N oThe
EA.hy926
BFA
3
cular weight bands normalized to that of the highest (n =VEGFR=2
CHX
VEGFR=2
VEGFR=2
	
23
VEGFR=2
3M.,	
 &	
 Kuribayashi,	
 F.	
 (2020 年).	
 The	 NADPH	 oxidase	 NOX4	
  promotes	  the	
  directed	
  migration	
  of	
 endothelial	  cells	
  by	
  stabilizing	  vascular	
 endothelial	
 growth	 factor	 receptor	
 2	
 protein.	
 The	
 Journal	
 of	 biological	
 chemistry,	
 295(33),	
 pp.	
 11877–11890.	
 
	
 
	
 

	
 

[謝辞]	
 

[まとめ]	
 

	  本研究をご支援して頂きました公益財団法人ウエ	  今回の研究で、Nox4 が血管新生に重要な内皮細胞

スコ学術振興財団に、心より感謝申し上げます。	
 遊走を正に制御していることがわかった。Nox4 は、細胞遊走開始のキューである VEGFR-2 を小胞体においてタンパク質レベルで安定化し、細胞表面
VEGFR-2 の量を維持し、VEGF-A 濃度勾配に応じた内皮細胞遊走を制御する。内皮細胞遊走は、創傷治癒を行う血管新生に必要な一方、がんや糖尿病性網膜症の悪化につながる血管新生に関与することが知られている。Nox4 を標的とした内皮細胞遊走制御が実現できれば、無秩序な血管新生により引き起こされる疾患への新しい対処方法を確立できると考えられ
る。	
 
	
 
	
 
	
 
	
 

- 242 -

嗅覚障害の観点から考察する嗅覚調整機能
川崎医療福祉大学医療技術学部臨床検査学科
清 蔭 恵 美嗅球の糸球体は、嗅神経によって運ばれてきた匂い入力情報を統合調整する最初の領域である。糸球体はgamma amino butyric acid （GABA）作動性の傍糸球体細胞で形成されているが、それらは含有する化学神経物
質によってサブグループに分類される。なかでも tyrosine hydroxylase (TH)ニューロンは、鼻閉による入力遮断によって TH の発現量が低下することから、匂い識別機能に関わると考えられている。また、鼻腔ウィルス
感染によって TH と共に calbindin（CB）ニューロンの発現も低下することが報告されている。しかし、異なる化学物質を含有する傍糸球体細胞が嗅覚機能にどの様に関わるか未だ明らかにされていない。そこで、まず野生型マウスの嗅球糸球体内で各ニューロンが形成するシナプスについて、シナプスマーカーを用いた免疫染色を行い定量解析を行った。その結果、TH ニューロンが CB ニューロンよりシナプスを多く糸球体内で形成することが明らかになった。鼻閉によりその発現量が影響を受ける TH ニューロンと直接嗅神経の入力を受けない
CB ニューロンについて、入力遮断後のシナプス形成に対してどのような影響を及ぼすか現在解析中である。

はじめにーロンはウィルス感染によって TH と共にその発現

嗅覚の一次中枢である嗅球は、明瞭な層構造と、量が減少することが報告されている 6)。また、CB ニ

比較的少数のニューロン種から構成され、豊富な神ューロンは嗅神経から直接入力を受けず、投射ニュ

経化学物質を含む脳領域である（図 1）。嗅球表層にーロンから非対称性シナプス（興奮）を受けると直ある糸球体は様々な化学神経物質を含有したニュー

ぐに対称性シナプス（抑制）を投射ニューロンに作

ロンによって構成されている。匂い刺激を受けた嗅る典型的な相反性シナプスを形成し 7)、匂い情報の受容細胞は糸球体内で投射ニューロンに収束し、糸修飾を行っている可能性が示唆されている。このよ

球体を構成する傍糸球体細胞によって調節された匂うにシナプス結合の側面からも、
TH ニューロンと CB

い情報は、投射ニューロンの軸索を介して高次中枢

ニューロンは対照的なニューロンであるということ

へと運ばれる。匂い情報を最初に調整する傍糸球体が言える。しかし、異なる化学物質を含有する傍糸細胞は、gamma amino butyric acid （GABA）作動性

球体細胞が嗅覚機能にどの様に関わっているのか未ニューロンであるが、さらに含有する化学特性によだ明らかにされていない。そこで、電子顕微鏡によって少なくとも 3 つのサブグループに分類される

るシナプス解析が比較的進んでいる TH ニューロン

1)；すなわちカルシウム結合蛋白である calbindinと CB ニューロンの機能を明らかにするため、
シナプ

（CB）
、
calretinin（CR）と tyrosine hydroxylase（TH、

スマーカーを用いた免疫染色を行い嗅球糸球体内でドーパミン合成の律速酵素）である。なかでも TH

各ニューロンが形成するシナプスについて

ニューロンは、嗅神経から直接入力を受け 2)、鼻閉

stereology 法 8)を用いた定量解析を行った。

による入力遮断によって TH の mRNA、タンパク発現量が低下することが知られている 3, 4)。また、TH ニ

材料と方法

ューロンは異なる投射ニューロン間、嗅神経と投射【動物】 本実験は、生後 15 週の雄 C57BL/6J マウ

ニューロン間に連続性シナプスを形成し、側方抑制

ス （日本 SLC、川崎医科大学動物実験委員会承認番

5)やフィードフォワード抑制を行うことから 、匂い

号：19－012）2 匹（体重 25g）を用いて、各種抗体識別機能に関わると考えられている。一方、CB ニュを用いた免疫染色を行った。すべての実験行程の前- 243 -

に、マウスはペントバルビタールとデクスメデトミ

レーザー顕微鏡で 0.38µm 毎に 9 枚の連続断面画像

シン塩酸塩混合液（0.1 ml/100g）を腹腔注射し、麻（X = 79.94µm, Y = 79.94µm, Z = 3.42µm の画像サ酔を行った。4％パラホルムアルデヒドを含む 0.1M

イズ）を取得し、Neurolucida （ver. 11, Micro

リン酸緩衝液 （PB、pH7.4）でマウスの心臓より灌Bright Field）を用いてシナプスのカウントを行っ

流固定し、脳を取り出し同一の固定液で浸漬固定後、た。サンプリングバイアスを排除するため、撮影しビブラトーム （VT 1200s, Leica）を用いて嗅球をた画像にグリッド（＝カウンティングフレーム；5µm

50µm 厚の冠状断面連続スライスを作製した。

×5µm）を重ね、5µm 間隔毎にカウンティングフレー
ムを設定するシステマチック・ランダムサンプリン【多重免疫染色法】 多重蛍光免疫染色は、嗅球ス。カ
グ法 11)により 27 箇所を選び計測した（図５A）

ライスを 1％牛血清アルブミンリン酸ナトリウム緩ウント対象は免疫陽性斑点（IR-puncta）とし、TH

衝液 (BSA-PBS)に入れ、20℃で 1 時間ブロッキング

ま た は CB-IR-puncta/VGAT-IR-puncta/gephyrin-

反応を行った。その後、以下の一次抗体を組み合わ

IR-puncta、THまたはCB-IR-puncta/VGAT- IR-puncta、

せて、20℃で 4～8 日間反応させた：(1) ニワトリ抗THまたはCB-IR-puncta/gephyrin- IR-puncta、
VGAT-

TH 抗体 (Abnova、Cat. no.PAB29094、1：1000 希釈)

IR- puncta、gephyrin- IR-puncta、VGAT-IR-puncta(2) ウサギ抗 Vesicular Gamma Amino Butyric Acid/gephyrin-IR-puncta とした。また、カウンティン

Transporter (VGAT)抗体 (MILLIPORE、AB5062P、1：

グフレームの左と下の inclusion line（緑線）に被5000 希釈) (3) マウス抗 gephyrin 抗体 (Synaptic

った IR-puncta はカウントし、右と上の exclusion

Systems、Cat. no.147011、1：5000 希釈) (4) ヤギline（赤線）に被ったものはカウントしないという

抗 CB 抗体 (Calbindin D28K (C-20)、Santa Cruz

ルールを設定した。
さらに、1 枚目はlook-up section

Biotechnology, INC、Cat. no.sc-7691、1：5000 希としてカウントせず、一度カウントしたものはカウ釈)。一次抗体反応後、0.1 M PBS で 10 分間の洗浄

ントしないというoptical disector法を用いて計測を 3 回行い、以下の蛍光標識二次抗体を組み合わせを行った 12)。

て 20℃で 2 時間反応させた：(1) cyTM3 標識ロバ抗
マ ウ ス IgG (Jackson ImmunoResearch 、 Cat.

【統計解析】 シナプス分布解析で得られたデータ

no.715-165-151、1：200 希釈) (2) Alexa Fluor® 647

は、それぞれ統計解析ソフト（Prism 9）用い、TH標識ロバ抗ウサギ IgG (Jackson ImmunoResearch、

ニューロンと CB ニューロン間の平均値の比較

Cat. no.711-605-152、1：200 希釈) (3) Fluorescein（t-test）を行った。なお、図のすべての数値は、(FITC) 標 識 ロ バ 抗 ニ ワ ト リ IgY (Jackson

平均±標準誤差（Mean ± SEM）で表した。

ImmunoResearch、Cat. no.703-095-155、1：200 希
釈 ) (4) FITC 標 識 ロ バ 抗 ヤ ギ IgG (Jackson

結果

ImmunoResearch、Cat. no.705-095-147、1：200 希

同じ GABA のサブグループである TH と CB ニューロ

釈)。封入後、レーザー顕微鏡 （LSM-700, Zeiss:

ンの機能についても比較を行うため、糸球体内でそ

x40/NA 1.4 oil plan-apochromat objective lens,

れぞれのニューロンが形成するシナプス数を定量解

zoom = 0.8）で標本を撮影した。

析した。
シナプスのカウントを広範囲で行うために、
各種シナプスマーカーを用いて、体積当たり（5µm【シナプスマーカーの分布】 抗 TH または CB 抗体

×5µm×3.42µm）のシナプス平均数で比較した。VGATと、GABA 作動性ニューロンのシナプス前部のマーカは GABA をシナプス小胞内に取り込むトランスポー

9)ーである抗 VGAT 抗体 、シナプス後部のマーカー

ターで GABA 作動性ニューロンのシナプス終末に局として抑制性シナプス後膜の足場タンパクである抗在するシナプス前部のマーカーである。また、

gephyrin 抗体

10)を用いた蛍光多重染色を行った。

gephyrin は抑制性シナプス後膜の足場タンパクで、- 244 -

グリシン受容体や GABAA 受容体の局在に関わるシナの結果、TH ニューロンが CB ニューロンよりシナプ

プス後部のマーカーである。これらのシナプスマー

スを多く糸球体内で形成することが明らかになった。

カーと TH または CB に対する抗体を用いて多重蛍光染色を行った。糸球体内のサンプリング領域にバイ【TH、CB ニューロンのシナプス形成】 これまでのアスがかからないように、25µm×25µm のサンプリン

報告では、電子顕微鏡連続切片から単一ニューロン

グ領域を 3 箇所糸球体内辺縁と中間に設定した。

を立体再構築し、そのシナプス分布を定量解析した

IR-puncta は小さくカウントエラーが生じやすいた

結果、CB ニューロンの方が TH ニューロンよりも多め、25µm×25µm 領域をさらに 5µm×5µm の網目状にくのシナプスを形成していた 7, 13)。しかし、今回我々

区切り、その中にカウンティングフレームを 3×3が行った単位体積当たりのシナプス定量解析では、

個設置（合計 27 箇所 = 3×3×3）することでカウTH ニューロンが CB ニューロンよりも約 3 倍多くシントエラーを最小に防いだ。レーザー顕微鏡でナプスを形成するという結果を示した。この相反す

0.38µm 毎に 9 枚の連続断面画像を取得し、optical

る結果について更に検証が必要となるが、糸球体内

disector 法によりシナプスのカウントを行った（図に TH と CB ニューロンの樹状突起が占める割合が関2A ）。 TH- または CB-IR-puncta （緑） / VGAT-

わっていると考えられる。現在、樹状突起の支配率

IR-puncta（青） / gephyrin-IR-puncta（赤）を TH

についても解析を行っている。

または CB が形成するシナプスとした（図 2B）。
まず、TH- または CB-IR-puncta /VGAT-IR-puncta【TH、CB ニューロンの機能】 過去の定性的な電子数をみると、TH ニューロンが VGAT との共存が高く顕微鏡によるシナプスの解析では、TH ニューロンと（p<0.001）、逆に TH または CB ニューロンと共存しCB ニューロンはそれぞれ連続性シナプスと相反シない VGAT 単独陽性数（すなわちその他のニューロン

ナプスを主に形成することから 5, 7)、匂い識別と匂と共存する VGAT 数）は、CB ニューロンで高値を示

い情報の修飾に関わると考えられてきた。今回、糸した（p<0.001；図 2C）。次に、TH- または CB-

球体内における単位体積当たりのシナプス数を解析

IR-puncta /gephyrin-IR-puncta 数でも TH ニューロ

した結果、TH ニューロンが CB ニューロンより多くンの方が gephyrin との共存が高かった（p<0.01）。

シナプスを形成するということが初めて明らかにな

さらに、TH または CB と VGAT および gephyrin とのった。これより、TH ニューロンが CB ニューロンよ共存関係では、TH ニューロンが高い結果を示し

りも糸球体内抑制に大きく関わっていることが考え（p<0.05）。
すなわち TH ニューロンが CB ニューロン

られた 14)。糸球体内抑制を行うことで、興奮した別よりシナプスを多く糸球体内で形成することが明らの糸球体をより際立たせ、匂いのコントラストを高かになった。

め、最終的に匂い識別調整を行っていることが示唆
された。

考察

本研究では、
野生型マウスを用いて TH ニューロン

嗅球糸球体は、嗅神経を介して送られてきた匂いと CB ニューロンのシナプス定量解析を行ったが、鼻情報を最初に処理する部位である。その情報を調整

閉によってその発現量に影響を受ける TH ニューロ

するのが傍糸球体細胞で、それらは様々な神経化学

ンと直接嗅神経の入力を受けない CB ニューロンに物質を含有する GABA のサブグループから構成されついて、入力遮断によるシナプスへの影響についてている。しかし、異なる化学物質を含有するニュー現在解析を進めている。

ロンが、どの様に匂い情報の調整を行うのかについては未だ明らかになっていない。そこで、サブグル

謝辞

ープ間の機能を明らかにすることを目的に、シナプ共同研究者である川崎医科大学 解剖学教室 樋田一

スマーカーを用いた広範囲の定量解析を行った。そ

徳主任教授、林 周一准教授、川崎医科大学・耳鼻- 245 -

咽喉科学教室 濵本 真一講師からの助言に感謝申【図 1】マウス嗅球と断面像し上げます。
参考文献
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鏡画像。OB: 嗅球、ONL: 嗅神経層、GLL: 糸球体層、

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EPL: 外網状層、MCL: 僧帽細胞層、
GCL: 顆粒細胞層。

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14. Najac M et al, J Neurosci, 35(10), 4319-4331,
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A：糸球体内におけるレーザー顕微鏡画像と 25µm×25µm のサンプリング領域（大きな四角）を示す。サンプリング領域を 5µm×5µm の網目で区切り、3×3
個のカウンティングフレームを 5µm 間隔毎にシステ
マティックに設置し、最終的に 27 箇所（3×3×3）
でシナプスを定量した。緑線：inclusion line、赤線：exclusion line。B：TH 免疫陽性（緑）/VGAT
免疫陽性（青）/Gephyrin 免疫陽性斑点（赤）を矢印で示す。C：体積当たりの（5×5×3.42µm3）TH ま
たは CB/VGAT/Gephyrin の共存関係を示すグラフ。

- 246 -

旨味成分の摂取による健康保持・増進効果の検証
川崎医療福祉大学医療技術学部臨床栄養学科
宮田 恵多
長寿国として各国から認められている日本は、旨味成分を多用して食事を作る、といった独特な食文化を有している。様々な旨味成分の同定、機能性解析が行われ、旨味成分と長寿との関係性が示唆されている。本研
究では、核酸系旨味成分のイノシン酸（inosine 5'-monophosphate: IMP）の生理作用をモデル生物 C. elegansを用いて調べた。IMP が C. elegnas の寿命に与える影響を調べた結果、1 µM および 1 mM IMP 投与群の寿命はIMP 非投与群に比べ有意に延伸していたが、10 および 50 mM IMP 投与群の寿命は非投与群に比べ寿命が短くなっていた。1 mM IMP 投与群の遺伝子発現の変化を調べた結果、DAF-16/FOXO および SKN-1/Nrf2 制御下の活性酸素除去系遺伝子の発現が非投与群に比べ有意に上昇していた。さらに、経口摂取性酸化ストレス因子のジュグ
ロンを用いて酸化ストレス耐性試験を行った結果、IMP 投与群の酸化ストレス耐性は非投与群に比べ有意に上昇していた。以上の結果から、IMP の過剰投与は C. elegans の寿命短命を誘発するが、適正量の投与であればC. elegans の酸化ストレス耐性に関わる遺伝子発現を上昇させ、寿命を延伸させることが明らかとなった。
[はじめに]は僅かである。

厚生労働省が発表した令和元年簡易生命表によると、男の平均寿命は 81.41 年、女の平均寿命は 87.45[核酸系旨味成分イノシン酸]

年で、世界的にも日本は長寿国であることは見て取（1）

れる

イノシン酸（inosine 5'-monophosphate: IMP）は。これまで、日本が長寿国である要因の 1 つ

魚、鶏肉、豚肉および牛肉等の動物性食品に多く含として“日本食”に注目が集まっている。日本食とまれている旨味成分で、特にカツオ（カツオ節）お他国食とで異なる特徴の 1 つに、昆布、魚介の乾物

よびイワシ（煮干し）に多く含まれている。IMP はやキノコ類に多く含まれる旨味成分を多用すること

旨味成分である一方、構造中にプリン骨格を有するである。旨味成分は昆布に豊富に含まれているアミプリン体でもある。プリン体の過剰摂取は体内の尿ノ酸系旨味成分（グルタミン酸）、動物系食品に豊富

酸値を上昇させ高尿酸血症から痛風を引き起こし、に含まれている核酸系旨味成分（イノシン酸および腎障害、尿路結石および脂質異常症等も合併するこ

グアニル酸）、貝類に含まれる有機酸系旨味成分（コとも多い。しかし、尿酸は強力な抗酸化性を示し、

ハク酸）が同定されている。農林水産省のホームペ

老化やガン等の危険因子である活性酸素を除去するージによると、“旨味成分を使うことによって動物性働きがあることも明らかとなっている（6, 7）。

油脂の少ない食生活を実現と日本人の長寿や肥満防止に役立っている”、と記載されている（2）。近年、[IMP の C. elegans の寿命への影響]

旨味成分のグルタミン酸はタンパク質分解の促進、本研究では、IMP の生理作用をモデル生物線虫

満腹感醸成作用があり、食物の消化吸収および摂取

Caenorhabditis elegans（C. elegans）を用いて調（3）。

べた。C. elegans は、体長約 1 mm の非寄生性の土

また、コハク酸はガン細胞の増殖抑制効果、褐色脂壌に生息する細菌食性線虫である。C. elegans は、

肪細胞で熱産生に関与するミトコンドリア脱共益タ

受精卵が孵化してから L1〜L4 ステージ子虫を経てンパク質 UCP-1 を活性化することが報告されている

成虫となり、寿命は約 3 週間と短いことから老化に（4, 5）。このように、旨味成分とヒトの寿命には密接関する基礎研究でモデル生物として頻繁に用いられな関係があると考えられるが、これらに関する報告

ている。
また、
全ゲノム配列が明らかとなっており、量の調節に関与していることが報告されている- 247 -

多くの老化関連遺伝子が同定されている（8）。本研究[IMP の C. elegans の寿命延伸機構]

では、L1〜L4 ステージ子虫を IMP 存在下で餌である

IMP の投与による線虫の寿命延伸機構を明らかと

大腸菌 OP-50 株と共に培養し、その後の寿命を観察するため、IMP 投与による線虫の寿命関連遺伝子のした。なお、IMP 非存在下で培養した線虫（M9 群）

発現への影響を調べた。本研究では寿命延伸が認めをコントロール群とした。

られた 1 µM および 1 mM IMP 存在下で培養した線虫結果を図 1 に示す。1 µM および 1 mM IMP 投与群

から total RNA を抽出、cDNA 合成を行った後、半定の寿命は、M9 群に比べ有意に延伸していた。一方、

量的 PCR により寿命関連遺伝子の発現を調べた。本

興味深いことに 50 mM IMP 投与群は M9 群に比べ有意研究では、酸化ストレス耐性に関わりインスリンシに寿命短命となっていた。

グナル伝達経路によって制御されている転写因子
DAF-16/FOXO によって制御下にある superoxide

dismutase(sod-3)、ｐ38 MAPK 経路により制御されて い る 転 写 因 子 SKN-1/Nrf2 の 制 御 下 に あ る

glutamate-cysteine ligase(gcs-1)および熱ショッ
ク転写因子 HSF-1 の制御下にある heat shockproteins の hsp-1、hsp16.2 の発現への影響を調べた(図 2)。なお、標準遺伝子は synaptobrevin を選
択し、この遺伝子の発現で目的遺伝子の発現を正規化した。
コントロールは寿命と同様に M9 群をコントロールとした。

図 1. IMP の C. elegans の寿命に与える影響
生存曲線は Kaplan-Meier 法により作成した。Log
Rank 検定により有意差検定した結果、IMP 存在下で培養した線虫の寿命は IMP 非存在下で培養した線虫の寿命（M9）に対して有意な差が認められた（p<0.01）。
図 2. C. elegans の寿命に関わるシグナル伝達経路
Wan ら（9）は、0.02〜100 mM 尿酸存在下で C. elegans

これまでに、DAF-16/FOXO、SKN-1/Nrf2 および HSF-1を培養すると 2 mM で最も寿命が延伸し、100 mM でが核内に移行することで種々の遺伝子の発現が上は寿命が短くなることを報告している。一方、Li ら

昇すると C. elegans の寿命が延伸することが報告されている（8）。

（10）は、プリン塩基のキサンチンを C. elegans に投与すると体内の尿酸量が上昇し、長時間のキサンチ
ン暴露によりさらなる尿酸量の増大が起こり、短命

図 3 で示すように、M9 群に比べ、1 mM IMP 投与群のになることを報告している。このことから、詳細な

sod-3 および gcs-1 の発現は有意に上昇していた。

メカニズムは不明であるが、C. elegans においてもWan ら（9）は、2 mM 尿酸存在下で培養した C. elegans

ヒトと同様に体内の尿酸の示す生理作用により抗老でDAF-16/FOXOおよびSKN-1/Nrf2の転写因子の核内化が起こり、過剰な尿酸は寿命短命に影響すると考移行が起こり、これらの転写因子によって制御されえられる。

ている遺伝子の発現が上昇することを報告している。

- 248 -

本研究では、IMP の投与により DAF-16/FOXO およびは観察されなかったことから、現時点では不明であSKN-1/Nrf2 の制御下にある sod-3 および gcs-1 の発るが酸化ストレス耐性とは異なる他の要因が寿命延現が上昇した（図 2）。これらのことから、IMP を摂伸に関与していると考えられる。

取した C. elegans 体内では尿酸が生成され、DAF-16/FOXO および SKN-1/Nrf2 の核内移行の誘導が起こり、活性酸素除去関連遺伝子の発現が上昇すると考えられる。今後、IMP による DAF-16/FOXO およ
び SKN-1/Nrf2 の核内移行をそれぞれの転写因子に蛍光タンパク質の GFP が融合するように形質転換された変異体を用いて解析することができれば、この仮説の決定的な証拠となる。
図 4. IMP の酸化ストレス耐性への影響
240 mM ジュグロン存在下の NGM 培地で 2 時間培養後の生存率を示す。有意差検定は一元配置分散分析
後、Tukcy による方法で多重比較を行った。mean±
S.E.（n=3）、*p<0.05[まとめ]
以上本研究成果から、IMP は線虫の DAF-16/FOXO
および SKN-1/Nrf2 の核内移行を誘導し、その制御下
図 3. IMP の寿命関連遺伝子発現への影響にある活性酸素除去関連遺伝子の発現を上昇させ、

gcs-1、sod-3 および hsps の発現を示す。それぞれ

酸化ストレス耐性の向上による寿命延伸を起こすこの遺伝子の発現は、IMP 非存在下で飼育した線虫とが明らかとなった。

（M9）の遺伝子発現を 1 とした時の値で示している。有意差検定は一元配置分散分析後、Tukcy によ[おわりに]

る方法で多重比較を行った。mean±S.E.（n=4）、

今日、食品中のプリン体は体内の尿酸量を増加さ*

p<0.05せ、様々な疾患のトリガーになると考えられているが、本研究の線虫を用いた生理作用解析結果から適[IMP による C. elegans の酸化ストレス耐性の向上]

正量であれば酸化ストレス耐性を向上させることがIMP の投与により酸化ストレス耐性の向上が考え

明らかとなった。今後、IMP のより詳細な生理作用られるため、経口摂取性酸化ストレス因子のジュグを哺乳動物等により解明することで、IMP の摂取基

ロンを用いて酸化ストレス耐性試験を行った。L4 ス

準量、体内の活性酸素産生を抑制する食事計画、サ

テージの線虫を IMP 存在下で 2 日間培養後、ジュグ

プリメント開発等につながることに期待したい。

ロン存在下で 2 時間培養し、生死判定を実体顕微鏡下で行った。生死判定結果から生存率を算出し、酸[謝辞]

化ストレス耐性とした。

本研究の推進にご支援頂いたウエスコ学術振興財

図 4 で示すように、1 mM IMP 群の酸化ストレス耐

団に深く感謝致します。本研究実施にご協力頂きま

性は M9 群よりも劇的に高い酸化ストレス耐性を示した川崎医療福祉大学の宮田富弘教授、松本義信准した。一方で、最も寿命が延伸した 1 µM IMP 存在下教授に感謝申し上げます。また、線虫の取り扱い方で培養した線虫では酸化ストレス耐性に関わる変化等を指導していただきました中部大学応用生物学部- 249 -

環境生物科学科の長谷川浩一准教授、博士後期課程

Koprowski H. Prevention of experimental

大学院生の浜口昂大氏（中部大学後継者育成事業採allergic encephalomyelitis by targeting択者）に感謝いたします。なお、本研究成果の殆ど

nitricは川崎医療福祉大学臨床栄養学科 26 期生の山下雄

implications for the treatment of multiple

一郎氏（現 株式会社フーヅリンク管理栄養士）、大sclerosis. Proc Natl Acad Sci USA. 94, 6,

森菜々穣氏（現 医療法人清幸会三原城町病院管理栄2528–2533 (1997)

養士）によるものです。ここに記して謝意を示しま

oxide

and

peroxynitrite:7). Hooper DC, Spitsin S, Kean RB, Champion JM,

す。

Dickson GM, Chaudhry I, Koprowski H. Uric
acid, a natural scavenger of peroxynitrite,[参考文献]

in experimental allergic encephalomyelitis1). 厚 生 労 働 省 ホ ー ム ペ ー ジ ,and multiple sclerosis. Proc Natl Acad Sci

https://www.mhlw.go.jp/toukei/saikin/hw/lUSA, 95, 2, 675-680 (1998)

ife/life19/dl/life19-02.pdf

8). Louis R.Lapierre, Malene Hansen. z Lessons

2). 農 林 水 産 省 ホ ー ム ペ ー ジ ,from C. elegans: signaling pathways forhttps://www.maff.go.jp/j/keikaku/syokubun

longevity. Trends Endocrinol Metab, 23, 637–

ka/ich/644 (2012)3). 畝山寿之. うま味物質の健康価値―グルタミ9). Qin-Li Wan, Xiaodie Fu, Wenyu Dai, Jing Yang,

ン酸ナトリウムの生理機能, 化学と生物（日本

Zhenhuan Luo, Xiao Meng, Xiao Liu, Ruowei

農芸化学会誌）, 53, 7, 432-441 (2015)

Zhong, Hengwen Yang, Qinghua Zhou. Uric acid4). Tomoaki Haraguchi, Tomoko Kayashima, Yukako

induces stress resistance and extends the

Okazaki,

Junji

Inoue,

Mineo,

life span through activating the stress

Kiminori Matsubara, Ei Sakaguchi, Noriyuki

response factor DAF-16/FOXO and SKN-1/NRF2.

Yanaka,succinate

Aging (Albany NY), 12, 3, 2840-2856 (2020)

elevated by some dietary polyphenols may

10). Zhenjing Li, Yibin Xue, Nifei Wang, Jingli

inhibit colon cancer cell proliferation andCheng, Xiaoying Dong, Qingbin Guo, Changlu

angiogenesis. J Agric Food Chem, 62, 24,

Wang. High uric acid model in Caenorhabditis5589-5594 (2014)elegans. Food Science and Human Wellness, 8,

Norihisa

Shigeru

KatoCecal

5). Evanna L. Mills, Kerry A. Pierce, Mark P.
Jedrychowski, Ryan Garrity, Sally Winther,
Sara Vidoni, Takeshi Yoneshiro, Jessica B.
Spinelli, Gina Z. Lu, Lawrence Kazak,
Alexander S. Banks, Marcia C. Haigis, Shingo
Kajimura, Michael P. Murphy, Steven P. Gygi,
Clary B. Clish & Edward T. Chouchani.
Accumulationofsuccinatecontrols

activation of adipose tissue thermogenesis.
Nature, 560, 102–106 (2018)6). Hooper DC, Bagasra O, Marini JC, Zborek A,
Ohnishi ST, Kean R, Champion JM, Sarker AB,
Bobroski L, Farber JL, Akaike T, Maeda H,- 250 -

63-66 (2019)冬季山岳活動における低体温症予防のためのガイドラインの開発
川崎医療福祉大学 医療技術学部 健康体育学科
和田拓真
（概要）
低体温症予防対策として，非常用保温アルミシートの着用を提案し，寒冷環境下における生理変化を示す資料を提示してきた．そこで本研究は，自然災害時の避難行動を想定した野外滞在が直腸温と主観的温度感覚指標に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした．健康な成人男性 6 名を対象とした．本研究は，川崎医福大
倫理委員会の承認を得て実施した．避難行動は，歩行（2km を時速 4.2km）と野外滞在とした．被験者は，歩行後 60 分間の座位野外滞在を行った．外気温は，-3℃であった．被験者は，同一のウェア上下，防寒着（下着，
手袋，靴下）及び防寒長靴を着用し，座位滞在時に非常用保温アルミシートを使用した．測定項目は，心拍数，
直腸温，主観的運動強度（RPE），主観的温度感覚及び尿中カテコールアミンとした．運動直後の各指標は，心拍数：116±17bpm，直腸温：37.6±0.1℃，RPE：10（楽である），主観的温度感覚：0（普通）であった．直腸温は，座位滞在 0 分：37.5±0.2℃，60 分：36.8±0.5℃であった（p<0.05）．主観的温度感覚は，座位滞在 0
分：1（冷たい），60 分：8（激しく寒い）であった（p<0.05）．心拍数は，座位滞在 0 分：79±11bpm，60 分：
73±9bpm であった．このことから，歩行運動後の非常用保温アルミシートが直腸温および主観的温度感覚を抑制する可能性が示唆された．
医療福祉大学倫理委員会の承認を得て，同倫理指針【背景】

生体は，寒冷曝露時に血管収縮させ，放熱を抑制
1-4）に従い研究を実施した（ 承認番号 20-087 ）
．測定

．我々

実施場所は，蒜山高原（ 岡山県真庭市 ）とした．

は，雪洞滞在が低体温症の予防対策として有用であ

測定プロトコルを図 1 に示した． 対象者は，防寒する等の寒冷環境特有の生理応答を呈する
5-9）．特に，外気温氷点下 13℃

および安静を確保できる施設に滞在し，開始前 60

における雪洞滞在時に雪洞内温度が外気温よりも高分間の座位安静（ 室温 : 11.4 ℃ ）を保った．座ることを明らかにした

10）．同時に，防寒用衣類

位安静終了時の各測定値を安静時とした．避難限界を着用し非常用保温アルミシートを併用すれば，3距離を想定し，同施設から 2km 離れた地点に車移動

時間は生理的応答が正常範囲内であることを示した

した．運動課題は，30 分間の歩行とした．被験者は，10）一定の速度（ 4.2 km / h ）を保ったペースに合わ

際は，野外でのフィールド研究となる．

せて歩調を整えた．
歩行終了後に 10 分間で測定およ

くなることを明らかにした．実際の冬山登山時の避難や自然災害を想定する
そこで本研究は，自然災害時の避難行動を想定し

び非常用保温アルミシートを着用し，野外にて座位た野外滞在が直腸温と主観的温度感覚指標に及ぼす安静で 60 分間滞在させた．実験時の天候は，曇り/

影響を明らかにすることを目的とした．

雪であった．外気温は −3.0 ℃であった．
対象者の着衣および装備は，全員統一した．スキ【方法】

健康な成人男性 6 名（ 年齢：30 ± 9 歳，身長：ーウエア（ ナイロン 100%, 中綿ポリエステル

173.8 ± 7.5 cm，体重：72.8 ± 10.1 kg，平均値

100% ），保温下着（ 長袖シャツ，タイツ：ポリエス± 標準偏差 ）を対象とした．すべての対象者にイテル，ブレスサーモ ），保温手袋（ ポリ塩化ビニー

ンフォームド・コンセントを実施し，研究の目的，

ル，ニトリルゴム，棉，アクリルフリース ），保温方法，危険を排除した環境とすること等について説

靴下（ アクリル，ナイロン，ポリエステル，ウール，

明を行い，研究参加の同意を得た．本研究は，川崎

モイスケア，ポリウレタン ）および保温長靴（ 合- 251 -

成ゴム，裏地 : ウレタン ）に履き替え，非常用保温アルミシート（ アルミ蒸着ポリエステル発泡ポリ【結果】

エチレン 100 % ）を着用させた．

主観的運動強度は，安静時（ 6 ± 0 ）と比較し測定項目は，心拍数，血圧，直腸温，主観的運動強度（RPE），主観的温度感覚及び尿中カテコールアて，運動終了時（ 10 ± 2 ）において，有意に高値を示した（ P < 0.05 ）．

ミン 3 分画（ アドレナリン，ノルアドレナリン，ド

時間経過に伴う心拍数の変化を図 2 に示した．心ーパミン : クレアチニン補正 ）とした．主観的運

拍数は，運動終了時において，安静時と比較して有動強度( RPE )は，Borg Scale を用い，安静時およ

意に高値を示した（ P < 0.05 ）．野外滞在 0 分以降

び運動終了時のみ対象者が口頭で申告した．
心拍数，において，運動終了時と比較して有意に低値を示し

直腸温および主観的温度感覚は，安静時，運動後おた（ P < 0.05 ）．

よび野外滞在時 10 分毎に測定した．心拍数は，スポ時間経過に伴う直腸温の変化を図 3 に示した．直ーツ心拍計（ M400 ; POLAR 社製，東京 ）を用いて腸温は，野外滞在 50 分以降において，運動終了時と測定した．直腸温は，サーミスタ温度プローブ

比較して有意に低値を示した（ P < 0.05 ）．野外滞（ YSI400 サーモメーター ; 日機装ワイエスアイ

在 60 分において，野外滞在 0 分と比較して有意に低

社製，
東京 ）
を用いて測定した．
主観的温度感覚は，値を示した（ P < 0.05 ）．

主観的温度感覚指標を用いて 10 分毎に対象者が口時間経過に伴う主観的温度感覚の変化を図 4 に示頭で申告した．尿中カテコールアミンは，HPLC 法をした．主観的温度感覚は，野外滞在 20 分以降におい用いて尿中アドレナリン，尿中ノルアドレナリンおて，運動終了時と比較して有意に高値（寒い）を示

よび尿中ドーパミンに分画し，尿中クレアチニンにした（ P < 0.05 ）．40 分以降において，野外滞在 0て補正した．補正式を以下に示す．

分と比較して有意に高値（寒い）を示した（ P <尿中カテコールアミン（ nm / mgCr ）= 尿中カテコ0.05 ）．

ールアミン量（ μg ） / クレアチニン（ mg ） ×
1000

野外滞在前後で比較した尿中カテコールアミンの変化を表 1 に示した．アドレナリン，ノルアドレナ

採尿は，2 回行った．対象者は，実験開始１時間

リン，ドーパミンに 3 分画し，同時に採尿したクレ

前に排尿し，その後座位安静を保ち，30 分後に採尿

アチニンで補正した数値として表した．アドレナリ

した（ 前値 ）．対象者は，実験終了後施設に戻り，ンは，野外滞在後において，安静時と比較して有意

座位安静を保ち，30 分後に採尿した（ 後値 ）．

に高値を示した（ P < 0.05 ）．野外滞在後のノルア

統計処理は，IBM SPSS Statistics Version 23 for
Mac を用いた反復測定（ 対応のある因子 ）によるドレナリンおよびドーパミンには，有意な変化が観察されなかった．

一元配置の分散分析を行い，その後多重比較の t 検定を用いた．有意水準は，5 %未満とした．主
観的温度感覚は，中央値で表した．
その他の数値は，
平均値 ± 標準偏差とした．
2

6

0

.

Heart rate ( bpm )（ Dunnet ）を行った．2 群間の比較は，対応なし

200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0

*

Con

HR

HR

HR

HR

HR

HR

HR

HR

HR

HR

HR

HR

RT

RT

RT

RT

RT

RT

RT

RT

RT

RT

RT

RT

RTS

RTS

RTS

RTS

RTS

RTS

RTS

RTS

RTS

RTS

RTS

RTS

RPE

Act.

†

†

†

†

†

†

0

10
20
30
Time ( min. )

40

50

60

†



RPE







* vs  p<0.05† vs  p<0.05

HR

RT

RTS



1

6

RPE

1

4 6



- 252 -

Rectal temperature (  )

38.00

†

37.50

滞在に着目した先行研究 13)同様の傾向を示した．運
†動において副交感神経系活動が優位となることから

37.00

心拍数および直腸温の低下率が高くなると推察する．

36.50

野外滞在時における時間経過に伴う主観的温度感

36.00

覚は，野外滞在 20 分以降において，運動終了時と比35.50

較して有意に高値（ 寒い ）を示した．また 40 分以

35.00
Con

Act.

0

10
20
30
Time ( min. ) 

40

降において，
野外滞在 0 分と比較して有意に高値
（寒

† vs


†
*

9
6

*

*

3

い）を示した．これらは，外気温氷点下の雪洞滞在 p<0.050 p<0.05

12
Reported thermal sensation

60

 
 vs



50


†
*

において，直腸温の変化よりも主観的温度感覚の変化が先行すると報告した小野寺ら 9,10)と同様の傾向


†
*

を示した．
本研究課題は，新型コロナウイルス感染症の影響により計画していた研究計画の実施が不可能となった．そのため来年度も研究を実施し，災害や遭難そ0

して山岳事故時などの，低体温症予防ガイドライン

-3



Con

Act.

0

10
20
30
Time ( min. )

40

50

60

作成を継続する．

    * vs  p<0.05  p<0.05【参考文献】

 0 p<0.05

1) Pearn JH: Survival in subzero temperatures:

† vs
 vs

two field experiments on temperature estimation.

Adrenaline

Noradrenaline

Dopamineand "snowhole" (survival hole) temperatures. The

pre10.5 ± 7.4

99.4 ± 35.8

834.6 ± 547.3

Medical Journal of Australia, 1(11): 484-485,

post

14.1 ± 7.6 *113.4 ± 27.8

547.9 ± 174.1

1979.

( 

 ng/mgCr) ( mean±SD )2) 中山昭雄編: 温熱生理学, 理工学社, 東京,* vs pre p<0.05

122-134, 1987.
3) 渡辺明彦: 軽度な寒冷環境への暴露時間の長さ
が生理・心理的反応に及ぼす影響. 労働科学,【考察】

本研究は，遭難や山岳事故時の，自然科学の根拠

71(3): 101-114, 1995.

に基づく低体温症予防のためのガイドライン作成を

4) 横井郁子, 青木和夫: 局所寒冷暴露時の血圧と目的としている．

心拍変動に関する研究. 日本生理人類学会誌,

歩行の運動終了時の主観的運動強度は，10 ± 2

3(3): 105-108, 1998.

であった．登山時に関するガイドラインにおいて，

5) 小野寺昇(松林公蔵監, 日本登山医学会編): 低乳酸閾値を超えないように歩くための目安として，体温症(登山の医学ハンドブック). 杏林書院, 東京,

最高心拍数の 75%以下，主観的運動強度 13（ややき94-99, 2009.

11,12)．

6) 小野寺昇, 山口英峰, 吉岡哲ほか: 外気温氷点

本実験で設定した歩行速度（ 4.2 km / h ）は，13

下雪洞滞在時の心拍数, 血圧, 直腸温及び主観的温以下であったことから，登山時として適当な運動強度感覚の変化.登山医学, 35(1): 127-133, 2015.

度であったと考えられる．

7) 小野寺昇, 和田拓真, 玉里祐太ほか: 寒冷環境

つい）以下のペースで歩くことを推奨している

野外滞在時における時間経過に伴う心拍数および下における非常用保温アルミシートの着用がストレ

直腸温は，野外滞在 0 分から有意に低値を示した．

ス指標に及ぼす影響 -雪洞滞在と野外滞在の比較-.

これは，外気温氷点下での運動後の雪洞滞在の雪洞

登山医学, 36(1): 53-58, 2016.

- 253 -

8) Onodera S, Wada T, Yoshida N et al: Changes of
the Physiological Stress Indicator during Snow
Cave Staying without Aluminum Seat. Japanese
Journal of Mountain Medicine, 37(1): 98-102,
2017.
9) 小野寺昇, 田中一徳, 原英喜ほか: 外気温-3℃
における雪洞滞在時の生理的ストレスの変化. 登山
医学, 38(1): 53-60, 2018.
10) 小野寺昇, 田中一徳, 和田拓真ほか: 外気温氷点下 13℃における 3 時間雪洞滞在時の生理的ストレ
スの変化. 登山医学, 39(1): 105-113, 2019.
11) 山本正嘉: 登山の運動生理学百科. 東京新聞出版局, 東京, 9-44, 2000.
12) 山本正嘉(増山茂監修): 登山の運動生理学(登山医学入門), 山と渓谷社, 東京, 112-113, 2006.
13) 石田恭生, 吉田升, 濱田大幹ほか: クロスカン
トリースキー後の雪洞滞在時における生理的ストレ
スの変化. 登山医学, 39(1): 66-72, 2019.
【謝辞】

本研究課題の実験実施にあたり，令和 2 年度公益財団法人ウエスコ学術振興財団に感謝申し上げます．
【利益相反開示】

本研究に関連し，開示すべき利益相反関係にある企業等はありません．

- 254 -

高脂肪食餌誘導性腸内細菌叢変化におよぼす PHGG 摂取と自発運動の相補作用効果
川崎医療福祉大学 臨床栄養学科
青木 孝文【目的】高脂肪食餌誘導性肥満モデルマウスの腸内細菌叢の悪化（dysbiosis）に対するグアーガム部分分解物（Partially Hydrolyzed Guar Gum: PHGG）摂取と運動の相補作用効果について検討することとした。
【方法】4 週
齢の C57BL/6J 雄マウス（n=48）を用い、通常食餌安静（CDC）群、高脂肪食餌安静（HFDC）群を設け、HFD
条件には自発運動（HFDW）群、PHGG 摂取（GHFDC）群、自発運動と PHGG 摂取の併用（GHFDW）群の 5群とし飼育を行った。飼育期間は 10 週間とし、食餌摂取量、体重、最大酸素摂取量の測定、耐糖能試験、盲腸
短鎖脂肪酸（short chain fatty acids: SCFAs）および腸内細菌叢の解析を実施した。
【結果および考察】10 週間の高脂肪食餌摂取に伴い、肥満の誘導、糖代謝能の悪化、盲腸酢酸および酪酸濃度の減少が観察された。肥満と糖代謝の悪化は、主に運動で、酢酸及び酪酸濃度の減少は PHGG 摂取で改善された。併用群では、肥満との関連が指摘されている腸内細菌叢を劇的に変化させた。
【結論】PHGG 摂取と運動を併用することで、高脂肪食餌性肥満マウスの腸内細菌叢を相補的に改善し、肥満を抑制する可能性が示唆された。
（Partially Hydrolyzed Guar Gum: PHGG）である。特

【背景】
便移植による肥満の誘導が報告された1)ことをは徴として、高発酵性であり、他の食物繊維と比較しじめ、数多くの腸内細菌叢の研究が行われてきていSCFAs産生量が多いため8)、消化管および腸内細菌叢る。研究の成果により、疾患、特に生活習慣病と腸を介した多くの効果が期待される。一方、運動が腸2)内細菌叢との関連が指摘されるようになった 。こ

内細菌叢を変化させること、さらにはその代謝産物の生活習慣病に特徴的な腸内細菌叢は、dysbiosis（多であるSCFAs産生に影響することも報告されている。

3)様性の減少や有害菌の増加）と呼ばれ 、dysbiosis状メカニズムに関しても不明な点が多いが、近年の研態を改善することが疾患の治療や予防に寄与するこ

究報告においてその一端が示された。Scheimanら9)は、とが期待されている4)。

乳酸をSCFAsの1つであるプロピオン酸に代謝する

従来から生活習慣病の予防や治療として効果を発Veillonellaを運動前にマウスへ投与すると、運動中に揮してきた食習慣と運動習慣の改善は、dysbiosisの発生した乳酸を腸管においてプロピオン酸に代謝し、改善策としても期待できる。食餌の中でも特に、腸そのプロピオン酸を再利用することで、運動継続時

内細菌叢に影響を及ぼすものにprebioticsがある。腸間の増加する可能性を報告している。すなわち、運内細菌叢を変化させるメカニズムとしては、宿主に動による宿主の代謝変化を介し、腸内細菌叢に間接対し有益な作用を持つ菌に資化されることで、これ的に影響し、SCFA産生を変化させる可能性があるとらの菌を選択的に成長および増殖させ、結果としていうことである10)。以上のように、食物繊維摂取あ

短鎖脂肪酸（short chain fatty acids: SCFAs）産生が高

るいは運動単独による腸内細菌叢、さらにはSCFAs

まり、腸内pHの低下、病原菌の減少を引き起こすこ

産生変化を介した報告はあるものの、食物繊維摂取とが関連するとされている

5), 6)。この産生されるによる腸内細菌叢の変化が運動習慣によって促進さ

SCFAsには、体重の増加抑制、大腸がんの予防、脂れるのかについては明らかとなってはいない。前年

質代謝の調節、免疫調節など多くの生理作用を発揮

度の研究助成により、高脂肪食餌性の腸内環境の悪することも報告されている7)。中でも近年注目され化がPHGG摂取と運動の併用を行うことで、改善さているのが、グアーガムを酵素により低分子化したれることを明らかにした。そこで本研究では、高食

水溶性食物繊維であるグアーガム部分分解物

餌誘導性肥満モデルマウスの腸内細菌叢変化に対す- 255 -

るPHGG摂取と運動の相補作用効果について検討す．
peak VO2 とした 11)。

【方法】

耐糖能試験（Glucose tolerance test; GTT）．
GTT は、飼育 10 週目に、VO2max の測定から 2

実験動物

日以上空けて行った。マウスの尾静脈を剃刀でカッることを目的とした。

4週齢のC57BL/6J雄マウス（n=48）を用い、通常食トして得られた血液 50μl 以下にて、血糖測定器（CD）と高脂肪食（HFD）の2条件に分けた。両食（ACCU-CHEK®, Roche, Basel, Schweiz）を用い

餌条件共に、安静状態とする通常食餌安静群（CDC）て行った。GTT の 5 時間以上前よりマウスを絶食さ群（n=8）、高脂肪食餌安静（HFDC）群（n=8）を設せ、イソフルラン麻酔下にて腹腔より、2g/kg 体重け、HFD条件にはさらに、自発運動を負荷するのグルコースを投与した。グルコース投与前、投与

HFDW群（n=8 ）、PHGGを摂取させるGHFDC群後 15 分、30 分、60 分、120 分に血糖測定を実施し（n=12）、自発運動とPHGG摂取を組み合わせるた。得られた血糖値より、血糖曲線下面積（blood

GHFDW群（n=12）の合計5群とし飼育を行った。飼

glucose area under the curves: BGAUC）を算出し育期間は10週間とし、食餌および水は自由摂取とした 12)。

た。なお、本研究は川崎医療福祉大学動物実験委員

盲腸内容物有機酸解析

会の承認を得て実施した（承認番号：18-010）。

盲腸内容物は、飼育終了後、採取した盲腸を切開し、直接 1.5ml のサンプリングチューブへ取り出し

食餌
CDにはエネルギー比10％の脂肪食（D12450Jpx1,回収した。回収後直ちに液体窒素で凍結し、解析まResearch Diets, New Brunswick, NJ）を、HFDにはエネ

で－80℃で保存を行った。有機酸の解析は、pH 緩

ルギー比60%の脂肪食（D12492Gpx10, Research Diets,

衝化ポストカラム電気伝導度検出法を用いた液体ク

New Brunswick, NJ）をそれぞれ用いた。PHGG摂取

ロマトグラフィーにて解析した 13)。

群には、HFDに5％重量のPHGG（Sunfiber®, Taiyo

腸内細菌叢の解析
飼育 10 週目に糞便の回収を行った。得られた糞Kagaku Co., Ltd, Yokkaichi, Japan）を添加したGHFD食を供した。

便より、DNA を抽出し、次世代シーケンサーを用い

自発運動て、16S-rRNA メタゲノミクス解析を行った。得ら

自発運動群は、24時間アクセス可能な回転輪付き

れた 16S-rRNA の配列は、メタゲノム解析オープン

飼育ケージ（Natsume Seisakusho, Co., Ltd, Tokyo,

ソ フ ト ウ ェ ア の Quantitative Insight into

Japan)にて、自発運動を行わせた。
．
最大酸素摂取量（VO2max）．
VO2max は、飼育 10 週目にマウス用のトレッド

Microbial Ecology（QIIME ver. 1.8.0）14)を用い、Update 4 May 26, 2015）15)の塩基配列データベー

ミルチャンバーを質量分析器装置（ARCO-2000,

スを基に、97％の相同性で OTUs （operational

ARCO SYSTEM, Inc., Chiba, Japan）に連結し、オ

taxonomic units）に分類した。

ープンサーキット法で測定した。全てのマウスは、試料採取

Ribosomal Database Project （RDP Release 11

トレッドミルでの走行に慣れさせるために、測定 5

飼育終了後、イソフルラン麻酔下で、心臓、ヒラ～7 日前に 15～20m/min で走行練習を行った。測メ筋、盲腸、体脂肪（内臓脂肪、副睾丸上体脂肪、定は、傾斜角度を 20 度とし、5m/min で 5 分間、皮下脂肪）の採取を実施した。

10m/min で 5 分間の計 10 分間のウォーミングアッ

統計解析
HFD の影響を検討するために SPSS Statistics

プの後、30 秒ごとに 1m/min ずつ速度を上げて行っ．
．
た 11)。VO2max の判定は、VO2 のレベリングオフが23.0（IBM, Armonk, NY）にて CDC 群と HFDC 群観察された時点、あるいは 5 秒間以上の微電圧の電に対して Mann-Whitney の U 検定を行った。
次に、

気ショックを受けても走行を継続できない時点でのHFD 条件に対し一元配置分散分析を Kruskal-- 256 -

Wallis 検定にて行い、post-hoc 解析には Mann-

HFD 摂取により盲腸内容物の酢酸、酪酸濃度が減

Whitney の U 検定を用いた。有意水準（p 値）は少し、この変化は PHGG 摂取により緩和された（Fig.

5％未満とした。

1a, c）。一方、運動の影響は、プロピオン酸、酪酸濃

腸内細菌叢変化の生物学的特徴の検討は、LEfSe

度の減少が観察されたものの、PHGG 摂取を併用す（ Linear discriminant analysis Effect Size;

ることでこの変化は打ち消され、全ての SCFAs で運https://huttenhower.sph.harvard.edu/galaxy/ ） ア

動単独群と比較し高値を示した（Fig. 1）。

プリケーションを用いた 16)。CDC 群と HFDC 群あるいは HFD 条件に Kruskal-Wallis 検定を、posthoc 解析に Wilcoxon の符号順位検定をそれぞれ行った。次に、有意差の見られた菌に対しては、実験に用いたサンプルから構築された線形判別分析モデ
ルを用いて効果量の推定値を算出し、得られた値と分類階級を基に分岐図（クラドグラム）化した。このクラドグラムは、腸内細菌の分類階級のうち、中央が上位階級、周辺に行くほど下位階級、各菌をノード（丸）で示しており、各群において他群と比較し有意に高値である菌（ノード：丸）とその分岐群（クレード：扇）を、群ごとに異なる色で塗り分け、
腸内細菌叢変化を可視化した。

Fig. 1 The complemental effect of PHGG and wheel
running on cecum SCFAs in mice.
Acetate (a), propionate (b) and butyrate (c) contents in cecum
were shown. The values were expressed as the boxplot.
*p<0.05 and **p<0.01.
■CDC
■HFDC

a

【結果】
1. 肥満への影響
10 週間の HFD 摂取により、体重と体脂肪蓄積の増加が観察され、肥満の形成が確認された（CDC vs.
HFDC, いずれも p<0.01）。この肥満は、自発運動により改善され（HFDC vs. HFDW, いずれも p<0.01）、
併用群では最も体脂肪の蓄積が抑制された（HFDWbvs. GHFDW, p<0.01）。
．
2. 筋重量および VO2max への影響
肥満および PHGG による影響は観られず、自発運．
動負荷に伴いヒラメ筋および心臓重量、VO2max が増加し、トレーニング効果が観察された（HFDC vs.
HFDW, いずれも p<0.01、GHFDC vs. GHFDW, いず
れも p<0.01）。
3. 糖代謝能への影響
HFD による肥満は、併せて糖代謝能の悪化も引き起こした。この悪化に対して、PHGG 摂取の効果は限定的であり、BGAUC では運動の改善効果のみが観察された（HFDC vs. HFDW, p<0.05, GHFDC vs.
GHFDW, p<0.01）。
4.盲腸内容物 SCFAs 濃度への影響

■HFDC
■HFDW
■GHFDC■GHFDW

Fig. 2 The biological features of gut microbiota in mice
represented using the taxonomic cladogram analyzed by the
LEfSe.
Right side the cladogram, bacterial names with statisticallysignificant differences from family level to the genus level are
displayed. The taxonomic level of each gut microbe was shownin the first letter of each bacterial name: phylum (P), class (C),order (O), family (F) and genus (G).

- 257 -

5.腸内細菌叢への影響

群では、有意な体重増加と体脂肪の蓄積が観察され、腸内細菌叢変化の全体像を把握するために、クラ肥満の誘導さらには糖代謝能の悪化が確認できた。

ドグラムを用いてその変化を可視化した。HFD 誘導

この肥満および糖代謝能の悪化に対して、PHGG 摂性変化としては、Clostrdiales 目と Bacteroidales 目の取単独では予防効果が不十分であった。しかしなが増加が観察された（Fig. 2a）。HFD 条件内では、運動

ら、PHGG 摂取に運動を併用した GHFDW 群では肥により Firmicutes 門が高値を示し、併用群において満、糖代謝能の改善効果が、さらに体脂肪の蓄積にBacteroidetes 門および Bacteroides 属が高値を示した

関しては最も効果的であった。食物繊維が糖代謝能（Fig. 2b）
。この変化を相対的な菌数で確認すると、に影響を及ぼす因子に粘性がある 17)。粘性の高い食門レベルでは PHGG 摂取により Firmicutes 門が低下

物繊維は、小腸における糖類の吸収を抑制し、急激した。この変化は、併用により促進し、Firmicutes 門

な血糖上昇を抑制することで効果が発揮される。一のさらなる低下、F/B 比の顕著な低下がみられた（Fig.

方、高い粘性は食品へ使用する際に、物性等へ大き3a-c）。属レベルでは運動により Lactobacillus 属の減な影響を及ぼすため、利用性、利便性は低くなる。

少 が 観 察 さ れ 、 併 用 に よ り Lactobacillus 属 とPHGG は、粘性のあるグアーガムを酵素により、低Bacteroides 属ともに最も大きな変化が見られた（Fig.

分子化、低粘度化することで、利用性さらには発酵

3a, c）。PHGG 摂取と運動を併用することで劇的に腸性が高められている 18)。先行研究において、粘性の内細菌叢が変化することが示された。

あるグアーガムの場合に観察されている肥満および糖代謝の改善が 19)、PHGG では改善されるまでに至っていない 20), 21)。以上のことから、高脂肪食餌誘導性肥満および糖代謝能の悪化を予防するためには、
PHGG 摂取単独では効果が乏しく、運動を組み合わせて効果を補う事で十分な予防効果をもたらすことが示唆された。
先行研究における HFD 摂取による腸内細菌叢の変化としては、Firmicutes 門、中でも Clostridium 属の増加、Bacteroidetes 門なかでも Bacteroides 属の減少、それに付随する F/B 比の増加が報告されている
22)。Weitkunat ら 23)は、脂肪エネルギー比 40％程度のHFD 摂取マウスのFirmicutes 門とBacteroidetes 門は、
グアーガム摂取によって変化がないことを報告してFig. 3 The complemental effect of PHGG and wheel running
on Firmicutes (a), Bacteroidetes (b), F/B (Firmicutes per
Bacteroidetes) ratio (c), Lactobacillus (d) and Bacteroides (e)in mice.
The values were shown relative abundance at phylum (a-c) andgenus (d, e) level after 10 weeks and expressed as the boxplot.
*p<0.05 and **p<0.01.

【考察】
本研究は、10 週間の HFD 誘導性の腸内細菌叢の悪化、すなわち dysbiosis 状態が、PHGG 摂取および自発運動により予防され、肥満を抑制するという仮説を立て実施した。
10 週間のHFD 摂取により、
CDC 群と比較しHFDCいる。本研究においても、HFDC 群と比較し GHFDC
群では、
Firmicutes 門は減少したものの、
Bacteroidetes
門、F/B 比には有意な差はみられず、先行研究の結果と一致しており、HFD 誘導性変化を完全に改善す
るまでには至っていないと考えられる。一方、PHGG
摂取に運動を組み合わせることで F/B 比の変化が促進され、最も低値を示した。実際に、運動と腸内細．
菌の研究では、ヒトの研究において VO2max と F/B比に関連が認められること 24)や、ラットを用いた研究では、若齢期から自発運動を行わせると Firmicutes
門の減少と Bacteroidetes 門の増加が報告されている- 258 -

25)

。しかしながら、逆に F/B 比が増加する報告や、の変化が引き起こされること、また単に運動で増加影響しないという報告もあり、結果は一致をみないしなかった酢酸の増加が引き起こされ、肥満予防に

25)-27)

貢献する可能性が推察される。

。すなわち、運動習慣のみで体重増加を抑制す

ることは、必ずしも腸内細菌叢の改善を介して、あ以上のことから、本研究の結果で観察されたよう

るいは F/B 比に影響しているとは限らないというこに、運動単独ではなく PHGG 摂取を組み合わせて、とである。以上のことから、本研究の結果で観察さ変化を補うことで劇的に F/B 比の低下を引き起こし、れたように、運動単独ではなく PHGG 摂取を組み合HFD 摂取に伴う dysbiosis を改善できる可能性が示

わせて、変化を補うことで劇的に F/B 比の低下を引唆された。

き起こし、HFD 摂取に伴う dysbiosis を改善できるこ【結論】
PHGG 摂取と運動を併用することで、高脂肪食餌とが示唆された。
運動による腸内細菌の変化は、属レベルで、性肥満マウスの腸内細菌叢を相補的に改善し、肥満

Lactobacillus 属の減少をもたらした。Lactobacillus 属を抑制する可能性が示唆された。

は、probiotics として広く知られている一方で、肥満【利益相反開示】28)との関連も報告されている 。
また、
Lactobacillus spp.
は肥満者特有の酵素活性を持っていることがわかっ

本研究に関し、利益相反関係にある企業等はない。
【謝辞】

29)

。ヒトと動物が対象のシステマティックレビ

本研究にご協力いただいた、川崎医療福祉大学

ュー30)では、probiotics のサプリメントとして摂取さ矢野博已教授、小栁えり講師、小引菜々子研究生、せた Lactobacillus 属の内、Lactobacillus acidophilus、

川崎医療福祉大学大学院 渡邉知央氏、
三浦鈴夏氏、

L. ingluviei もしくは L. fermentum は体重増加がみら横川由佳氏に深謝する。

てい

れ、L. gasseri と L. plantarum は抗肥満効果をもたら

本研究は、令和元年度および令和 2 年度公益財団したことが報告されている。すなわち、Lactobacillus

法人ウエスコ学術振興財団、ならびに平成 30 年度

属の種類によって肥満あるいは抗肥満に関連するとおよび令和元年度川崎医療福祉大学医療福祉研究助いう事である。以上のことから、併用群における自成を受けて実施された。

発運動は Lactobacillus 属の変化も介して肥満予防に【参考文献】

貢献した可能性が推察される。

1) Turnbaugh, P.J., et al., 2006. Nature 444, 1027–1031.

PHGG 摂 取 は 運 動 と 組 み 合 わ せ る こ と で 、Bacteroides 属などの酢酸産生菌 31), 32)の増加や運動単

2) Cerdá, B., et al., 2016. Front Physiol 7.
3) Weiss, G.A., et al., 2017. Cell. Mol. Life Sci. 74, 2959–
2977.

独群で観察されない盲腸内酢酸濃度の増加を引き起こした。酢酸は腸内細菌の発酵により産生される

4) Rinninella, E., et al., 2019. Microorganisms 7.

SCFAs の大部分を占めており、肥満もしく糖尿病の

5) Markowiak, P., et al., 2017. Nutrients 9.

マウスにおいて体脂肪の蓄積を抑制させるだけでな

6) Slavin, J., 2013. Nutrients 5, 1417–1435.

33)-35)7) Koh, A. et al., 2016. Cell 165, 1332–1345.

く、抗炎症も促進する。本研究においても、

HFDW 群と比較し酢酸の増加がみられる GHFDW

8) Pylkas, A.M. et al., 2005. J. Med. Food 8, 113–116.

群では、最も体脂肪の蓄積が抑制されていた。
また、

9) Scheiman J, et al., 2019. Nat Med 25, 1104-1109

PHGG 摂取は、Bacteroides 属の蓄積を増加させるこ

10) Mailing, L.J., et al., 2019. Exercise and Sport Sciences

とも報告されている

36)

Reviews 47, 75–85.

。このことも、本研究における PHGG 摂取の効果が強まっている運動併用群の11) Ishihara, K., et al., 2018. PLoS One 13.

結果と一致している。以上のことから、PHGG 摂取

12) Bradley, R.L., et al., 2008. Am J Physiol-Endocrinol
Metab 295, E586–E594.

に運動を組み合わせることで、PHGG 摂取の持つ腸内細菌叢への影響を補い、より大きな Bacteroides 属

13) Aoe, S. et al., 2018. Nutrients 10.

- 259 -

14) Caporaso, J.G., et al., 2010. Nat Methods 7, 335–336.
15) Cole, J.R., et al., 2014. Nucl. Acids Res. 42, D633–
D642.
16) Segata, N., et al., 2011. Genome Biol 12, R60.
17) McRorie, J.W.,et al, 2017. J Acad Nutr Diet 117, 251–
264.
18) Rao, T.P., et al., 2019. Nutrition 59, 158–169.
19) den Besten, G., et al., 2015. PLoS One 10.
20) Yasukawa, Z et al., 2012. J. Clin. Biochem. Nutr 51,
33–38.
21) Dall’Alba, V. et al., 2013. Br. J. Nutr. 110, 1601–1610.
22) Murphy, E.A., et al., 2015. Curr Opin Clin Nutr Metab
Care 18, 515–520.
23) Weitkunat, K. et al., 2017. Sci. Rep 7, 6109.
24) Durk, R.P., et al, 2019. Int J Sport Nutr Exerc Metab29, 249–253.
25) Mika, A., et al., 2015. PLoS One 10.
26) Clarke, S.F., et al., 2014. Gut 63, 1913–1920.
27) Oyanagi, E., et al., 2018. JPFSM 7, 81–85.
28) Armougom, F., et al., 2009. PLoS One 4.
29) Turnbaugh, P.J., et al, 2009. Nature 457, 480–484.
30) Million, M., et al., 2012. Microbial Pathogenesis 53,
100–108.
31) Miller, T.L., 1978. Arch. Microbiol. 117, 145–152.
32) Wrzosek, L., et al., 2013. BMC Biol 11, 61.
33) Carvalho, B.M., et al., 2012. Diabetologia 55, 2823–
2834.
34) Kondo, T., et al., 2009. J. Agric. Food Chem. 57,
5982–5986.
35) Yamashita, H.,et al., 2007. Bioscience, Biotechnology,
and Biochemistry 71, 1236–1243.
36) Fu, X., et al., 2019. J Food Biochem 43, e12715.

- 260 -

疲労を伴う身体活動性低下に対するアセチルカルニチンの回復促進効果に関する検討
川崎医療福祉大学
小栁 えり、三浦 鈴夏、渡邉 知央
疲労感は、過労や精神的ストレス、疾病などの要因により引き起こされ、身体活動性の低下、すなわち倦怠感を伴う。動物モデルを用いて、その分子・神経メカニズムを解明し、対処法を構築することは、予防・治療法の観点からも重要である。動物モデルを用いた、その分子・神経メカニズムを解明し、対処法を構築することは、予防・治療法の観点からも重要であり、身体活動性の低下とともに、サイトカインなどの炎症物質産生、および疼痛シグナルとして脳への影響が推測される。そこで本研究は、疲労モデルとして使用される Poly I:C投与マウスを用い、疲労モデルマウスにおける L-Carnitine の効果について検討することを目的とした。実験には、9 週齢の C3H/HeN 系雄マウスを用い、Acetyl-L-Carnitine(ALC)を投与した。投与期間は、Poly I:C 投
与前 5 日間、Poly I:C 投与日および Poly I:C 投与後 2 日間の計 8 日間であった。継続的な ALC 投与による体重の変化は見られなかった。また、PBS 投与群および ALC 投与群の両群間には有意な差は見られなかった。
しかしながら、ALC 投与は、Poly I:C 投与後の 24 時間のマウスの活動性の低下を有意に抑制した。活動性に関与する BDNF の大脳および海馬における遺伝子発現は、活動性低下抑制を示した ALC 投与群で高値を示した。また、細胞保護作用を有する TSPO 大脳および海馬で遺伝子発現の増加したことから、ALC 投与は脳内の細胞保護作用の亢進を介し、Poly I:C 投与による活動性低下を抑制したことが示唆された。

【背景】
疲労感は、過労や精神的ストレス、疾病などの要因により引き起こされ、身体活動性の低下、すなわ
ち倦怠感を伴う。動物モデルを用いて、その分子・
神経メカニズムを解明し、対処法を構築することは、予防・治療法の観点からも重要である。ウイルス感
染時にも疲労感を訴え、時にうつ症状などの中枢神経症状を示すことが知られており、身体活動性の低下とともに、サイトカインなどの炎症物質産生、および疼痛シグナルとして脳への影響が推測される。
実際に、ヒトを対象とした研究においてアセチル
Acetyl-L-Carnitine (ALC) 摂取による慢性疲労症候
状態の軽減 1) が報告されており、ALC の疲労軽減あるいは回復に対する効果は、期待できるもののメカ
ニズムについては明らかとなっていない。一方、ミトコンドリアへの脂肪酸取り込みに必須とされる
L- Carnitine には、赤身の多い肉に多く含まれ生体内でも主に肝臓で生成されるアミノ酸であるものの、合成量は加齢に伴い減少することが報告されている2)。不足する L- Carnitine を補うためには、食品からの摂取が必要となるが、運動栄養学の観点からみると L- Carnitine には効果は、有効性や安全性をサポートするエビデンスが不十分であるカテゴリーに分類されており 3)、摂取を推奨するまでに至らないことも事実である。これまで我々は、単離ミトコン
ドリアを用いて L- Carnitine の効果について検討を重ねてきた 4)。脂肪酸は､ミトコンドリアでエネルギー基質として利用されるものの、L- Carnitine がな
ければミトコンドリア内膜で行われる TCA 回路でのエネルギー産生に利用することができない。
また、
L-Carnitine をあらかじめ投与しておくことで、ミトコンドリア保護効果を有し、ミトコンドリアを起因としたアポトーシスを抑制することを報告してきた 4)。L- Carnitine の効果は、肝臓だけでなく心臓のミトコンドリアでも生じたことから、組織特異的な反応ではないことが推測できる。
先行研究より認知症、抑うつなど脳内での炎症を起因とする病気やパーキンソン病などの神経変性疾
患モデルにおいて、活性化されたミクログリアおよびアストロサイトを介した炎症性サイト間の放出が関与する 5)ことが報告されているが、ALC の投与が活性化マイクログリアに影響するか否か明らかではない。
本研究は、疲労モデルとして使用される Poly I:C投与マウスを用い、疲労モデルマウスにおける ALCの効果について検討することを目的とした。
【方法】
1. 実験動物
実験動物には、9 週齢の C3H/HeN 系雄(n=54)マウスを用いた(日本クレア, 東京, 日本)。固形標準飼料 MF(オリエンタル酵母, 東京, 日本)および飲水は- 261 -

自由摂取とした。体重、自発運動の測定は、実験期
間中、毎日行なった。自発運動量は、13:00‐13:00の 24 時間の総距離(km/day)とし、データ集録用ソ
フトウェア(Med Associates, inc., fairfax, VT)を用いて行なった。10:00‐11:00 の間に PBS、ALC(100mg/kg)をイソフルラン麻酔下にてそれぞれ腹腔内へ投与した。
投与期間は Poly I:C 投与前 5 日間、Poly
I:C 投与日および Poly I:C 投与後 2 日間の計 8 日間であった。なお、本研究は、川崎医療福祉大学動物
実験委員会の承認を得て実施した(承認番
号:19-004)。
2. 細胞培養
RAW264.7 細胞（16×105cell/dish）
を 37℃、
5% CO2、
95%Air の CO2 インキュベーターで 10%FBS-DMEM
培地にて 24 時間培養後、FBS 無添加の DMEM 培地に交換し、ALC (10 mM) 下で 24 時間培養した。その後、ALC を添加し、1 時間後に Poly I:C (50 µg/ml)で刺激した。Poly I:C 刺激 6 時間後に上清と細胞を回収した。上清は NO 測定に、回収した細胞はWestern Blotting に使用した(Fig. 1C）。
3. 試薬の調製
O-Acetyl-L-Carnitine hydrochloride(ALC)(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) 、 Polyinosinicacid ・ Polycytidylic acid
(Poly I:C)(Merck
Millipore, Burlington, MA)を使用し、それぞれ、投与前にリン酸緩衝生理食塩水(Phosphate bufferedsaline：PBS)で希釈した。
4. 試薬投与
6 日目の PBS、ALC (100 mg/kg) 投与 1 時間後に、Poly I:C（5 mg/kg）をイソフルラン麻酔下にて眼窩静脈叢より投与した。
5. 組織のサンプリング
6 日目の Poly I:C (5 mg/kg) 投与 1 時間後、イソフルラン麻酔下にて採血し、頚椎脱臼後、脳を摘出した。回収した血液はチューブおよびヘパリンコー
トしたチューブに回収し、氷上で 20 分静置した。
その後、遠心分離 (4℃, 3000rpm, 20 分間) を実施
し、血清および血漿を回収し、－80℃で保存した。
6. 統計
体重、活動性および細胞実験の結果は、平均値±
標準偏差であらわした。統計処理には IBM SPSS
(IBM, Armonk, NY)を用い、二群間の比較にはウィルコクソン順位和検定を用いた。体重および活動性の検定には繰り返しのある二元配置の分散分析を用い、細胞実験には二元配置の分散分析を用い、その後の検定には Bonferroni を用いた。統計学的有意差は 5％未満とした。

の変化は見られなかった。また、Poly I:C 投与後も体重の変化には、PBS 投与群および ALC 投与群の両群間には有意な差は見られなかった。Poly I:C 投
与前の継続的な ALC 投与による活動性の変化は見られず、ALC 投与による影響がないことを確認した。
その後、Poly I:C 投与し、24 時間のマウスの活動量を測定したところ、両群とも有意な低下を観察した(Fig. 1A)。ALC 群では、Poly I:C 投与後 24 時間の活動性のみ有意な低値を示し(p<0.01, Fig. 1A)、48、
72 時間では、ALC 群において有意な活動量の回復が観察された(p<0.05, p<0.01, Fig. 1A)。また、ALC
群で PBS 群と比較し、活動量は有意に高く、活動量低下抑制効果が観察された(p<0.01, Fig. 1A)。一方、PBS 群では、Poly I:C 投与後 24、48、72 時間
後の活動性が投与前 24 時間と比較して有意に低値なままであった(p<0.01, Fig1A)。さらに、Poly I:C
投与後 24 時間の 1 時間毎の活動性は、
暗期の 21 時、22 時および 2 時において ALC 群で有意な高値を示した(p<0.05, Fig. 1B )。

Poly I:C 誘導性脳内遺伝子発現に及ぼす ALC の影
響Poly I:C 投与後の大脳においては、炎症性サイト
カインである Il-1β、Tnf-α、Il-6 の mRNA 発現は両群間で有意な差は観察されなかった。P2x7、Gdnf、
Cox4、iNOS、Sod1、Occuldin、Zo-1 にも有意な差は観察されなかった。一方、Bdnf （p<0.01）、
Tmem119（p<0.05）、Tspo（p<0.05）は ALC 群で有意な増加が観察された（Fig. 2A, B）。

【結果】
Poly I:C 誘導性の活動性低下に対する ALC の抑制
効果

Poly I:C 投与前の継続的な ALC 投与による体重- 262 -

海馬においても同様に炎症性サイトカインおよび脳の機能維持にかかわる遺伝子発現、Il-1β、Tnf-α、Il-6、P2x7、Bdnf、Gdnf、Cox4、iNOS、Sod1、
Occuldin、Zo-1 に有意な差は観察されなかったものの、マイクログリアマーカーである Tmem119 は有意な差が認められた（p<0.01, Fig. 3A）。また、Tspoも増加傾向であった（p= 0.057, Fig. 3B）。
マウスマクロファージ細胞株 RAW264.7 を用いた
Poly I:C に対する ALC の保護効果の検討
RAW264.7 細胞の ALC 前処理後の Poly I:C 刺激における TSPO のタンパク質発現は、他の条件と比較
して増加傾向を示したが有意な差ではなかった(Fig.
4)。
一方、細胞上清を用いて測定した NO 産生量は、Poly I:C 添加で有意に増加し（p<0.01）、ALC 添加により有意に抑制された（p<0.05, Fig. 5）。
【考察】
本研究では、疲労モデルとして Poly I:C 投与マウスを用いて、身体活動低下に対する ALC の抑制効
果について検討した。その結果、Poly I:C 誘導性の身体活動低下は、ALC 投与によって抑制され、さらに ALC による脳内 Bdnf、および Tspo 遺伝子発現増強によるミトコンドリア保護作用が示された。
神経栄養因子 BDNF は、ニューロンの成熟、機能、生存に影響を与え、シナプス可塑性、形成など
シナプスの安定化を促進し、シナプス機能と樹状突
起と軸索の分岐を調節するニューロトロフィンである 6)。先行研究において、ALC の連続投与による脳内 BDNF の増加が報告されている 7)。そして脳内での炎症に対して BDNF の増加による神経保護効果が示されている 7)。本研究による Poly I:C 由来の活動性低下に対する抑制機構には、ALC 投与による脳内 BDNF の増加が関与した可能性が考えられた。
さらに L-CarnitineやALCにはミトコンドリアの脂質代謝を活性化しエネルギー産生を促進する働きがあることが知られている 8-9)。それは、長鎖脂肪酸のミトコンドリア内膜通過には必須分子とされるからである。一方で、こうした脂肪酸のミトコンドリ
アへの取り込み促進作用は、ATP 合成を促進し、ミトコンドリア内膜透過性遷移を抑制することで、
L-Carnitine は、ミトコンドリア由来のアポトーシ
スを誘導するシトクロム C の流出を抑制する 8),10-12)。
今回、研究で用いた Poly I:C 由来のアポトーシスは、神経細胞やアストロサイト、あるいはオリゴデンド
ロサイトと比較して、マイクログリアで著しく高い
ことが示されており 13)、ALC 投与によるマイクログリアに対する特異的な抗アポトーシス作用が生じ、マイクログリアの保護作用が誘導されていたもと考えられる。しかしながら、マイクログリアの活性化は同時に炎症を伴う場合も予想される。そこで本研
究ではマイクログリアの分化レベルについても検討を行なった。
その結果、脳内マイクログリアのマーカーである
Tmem119 遺伝子発現は、大脳および海馬において
ALC 投与により有意に高値を示した。活性化されたマイクログリアには、神経障害性の M1 型と神経保護作用を持つ M2 型が存在する。M1 マクロファー
ジは高いレベルの炎症性サイトカインの発現、一酸化炭素や活性酸素の産生を行うとされている 14)。また先行研究より、活動性低下に関与する分子として炎症性サイトカインが挙げられているが、本研究では Il-1β、Tnf-α、Il-6 遺伝子発現への影響は見られず、ALC 投与による活動性低下抑制に対する炎症性サイトカインの関与は示されなかった。先行研究においても TNF-α、IL-6 は Poly I:C の影響を受けず
15)、本研究の結果と同様であった。したがってマイクログリアの M1 型への分化の可能性は低いと考えられる。先行研究では、M1 マクロファージで TSPO
発現が減少し、M2 マクロファージで増加することが報告されていることから 16)、本研究で観察された
ALC 投与による Tspo 遺伝子発現の増加は、マイク
ログリアの M2 型への分化を誘導した可能性を示唆するものと思われる。さらに、TSPO ノックアウト- 263 -

マウスのマイクログリアは、通常のマウスのマイク
ログリアと比較して ATP 合成の減少と代謝活性の低下を引き起こし、TSPO ノックアウトはマイクロ
グリアの代謝活性を変化させたと報告されている
17)。ALC 投与による TSPO の発現増加は M2 型のマイクログリアの活性化をも示唆していると思われる。
TSPO は細胞内ミトコンドリアの外膜に広く分布しており、コレステロール輸送とステロイド産生に重要な役割を果たす 18)。 また、TSPO の機能については不明な点も多くあるが、TSPO の発現にはReactive Oxygen Species（ROS）
や interleukinⅠ、
TNF-α が関与する可能性が示されている 19)。
産後うつマウスの実験では、TSPO を刺激するとうつ様行動の改善とともに Tspo 発現の亢進と Bdnf の増加が生じることが報告されている 20)。産後うつストレスモデルと Poly I:C 投与疲労モデルとでは必ずしも十分な比較はできないが、少なくとも Tspo の増加とBdnf の反応の類似性からは、脳内で同様の変化が誘導されていると考えることもできる。BDNF は脳の可塑性および長期増強に作用することから、ニューロンの保護作用を発揮していると前述したが、実際にうつによる身体活動の低下時には発現が低下しているとされる。したがって ALC の持つミトコンド
リア保護作用を介してミトコンドリア膜上の TSPOの機能維持が Poly I:C 誘導性の BDNF 低下 21)を抑制できているのかもしれない。
また、ALC、L-Carnitine ともに副作用は極めて低く、高容量の摂取による害はほとんど報告を見ないことから、本研究からはサプリメントとしての一定量の摂取は、問題なく推奨できると考える。
さらに本研究ではマクロファージ細胞株を用いての Poly I:C に対する反応と ALC の作用について、検討を行なった。培養細胞を用いた先行研究において、L-Carnitine が LPS 刺激によるマイクログリア細胞での過剰な NO 産生を阻害することを報告した
9)ことから、Poly I:C 刺激による NO 産生を抑制したと考えられる。
ミトコンドリアの膜合成とコレステロール輸送に重要な役割をもたらす TSPO は、高レベルの ROS
ではその発現を減少させ、ミトコンドリア透過性遷移が開口し、ミトコンドリアからシトクロム C の放出によって細胞死が起こることが報告されている19)。本研究においても、マイクログリアのマーカーである Tmem119 は ALC 投与により有意に増加したことから、Poly I:C 誘導による細胞死に対し、NO産生を抑制し TSPO の発現増加により細胞を保護している可能性が示唆された。
しかし大脳、海馬において iNOS 遺伝子発現に差は見られなかった。脳はマイクログリア細胞だけでなく神経細胞や内皮細胞が多く存在するため、検出されなかった可能性が考えられる。さらなる検討が今後必要と考えられる。
以上より、倦怠感を伴う疲労モデルとして本研究では Poly I:C 投与による偽ウイルス感染モデルを用いて ALC の疲労軽減効果について検討を行なった。
その結果、ALC の連続投与による Poly I:C 誘導性
身体活動低下の顕著な軽減効果が観察された。この知見はこれまでに報告されておらず新規の発見であり、今後 ALC の効果を詳細に検討する意義ある成果と考える。
また本研究では、脳内グリア細胞への ALC 保護作用が遺伝子発現レベルで示されたことから、神経細胞―グリア細胞の関係性についてさらなる研究が期待される。そして疲労研究は原因の究明も含め、今後さらに進展することが期待されることから、本研究が今後の発展に寄与できるものと考える。
【謝辞】
本研究は、公益財団法人ウエスコ学術振興財団による研究助成を受けて実施された。
【利益相反開示】
本研究に関して利益相反関係にある企業等はない。
【参考文献】
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beta-oxidation

activation of the immune response is accompanied byofquarried

fatty

acid

from

- 265 -

depression and anxiety-like behaviours, kynurenine
pathway activation and reduced BDNF expression.
Brain Behav Immun. 2013, 28, 170-181.

- 266 -

老化による筋力低下に対するステロイド類と基礎運動量の影響の行動学的解析
川崎医療短期大学 医療介護福祉科
平口 鉄太郎近年，若齢層向けの運動機能補助などの名目のサプリメントが一般的にみられるようになった．運動機能を維持して高齢化したアクティブシニア向けのものも多い．しかし、代謝向上させる 7oxoprasteron（7keto）も含め運動に対する効果は不明な点もある．成長後の老化現象は，ヒトだけではなく昆虫においても肢の震えなどの形で観察される．しかし，本研究の観察からコオロギでは，若齢期からの継続的運動の有無で成長後の運動強度の差と生存期間の延長する傾向がみられた。このこと
は，昆虫においても運動の量が成長後の個体の代謝の活性化に役立つことを示唆する。

１．緒言
近年，虚弱の状態（フレイル）の予防が提唱されて近年，若齢者のみならず高齢者に対しても運動機能いる我が国において老化と健康寿命に関する問題は，維持効果が示唆されるような栄養補助食品が出てきて医療・福祉の分野において喫緊の課題である．尚且つ，いる。その一部はアミノ酸が主体となり，高齢者の運昨年から続いているコロナ禍の影響により「ステイホ

動力維持を目的としている。一方肪燃焼と代謝向上をーム」状態を強いられている環境下に於いて自身の体促進する成分の一つとしてステロイドの一種である 7-

力が急激に低下する感覚を持つ高齢者が急速に増加し

oxoprasteron(以後 7-keto)を含有するものがある。こている話を耳にすることが多くなった．このようなこれは，Dehydroepiandrosterone の代謝産物である．性とから，高齢者であっても筋力が維持されている場合，ホルモンに変化しないため、代謝促進の目的で栄養補活動性は維持され生活の質の向上が期待できる。しか助食品の成分の一つとして活用されている。これが昆し，不要な外出の規制による運動の制限と筋力の低下

虫の体内でエクダイソン(Ecdysone)の代替物になる可などの基礎的研究は喫緊の課題であるが，いまだその能性があることが過年度の調査で解ってきている．
コオロギは、約８週間で成長したのち成虫脱皮後，数は乏しい．
虚弱状態になる理由に一つにメタボリックシンドロ

約３週間で身体の機能が低下して死に至る。この過程ームが挙げられている。加齢による代謝の低下と体重でヒトと同様に次第に筋力は低下し、肢の震えが起この増加による運動能力の低下に加え，昨今のコロナ禍

りだす。また，歩行頻度は減少する。

によって引き起こされたような行動制限による代謝のしかし近年，直翅目昆虫で運動量とステロイドホルモ

変化や四肢の運動機能低下が虚弱を引き起こす一因とンとの関連性を問うた論文はほとんどない．
研究代表者は，これまで成熟個体における行動解発考えられている。この手前の前虚弱（プレフレイル）

に対する密度効果を観察してきた．この追求の過程で，の段階において低下を阻止することが可能になれば，飼育環境などの空間的要因が深く関与している行動の自立した生活を維持できる。自立した生活に必要なの存在することを観察してきた．その上で，これまで得は高齢になったのちの筋力の維持であり、運動である

られた知見をもとに老化過程に対する運動の影響を行と考えられている。

動学的手段によって解析できるものと考えた．

- 267 -

右個体と中央個体による左個体への威嚇

２．材料と方法実 験 動 物 に は ， フ タ ホ シ コ オ ロ ギ （ Gryllus

bimaculatus）を用いた．飼育には人工飼料と水を与え，筋組織

環境の明暗サイクルは，L：D＝12:12 とした．8 週間のしかし成虫化 28 日後に於いて運動機能が維持され飼育後，成虫化後の個体を収集し集団飼育を行った．

る個体と維持されない個体では脛節伸展筋に差異がみ

5 週令の個体から飼育空間の制限を行い，られた（図３）．筋は太く収縮力は強かったが，機能

１．広い飼育空間（４リットル）と２．狭い飼育空間が低下した個体では退化していた。この状態になる（0.05 リットル）で継続飼育した．

と，後方からの胴体部の支持ができず，雄は威嚇行動

この２つの条件で成虫化後 21 日経た個体に 7-ketoや雌に対しての交尾行動が困難になる．

acetate を米粉に混入したものを人工飼料に加え，経口投与した．
7-keto acetate 投与個体を用いて，機械刺激に対する逃避行動をデジタルカメラ（OLYMPUS

TG4）により

高速撮影記録し歩容解析した．飼育条件１．および 2．
の条件下で 7-keto acetate 投与個体群と対照群を継続飼育し、経口投与後 2
日目 から の生 存率 を調査した。筋力は，前肢の脚力 を電 子天 秤で 計測

図３：後肢大腿し て 算 出 し た ．

能低下個体の屈筋と伸筋上）運動機能維持個体，下）運動機

運動機能維持個体では屈筋，伸筋ともに発達したまま

図１：7-keto acetate

維持されていた．
３．結果
行動

生存率

運動機能が維持されている老化個体（28 日令-）

また，生存率を調べると，広所飼育に於いて 7-keto

直翅目昆虫では，跳躍行動のための後肢大腿部の発を経口投与した個体群（N=20）では対照群に対して 2 日達が顕著である．広所飼育して 7keto 投与で運動機能～4 日の延長傾向がある．28 日経過時点で 30％の個体が維持されている個体では，成熟後 28 日以上経過したが生存したが対照群では，約 10％であった（図 4）．雄

個体でも体末端各部は損耗しているにもかかわらず行

では求愛行動が観察され、雌の産卵も僅かながら維持

動レベルにおいて他個体に対する威嚇行動が発現した．

された．

（図２）

生存率

威嚇行動においては後肢を大きく左右に開いて踏ん張りを維持する（右個体，中央個体）ため、伸筋屈筋

100

とも筋緊張は持続的になる．

80
60
40
20
0

0

2

4

6

8

kouiki RP

kouiki 7k

narrow RP

narrow 7k

10

図４： 広所飼育群と狭所飼育群における 7-keto 投与

図２：老化個体の威嚇行動- 268 -

群と米粉投与（対照）群の生存率
狭所飼育個体では，21 日生存する個体が少数で 7ketoの投与効果が顕著には表れなかった．
４．考察

すと考えられる．また，後肢の脚力はその接地時間が寿命 80 年～100 年と長命なヒトでは、長期間にわたっ長いことから推進力としては大きな役割は果たしていて生活環境を統一し行動制限を加えてその後の行動変ない．しかし広所飼育個体ではヒトでは代謝活性を高化や体内の生理活性の変化を追跡調査することは多大めるとされる 7keto を経口投与すると活発に活動し，な困難が伴う．しかし，寿命が 180 日前後のコオロギ

オスは威嚇や求愛を行い，雌は孵化可能な卵を産み続ではそのような制限が可能である．を生物の寿命にはけることから身体機能の劣化をある程度阻止している

長短がある．寿命が 180 日ほどのコオロギと約 100 年と考えられた．

生存可能なヒトを端的に比較することは困難である．

以上の結果から，運動により身体機能の劣化を妨げ

今回の研究では運動の影響による老化の変化がヒトだ

ることは可能だが、低運動量状態をステロイドだけでけではなく寿命の短いコオロギでも起こりうることを補完する効果は低いと考えられる。
今回，与えた条件は自由運動条件でありトレッドミ

調べた．
過年度の報告では，歩行や飛翔といったコオロギ特ルで行うような強制運動条件がない．また，飼育環境

有の運動パターンを維持するに不可欠な肢の筋肉は 21には光条件等を全く考慮していない．昨今のコロナ禍

日間で顕著に衰退していることを明らかにした．しかに起因した行動制限による高齢者の身体の弱体化も従し，このことは，幼虫期に過ごした環境により大きく

来から知られているような陽光制限による可能性があ変化することが今回の研究で示唆された．広所で飼育

る．コオロギは、幼齢期は昼行性，成長後は夜行性とされ運動の機会が与えられた個体では筋肉が十分に成

光応答性が変化する生物であるため，今後，その特質

長し成長後も維持された。おのずと 7keto 投与群ではを利用して成長後の運動機能に対する成長期の光条件

最大生存日数には効果が表れないが，途中生存率の向と短時間の運動による筋力の補完とそれに対するステ上があった．一方，狭所飼育個体では，運動が制限さ

ロイドの影響を調査する必要がある．

れるため体全体の発達が遅いことに加え，幼虫期の生存率が下がり，実験個体数が減少した．これらの個体

参考文献

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2.

困難なことが示唆された．
以前に著者は若齢成虫で逃避行動について解析してHiraguchi T and Yamagauchi T: Escape behavior
in response to mechanical stimulation ofhindwing in cricket,Gryllus bimaculatus,
Journal of Insect Physiology 46: pp1331-1340(2000)

いるが，刺激直後に反応が現れ跳躍によって逃避した（１）

謝辞

化後 21 日の個体では筋肉は衰退しているため前肢の昨年度に引き続き，本研究を遂行するにあたり助成を脚力は著しく低下しており，これが歩行の際の体の挙賜りましたウエスコ学術振興財団に深くお礼申し上げ

上や，体を前方に移動させる推進力の低下を引き起こます．

．しかし，本研究で用いた狭所飼育個体では，成虫- 269 -

- 270 -土砂災害対策法制の課題〜砂防指定地の指定を例として
山陽学園大学地域マネジメント学部
准教授 澤俊晴（概要）近代日本における土砂災害対策の枢要な位置を占めたのが「砂防法」である。砂防法の規定に基づき、治水上砂防に必要な土地が「指定」され、指定地内でのみ砂防工事が施行され、有害行為が禁止又は制限される。つまり「指定」こそが、土砂災害対策の核心部分である。ところが、従来の砂防研究は、土砂災害発生のメ
カニズム、渓流調査の手法、砂防施設の設計といった土木的観点からのものがほとんどで、「指定」を正面から取り上げたものがない。本稿は、指定状況、指定基準、指定方法等を整理し、「指定」を法的な面から検討するとともに、指定に係る改善策や裁量問題を取り上げたものである。
土地について国土交通大臣が行う。たとえ、指定後

１ はじめに
災害対策に関する法律には、災害対策基本法、地震防災対策特別措置法、
大規模地震対策特別措置法、に所有者や地目などに変更があっても、指定の効力は変わらない。

活動火山対策特別措置法、災害救助法、原子力災害指定された土地の区域を「砂防指定地」といい、対策特別措置法などがある。そのうち、災害予防に

砂防法に基づく各種施策は、この砂防指定地に適用関する法律は、国土総合開発法、河川法、森林法、される。具体的には、砂防事業は砂防指定地内での砂防法、海岸法、地すべり等防止法、急傾斜地の崩み実施され、堰堤や流路工などは砂防指定地に設置

壊による災害の防止に関する法律、土砂災害警戒区

されて初めて「砂防設備」となる。砂防指定地の区域等における土砂災害防止対策の推進に関する法律

域外に設置された堰堤や流路工は、治水上砂防の機などである。

能を発揮していても「砂防設備」ではないので、国この中で最も古い法律の一つが、1897 年に制定された砂防法（明治 30 年法律第 29 号）である。同時や自治体は「砂防設備」としては維持管理することができない。

期には、旧河川法、旧森林法が制定され、治水三法

また、砂防指定地内では、土砂災害等を誘発すると呼ばれた。しかし、森林法は昭和 26 年に、河川法

ような行為（有害行為）の禁止又は制限（私権制限）は昭和 39 年に廃止され、新森林法、新河川法となっが可能である。

ているのに対し、砂防法は、明治 30 年の制定以降、

なお、私権制限の具体的内容は砂防法に規定され抜本的な見直しがないまま現在に至っており、今なておらず、
砂防法施行規程（明治30 年勅令第382号）

お戦前の官権的・統制的な色彩が強い法律である。

により都道府県条例（いわゆる砂防指定地等管理条

また、今では数が少なくなった片仮名・文語体の条例）に委任されている。例えば、岡山県砂防指定地

文で書かれた法律であり、戦後廃止された「執行罰」

等管理条例では、次に掲げる行為について、あらかが規定されている唯一の法律としても有名である。

じめ知事の許可を受けなければならないとされ（同

本報告では、この「砂防法」に基づく砂防指定地の条例第 4 条）
、許可を受けずにこれらの行為をした「指定」を取り上げる。

場合には、1 年以下の懲役若しくは禁錮又は 2 万円

２ 砂防指定地の「指定」

以下の罰金に処せられる（同条例第 13 条）。他の都砂防法の法体系の中心に位置するのが砂防指定地の「指定」である。指定は、所有者（国、自治体、道府県の条例も、規定内容は同様である。
・掘削、盛土、切土その他土地の原状を変更する行
為民間など）や地目（宅地、田、畑、山林、雑種地など）などに関係なく、治水上砂防の観点から必要な・土石等の採取- 271 -

・鉱物の採掘

広島県では年平均 20 箇所、全国では年平均数百箇・土石等又は鉱物のたい積又は投棄所が指定され続けており、終期は設定されていない。
つまり、砂防指定地の指定は、順次行われている。

・立竹木の伐採
・芝草又は樹根の採取

その順番がどのように決められているのかは、指定・施設又は工作物の新築、改築、移転又は除却の適切性、更には適法性を検討する上で重要である。

・竹木の滑下又は地引による搬出

しかし、指定の順番を明確に定めた基準は、管見す

・牛馬その他の家畜類の継続的な放牧又は係留る限り存在しない。例えば、「砂防指定地指定要綱の・火入れ又はたき火

取扱いについて」（平成元年 9 月 13 日建設省河砂部

・そのほか、知事が治水上砂防において支障がある

発第 11 号・建設省河川局砂防部長通知）によれば、と認める行為砂防部長が「砂防指定地指定十箇年計画」を作成す

このように、砂防指定地に指定されることによっることとされているが、現時点で筆者はその計画をて土地の所有者等の権利が大幅に制限されるため、確認できていない。治水上砂防の観点からは、優先「みだりにこの指定をすべきではない」（『砂防法』

度の高いものから指定が順次行われていると考える

建設省河川研究会編、
港出版合作社、
1959 年、
56 頁）のが素直であるが、実態は、地元からの要望に基づとされているが、指定をするか否かの判断は、国土

いて予算配分（箇所付け）がなされ、砂防事業の実

交通大臣の「自由な認定、裁量に任されている」と施が決まった後になって、指定が行われているもの

されている（『逐条砂防法』建設省河川局砂防法研究と推定される。つまり、本来、砂防法が予定してい会編、全国加除法令出版、1972 年、59 頁）。

た「指定」→「砂防工事」の順ではなく、「砂防工事」

３ 砂防指定地の状況→「指定」の順で法が運用されていると思料され、図表１ 広島県砂防指定地箇所数推移

そのことは、国が、砂防指定地指定要綱第三により2,500

指定に必要な書類を作成する都道府県に対し、その遅延について注意喚起していることからも強く示唆

2,000

される（都道府県が必要な書類を作成する法的根拠についても重大な問題をはらんでいるが、本稿では

1,500

取り上げない）。例えば、「近時、この指定のための1,000

申請手続が遅延して工事の施工その他法律に基づく管理事務に適性を欠く事例もみうけられる」
（
「砂防

500

指定地の編入及び地すべり等防止区域の指定のため0
明治・大正 〜昭和19年 〜昭和39年 〜昭和59年 〜平成16年 〜令和２年の申請について」（昭和 35 年 8 月 22 日建河発第 565

平成 25 年 3 月 31 日現在、全国の砂防指定地の指号・建設省河川局長通知））、「指定申請の手続につい定箇所数は 69,145 箇所であり、砂防指定地内にはてはしばしばその促進力を依頼してきたところであ52,422 の渓流がある（『平成 26 年版砂防便覧』全国

るが現在なお指定申請の手続きが遅延しそのため工

治水砂防協会、2015 年、459 頁）。箇所数が渓流数を事の施行その他法律に基づく管理事務に適正を欠く

上回るのは、同一の渓流であっても別箇所を追加で事例も見られ」る（「砂防指定地の編入について」（昭指定することがあるためである。

和 41 年 4 月 20 日建河砂発第 69 号・建設省河川局

指定箇所数の推移を、広島県を例として示すと、

砂防課長通知））といった通知が発出されている。

図表１のとおりである。この表から分かるように、

仮に、「砂防工事」→「指定」という推定が正しい

砂防指定地の指定は、一定期間内に一斉に行われるとすれば、砂防工事の箇所付けが治水上砂防の優先のではなく、砂防法施行後 120 年あまりの間に少し度に従って行われていることが、指定の適切性・適ずつ行われ、それが現在も続いている。
具体的には、法性の必要条件となる。万が一にも箇所付けが治水- 272 -

上砂防の観点以外（地元への利益誘導など）を考慮

渓流及びその両側の土地を一定の幅で線的に指定すして決定されていれば、それと表裏一体で行われる

る「線指定」、砂防堰堤や堆砂地など砂防設備が施設指定の適切性・適法性も不確かなものとなる。

された土地に複数の標柱を設置しそれにより囲まれ４ 砂防指定地の指定基準た区域を指定する「標柱指定」といった方法が採ら

砂防指定地の指定は、「砂防設備ヲ要スル土地又ハれているが、
明治 30 年以降、120 年以上にわたって、此ノ法律ニ依リ治水上砂防ノ為一定ノ行為ヲ禁止若

五月雨式に全国でおよそ 7 万箇所が指定されてきた

ハ制限スヘキ土地」（砂防法第 2 条）について行うとため、指定方法にも変遷がある。例えば、戦前期にされている。

は「面指定」と「線指定」が多用されていたが、戦この条文の解釈として、国は、「砂防指定地指定要後は「標柱指定」が増加している。おそらく、国民綱について」（平成元年 9 月 11 日建設省河砂発第 58の権利意識の高まりに応じて、広大な区域に私権制

号・建設省河川局長通知）において、指定基準とし限がかかる「面指定」を避け（面指定による指定箇て①渓流若しくは河川の縦断浸食又は山腹の崩壊等

所は、全指定箇所の 1 割強にすぎないのに、全指定による土砂等の生産、流送若しくは堆積が顕著であ

地面積の半分以上を占めている。
）、局所的な指定がり、又は、顕著となるおそれのある区域、②風水害、可能な「標柱指定」
が採用されたものと考えられる。

震災等により、渓流等に土砂等の流出又は堆積が顕

ところが、平成のバブル崩壊後の「砂防指定地の著であり、砂防設備の設置が必要と認められる区域、指定について」（平成 7 年 10 月 11 日建設省河砂発③火山泥流等により著しい被害を受け、又は受ける

第 47 号・建設省河川局砂防部砂防課長通知）では、

おそれがある区域で砂防設備の設置が必要と認めら「治水上砂防の観点より必要とされる土地について、れる区域、火山及び火山麓地、④土石流危険渓流等

砂防指定地として“面的”に指定」するとされ、さによる土石流の発生のおそれのある区域又は土石流らに平成 22 年の「砂防指定地指定要綱の運用方針の氾濫に対処するため砂防設備の設置が必要と認めについて」（平成 22 年 11 月 16 日国河砂管第 294 号・られる区域、⑤地すべり防止区域あるいは地すべり

国土交通省河川局砂防部砂防計画課長通知）でも、の危険性が大きい区域で治水上砂防のため、渓流、「区域の全域を面的に指定することを原則とする」

河川に砂防設備の設置が必要と認められる区域、⑥とされ、「面指定」に先祖返りしている。

開発が行われ又は予想される区域で、その土地の形

様々な土地開発が行われたバブル期には、開発に質を変更した場合、渓流等への土砂流出等により、対して厳しい抑制となる「面指定」は採用されてい治水上砂防に著しい影響を及ぼすおそれのある区域、ない。ところが、バブルが弾けて開発がストップし⑦その他公共施設又は人家等の保全のため、砂防設た途端に「面指定」が復活している。このように、備の設置又は一定の行為の禁止若しくは制限が必要

時代背景や諸般の事情に応じて、指定方法は変化しと認められる区域の七つを示している。

ている。しかし、治水上砂防にとって必要な区域は

この指定基準自体は、合理的なものと解されるが、過不足なく指定されるべきであり、大臣の「自由な問題は、実際の指定がこの基準に従って行われてい認定、裁量に任されている」とはいえ、このようなるか否かである。そして、更に問題なのは、前述し指定方法の融通無碍な変遷は、裁量権の逸脱濫用をたように指定の優先順位を判断する基準が存在しな疑わせる。

い（と思われる）ことである。

６ 砂防指定地の指定の法的意味
砂防指定地の指定の法的効果を整理すると、第 1５ 砂防指定地の指定方法
指定の対象となる土地の現況は、千差万別である。

に、それは「公用負担」、「公用制限」である。
「公用

そのため、流域全体を「地番」により、あるいは複負担」が課せられる対象は人と物とに分けられるが、数の流域を含む広大な区域を「字」単位で面的に指砂防指定地は土地であるので「物的負担」であり、定する「面指定」、渓流等の縦横浸食のおそれのある

土地所有者等の意思とは関係なく課せられる「強制- 273 -

負担」で、かつ、指定という一定の行為があれば当指定の場合は、対象が限定された特定の土地である

然に効果が発生する「法定負担」である。

ことから、個別具体的な行為と解して「処分性」を

また、公用負担には「公用制限」「公用収用」「公

認め、行政事件訴訟法（昭和 37 年法律第 139 号）に用換地」の別があるが、砂防指定地に指定されてもよる取消訴訟や行政不服審査法（平成 26 年法律第土地収用等の対象にならず、財産権に対する単なる

68 号）による審査請求の対象になると考える。
それに対し、「字」単位のような広大な地域を対象

制限にとどまるので「公用制限」に該当する。
第 2 に、この指定を形式面から整理すると、「行政とする面指定の場合には、不特定多数の所有権者等

立法」（法規命令）と捉える考え方、不特定多数の者に制限が広く及ぶことから、一般的抽象的法効果がを名宛人とした「物」に関する「一般処分」と捉え生じるにすぎないと解して「処分性」を否定するこる考え方、特定の土地所有者等に対する「不利益処とも可能と考える。
ただし、最高裁は、2 項道路一括指定事件（最判分」と捉える考え方があり得る。
一義的には、どの考え方を採るかによって、違法

平成 14・1・17 民集 56 巻 1 号 1 頁）で、「告示によな指定の取消しを求める行政争訟が可能か否か（処り一定の条件に合致する道を一括して指定する方法

分性の有無）、国家賠償が認められるか、また、適法でされた建築基準法 42 条 2 項所定のいわゆるみなな指定の場合の損失補償が認められるか、さらに指し道路の指定は、抗告訴訟の対象となる行政処分に定に先立って手続的保障が確保されるか否か、とい当たる」としており、面指定であっても処分性が認った点で重大な相違が生じる。

められる可能性は否定できない。

例えば、行政立法と捉えるならば、「処分性」は認

なお、治水上砂防とは合理的関連性のない土地をめられない。また、行政手続法第 2 条第 8 号の「命指定するなどにより私権が制限され損害を受けた場

令等」には該当することになるが、同法第 3 条第 2

合には、損害賠償が認められるべきであるから、国項第 4 号の「法律の規定に基づき施設、区間、地域

家賠償法（昭和 22 年法律第 125 号）の「公権力の行その他これらに類するものを指定する命令又は規則」

使」に該当すると解する。

に該当するため、意見公募手続等（パブリックコメ

７ 一括指定と個別指定
治水上砂防の観点から必要な区域を過不足なく指ント）の適用対象にならない。
一般処分と捉えた場合にも、「行政庁が、法令に基定するためには、その区域の現況を詳細に把握する

づき、特定の者を名あて人として、直接に、これに必要がある。しかし、現実には、時間的予算的制約

義務を課し、又はその権利を制限する処分」（行政手があるため、技術的・科学的に厳密に「過不足なく」

続法第 2 条第 4 号）の「特定の者を名あて人として」指定することには困難さが伴う。
そのため、次善の策として、次の二つの手法が考の要件を満たさず「処分性」が否定され、事前手続保障はない。ただ、指定により所有権等が直接的にえられる。

制限されることに着目すれば、「処分性」が認められ一つは、必要性が少しでも認められる箇所を一律る可能性はある（『砂防法』建設省河川研究会編、港に指定する「一括指定」である。
「一括指定」は、さ出版合作社、1959 年、244 頁も「行政訴訟の対象とらに、図上調査などの簡易な調査により個々の箇所なる」とする。
）。

を特定した上で一括して指定する方法と、一定の要

現時点の私見では、砂防指定地の指定は、順次、件（渓流の勾配や過去の雨量など）を明示するだけ

個別具体的な土地を対象に行われることから、立法で、個々の箇所を特定せず包括的に指定する方法のに類似した行為ではなく、「行政立法」と捉えること二つが考えられる。

はできない。そして、砂防指定地の指定は、特定のもう一つは、詳細な調査（資料調査、現地調査、者を名宛人とした行為ではないので、「一般処分」と

航空レーザ測量などによる「地形調査」、現地踏査、

解するほかない。しかし、線指定や標柱指定によるボーリング調査、簡易貫入試験、弾性波探査などに- 274 -

よる「地質・土質調査」、地上雨量計及びレーダ雨量

なお、土石流危険渓流の調査方法は、まず 25,000

計による「降水量調査」、
被害想定区域における人口、分の 1 地形図によって土石流が発生する危険性のあ

人家、農地、公共施設、災害時要援護者施設、防災

る渓流（谷地形で渓床勾配 3 度以上の渓流）を抽出

拠点等の保全対象の分布状況、土地利用実態、今後し、それを先ほどの保全対象に応じて土石流危険渓の開発計画といった「社会状況調査」、荒廃状況及び

流Ⅰ、土石流危険渓流Ⅱ、土石流危険渓流に準ずる

表面侵食、
拡大崩壊などによる「生産土砂量の調査」

渓流Ⅲに区分する。その上で、土石流危険渓流に準など）をした上で、誰から見ても必要性が明らかなずる渓流Ⅲは図上調査のみを行い、土石流危険渓流箇所を指定する「個別指定」である。

Ⅰと土石流危険渓流Ⅱは現地調査の対象とする。た

地域住民の安全安心の確保を優先し、指定漏れがだし、現地調査は必須ではなく、例えば、渓床勾配ないことを優先するのであれば、「一括指定」が優れの調査は、できるだけ精度の良い地形図により計測ているが、私権を過大に制限するおそれが高い。反し、精度の良い地形図がない場合に現地踏査が行わ

対に、「個別指定」では、詳細な調査に基づき必要なれる。また、渓床の状況については、現地踏査が行箇所のみを指定するので私権制限は相応したものにわれる。どちらにせよ、現地での観察が中心で、ボなるが、調査に時間と予算を要するため指定が進まーリング調査などの詳細な調査が行われるわけではず、結果として必要性が高い箇所が当分の間指定さない。そのため、現在のような「個別指定」の根拠れないままとなるおそれが高い。

としてこの調査結果を活用することは適当ではない

実際の指定では、「個別指定」が採用されている。

と考えられるが、「一括指定」の判断根拠とし、私権しかし、砂防法施行から 120 年あまり経過しても、制限の緩和と合わせて活用することは、検討に値す

なお指定が続いている現状や砂防指定地外で土石災るであろう。

害が生じている事例に鑑みると、「個別指定」を続け

８ 指定権限行使の裁量問題
砂防指定地の「指定」に係る法的争点は多岐にわることに疑問を感じざるを得ない。
既に遅きに逸しているが、今後の改善策として、少なくとも土石流危険渓流Ⅰについては、一括指定

たるが、ここでは紙幅の関係から「不指定」の問題を取り上げる。

することを検討すべきであろう。だたし、一括指定

治水上砂防の観点から当然に指定されるべき土地を採用する場合には、衡平の観点から現在の私権制が指定されず土砂災害が発生した場合、「不指定」が限の内容を一定程度緩和することが必要になると思問題になり得る。この場合、指定権者である大臣（規われる。

制者）と、指定によって私権制限を受ける土地の所

土石流危険渓流Ⅰとは、「土石流危険渓流および土有者等（被規制者）と、指定によって利益を受ける

石流危険区域調査の実施について」（平成 11 年 建

住民、すなわち指定されないために損害を受けた住設省河砂発第 20 号・建設省河川局長通知）により調民（受益者）、という三者関係が構成される。

査が行われた土石流危険渓流（土石流の発生のおそ指定権限の行使が大臣の裁量に委ねられているとれのある渓流及び地形条件等から土石流の氾濫が予解すれば、損害を受けた住民（受益者）による損害

想される区域）のうち、土石流により影響の及ぶ範

賠償請求は認められない、となりそうである。しか囲内に人家 5 戸以上等がある渓流のことである。そし、土砂災害の発生がかなりの確度で予見され（予の他に、土石流危険渓流Ⅱ（当該範囲内に人家 1 戸

見可能性）、かつ、土砂災害の発生によって被る損害

から 4 戸等のある渓流）、土石流危険渓流に準ずる

が大きく（被害の程度）、さらに、指定さえすれば土渓流Ⅲ（人家はないが今後新規の住宅立地等が見込

砂災害の発生を防ぐ可能性が高い（回避可能性）場

まれる渓流）の調査も行われ、これらの渓流は、土合にまで、裁量を認める必要はないであろう。
ただ、

石流危険渓流Ⅰも含めて平成 14 年度に公表されて現行法による指定では、所有者等の私権制限の程度いる。

が強すぎるため、よほど予見可能性が高く、被害が- 275 -

甚大で、回避可能性が高いことが求められることかであり、この地点から 2km ほど上流に砂防堰堤が施ら、規制権者は指定を躊躇わざるをえない。このよ

設されている。解除前の毛保川の砂防指定地の末端

うに、現行の「個別指定」を前提としたとしても、は、図表３の撮影地点の更に下流にあり、解除と同

治水上砂防の観点から必要な箇所が過不足なく指定時に行われた再指定も同一箇所までである。

されるよう、私権制限の程度を緩める（条例に規定

扇頂から河口付近までの傾斜はほとんどなく、そしている規制内容を緩和する）ことを検討すべきでの間の延長は約 1.5km あった。
現地を見た限りでは、あろう。

この区間を指定する治水上砂防の必要性がどの程度

なお、土砂災害のおそれが高い土地であることが明らかであるにもかかわらず、危険な土地ゆえに地あるのか判然としなかった。河口部に砂防設備を施設する必要性がどの程度あるのであろうか。
今後は、指定権限行使の問題について、損失補償、価が低いことを理由に転居してきた場合などについ損害賠償、原告適格といった法的争点だけでなく、ては、別に考察が必要である。
最後に、砂防指定地の解除について若干のコメン

この解除を一つの切り口として、特定の時期に集中トを行う。砂防法には砂防指定地の解除の規定がなしている指定解除の背景なども含めて考察を進めて

いが、実務上は、指定に準じた手続により指定の解いきたい。

除が行われている。広島県内の解除事例は、図表２

図表３ ⽑保川河⼝部のとおりである（このほか「指定変更」という手法もあるが、ここでは取り上げない）。これを見ると、解除が昭和 50 年代と平成 20 年代に集中していることがわかる。
図表２ 広島県砂防指定地指定解除⼀覧
渓流名
西荒手川

所在地
広島市西区

告示番号
昭和54年4月17日建設省告示第872号

山本川支川及び 広島市安佐南区
砥石場川

平成28年2月15日国土交通省告示第303号

中南原川

広島市安佐北区

昭和55年4月26日建設省告示第930号

南原川

広島市安佐北区

昭和55年4月26日建設省告示第929号

毛木川

広島市安佐北区

平成27年10月2日国土交通省告示第1032号

榎山川

広島市安芸区

昭和55年4月26日建設省告示第932号

梶毛川

広島市佐伯区

昭和43年5月23日建設省告示第1503号

図表４ ⽑保川上流部

深原川

安芸郡熊野町

平成27年3月25日国土交通省告示第424号

毛保川

廿日市市

平成26年8月5日国土交通省告示第772号

柿の木谷川

呉市

平成22年10月29日国土交通省告示第1215号

僧殿川

府中市

平成22年6月29日国土交通省告示第700号

箱田川

府中市

平成22年10月21日国土交通省告示第1196号

紙幅の関係から平成 26 年に指定解除された毛保川を取り上げる。この事例は、指定時点の筆界と地番が現況と相違することなどが判明したため、いったん指定を解除し、再度適切な範囲を指定し直したものである。
毛保川は瀬戸内海に注ぐ渓流であり、図表３は毛保川の最下流部を下流方向に撮影したもので、写真の奥が瀬戸内海、さらに奥にみえるのが厳島である。
また、同じ撮影地点から上流を写したものが図表４- 276 -

（以上）

保育士のキャリア選択要因を抽出するための TEA インタビュー調査
山陽学園大学総合人間学部
松浦 美晴
本研究の目的は，個人としての保育士が保育現場での就労を継続，または継続しないという選択において，選択を促進・妨害する要因を抽出し，保育士の就業継続支援策を検討することであった。そのために，複線経路等至性モデル(Trajectory Equifinality Model: TEM)を用いて，保育士を対象とするインタビューを実施した。本報告では，保育士養成課程にて保育士資格を取得後，ただちに保育施設に就職した経験を持つ保育士 1
名のインタビューをとりあげる。TEM による分析の結果，2 つの分岐点（BFP: Bifurcation Point）を経て，最終的に「転職しながら保育職を継続する」という未来展望上の第 2 の等至点（EFP: Equifinality Point）へと至る径路が示された。この経路では，最初の BFP「考えて考えてスッキリした自分」が転機となり，次の BFPにおいて，保育職からの離職という選択ではなく，勤務先を変えながらも保育職は継続するという選択が後押しされていた。最初の BFP は時間の経過とともに経験に付与する意味づけが更新されることで生じたと考えら
れ，保育士就労継続支援においては，それまでの期間におけるサポートが重要であると結論づけられた。

を行い，TEM を用いて分析を進めてきた。本報告で

背景と目的
現在，保育士の不足が問題となっており，保育士

は，保育士資格を取得後保育職に就き，常に離職をの離職防止が必要である。本研究は，個人としての考えながら保育職を継続してきた女性 1 名の事例を保育士が保育現場での就労を継続，または継続しな報告する。

い時に，そうした選択を促進する，または妨害する

インタビューの方法
著者の所属する機関の研究倫理審査委員会の承認

要因を，従来の保育士の就業継続支援の範囲を超えたところから抽出することを目的とし，保育士個人を得た（A2020U022）。
インタビュー対象となった研究協力者は，専門学の視点から経験のプロセスを捉えることにした。
手法として，複線経路等至性モデル(Trajectory

校の保育士養成課程にて保育士資格を取得後，ただEquifinality Model: TEM)（サトウ・安田・木戸・

ちに保育施設に就職した経験を持つ女性 A であった。

高田・ヴァルシナー，2006）を用いる。TEM は，人COVID-19 感染拡大状況を踏まえ，インタビューはオ間の成長についてその時間的変化を社会・文化・歴ンライン会議ツールを用いオンラインで実施した。

史 と の関 係で 展望 するモ デ ルで ある 。等 至点

対象者の同意を得て，音声を記録した。インタビュ（Equifinality Point: EFP）の概念を根幹とする。

ーにおける語り手と聴き手の視点の融合であるトラ

安田（2005）によれば，時代背景や属する社会集団

ンスビュー的な TEM 図（サトウ，2015）を描くこと

等の文化・社会的文脈，人の生涯発達的要件が複雑を目的に，3 回にわたるインタビューを行った。1に交錯するなかで，個人が決して単一ではありえな

回目で聞き取った内容を研究責任者と共同研究者 2

い多様な経験を積み重ねていたとしても，等しく到名で検討し，
必要に応じて詳細な聴き取りを加える，

達するポイントがあり，それが EFP であるという。

研究者側の解釈への同意を得るといった目的で，2

EFP とそこにに至る複数径路を描く方法が TEM であ回目，3 回目のインタビューを行った。インタビュ

る（サトウら，2006）。TEM に関連する概念を表 1 にーの所要時間は 1 回につき 1 時間程度であった。

示す。
著者らは，保育士資格取得者 5 名にインタビュー- 277 -

表1
BFP
(Bifurcation
Point)

分岐点

EFP(Equifinality
Point)

等至点

TEM に関連する概念
ある経験において，実現可能な複数の経路が用意されている，もしくは，発生する状態。複線
経路を可能にする結節点（福田，2015）
時代背景や属する社会集団等の文化・社会的文脈，人の生涯発達的要件が複雑に交錯するなかで，個人が決して単一ではありえない多様な経験を積み重ねていたとしても，等しく到達するポイント（安田，2005）

OPP(Obligatory
Passage Point)

必須通過点

必須のこととして経験される出来事。人がある経験をするにあたり，必ずゆきあたる出来事や突きつけられる行動選択（安田，2015）

P-EFP(Polarized
Equifinality
Point)

両極化
した等至点

等至点に対する論理的な補集合として設定される点（サトウ 2015）

SG(Social
Guidance)

社会的ガイド

等至点への歩みを後押しする文化的・社会的な力 （安田，2015）SD(Social
Direction)

社会的
方向づ
け

等至点に向かうのを阻害する文化的・社会的な力 （安田，2015）

たいとの思いから，対人援助の専門職を希望した。
他の専門職に就くという考えも少しあった。
しかし，甥や姪と遊ぶことで子どもと接する楽しさを知っていたこと，家族から「保育士に向いている」と言われていたことから，保育士をめざすことにした。それまでは，家族から「向いている」と言われながら，自分では向いているかどうかよくわからなかったという。学力に自信がないため，保育士課程を持つ学校として入学試験のない専門学校を選び，入学した。
入学後にパニック症状が出て医療機関を受診したが，自律神経失調症と診断された。しかし A 自身は自律神経症状ではなくパニック障害の症状だと考えていたという。症状だけでなく，子どものころから人間関係を作ることが苦手，子どものころから勉強

結果と考察が苦手であることから，養成校での勉強に苦労し，インタビューの内容を逐語化した上で，対象者に保育士になる自信を失っていった。また，実習先でよって語られた経験の内容を切片化した。次に，質現場の子どもの指導や人間関係についてのネガティ的データ分析支援ソフト NVivo を使用し，切片をカ

ブな経験をし，保育士になることに不安を感じるよ

テゴリーに分類した。続いて，カテゴリーを非可逆うになった。

的時間の流れに沿って配置した。配置されたカテゴ

しかし，保育士になることをやめれば，養成校へ

リーをもとに必須通過点（OPP），分岐点（BFP）を抽入学するためにかかった費用や，養成校で費やした出し，さらにそれらにかかる力である社会的助勢

時間が無駄になってしまう。A にとって，
「養成校入

（SG）
，社会的方向づけ（SD）を抽出し，TEM 図を作

学＝保育士になること」であり，養成校に入学した成した。

以上，保育士にならないという選択はあり得なかっ

対象者の語りの内容から，非可逆的時間に沿った

た。A は保育施設に保育士として就職した。

流れを，「保育職に就くまで」，「保育職を継続するま「保育職を継続するまで」の経路 A は保育士とで」，「未来展望：転職しながら保育職を継続するま

して就職してから，苦手な書類作成が負担であったで」の 3 つの時期に分けた。第 1 期は 2 つ目の OPP

り，余裕がなく子どもに強く当たってしまうことが「保育職に就く」まで，第 2 期は EFP「保育職を継あり，保育士としての自信を失っていった。
さらに，続する」までであった。第 3 期は，3 回目のインタ

精神症状が再発した。仕事を辞めようか迷うが，辞ビューで語られた，2 回目のインタビュー終了後のめると収入がなくなること，環境を変えて適応して経験とその時点での未来に対する展望であった。
EFP

ゆく自信がないことから，辞める勇気がでない。続「転職しながら保育職を継続する」までとした。

けたいが辞めたいという葛藤がストレスとなった。

各時期の TEM 図を図 1，2，3 に示す。3 つの図は精神症状のため医療機関を受診し，パニック障害と独立したものではなく，番号順に継続した流れを示

発達障害の診断を受けた。診断を受けたことを職場す。図の左から右方向に非可逆的時間が経過する。

に報告したところ，自分が出席していなかった会議

図中，上下に向かう矢印型の図形は，SG，SD を表す。

で職員全員に共有されてしまった。職員全員から自「保育職に就くまで」の経路 A は，高校卒業を分の保育を見られていると思いプレッシャーを感じ

前に一般企業への就職を希望したが，就職試験の難るようになり，体調を崩す。しかし，仕事を辞めてしさに断念した。次に，人の世話をする仕事に就き収入がなくなることが怖く，保育士しかできない自- 278 -

分が辞めた後どうしてよいかわからず，また初めてした副園長の考えは A にとって「受けつけられない」

担当した子どもが卒園するまでみていたいという気ものであった。また，「病気」の職員に居られるのが持ちもあり，辞めることができない。その葛藤がス嫌なのだと感じ，「辞めてほしいとは言われなかった

トレスとなる。

んですけど，辞めてほしいのかなって」思った。
「こ

そのときに，さらに体調不良をもたらす出来事がの園にはいたくない」と思い，園を辞めることにし起きた。園の参観日が近づき他のクラスの保育士がた。ただ，保育士の仕事は楽しく，初めて担当した

準備をしているのに，A のクラスの他の保育士がな

子どもたちは特別であり卒園する姿を見てみたい。

かなか準備にとりかからない。A は他のクラスの保

それまでは今勤務している施設で仕事を続け，担当

育士に申し訳ないと思いながら一人で準備作業に加する子どもたちの卒園と同時に辞めるつもりである。

わった。作業をしない保育士との温度差にストレス

退職後も子ども関係の仕事を続けたいが，派遣のほをため，同期の保育士に愚痴を言った。普段は職場

うが気持ちが楽だと考えている。派遣の形で保育士の話をしない母親相手にさえ愚痴を言う程であった。

を続けるつもりでいる。

その後，ある上司と面談をして保護者対応をほめら

OPP と BFP 保育士資格を得るための手段の一つれると同時に体調不良についても理解を得た。そのは，保育士養成校で定められた課程を修め卒業する

上司は A にとって頼りになる存在であり，同期の保ことである。本報告は 1 名の事例であるが，保育士

育士は励まし合うことのできる存在であった。正月

志望者の多くが保育士養成校に入学すると考えられに休みがあり，体調不良による欠勤ではなく公式のること，A にとっては保育士を目指すきっかけが高休みであったため，焦りを感じずにゆっくりするこ

校卒業時の進路選択であったこと，A にとっては「養とができた。初めて担当した子どもへの思いが，離成校入学＝保育士になる」であったことから，「保育職を思いとどまらせる。仕事を辞めようか迷いなが士養成校に入学」を１つめの OPP とした。また，保らも，もう少し，もう少しと続ける。

育の継続をテーマとする本研究の必然として，「保育

ところがあるとき，「ふっと」「寝て起きたらなん職に就く」を 2 つめの OPP とした。

かちょっとスッキリしている自分がいて」，「もうと「仕事を辞めようか迷う」状態から「保育士をやにかく普通に，笑って，周りに合わせていこうってっていてよかったと思う」への転換点となったのがいう思いが強く」なった（斜体字は A の語りから）。

「考えて考えてスッキリした自分」であり，そこか

周りではなく自分が変わろうと思うようになり，そら「園を辞めようと思う」への転換点となったのが，れまでは気づかなかった周囲からの支えを感じ，困「園長・副園長の職員面談」であったため，「考えてった時は周囲の人に相談するようになった。気持ち考えてスッキリした自分」と「園長・副園長の職員に余裕が生まれ，
子どものことを考えるのが楽しく，面談」の 2 つを BFP とした。

保育士をやっていってよかったと思い，保育士を継続することにした。

BFP「考えて考えてスッキリした自分」における転機 BFP「考えて考えてスッキリした自分」
について，「転職しながら保育職を継続するまで」の未来展「体調とは別として，なんかA は次のように語った。

望 以降の内容は，2 回目のインタビュー終了後の気持ち的に吹っ切れたって感じですかね。」「それま経験として 3 回目のインタビューで初めて語られたで他の先生にあの何か，相談しようとか教えてもらものである。保育士を継続するつもりでいたところ

おうとかいう余裕も無くって，ただ見張られているに，施設の園長と副園長による面談があり，2 人かと思ったけれども，気持ちが吹っ切れると，サポー

ら A の評判が良くないと告げられた。さらに副園長トしてくれてたんだっていうのがそれまでは見えてから A の発達障害のことを「病気」と言われ，「悩んなかったけど見えた。
」A の周囲の職員は，それまででいるのはこっちなのに」「発達障害の支援者や支援も A のサポートを行っていたのであろう。しかし，児のこともそうやって見てるんだ」と思った。そう

当時の A にとって他の職員は自分にプレッシャーを- 279 -

与える存在であり，プレッシャーで体調を崩す悪循

BFP「考えて考えてスッキリした自分」に至る前の環で，サポートに気づくことができなかった。では時点で A の離職を防いでいたのは，主に金銭面の不なぜ，「考えて考えてスッキリした自分」という BFP

安であった。第 1 期に遡ると，保育職に就くというを経験したのだろうか。A は次のように語った。
「こ

選択に向かわせたものの 1 つが，養成校へ入学するの後（参観日の準備のエピソードのこと）ぐらいか

ためにかかった費用を無駄にできないというものでらだいぶ気持ちが落ち着いてきましたね。この後少あった。また第 2 期の，仕事を続けるか辞めるかのししてから，多分（頼りになる上司と）話したか，

葛藤において，仕事の継続に向かわせたものの 1 つ

話したかどうかに関係あるか分からないですけど，が，仕事を辞めることでお金が入らなくなるのが怖

少しずつちょっと気分が落ち着いてきて。多分お正いというものであった。A は「給料が無くなるって月休みも入ったからだと思うんですけど。休みだとことが不安になっちゃって。」「（給与が）多分，いい思ったら，あそこの場所に行かなくていいんだと思

方だとは思います，うちの園は。
（就職時に）ある程

ったら，すごい気分は楽ですね。」「（上司からほめら

度見てはいました。
」と語った。また，「ここまでいれてことについて）その保護者とかの，関り方は。

ったらお金がこんぐらい貯まるんだっていう。
」「ななんかちょうどいい一枚のフィルターがかかってて，

んか貯金がないと。やっぱり，後々不安になっちゃ

ちょうどいい距離感だと思うよって言われて。で，う」と，金銭についての不安が大きいこと，さらにその他のクラスの先生とかにも，一枚フィルターとそれは子どものころの経験から来ることを語った。

かかけて接してみたらっていう感じで言われました。

ところが，「考えて考えてスッキリした自分」
を境に，

うーん，なんか，感情の波が私自身激しいのか。最周囲に支えながら行う保育の楽しさが A を離職から近はもう，多分なんか吹っ切れた感があって。もう遠ざけるようになった。A は次のように語った。
「最フィルターかけたらっていうそのフィルターの掛け

近はもう，分からないってなったらもう相談するよ方がいまいち分からなかったので。どういう風に接うになりました。私からその相談を持ちかけたり私していいか分からなかったので，もうなんかその，のこういうところがいけないんだと思うんですけど

その場しのぎでいっつもどうにかしてます。その場っていう感じで。子どもの接し方について話したりの空気に合わせて。どうにかついていこうと思いなとか。」「やっぱりその，子どもの成長って楽しいんがらやってます。うーん，なんか，私が変わればい

だなーとか。子どものことを考えてることがすごいいんだと思いました。
」この語りからは，頼りになる楽しい。
」

上司との面談がきっかけで「ふっ切れた」ととれるが，A はそれを否定した。変わればいいんだと思っ「考えて考えてスッキリした自分」という BFP は
A にとって大きな転機であったといえる。

たのはその主の先生と話したのがきっかけか，とい2 つの BFP からセカンド EFP へ 「園長・副園長

う著者の問いかけに，A は，「いや，多分違うと思いの職員面談」という BFP をきっかけに，A は勤務先ます。自分の中で，いろいろ考え，なんか，なんかからの辞職を決意した。しかし，保育職から離れるで考える機会があって，多分普通に寝る前とかなんことを考えたわけではない。A は次のように語った。

ですけど。
」と答えた。

「保育士を辞めたいとは多分。最近すごい楽しいな

安田（2015）は，時間経過のなかで，経験のつらと思いだしたんです。多分自分が気分がちょっとななりと蓄積があり，意味づけの更新がなされうる，

んかその，吹っ切れた時に。楽しいっていう気持ちと述べている。上司や同僚に支えられながら，子ども多分，ちょっとずつ大きくはなってきてるので。

もたちの成長を楽しみに仕事をつづけながら，考え

保育士の仕事は，保育士じゃなくてもまあ子どもにて考えて時間の経過とともに，A の中で経験に付与関わる仕事は続けていきたいなとはすごい思います。

する意味づけが更新されたと考えることは可能であ

あ，そうですね。もしかしたらその，いいところがる。

あれば違う所に保育士じゃないところに行くかもし- 280 -

れない，ですけど。まあ今のところは保育士でちょ感のさらなる低下につながっていた。軽微な発達上

っと探してみようかなと思ってます。」直前の BFPの問題や多忙による精神症状を抱える保育士が保育「考えて考えてスッキリした自分」をきっかけに保現場で勤務する状況は，少なくないと考えられる。

育士の仕事が楽しくなっていたことが，保育職から支援の仕組みづくりが求められる。

の離職を防いだといえる。

文献

第 2 期の EFP「保育職を継続する」と P-EFP「保育福田茉莉 (2015). 分岐点 人生経路における分岐

職を継続しない」は，「保育職の継続」に関心を持つとその緊張関係 TEA 実践編 複線経路等至性ア
プローチを活用する 安田裕子・滑田明暢・福田

著者が設定した EFP であった。しかし，A にとって茉莉・サトウタツヤ

より重要な EFP は「転職しながら保育職を継続する」
であり，これがセカンド EFP（第 2 の EFP；サトウ，編(2015). 新 曜 社

pp.13-20.
サトウタツヤ・安田裕子・木戸彩恵・高田沙織・ヤー

2015）すなわち当事者にとっての EFP と考えること

ン ヴァルシナー (2006). 複線径路・等至性モができる。

デル:人生径路の多様性を描く質的心理学の新しい方法論を目指して保育士においては，勤務先からの辞職と保育職からの離職を区別する必要がある。A が選択したのは

質的心理学研究5，255-275．
サトウタツヤ (2015). TEM 的飽和 TEA 理論編 複線

前者である。もし，最初の BFP「考えて考えてスッ

経路等至性アプローチの基礎を学ぶ 安田裕子・

キリした自分」が生じなかったとしたら，どうであ滑田明暢・福田茉莉・サトウタツヤ 編 (2015).

ったろうか。次の BFP「園長・副園長の職員面談」

新曜社 pp.24-28.

において，A は保育職そのものからの離職を選択し，サトウタツヤ(2015). 複線経路等至性アプローチ

方法論的複合体としての TEA TEA 実践編 複線

P-EFP「他の職種に転職する」に至る可能性があった

経路等至性アプローチを活用する 安田裕子・滑といえる。

田明暢・福田茉莉・サトウタツヤ 編 (2015).
新曜社 pp.4-7.

保育士離職防止への示唆
A に生じたような，時間経過のなかでの経験のつ

サトウタツヤ (2015). EFP とセカンド EFP 等至点の再設定の可能性 TEA 実践編 複線経路等至性アらなりと蓄積を通した意味づけの更新がなされるこ

プローチを活用する 安田裕子・滑田明暢・福田とによって，保育職の継続が後押しされるというこ茉莉・サトウタツヤとは，他の保育士にも起こりうることとして了解できる。意味づけの更新を妨げることなく，更新が生編(2015). 新 曜 社

pp.8-12.
安田裕子 (2005). 不妊という経験を通じた自己の問
い直し過程:治療では子どもが授からなかった当じるまで待つことが離職防止につながる。

事者の選択岐路から

新人看護師の事例を報告した岡本・松浦（2015）
では，自己肯定感や苦しみが増幅している状況では，

質的心理学研究， 4 ，201-226.
安田裕子 (2015). 分岐点と必須通過点 諸力（SD と周囲の支えや仕事での満足感が苦痛を緩衝する力にSG）のせめぎあい TEA 理論編 複線経路等至性

育たないことが示された。A においても，「初めて担アプローチの基礎を学ぶ 安田裕子・滑田明暢・

当した子どもたち」への特別な思いがあるにも関わ福田茉莉・サトウタツヤ

らず，BFP「考えて考えてスッキリした自分」に至るまでの段階では，それが苦痛を緩衝するだけの力と編(2015).新曜社

pp.35-40.
安田裕子 (2015). 複線性と多様性を描く地図づくり
TEA による分析の流れ（その 1） TEA 実践編 複なっていなかった。苦痛を抱える保育士が，意味づ

線経路等至性アプローチを活用する 安田裕子・

けの更新に至るまでのサポートが重要となる。岡

滑田明暢・福田茉莉・サトウタツヤ (2015).新曜本・松浦（2015）は支援策として，自分の成長を具社 pp.41-46.

体的に確認できる工夫や仕組みを作ることをあげて謝辞
ご協力いただきました保育士 A さんに，深く感謝いる。また A の場合は，パニック症状や発達障害を抱えることにより，保育士としての自信や自己肯定いたします。

- 281 -

図 1 「保育職に就くまで」の TEM 図

図 2 「保育職を継続するまで」の TEM 図

図 3 「未来展望：転職しながら保育職を継続するまで」の TEM 図- 282 -

ドイツ式運動学習効果の検証およびナレッジ・マネジメント導入に関する研究（２年目）
1 中国学園大学、 2 摂南大学、 3 川崎医療福祉大学

佐々木 公之１、大田 住吉２、 桃原 司３ 、後藤大輔３（概要）
プレゴールデンエイジ（1 歳半〜5 歳）に、いかに子供の自主性、積極性、協調性を育成・支援できるかが、その後の運動能力を左右する大きな分岐点となる。しかしながら、このプレゴールデンエイジ期において、どのような運動学習が有効であるかについては、従来の先行研究では十分明らかにされてこなかった。
本研究は、プレゴールデンエイジ期にフォーカスし、「キンダートーネン（ドイツ式子供体操）運動学習」による運動効果について、科学的な測定・検証を目的とするものである。具体的には、研究２年目として、２つのキンダートーネン教室（岡山市・広島市）にナレッジ・マネジメント手法導入の可能性についての検証を行った。その結果、２つの教室でキンダートーネン運動学習を通じて、子供の体力・運動能力の向上に役立つとされる多くの運動が取り入れられていた。だが、その一方で統一された指導方法が徹底されていなかった。その大きな要因として、指導マニュアルのデジタル化が進んでおらず、指導者が持つ無形の知識（Knowledge）
やノウハウといった「暗黙知」が、文章・映像など「形式知」に置換されていないことが明らかとなった。
なお、N 社の KT 運動学習教室に通学する幼児・Ⅰ．本研究の背景
本研究の目的は、子供のプレゴールデンエイジ期

児童の多くは、同年代の子供に比べ運動能力が見劣にフォーカスし、キンダートーネン（ドイツ式子供

りする場合が多く、保護者が将来の体育授業や運動体操）
運動学習による運動効果について科学的に測会での成績等を懸念し、「子供に恥をかかせたくない」

定・検証することである。キンダートーネンという想いで通学させるケースが多い。

（Kinder Turnen、以下、KT）とは、ドイツ体操をもとに生まれた 200 年以上の歴史を持つ子供向Ⅱ．研究方法とこれまでの研究成果

けの運動学習であり、Kinder はドイツ語で「子供」、

本研究の当初（申請時）における具体的な研究方
法は、以下の 4 点である。

Turnen は「体操」を意味する。
本研究では、中国・近畿地区に 4 つの KT 運動学
習教室（岡山市、広島市、宝塚市、伊丹市）を展開(1) KT 運動効果の科学的検証(2) ナレッジ・マネジメントによる指導ノウハウする㈱エヌ・シー・ピー（岡山市北区、以下、
「N 社」
）

の形式知化

の協力を得て、
2019 年度よりその学習効果の検証を(3) KT 運動効果の地域性分析試みた。N 社は、1994 年より 25 年間にわたり、「ド(4) KT 運動をテーマとしたケースメソッド教材のイツ体操」をもとに、総勢約 10,000 人の子供たちを指導した実績がある（写真１参照）。

制作
Ⅱ-１ １年目の研究成果
1 年目 (2019 年度)の主な研究成果としては、上記「(3) KT 運動効果の地域性分析」について、①N 社の 4 教室の現状把握(ヒアリング調査ほか)②主要 2 教室(岡山、広島)における保護者アンケー
ト分析等が挙げられる。
とくに、②の保護者アンケート（無記名）においては、計 259 件（岡山教室ｎ=164，
広島教室ｎ=95）の有効回答を得た。

- 283 -

であったのか、

主な質問内容としては、KT 教室通学前(Before)と現在(After)を比較し、「運動が得意 or 苦手になっ②両教室で指導方法に違いはあるのか、たか」との質問に対し、通学前に比べ「運動が得意③指導スタッフ間の情報共有や指導マニュアル等のになった」との回答が、岡山教室で 1.10 倍、広島

整備はどの程度なされているのか、教室で 1.49 倍となり、KT 運動による学習効果の等については、今後、精査する必要性が課題として向上が数値データとして示された（図１参照）。

残された。

5点
90
Before

After

30

1点

Ⅱ-２ ２年目の研究成果＜広島教室＞

60
4点

2 年目 (2020 年度)は、前年度の課題と反省を踏

5点

0

40
Before30

After

まえ、前述申請時の研究方法「(2)ナレッジ・マネ

20
1点

2点

4点

10

3点

ジメントによる指導ノウハウの形式知化」
を主な研0＜岡山教室＞

究テーマとして取り組んだ。
2点

3点

N 社の指導スタッフは、Ⅰ氏（取締役部長。日本
図１ 運動が得意か、苦手か

体育大学卒、全日本種目別選手権鉄棒第 2 位）、T

また、KT 教室通学により「子供の基礎的な運動能力（走る、跳ぶ、ボールを投げる、ボールをつく、転がる）が向上したか」との質問に対しては、両教室を合わせて、約 78％が「運動能力が向上した」との回答を得た。内訳として、岡山教室約 75％、広島
教室 84％であった（図２参照）。

氏（岡山教室勤務、日本女子体育大学卒、岡山国体
体操団体 2 位）など、計 8 名の指導者がそれぞれ得意の運動分野を持つ。
指導者同士のミーティングや勉強
しかしながら、会は定期的に開催されているものの、指導者自らの経験値と体感からの指導が多く、指導者それぞれが保有するノウハウ(Know-how)などを文章・図表・映像等のマニュアルに十分に置換できていないのが現状である。
本研究では、ナレッジ・マネジメント手法である
SECI モデルを用い、指導者が持つ無形の知識（Knowledge）やノウハウといった「暗黙知」を、文章・画像・動画などの「形式知」へ置換作業を行う「ナレッジ経営」を N 社に導入するための手法について検討を行った。
SECI モデルとは、ナレッジ・マネジメントの 4

図２ 運動が得意か、苦手か

つのフェーズ「共同化（Socialization）」「表出化

さらに、特筆すべきは「子供の『協調性』が向上したか」、「子供の『コミュニケーション力』が高くなったか」等の質問に対しても、両教室ともに過半
数以上が「向上した」と解答するなど、個人の運動能力に加え、集団組織生活面での効果が明らかにな（Externalization）」「連結化（Combination）」「内面化（Internalization）」から構成され、個人、集団、組織がそれらをスパイラルさせて戦略的に知識を創造し、
マネジメントすることを目的とする
（図
３参照）。

った[1]。
一方で、これらのアンケート結果は、あくまで保護者による「定性的評価」であり、①各教室においてどのような指導プログラムが有効- 284 -

図４ KT 運動指導マニュアル
にて、5 日間の研修プログラムを実施している。最図３ SECI モデル

初の 2 日間は上記マニュアルをもとに座学講習と現Ⅱ-２-１ 具体的な検証項目
本研究では、N 社にナレッジ・マネジメントを導入するにあたり、現状を理解するため、以下の４点に絞り込み、検証を行った。
(1) N 社で、現在、実際に使用されている KT 運動
学習の指導マニュアルの精査。

場視察である。残り 3 日間は、実践研修として、先輩指導員とともに子供たちに対して KT 運動学習を指導する。
現在の広島教室の指導者 2 名、岡山教室 3 名も、入社後、直ぐに岡山教室にて 5 日間の初任者研修を受講した。

(2) N 社が行う、指導者研修の精査。
(3) N 社直営の主要 2 教室（岡山、広島）における指導プログラムの検証。
(4) N 社が提供する KT 運動プログラムの運動効果に関する検証。

②KT 学習指導マニュアルの活用状況
上記マニュアルの活用については、初任者研修終了後、両教室の指導者とも「一度も読み直していない」との回答であった。その理由としては、
ア．マニュアルの内容が 20 年前のデータと古く、現在の子供たちに適応していない。

Ⅱ-２-２ 現状分析

イ．データがデジタル化されておらず、紙の資料（コ(1) KT 運動学習の指導テキストの精査ピー）となっているため、PC 等の IT 機器での書

まず、はじめに N 社が現在使用している指導者向け「KT 学習指導マニュアル」（図４参照）の精査を行った。
同マニュアルは、2000 年 4 月、当時 N 社に勤務していた指導員が、ドイツ体操の文献資料等を参考にオリジナルに作成したものである。
しかしながら、
このマニュアルは、アーカイブ化（PDF）され、保存されているものの、デジタル化されておらず、約20 年間にわたり新たな修正や加筆がなされることもなく、使用されていたことが判明した。

き込みや新たな情報を加えることが出来ない。
ウ．鉛筆による手書きも多く、読みにくい。
等が挙げられ、「マニュアルに対して愛着がわかない」との声が大勢であった。
③各教室による情報交換等
広島教室の指導者（2 名）は、初任者研修後は岡山教室に行く機会はほとんどなく、自分たちの経験をもとに授業を組み立てていた。
また、
N 社の直営でない FC 契約の 2 教室
（伊丹、逆瀬川）の指導スタッフも、本社の岡山教室と定期(2) KT 運動学習の指導者研修
岡山・広島両教室の指導者に対し、研修状況についてヒアリング調査を行ったところ、以下のような回答を得た。

的な情報交換等はなく、各教室の状況についてはホームページ等を通じて知る程度であった。
つまり、各教室ともに 5 日間の初任者研修終了後は、特に N 社本社から KT 運動プログラムに対して①初任者研修N 社では、初任者研修として、岡山教室（本社）の指導がないことが判明した。本社取締役の I 氏が、各教室を定期的に巡回し、問題点を聞き取り、改善- 285 -

点などを指摘する仕組みとなっているものの、新規通学者の確保や事業運営の課題など経営面に関する相談が主で、指導プログラムに関する改善活動は十分なされていないことが浮き彫りとなった。
Ⅱ-２-３ 動画分析によるナレッジ・マネジメント
本研究では、これらの現状分析を踏まえ、以下の解決策を提案・実施した。
①N 社の主要 2 教室（岡山、広島）において、年齢別の 5 つのクラスの指導風景を動画撮影し、相互
写真２ 動画撮影による分析・検証に情報共有する。
②各教室のスタッフが、指導テーマに即した指導内

Ⅲ．総括
本年度（2020 年度）は、新型コロナウィルス感染容となっているか、お互いに良い点、改善点を忌拡大により、諸々の研究活動が大幅に制限される状

憚なく指摘し合い、意見交換する（表１参照）。
③撮影動画をマニュアル化し、SECI モデル（共同況下にあったものの、研究２年目として、N 社の２化、表出化、連結化、内面化）」によるナレッジ・

つの KT 教室（岡山・広島）に対し、ナレッジ・マ

マネジメント化を図る。

ネジメント導入の可能性について一定の検証を行う

岡山、広島両教室の指導内容比較についての詳細ことができた。その結果、以下の４つの課題が明らは、表１のとおりだが、全体的な総括として、以下かになった。

の点が検証された。

(1) N 社が現在使用している、「KT 運動学習のマニ①岡山、広島両教室ともに、プレゴールデンエイジ

ュアル」は陳腐化し、うまく活用されていなかっ期に相当する A～D クラス全てにおいて、KT 運

た。その大きな理由として、マニュアルがデジタ

動教室の４つの特徴である、
「とぶ」
、
「まわる」
、

ル化されておらず、新たな KT 運動学習に関する「バランス」、「のぼる」が効果的に取り入れられ指導者のナレッジ（知）が保存できない状況となていた。

っていた。また、各教室の情報交換、スタッフ間の交流等もほとんどなく、一貫性を持った形式知②その結果、中村（2011）が提唱する「運動神経がが形成されていなかった。

よくなる 36 の動作」[2]が KT 運動の中に多く含(2) 各クラスに対する共通目的の認識不足と共通指

まれていることが検証された。
③これらの撮影動画資料は、今後、映像マニュアル

導（何をするか）が不明確であった。広島教室でとして形式知され、N 社の「ナレッジ経営」に有は、1 年間の子供の成長を見越してプログラム構

効に機能することが期待される。

成し指導を行っていた。一方で、岡山教室では、④一方で、教室によっては「遊ぶ（楽しむ）ことに比重が置かれ、運動効率が悪い」、「一つ一つの動

通学する子供たちが抱える課題解決をテーマにプログラムを構成されていた。

作について子供たちに目的意識を持たせていない」

その結果、同じテーマでも、各教室で異なった等の指摘もあり、
今後の改善点も明らかになった。

プログラムが提供されており、ナレッジ・マネジ

なお、当然ながら、筆者を含む 4 名の研究担当

メントの SECI モデルにおける共同化、結合化と者も N 社上層部とともに一連の分析。検証作業にいう点では課題が残った。両教室の立地や指導方

加わり、改善点等について協議した（写真２参針を考えると、全く同一とする必要性はないが、

照）。

それぞれの教室の現場レベルにおける「個性」を尊重しつつ、「一貫性」とのバランスをどう両立さ- 286 -

計画の「子供たちを対象にした体力測定データ分析

せるかが、今後の課題と言える。
(3) 地域性（岡山市と広島市）が影響し、子供の運による科学的検証」「KT 運動学習ケースメソッド教動に対する価値観も異なっていた。例えば、コロ材による人材育成」等については、ほとんど手つかナ禍（2020 年 3 月以降）での、両地域の子供の運ずの状況である。
以上を踏まえ、今後の研究課題テーマとしては、動・遊びに対しての考え方が異なっていた。
岡山教室では、
子供の外出を控える傾向があり、以下の点が考えられる。

KT 運動学習教室への通学自体を控える家族が多①子供たちに、いつ、何をさせるのが有効か？

かった。また、運動学習中も、マスクを着用して②プレゴールデンエイジ期からゴールデンエイジ期へ繋げるための効果的手法とは？

運動する子供がほとんどであった。
一方、広島教室では子供を公園など屋外での遊③子供たちの集団による「運動あそび」は、個人の運動能力向上に有効か？

びを避け、室内で遊ばせることを望む保護者が多かった。また、KT 運動学習中は、ほとんどの子供④結果として、KT 教室へ通学する場合としない場
合で科学的な有意差はあるのか？

がマスクを着用せずに運動していた。
(4) N 社本部は、全体的な指導内容について、「運動

今後、依然としてコロナ禍が続く状況下、与えら効果」よりも教室内での「楽しさ」を重視する傾れた制約条件の中で、これらの点についても次年向があった（注：企業経営上の観点からは、ある度以降に残された課題として、検証を深めていき

程度はやむを得ない側面もある）。

たい。

そのため、フィジカル面よりメンタル面（自主性や積極性など）の教育に偏重する傾向が見受け謝辞られた。特に、岡山教室ではその傾向が顕著に見受けられた。

本研究を遂行するにあたり、研究課題として採択頂いた(財)ウエスコ振興財団の山地弘理事長をはじめ、選考委員の先生方および関係各位に心より深謝

Ⅳ．今後の研究に向けていたします。

本年度は、当初３年間の研究計画の中で、２年目

また、アンケート調査および動画撮影にご協力頂
いた KT 運動教室(岡山、広島)の通学者と保護者のの研究成果であった。
N 社の KT 運動学習教室が、文部科学省の「社会環境や生活様式の変化により、子供の遊ぶ場所、遊

皆様、またＮ社の 2 教室の指導員スタッフの皆様にも厚く御礼申し上げます。

ぶ仲間、遊ぶ時間が減少し、また交通事故や児童犯罪への懸念などが、子供の身体を動かして遊ぶ機会

参考文献の減少を招いている」[3]との指摘に対し、その解決[1] 佐々木公之、大田住吉、桃原司「プレゴールデンの一助を担い、プレゴールデンエイジ期の子供たち

エイジ期におけるキンダートーネン(子供体操)運の運動能力向上に貢献している事実は間違いない。

動学習効果の価格的検証および SECI モデルによ本研究では、1 年目(2019 年度)に「KT 運動学習

るナレッジ・マネジメント導入に関する研究」(1

教室へのヒアリング調査、地域性分析（保護者アン年目)、ウエスコ学術振興財団令和元年度研究成果

ケート調査・分析等）」に取り組み、2 年目(2020 年

報告書、pp.259-268.
[2] 中村和彦（2011）『運動神経がよくなる本』マキ度)には、前年度の課題と反省を踏まえ、「ナレッジ・
マネジメントによる指導ノウハウの形式知化
（映像

ノ出版。

マニュアル化への試み等）」に取り組み、それぞれ[3] 文部科学省「幼児期運動指針」

一定の成果を得た。

https://www.mext.go.jp/a_menu/sports/undousisi

しかし、その成果はまだまだ不完全であり、当初- 287 -

n/1319771.htm, 2021/04/15 閲覧。

表１ KT 岡山教室と広島教室の指導内容比較- 288 -

下肢踏み出し時間を用いた転倒予防評価ツールの開発
環太平洋大学体育学部体育学科
廣重 陽介
足を一歩踏み出す下肢踏み出し動作は，外乱を受けた場合などにバランスを回復するために重要な動作である．本研究は，光刺激を合図に下肢を前方に踏み出す下肢踏み出し動作における踏み出し時間（反応時間＋運動時間）を測定，踏み出し時間遅延の要因について年代，運動習慣，転倒歴，要介護度から調査した．対象は日常生活に影響を及ぼす基礎疾患を有さない 16-82 歳の健常者 333 名，
45-93 歳の要介護認定を受けている 305
名の計 638 名とした．対象を年齢，運動習慣，転倒歴，要介護度に細分し，下肢踏み出し時間の比較を行った．
主要な結果は，健常者の踏み出し時間は高齢になると遅延すること，運動習慣の有無による差は 64 歳以下である若年群，中年群のみ認められたこと，65 歳以上の高齢者群における転倒歴の有無による差は反応時間のみ認められたこと，要介護認定群における踏み出し時間は，要介護度が上がると遅延したことである．また，各群における下肢踏み出し時間の平均値を提示した．今後は前向き研究として，測定後 1 年以内に転倒した対象，
そうでない対象の評価内容を比較し，本測定法が転倒予測ツールとなりえるか引き続き調査していく．

我が国において，転倒・骨折は脳血管障害，認知症，【緒言】
2017 年現在，日本の総人口に占める 65 歳以上の高齢による衰弱に続いて主要な要介護の原因となっ人口の割合（高齢化率）は 27.7％，国民の 4 人に 1ている（厚生労働省，2017）．したがって，転倒のリ

人以上が高齢者となっており，世界で最も高い高齢

スクが高い高齢者を抽出し，効果的な予防的介入を

化率である
（内閣府，
2018）
．
今後高齢化率は上昇し，行うことは転倒や関連した傷害のリスク，医療費を2065 年には 38.4％に達し，国民の約 2.6 人に 1 人が減らす可能性がある（Kannus et al., 1999）．

65 歳以上の高齢者となると推計されている（内閣府，高齢者における転倒とその予防の重要性は，現在

2018）．このような人口構造の変化も加わり，長寿関

よく知られている．転倒には多くの危険因子が存在連問題から派生する医療経済的負担の増大が国家にし，それらは内的要因（内因）と外的要因（外因）

とって重大な問題となっている．長寿とともに健康に分類される．転倒の危険因子を調査したレビュー

寿命の延伸が社会的問題として認知されている．

（American Geriatrics Society et al., 2001）に

転倒は高齢者の主な傷害の原因であり，転倒の危よると，内因のうち相対的リスク比，オッズ比の最

険性と転倒後に続く傷害は年齢とともに増加するも高いものは筋力低下で4.4倍であった．また，（Hausdorff et al., 2001）．欧州諸国における年

Tinetti et al.（2010）も，筋力低下，複数回の転間転倒率は 65 歳以上で 1/3，
80 歳以上で半数となっ

倒歴，バランス障害が転倒の高い危険度を示すと述ている（Inouye et al., 2001; Kannus et al., 2005）．

べている．これらの背景から近年，筋力，平衡機能，

転倒は高齢者の傷害発生率や死亡率だけでなく，不移動能力に着目した介護予防事業が積極的に行われ動，生活の質の低下，再転倒への不安，機能低下やている．

機能障害，長期にわたる介護施設への早期入所，医

運動器は骨・関節系と神経系からなり，各々の加．
療費の増大にも関連する（Tinetti et al., 1998）

齢による変化が運動機能の低下として現れる．神経- 289 -

系の運動機能の変化のひとつとして反応時間の遅延

応時間の測定法はジャンプなどのスキル要素が含まが挙げられ（江藤ら，1991），加齢に伴い反応時間がれるため高齢者の測定に適切とはいえない．
その点，遅延することは知られている（田井中ら，2007）．中

転倒リスクの評価指標のひとつとして踏み出し反応でも下肢の反応時間と高齢者の転倒との関連につい時間を測定することは有用であると考える．

て，1 年間に 2 度以上転倒を経験した高齢者は立位

本研究では，下肢踏み出し時間を計測する装置を姿勢から光刺激が加わり運動が開始される（足部が開発する．それにより，足を一歩前に踏み出す下肢離地する）までの時間が遅延すると報告されている

踏み出し時間（反応時間と運動時間）と転倒歴との（田中ら，2001）．この反応時間の遅延が外乱からの関連，踏み出し時間遅延のメカニズムやその要因に立て直しを担う姿勢保持戦略のひとつである踏み出

ついて，年齢，運動習慣，転倒歴，要介護度，介護し戦略（下肢踏み出し動作）（Maki et al., 1997）

サービスの利用頻度から分析することを目的とした．

の姿勢応答不全を引き起こし，転倒につながることが危惧される．

【対象と方法】

転倒予防の第一歩は転倒のリスクを検証し，スク

１． 対象

リーニングすることである．転倒のリスク抽出評価

対象は日常生活に影響を及ぼす基礎疾患を有さなとしては，Time Up & Go Test のように主に歩行能

い16-82歳の健常者333名（以下健常群），45-93歳の力を評価するもの（Shumway-Cook et al., 2000）や要介護認定を受けている305名（以下要介護認定群）

Functional Reach Test のように動的バランス能力の計638名であった．
また，各群を若年群（16-39歳），

を評価するもの（Ducan et al., 1992）が広く知ら

中年群（40-64歳），前期高齢者群（65-74歳），後期

れている．加えて，下肢踏み出し動作は，姿勢応答

高齢者群（75歳以上）に細分した．認知症など測定能に関連することから，転倒予防のスクリーニング

そのものに支障をきたす疾病および障害を有していとなりうると仮説を立てた．現在高齢者の転倒リスる場合は対象から除外した．各群の男女数，年齢，クを図る有効な指標，特に下肢反応時間と転倒との身長，体重，要介護度を表1に示した．

関連性についての研究は少なく，被検者が少ないな

２． 方法

どの問題もみられる（田中ら，2001）．従来の全身反表 1 対象の属性- 290 -

下肢踏み出し時間の測定には，特製の装置を作慣の有無，過去の運動歴，運動種目），転倒に関する3 項目（転倒歴，転倒しそうになったことがあるか，
転倒に対する不安）とした．転倒に関する項目の中
で，
「転倒歴」
，
「転倒しそうになったことがあるか」は過去 1 年以内に転倒した，あるいは転倒しそうになった経験があるかを，「転倒に対する不安」は現在
日常生活において転倒に対して不安を抱いているか否かを確認した．要介護度については，要介護度なし，要支援 1・2，要介護 1-5 のいずれに該当するかを確認した．

図 1 測定手順

次に統計学的解析について述べる．健常群，要介成，使用した（図 1）．装置は 2 枚のマットスイッチ

護群それぞれの年代別における下肢踏み出し時間，を前後に接するように配置した．測定は立位姿勢に

反応時間，運動時間の比較には正規性の検定後，一て行った．測定の手順として，前方の PC 画面にラン元配置分散分析を使用し事後検定として

プの点灯を確認した後，すばやく片脚下肢を 1 足長

Bonferroni 補正による比較を行った．また，下肢踏前方，踏み出す足部の踵が反対側足部の足尖を超え

み出し時間，反応時間，運動時間における要支援群て踏み出すように指示した（図 1）．測定側は対象のと要介護群の比較，健常者の運動習慣の有無による出しやすい側とした．
ランプは PC 画面上に 5 秒のイ

比較，健常高齢者の転倒歴の有無による比較には正ンターバルで点灯するように設定した．PC 画面はラ

規性の検定後，対応のない t 検定を用いた．統計学

ンプ点灯後視覚で足元が確認できるように的解析には Excel 統計 ver.2.21（株式会社社会情報

80-100cm の目線より低い位置に設置し，PC 画面と対サービス）を用い, 有意水準を 5％とした．得られ象の距離は 1m とした．測定は 2 回の練習の後に 5た値は平均±標準偏差にて示した．

回行い，最大値と最小値を除いた 3 試技の平均を測定値とした．測定項目は，下肢踏み出し時間（ラン【結果】

プ点灯時から測定側の足部が前方のマットスイッチ

下肢踏み出し時間は，健常群において若年群に接地するまでの時間），反応時間（ランプ点灯時か0.50±0.07 秒，中年群 0.53±0.09 秒，前期高齢者

ら測定側の足部が後方のマットスイッチから離れる

群 0.56±0.10 秒，後期高齢者群 0.65±0.18 秒であまでの時間），運動時間（測定側の足部が後方のマッった．若年群に対して中年群，前期高齢者群，後期トスイッチから離れて前方のマットスイッチに接地

高齢者群が，中年群に対して後期高齢者群が，前期するまでの時間）の 3 項目とした．再テスト法にて高齢者群に対して後期高齢者群が高値を示した（図確認した VE エクササイザーを用いた測定の信頼性

2A）．また，要介護認定群においては，中年群

は，下肢踏み出し時間 ICC（1, 1）＝0.90，反応時

0.88±0.24 秒，前期高齢者群 0.91±0.28 秒，後期

間 ICC（1, 1）＝0.91，運動時間 ICC（1, 1）＝0.94

高齢者群 0.95±0.28 秒であった．群間において差であった．

は認められなかった（図 2D）．世代ごとの健常群と下肢踏み出し時間と身体的特徴や運動習慣，転倒

要介護認定群との比較としては，中年群，前期高齢歴，要介護度などとの関連性を調査するために先行者群，後期高齢者群すべてにおいて，健常群に対し研究（Ducan et al., 1992）に準じてアンケートをて要介護群が高値を示した．

実施した．アンケートの内容は身体的特徴に関する

反応時間は，健常群において若年群 0.36±0.06

6 項目（年齢，性別，身長，体重，視力，基礎疾患），

秒，中年群 0.38±0.06 秒，前期高齢者群 0.40±0.07

運動に関する 3 項目（週 1 回，1 時間以上の運動習秒，後期高齢者群 0.47±0.13 秒であった．若年群- 291 -

図 2 健常群における年代別の下肢踏み出し時間（A），反応時間（B），運動時間（C）と要介護認定群における
年代別の下肢踏み出し時間（D），反応時間（E），運動時間（F）．
に対して前期高齢者群，後期高齢者群が，中年群に群すべてにおいて，健常群に対して要介護群が高値

対して後期高齢者群が，前期高齢者群に対して後期を示した．

高齢者群が高値を示した（図 2B）．また，要介護認

運動時間は，健常群において若年群 0.14±0.03

定群においては，中年群 0.62±0.18 秒，前期高齢秒，中年群 0.15±0.04 秒，前期高齢者群 0.16±0.05

者群 0.63±0.22 秒，後期高齢者群 0.65±0.23 秒で秒，後期高齢者群 0.19±0.07 秒であった．若年群

あった．この群間において有意差は認められなかっに対して前期高齢者群，後期高齢者群が，中年群にた（図 2E）．世代ごとの健常群と要介護認定群との対して後期高齢者群が高値を示した（図 2C）．また，比較としては，中年群，前期高齢者群，後期高齢者

要介護認定群においては，中年群 0.26±0.10 秒，- 292 -

前 期 高 齢 者 群 0.28±0.09 秒 ， 後 期 高 齢 者 群
0.30±0.10 秒であった．中年群に対して後期高齢者
群が高値を示した（図 2F）．世代ごとの健常群と要介護認定群との比較としては，中年群，前期高齢者
群，後期高齢者群すべてにおいて，健常群に対して要介護認定群が高値を示した．
要介護認定群における要支援群（要支援 1，2）と要介護群（要介護 1-5）との下肢踏み出し時間，反応時間，運動時間は，すべてにおいて要支援群に対図 4 健常高齢群における転倒歴の有無と下肢踏みして要介護群が高値を示した（図 3）．また，各群の出し時間，反応時間，運動時間

年齢は有意差を認めなかった．

値は平均値 ± 標準偏差．＊p < 0.05 vs.転倒歴なし．
健常群における下肢踏み出し時間，反応時間，運動時間は高齢ほど各時間の遅延が認められ，この結果は先行研究の結果と一致した（竹林ら，2007; 宮本ら，2008）．反応時間に着目すると，視覚的な刺激を受けてから筋活動開始までの時間を示す「Premotor time」は加齢による延長が報告されてい図 3 要介護認定群における要支援群，要介護群のる（中村ら，2002）．これを含めた神経系の老性変化

下肢踏み出し時間，反応時間，運動時間．

（江藤，1991）が加齢に伴う反応時間の延長に影響＊

値は平均値 ± 標準偏差． p < 0.05 vs.要支援群．

を及ぼしたと考えられる．運動時間についても同様に，効果器である筋の加齢による変化（顕著な速筋

健常群の若年群，中年群，高齢者群それぞれにつ

線維の萎縮
（出村ら，
2000）
，
運動単位数の減少（Brownいて，下肢踏み出し時間，反応時間，運動時間を運

et al., 1988）が影響を及ぼしていることが推察さ

動習慣の有無で比較したところ，若年群，中年群にれる．これら両者の変化が下肢運動時間の加齢によ

おいては下肢踏み出し時間，反応時間，運動時間する延長につながったものと考える．

べてにおいて運動習慣なし群に対して運動習慣あり

要介護認定群における下肢踏み出し時間，反応時群が低値を示した．高齢者群においては全てにおい間，運動時間において，高齢になるに従い遅延を認て群間に有意差を認めなかった．

めたものは運動時間のみであった．一方で，要支援

健常高齢者群における下肢踏み出し時間，反応時群と要介護群の要支援度に分けて，下肢踏み出し時

間，運動時間を転倒歴の有無で比較したところ，反間，反応時間，運動時間を比較すると，それぞれに応時間において転倒歴あり群に対して転倒歴なし群

おいて要支援群に対して要介護群が高値を示した．

が低値を示した．下肢踏み出し時間，運動時間にお上記の結果に加え，要支援群と要介護群間におけるいての群間には有意差を認めなかった（図 4）．また，

年齢に差はなかったことから，要介護認定群におけ要介護認定群においては，転倒歴の有無による下肢る下肢踏み出し時間は年齢よりも要介護度が影響す

踏み出し時間，反応時間，運動時間の差は認められることが示唆された．要介護認定は介護の程度によなかった．

ってグレードが決められるため，身体活動水準，廃用性の運動機能の変化が影響を及ぼした一因である【考察】と考える．本結果は，要支援者が要介護認定を受け- 293 -

ないよう機能維持することが肝要であることを示唆

トが多い），
下肢踏み出し時間のみの機能評価でそのしたものである．

他の体力要因やそれらとの関連性については不明で

高齢者における転倒歴は，転倒に高く関与する内あること，運動習慣や転倒歴の規定が先行研究と異的要因であることが明らかとなっている（American

なることなどが限界としてあげられる．また，下肢Geriatrics Society, 2001）．そこで，本測定にお踏み出し時間とその後の転倒発生の関連については

いても健常高齢者における転倒歴の有無が下肢踏み不明（現在継続調査中）なため，本測定が転倒予防

出し時間，反応時間，運動時間に差を及ぼすかにつのツールとして確立するためには，さらなる調査がいて調査した．転倒歴がある方が反応時間の延長を必要である．しかしながら，簡便に行える「下肢踏認めるという結果は，測定方法は異なるものの先行

み出し時間」を転倒予防のスクリーニングとして活研究（竹林ら，2007）と一致した．下肢踏み出し時用するための基礎資料を提示したことは意義深いも間と転倒に関連がある（田中ら，2001）中で，特にのであると考える．

反応時間の延長が転倒歴および転倒に密接に関係することを示唆するものと考える．

【結語】

本研究の結果をもとに，健常若年群，中年群，前

本研究は下肢踏み出し時間の遅延要因について，期高齢者群，後期高齢者群，健常高齢者における転年代，運動習慣，転倒歴，要介護度から調査した．

倒群と非転倒群，要介護認定群の中の要支援群，要健常群における踏み出し時間，反応時間，運動時間

介護群の下肢踏み出し時間を平均値±標準偏差では，年齢が上がるにつれて各時間が遅延したこと，

図 5 に示した．この図を一つの基準とし，日常的に運動習慣の有無による差は若年群，中年群のみ認めスクリーニングを継続していくことは，転倒予防にられたこと，高齢者群における転倒歴の有無による対する意識向上，リスクの軽減につながると考えら差は反応時間のみ認められたこと，要介護認定群にれる．今回測定に使用した機器は持ち運び，設置がおける踏み出し時間，反応時間，運動時間は，要介容易で手軽に測定可能である．

護度によって差が認められたことが明らかとなった．

本研究は若年群における対象者の偏り（アスリー

図 5 各群における下肢踏み出し反応時間
値は平均値 ± 標準偏差の範囲を示す．

- 294 -

rGONAD 法を用いたアルポート症候群モデルラットの作製とその機能解析
重井医学研究所 分子遺伝部門
松山 誠
CRISPR-Cas9 に代表されるゲノム編集技術の発展により，これまで遺伝子改変が困難であった生物においてもゲノム編集が行われるようになった．ラット（Rattus norvegicus）は腎臓病や高血圧など様々な疾患モデル動物として古くから利用されてきた．マウスよりも個体サイズが大きく，扱いやすいなど実験的利点がある一方で，近年まで ES 細胞が樹立されず，ノックアウトラットの作製や遺伝的解析を行う上での欠点となっていた．
現在はゲノム編集技術を利用した遺伝子改変ラットの作製法が発達し，遺伝的解析の有用なモデル動物となりつつある．しかし，実際の作製過程においては，ex vivo での受精卵の取り扱いやマニピュレーターによるマ
イクロインジェクションなど非常に高度かつ専門的な技術が必要とされる．しかし，2015 年遺伝子改変マウス作製を簡便にする手法「GONAD (Genome-editing via Oviductal Nucleic Acids Delivery)法」が開発された．
また GONAD 法を改良して，遺伝子改変ラットを簡便に作製する方法 rGONAD 法の開発に成功した.本研究では，技術を用いて腎臓病モデルラットの作製に取り組んだ.現在において治療法が確立されていない遺伝病である
アルポート症候群の原因遺伝子の１つである 4 型コラーゲンα５遺伝子に対する遺伝子欠損ラットを
CRISPR/Cas9 システムと rGONAD 法を用いて作製することに成功した.
（本文）

スを作製できる i-GONAD 法の開発に成功した 3-5)．

はじめに一方，この GONAD 法の技術はまだマウスだけしか成

これまで遺伝子改変マウスの作製には，ES 細胞の培功しておらず、他の哺乳類での報告はまだ無かった．

養，相同組み換え技術，遺伝子改変 ES 細胞の受精卵

私達は，受精卵を体外に取り出さずに遺伝子改変ラへの顕微注入など，熟練した技術と高価な設備が必

ットを作製できる手法 rGONAD 法の開発に成功した要であった．近年では，ZFN, TALEN, CRISPR/Cas9

6)（図１）．この研究成果により，これまで遺伝子改といったゲノム編集技術が次々と登場し，ES 細胞を変が困難であったラットにおいても簡便に作製でき使わない遺伝子改変マウスの作製方法が爆発的に広ることが可能になった。よって，本研究では rGONAD

まった 1)．しかし，顕微鏡下でガラス針を操作し受法を用いた腎臓病モデルラットの開発に取り組んだ．

精卵に遺伝子導入するマイクロインジェクション法
は，熟練した技術が必要である．そのため誰もが容

材料と方法

易に遺伝子改変マウスを作製できる状況にはなかっ

1. 実験動物た．

WKY ラットをチャールズリバーから購入した．動物

2015 年遺伝子改変マウス作製を簡便にする手法

を 12:12-h の明暗時間で飼育した．

「GONAD (Genome-editing via Oviductal Nucleic
Acids Delivery)法」が開発された 2)．この研究に2. CRISPR/Cas9 溶液の作製より，マウス体外に受精卵を取り出すこと無く，卵CRISPR/Cas9 を用いたゲノム編集を行うために，管内にある着床前の受精卵の細胞膜に微細な穴を開CRISPR/Cas9 溶液を Alt-R CRISPR/Cas9 システム

け，細胞外の核酸・タンパクを受精卵に入れること（IDT）の取扱説明書にしたがって作製した．gRNA

で着床前胚のゲノム編集を行い，特定の遺伝子が改の 配 列 を変されたマウスを作製することが可能になった．ま（http://chopchop.cbu.uib.no/）のアルゴリズムをた私たちは，GONAD 法より高効率に遺伝子改変マウ使用して作製した（図 2A）．IDT 社によって合成され- 295 -CHOPCHOP

ホ ー ム ペ ー ジた crRNA と tracrRNA を 200uM にそれぞれ調整し，両で反応させた．洗浄後，2 次抗体を室温 1 時間で反者を混合 95℃5 分加熱後，室温までゆっくり冷却し応させたのち，た． IDT 社の Cas9 タンパク，ユーロフィンジェノ
ミクス社で合成した KI 作製のための一本鎖 DNA

結果（ssDNA）を使用した（図 2A）．

1.

遺伝性腎臓病アルポート症候群モデルラットの作製

3. rGONAD 法

4 型コラーゲンα５遺伝子改変ラットを作製するた受精卵が1細胞期にある交配後0.75日の雌ラットをめに,まず遺伝子データベースを用いて,ラットのⅣ用いた．インジェクション直前に，終濃度が 30uM型コラーゲンα５遺伝子の塩基配列とエキソン・イ

gRNA，1mg/ml Cas9，1mg/ml ssDNA になるように試ントロンの関係を検討した（図 2A）．

薬を調整した．背中側から卵管を露出させ，実体顕

次に gRNA と ssDNA の検討を行った（図 2A）．さらに微鏡（オリンパス社）下で，2-2.5ul の調整した混rGONAD 法を用いて, さきほど作製した gRNA と Cas9

合液を卵管に注入した．試薬を注入後，卵管に PBS

タンパクのエレクトロポレーションを行った．得らを濡らしたキムワイプをつけ，ネッパジーン社の電れた仔について, PCR 法と塩基配列決定をして目的極を用いてエレクトロポレーションを行った．使用の遺伝子のゲノム編集が起きているかを検討した

したエレクトロポレーターは，NEPA21（ネッパジー（図 2B,C）．その結果,高効率でラットのⅣ型コラー

ン社）．エレクトロポレーションの条件は，次の通ゲンα５遺伝子の欠損が起きていることが明らかに

り：Poring pulse; 50 or 40 or 30 V, 5 msec pulse,

なった（図 2D）．

50 msec pulse interval, number of pulse 3 times,
10% decay (± pulse orientation) and Transfer

2. アルポート症候群モデルラットの生理学的・病

pulse; 10 V, 50 msec pulse, 50 msec pulse, number

理学的な検討of pulse 3 or 6 times, 40% decay ( ± pulse

作製した 4 型コラーゲンα５遺伝子改変ラットを用

orientation)．

いてまずは尿検査を行った（図３）．Ⅳ型コラーゲン
α５遺伝子を欠損したオス（-/Y）とメス（-/X）は，
尿タンパクの値が高くなった．

4. ジェノタイピング
ゲノム編集によって生じた遺伝子変異を，PCR 法とまた，病理学的な検討も行ったところ，Ⅳ型コラ

シーケンス法により検討を行った．ラットのゲノム

ーゲン α５遺伝子を欠損したオスとメスは，腎臓のDNA を耳や尻尾から採取した．
PCR とシーケンスでは，

糸球体の構造異常や間質などの炎症が見られた（図下記のプライマーを使用した：rCOl4a5-fw (5′-４）．以上の結果から，今回作製されたラットは，遺GCTCTCTTCCCAATAACCCCT -3′), rCOl4a5-rv

伝性腎臓病アルポート症候群の表現を有しているこ(5′- CAATTTTGACTTCCCTGGCCA -3′).

とが明らかになった．

5. マウス腎臓の免疫染色3. rGONAD 法を用いた KI ラット作製の試み

採取した腎臓は，４％パラホルムアルデヒド溶液

腎臓では，４型コラーゲンの組み合わせにより腎臓を用い１晩４℃で固定した．固定後，パラフィンブ

内の基底膜を構成している．糸球体内では 4 型コラ

ロックを作製し，3μｍの厚さで切片を作製した．作

ーゲンα３α４α５が複合体を作っていることが分製した切片は，過酸化水素水処理（0.3％H202/MeOH；

かっている．そこで 4 型コラーゲンα５遺伝子改変

室温 30 分）・クエン酸処理（1ｍM クエン酸（pH=6.0）；

ラットにおける 4 型コラーゲンα３α４α５の腎臓

マイクロウェーブ 15 分）・ブロッキング（5%血清内における局在を検討した．まず，α５は当然欠損/TBST；室温 30 分）を行った後，1 次抗体を 1 晩 4℃していた（図５左）．また、α３・α４ともにタンパ- 296 -

クの局在が消失していた（図５中央・右）
．以上の結

5.

Koyano T, Namba M, Kobayashi T, Nakakuni

果から，4 型コラーゲンα５遺伝子改変ラットの腎K, Nakano D, Fukushima M, Nishiyama A, Matsuyama

臓内では，4 型コラーゲンα３α４α５複合体が失M. Sci Rep. 9(1): 12059, （2019）

われていることが分かった．

6.

Kobayashi

T,

Namba

M,

KoyanoT,

Fukushima M, Sato M, Ohtsuka M, Matsuyama M: BMC
Biotechnol, 18: 19 (2018)

考察
今回の研究により，受精卵を体外に取り出さずに遺伝子改変ラットを作製できる手法 rGONAD 法を用いて遺伝性腎臓病アルポート症候群モデルラットの作製に成功した．この研究成果により，これまで遺伝
子改変が困難であったラットにおいても簡便にモデ
ル動物が作製できることが明らかになった．
現在，4 型コラーゲン遺伝子のノックアウトマウスの報告はあるが，ヒトの疾患とは多くの異なる点があり問題点が多い．今回作製したアルポート症候群
モデルラットを使用すれば，マウスでは実験不可能であった血圧の測定・経時的な血清の採取・測定なども可能になり，病態への理解も深まるだろう．
一方、ラットには，高血圧や関節炎などマウスには無くラットにある独特な疾患モデル系統も存在す
る．特に腎臓の分野では，腎炎を発症する WKY 系統を用いた基礎医学研究がある．今回のように GONAD
法により簡便な遺伝子改変ラットの作出が可能となったため，腎臓病の研究がより進展することが期待
される．
文献
1.

Wang H, Yang H, Shivalila CS, Dawlaty MM,

Cheng, AW Zhang F, Jaenisch R: Cell, 153: 910-8(2013)
2.

Takahashi G, Gurumurthy CB, Wada K,

Miura H, Sato M, Ohtsuka M: Sci Rep, 5: 11406(2015)
3.

Ohtsuka M, Sato M, Miura H, Takabayashi

S, Matsuyama M, Koyano T, Arifin N, Nakamura S,
Wada K, Gurumurthy CB: Genome Biol, 19: 25 (2018)
5.

Gurumurthy CB, Sato M, Nakamura A, Inui

M, Kawano N, Islam MA, Ogiwara S, Takabayashi S,
Matsuyama M, Nakagawa S, Miura H, Ohtsuka M.
Nature Protoc. 14(8): 2452, （2019）- 297 -

図１
rGONAD (Rat Genome‐editing via Oviductal Nucleic Acids Delivery)法の流れ- 298 -

図２アルポート症候群モデルラットの作製(A)アルポートラット作製における遺伝⼦情報とgRNA・ssDNAの配列 (B) ４型コ
ラーゲン遺伝⼦の変異がわかる遺伝⼦情報 (C)ジェノタイピング (D)rGONAD法
による遺伝⼦改変の効率- 299 -

Proteinuria (mg/16h)

150

100

50

0

X/Y ‐/Y X/X ‐/X♂
♀

図３ アルポート症候群モデルラットの尿検査
Ⅳ型コラーゲンα５遺伝⼦を⽋損したオス（‐/Y）とメス（‐/X）は、尿タンパクの値が⾼くなった- 300 -

図４ アルポート症候群モデルラットの病理学的な検討
Ⅳ型コラーゲンα５遺伝⼦を⽋損した（Alportと表記）オスとメスは、腎臓の⽷球体の構造異常や間質などの炎症が⾒られた。

- 301 -

図５ Ⅳ型コラーゲンα５遺伝⼦⽋損ラットの腎臓における４型コラー
ゲンの局在の検討
4型コラーゲンα３（右）α４(中央)α５（左）すべてのタンパクの局在が消失している- 302 -

生活環境における天然放射性希ガスの時空間分布を支配する人間活動や環境因子の解析
日本原子力研究開発機構 人形峠環境技術センター
迫田 晃弘（概要）ラドン（222Rn）は希ガスの放射性元素で、その起源は土壌や建材などに含まれるウランやラジウムである。ラドンは温泉の溶存元素として広く親しまれてきたが、一方でタバコに次ぐ肺がんリスク因子としても認識され、我々の滞在時間の多くを占める屋内空間でのラドンの挙動の理解が重要な課題となっている。そこで本研究では、建材からのラドン散逸率の長期測定法を確立するため、数理モデルに基づく検討とその予備試験を行った。測定法として開放系と閉鎖系の 2 種類を考え、数理モデルによる検討の結果、前者では定量は困難、後者では定量が可能であることが示された。これは予備試験の結果によっても支持された。閉鎖系で実施したほうがラドン散逸率の検出に有利であることがわかったが、系内の環境条件が必ずしも系外のそれと同じとは限らず、建材表面の状態の評価が別途必要と考えられる。今後、本研究結果等を踏まえて、屋内外においてラドンや環境パラメータの長期連続測定を実施する予定である。得られた時系列データを数理モデルや統計モデルで解析することで、我が国の生活環境におけるラドンの時空間分布の理解の深化が期待される。

１．はじめに建材もソースのひとつと考えられているが、建材サ

ラドン（222Rn）は希ガスの放射性元素で、その起源は土壌や建材などに含まれるウランやラジウムでンプルを用いた実験的研究は多数あるものの、オンサイトでの長期観測に基づく知見は乏しい。

ある。タバコに次ぐ 2 番目の肺がんリスク因子であ

本研究では、建材からのラドン散逸率の長期測定

る一方、ラドン温泉のかたちでも広く親しまれてき法を確立するため、数理モデルに基づく検討とそのた。
ラドンは地球上のあらゆる場所に存在するため、予備試験を行った。得られた成果は、今後予定して我々は常にラドンを吸入摂取している。このため、いる屋内外でラドンや環境パラメータの長期観測のラドンに対する関心は国際的に高まりをみせ、特に実施に適用される。

滞在時間の多くを占める屋内空間でのラドンの挙動の理解は重要な課題となっている。

２．方法

日本を含めた多くの国々で、屋内ラドン濃度の全建材からのラドン散逸率の長期測定法には、土壌国調査が報告されてきた。一方、屋内ラドンの時空表面に対する測定法を参考にできる。つまり、チャ間分布の解明を目指した研究は散見され、評価モデ

ンバーで測定対象の表面を覆い、外気で通気しながルの報告もあるが、統一的な理解には至っていない

らチャンバー内で高められたラドン濃度を常時測定ようである。日本においては、高い時間分解能でのして、散逸率を解析する（開放系：図１(a)）
。しか

連続測定の報告が比較的少なく、また、ラドンの動し、一般的な建材は天然土壌に比べてラドン散逸率

態は建築様式にも依存すると考えられるため、海外が低いと考えられるため、チャンバーを通気せず、の報告を日本にそのまま適用できる蓋然性もない。

内循環によってラドンをある程度蓄積する必要があ

屋内ラドンの動態を理解するには、関連する環境

るかもしれない（閉鎖系：図１(b)）
。それぞれの系

パラメータの推定とそれらの影響評価が必要である。

に対して、微小時間 t（s）におけるチャンバー内の主なソースとして土壌中で発生したラドンの家屋へ

ラドン濃度 C（Bq m-3）の変化を表す微分方程式を立の侵入が考えられており、長期観測の研究結果から、式した。

これは屋内外の差圧などに依存するとわかっている。

- 303 -

定を継続して、式（2）の解析解でフィッティングす(a) 開放系

空気流入

チャンバー

トロン

ラドン

減衰容器

測定器

ポンプ

ればラドン散逸率が求まる。

空気流出

建材

したがって、建材を対象にしたラドン散逸率の長(b) 閉鎖系

期測定は、建材中の放射能レベルにもよるが、閉鎖
チェンバー

トロン

ラドン

減衰容器

測定器

系で実施したほうが定量に有利であることがわかっ

ポンプ

建材

た。しかし、この場合には、系内の環境条件が必ず

図１ ラドン散逸率の測定系

しも系外のそれと同じとは限らず、建材表面の状態（温度、水分量など）も異なる可能性があり、この

（開放系）

d𝐶

（閉鎖系）

d𝐶

d𝑡

d𝑡

𝐸𝑆

𝑣

𝑣

評価が別途必要と考えられる。

(1)= 𝑉 + 𝑉 𝐶in − 𝜆𝐶 − 𝑉 𝐶
𝐸𝑆

４．今後の予定(2)= 𝑉′ + 𝛼𝐶in − (𝜆 + 𝛼)𝐶

今後、本研究結果等を踏まえて、屋内外においてラドンや環境パラメータの長期連続測定を実施する-2-1

ここで、E は建材のラドン散逸率（Bq m s ）、S は予定である。得られた時系列データを数理モデルやチェンバーで覆われた建材面積（m2）、V はチェンバ

統計モデルで解析することで、我が国の生活環境に

3

3ーの容積（m ）、V'は閉鎖系全体の容積（m ）、v は流おけるラドンの時空間分布の理解の深化が期待され量（m3 s-1）、Cin は流入する空気中のラドン濃度（Bq

る。

-3

-1

m ）
、αは系内空気のリーク率（s ）、λはラドンの壊変定数（＝2.1×10-6 s-1）である。なお、図１に(a) 開放系

ある減衰容器とは、ラドンの同位体のトロン（220Rn）
ラドン濃度 (Bq m-3)

22.5が共存する場合、測定器によってはラドン測定が妨害されるため、トロンの半減期が短い（55.6 秒）という性質を利用して、系内から消失させるためのも
のである。

22
21.5
21
20.5
20
19.5
0

また、建屋の床と壁を対象に、図１に示す開放系

10

20

30

40

50

200

250

経過時間 (h)と閉鎖系でそれぞれチャンバー内ラドン濃度を測定して、正味ラドン濃度が有意に得られるか、つまり(b) 閉鎖系

散逸率の定量解析が可能かどうかを予備的に調べた。
ラドン濃度 (Bq m-3)

1000

３．結果とまとめ
図２に、パラメータ値を仮定して上式を解いた結果を示す。開放系では、屋内ラドン濃度 20 Bq m-3

800
600
400
200
0
0

に対して、建材からの散逸分は 2 Bq m-3 ほどで、こ

50

100

150

経過時間 (h)の濃度差を精度良く測定するのは難しい（図２(a)）。
閉鎖系での散逸分は 870 Bq m-3 で、この場合は十分

図２ 散逸率測定で得られるラドン濃度の推定（計に定量可能である（図２(b)）
。

算で仮定したパラメータ値は、Cin＝20 Bq m-3、S＝予備試験の結果、開放系では空気中（系外）とチ
ェンバー内（系内）の濃度差を有意に検出すること

341 cm2、V＝433 cm3、V'＝2593 cm3、R＝10-4 Bq m-2
s-1、v＝0.1 L min-1、α＝10-5 s-1 であった）はできなかった（図３(a)）
。閉鎖系では、壁での顕著な濃度上昇が認められた（図３(b)）
。このまま測- 304 -

濃度差 (Bq m-3)(a) 開放系
40

床

20

壁

0
-20

-40
0

1

2

3

4

5

経過時間 (h)濃度差 (Bq m-3)(b) 閉鎖系
400

床

300

壁

200
100

0
0

1

2

3

4

5

経過時間 (h)図３ 空気中ラドンに対する建材から散逸したラドンの濃度差- 305 -

大原美術館 工芸館の研究
公益財団法人 大原美術館
柳沢 秀行

（概要）
大原美術館の工芸館は、大原孫三郎(1880～1943)、總一郎(1906～1968)の父子二代にわたっての民藝運動との深い関わりの結実である。それは、思想家であり優れた実践者でもあった柳宗悦(1889～1961)や、実作者の河井寛次郎(1890～1966)、濱田庄司(1894～1978)など民藝運動を主導した人々との長年にわたる交友の証である。また江戸期に作られた蔵を展示室として再生・活用することには、かつて多くの農地を抱えた大原家の当主としての總一郎の強い思いと、民藝運動が示す理念への共鳴を見ることが出来る。さらに、工芸館の創設は、今を生きて新たな創造に向かう制作者を支援するとともに、人々の日常と遊離することなくその生活の質の向上へ寄与しようとする、大原總一郎が、大原美術館に対した抱いたビジョンの具現化でもある。
本研究では、工芸館創設までの経緯を各種の文献資料の収集と精査により、改めて、こうしたいくつもの経
緯や思いの結実としての工芸館の在りようを確認することを行った。同時に、こうした文献資料、ならびに陶磁器作品のデーターベース構築に着手し、フーマットを確定し、そのデーターの入力を進めている。
(本文)
大原美術館の工芸館は、大原美術館内では本館、動の主導者たちと倉敷」(『大原美術館 紀要第 3

分館に次ぐ、
3 番目の展示棟として 1961 から 1970号』2009 年 12 月)によって、民藝運動の主導者と年にかけて江戸時代に作られた蔵を改修して東洋

倉敷の人々との交流の足跡が、一種のドラマティ

館と一体的に整備された。具体的には、1961 年にックな神話化がなされることで、いくつかの誤っ

濱田庄司、バーナード・リーチ、富本憲吉、河井た認識がなされているを指摘したうえで、1920 年

寛次郎の各室が陶器館の名で開館し、続いて代から 30 年代にかけて、大原美術館の礎となる西1963(昭和 38)年に棟方志功、芹沢銈介の 2 室が、洋美術品収集に関わった児島虎次郎と河井寛次郎

それぞれ棟方板画館、芹沢染色館として開設されとの関わりと、児島を中心とした倉敷文化協会にている。 これらを、現在では工芸館と総称してよる倉敷ならではの良質な工芸品創出を目指したいる。

活動について紹介した。

そこに展示された作品は、日本の民藝運動に深さらに本研究「大原美術館 工芸館の研究」でくかかわったこうした作り手たちと、
大原孫三郎、

は、1920 年代から 30 年代にかけてのこれまでの

總一郎父子との 1920 年代に遡る交流を通じて大調査を補完すると共に、工芸館が創設される 1960

原家に順次所蔵されてきたものを、それぞれの展

年代前半までの対象を広げた。

示室の開設を機に、大原美術館へと所蔵移管され具体的には、まず岡山県域で発行された『山陽たものである。

新報』『中国民報』の新聞 2 誌の調査を行い、その本研究では、まず、こうした民藝運動の主導者

交友の後付けを補完することを試みた。残念ながである柳宗悦や作り手達と大原父子との交流、そら、『中国民報』の欠号が多く、1920 年代についして倉敷地域への影響の実態を文献資料の調査にては大きな収穫を得ることができなかった。しかより、明らかにすることを目指した。

しながら、『読売新聞』1923 年 8 月 13 日大阪版朝すでに本報告者である柳沢秀行は「日本民藝運刊において、河井寛次郎が「倉敷文化協会の陶器- 306 -

を評す」との記事を寄せていたことを確認できた

誌上で重要なのは大原總一郎の発言である。
それにのは大きな成果であった。ここで河井は、児島虎より、彼が、江戸時代の蔵を改装しようとした強い

次郎収集のエジプトや西アジアの古陶器について、思いを把握できたことは、倉敷の町に共通する江戸

東西文化の交流の懸け橋との位置づけを示してお時代からの建築を、
現在の生活に使い活かしながら、り、河井と児島のより深い相互理解と交友、そし未来へと守り伝える意識が、工芸館にも通底するこて児島虎次郎の収集と制作を両輪とした活動が、とを改めて確認できた。

古今東西の諸文化の相互理解を目指していたとい

こうした研究の成果は、
令和３年度の刊行を目指

う仮説を得ることができた。

して準備を進めている大原美術館の所蔵品図録『大また共同研究者の𠮷川あゆみ（大原美術館学芸

原美術館 V 工芸館の作家たち』の巻頭論文として、課長）による児島虎次郎の日記、初代館長武内潔

報告者である柳沢が 2 万文字ほどのテキストを執

真の業務日誌の読み起こし作業がこうした考察に筆した。

大きな貢献となった。また、𠮷川を中心とした大原美術館学芸課所属の協同研究者たちにより、大こうした研究と同時に、大原美術館が所蔵する、

原美術館が所蔵する 1920 年代以降の一次文献資濱田、リーチ、富本、河井の陶磁器作品についての、料の整理と、そのデーターベース化も進められて

デジタル媒体でのデーターベース化を進めた。

いる。

それに際し、データーベースソフトのファイルメ『山陽新報』『中国民報』の調査においては、大ーカを活用し、作品や共箱などの画像を含めた８２

原美術館が開館した以降の、1930 年代に関しては、の情報項目にわたるフォーマットを制作し、大原美

細やかな事象を確認する事ができた。特に、本研術館所蔵作品と大原家などに所蔵される参考作品を

究に関わっては、濱田庄司、河井寛次郎、そしてあわせて 358 点分のデーターの入力を終えた。

バーナード・リーチの倉敷滞在時の様子と、そのこうした作業に着手した大きな動機は、各作品の展覧会時でのリアクションの大きさを実感できた

名称についての検討を進めるためでもある。

ことは大きい。

これまでも、所蔵作品に付属する箱への書き込み

また 1930 年の大原美術館開館以降の時期についや、各時期での図録や内部資料での名称の記載につては、前述の館蔵資料整理や、民藝運動の主要な雑いての情報確認を行ってきたが、同一作品でも、そ誌である雑誌『工藝』、『民藝』の再調査から大きなの名称表記に揺れがあり、そうした表記変更がいか知見を得た。

に、どのような利用でなされたのか、そしてそのう

館蔵資料としては、
大原美術館初代館長武内潔真

えで、各作品に付すべき名称について検討するためが1960年の陶器館建設計画案の提示から1963年のである。

芹沢室と棟方室の竣工式までの経緯を詳細に記録

それゆえ、各時期の所蔵品図録に掲載された名称

したノートについて、すでに浅野智子「大原美術館

や、作品や付属品にある様々な文字情報(シール、墨工芸館に関する一考察」(『藝叢第 22 号』筑波大学

描など)を網羅するフォーマットを作成したうえで、

大学院人間総合科学研究科芸術学研究室 2005

適宜、表記する情報を変更した複数のレイアウトを年)という考察があるが、この武内館長の日記を再有したデーターベースを制作した。

重要資料としながらも、これを補完するいくつもの

また、バーナード・リーチ研究の第一人者である

一次資料を確認することで、工芸館建設に至る経緯

鈴木禎宏(お茶の水女子大准教授)など外部研究者とがより細やかに把握することができた。

の情報共有を行い、また他館で出版されている最新

この武内の日記の内容に添って、雑誌『民藝』での研究成果となる図録等の収集も行い、適宜、そのは、それぞれの展示室の開設毎に組まれた特集で、知見もデーターベースに反映させ始めている。

建設の経緯などが語られているが、それ以上に、同こうした基礎的な作業を継続的に行いつつ、現在- 307 -

は、前述の所蔵品図録刊行に向け、その記載情報の検討を行っている。
こうした検討は、もともと存在しない正答を求めるような作業であり、その進捗は遅々としたものとなる。さらに、その英語訳という困難もあるため、継続的な情報収集、整理、検討を進めて行きたい。

- 308 -