絶食により増加する走行運動に対するレプチンの抑制効果 75

絶食により増加する走行運動に対するレプチンの抑制効果
成田和巳
Inhibitory Effect of Leptin on the Fasting-Induced Increase in Running Activity

Kazumi NARITA

Abstract
In this study, the inhibitory effect of leptin injection into the ventromedial nucleus of the hypothalamus（VMH）on fasting-induced increase in running activity was examined in the rat. Rats implanted with thecannulae into the VMH bilaterally were kept in a cage with running wheel and subjected to 3-day fasting.
In fasted rats, running wheel activity progressively increased in both light and dark period. Injection ofleptin into the VMH previous to the onset of dark phase or following the onset of light period inhibitedthe amount of running activity over 12-hr. The results of this study suggest that leptin acts on the VMH
to mediate the fasting-induced increase in running activity.

Keywords； leptin レプチン，ventromedial nucleus of the hypothalamus 視床下部腹内側核
fast

絶食，running activity

走行運動

１．緒言

視床下部腹内側核（VMH）を予め破壊しラットに長期間の絶食を行うと明期およびた実験動物のラットでは、絶食による走行暗期の走行運動が著しく増加する。このよう運動の増加が観察されないことが知られてな行動変化の目的は、走行運動を増加するこいる（1）。このことから VMH は絶食によるとにより食物と遭遇する可能性を高くし生存走行運動の増加に関与していると考えられの可能性を上昇させることであり、進化の過る。また筆者はラットの VMH に走行運動を程で動物が採用したある種の環境適応戦略と誘起するような神経細胞群「VMH ランニン考えられる。そしてそのような行動変化を引グニューロン」が存在することを明らかとし

き起こすための神経機構が脳内に存在するのてきた（2）。走行運動は動物実験で脳内の様々は間違いない。そのような神経機構に必要なな部位を刺激したときに観察されるが、攻撃機能は、絶食に伴う体内の栄養状態を感知で行動や逃避行動が付随して引き起こされる。

きること、そして走行運動の増加を引き起こ

しかし VMH ランニングニューロンでは、そすことが出来る制御機構である。

れを刺激することにより攻撃行動や逃避行動

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が付随していない走行運動のみが抽出できる系 成 熟 雄 ラ ッ ト（ チ ャ ー ル ス リ バ ー、 横ことから、走行運動について研究を行う上で浜）を用いた。この実験では各群それぞれ有力な手段であると考えている。

7 匹、 計 42 匹 の 動 物 を 使 用 し た。 水 は 自

レプチンは遺伝性肥満を引き起こす ob/ob

由 摂 取、 明 暗 は 12L（5：00-17：00）、12D

マウスの原因遺伝子として発見されたタンパ（17：00-5：00）、室温は摂氏 22 ± 1 度で飼ク質である

（3）。レプチン遺伝子が変異を起育を行った。手術からの回復と過度な絶食をこした ob/ob マウスでは、レプチンによる摂防止するためのモニタリングとして、毎日食抑制のシグナルが欠落するため、著しい過10：00-11：00 に体重と摂食量の測定を行っ食に陥り肥満に至る。そしてレプチンは脂肪た。本論文の動物実験は福井大学実験動物委細胞から分泌され、脳に作用することにより員会において承認を受け、同大学の動物実摂食抑制とエネルギー消費の亢進をもたらす

験施設内で行った（2000-2001 年実施およびホルモンであると捉えられている。

2015 年実施の承認番号 27024）。

また絶食によっても血中レプチン濃度は低下する（4）。生まれたときからレプチン遺伝

2.2．手術ネンブタール麻酔下（45mg/kg 腹腔内投与）子が遺伝的に欠落している ob/ob マウスとは

 6）で、Pellegrino らの脳地図（に従いラットを異なり、正常な動物に絶食を負荷すると、徐々脳底固定装置に固定し、両側 VMH（空間座標：に血中レプチン濃度が低下する。これらのこAP 5.8mm、ML 0.75mm、DV -3.0mm） にとから絶食を負荷した動物で引き起こされる

薬物投与用のステンレス製の留置カニューラ

走行運動の増加は、絶食により血中レプチン（ 外 径 0.6mm、内 径 約 0.4mm、長さ 15mm）濃度が低下した結果、レプチンによる脳へのの設置を行った。留置カニューラは歯科用セシグナルが減少したため引き起こされる可能メントとステンレス製の小ねじで頭蓋骨に固性が考えられる。そしてそのような変化はレ定した。手術後には留置カニューラ内に内栓プチン投与によりレプチンを補充すれば元通（外径 0.35mm、長さ 15mm）を挿入し、血液りに回復するはずである。

凝固や感染の低減を図った。

VMH にはレプチン受容体が発現している（5）ことが報告されている。また VMH ラン

ニングニューロンの存在については前述し手術後 3 日以上は床敷きを敷いた一般ケージで飼育し、体重が手術前まで回復したのを確認してから回転かごに移した。

た。これらの事実から、レプチン受容体を介2.3．運動量の計測したレプチンの VMH への直接作用と、ラン手術からの回復確認後、回転かご（回転輪ニングニューロンによる走行運動の調節がリの半径 30cm、幅 15cm、プラスチック製）付ンクする可能性が考えられる。

きケージで 1 週間飼育し、回転かごへの馴化以上の事を踏まえ本研究では、絶食によりを行った。運動量測定のため回転かごの回転引き起こされる走行運動の著しい増加に、レ数を測定した。回転かごの回転をフォトエンプチンが関与するか、またレプチンの作用部コーダーにより検出（分解能は 1/10 回転）し、位として VMH ランニングニューロンが関与30 分間の回転数をパーソナルコンピューターするか検討を行った。

 2）に記録し、その値を走行運動量とした（。

2.4．絶食２． 材料と方法

回転かごには出入り口（10 × 10cm）を介

2.1．動物して側室（12 × 12 × 32cm）が備わり、ラッ動物は実験開始時に 7 週齢のウイスタートが自由に出入りできるようになっている。

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側室には水、餌を置き、自由に摂取できるよ（PeproTech、ロンドン）投与は絶食 3 日目うにした。回転かごへの馴化を 1 週間以上行の明期開始直後の 5：00-5：30、もしくは暗い、回転かごの回転数と体重が安定したのを期直前の 16：30-17：00 に、無麻酔無拘束で確認して、絶食を開始した。絶食は明期開始行った。内栓を抜き、留置カニューラの先か時刻の 5：00 より開始し 3 日間継続した。実ら約 0.1mm ほど先端が出るようにした薬物投験期間全てを通して、飲水は常時可能とした。

与カニューラを挿入し、ハミルトンマイクロ

2.5．薬物投与

シリンジを用い約 2 分の時間を掛けて注入し留置カニューラからの VMH 内レプチンた。投与量は片側の VMH あたり 500nl とし

図 1．4 日にわたる経時的な運動量変化の典型例
回転かごを用いて測定した 4 日間にわたる走行運動量の典型例を示す。それぞれのカラムは 30 分間の回転かごの回転数を示す。1 日目は自由摂食、そして 2 日目の 5：00 から 4 日目の 5：00 まで絶食を負荷した。
絶食 3 日目の暗期開始直前（矢印）に生理食塩水（上段）またはレプチン（200ng）（下段）の投与を両側VMH に行った。

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2020て両側の VMH に行った。投与は生理食塩水、生理食塩水に溶かしたレプチン（片側 VMHあたり 200ng）を行った。また偽投与では、500nl の注入以外の全ての操作を行った。ラットあたりの投与回数は 1 回のみとした。
2.6．投与部位の確認
実験終了後に薬物投与部位の確認を行った。ラットを二酸化炭素で安楽死させてから脳を採取しホルマリンで固定した後、25μm厚の連続切片を作製しチオニンで染色した。
染色した脳切片を光学顕微鏡下で観察し、薬物投与部位の特定を行った。この実験では使用した全てのラットにおいて、薬物投与部位が VMH 内にあることを確認した。
2.7．統計図 2．絶食により増加した運動量に対する暗データは平均値±標準誤差とし、まず分散期開始直前に投与したレプチンの効果分析法（ANOVA）を行い、さらに Tukey-黒カラムは暗期 12 時間、白カラムは明期 12時間の回転かご回転数の平均±標準誤差（n=7）
を示す。2 日目の 5：00 から 3 日間にわたる絶食を負荷した。絶食 3 日目の暗期開始直前（矢印）に生理食塩水（上段）またはレプチン（200ng）（下段）の投与を両側 VMH に行った。L：明期、D：暗期を示す。＊は自由摂食時の暗期運動量と、＃は自由摂食時の明期運動量と比べ有意（p<0.05）に増加していることを示す。

Kramer の検定により統計学的な評価を行った。p<0.05 において有意差ありと判定した。
３．結果
ラットは夜行性の動物のため、回転かごで飼育すると夜間に著しい運動量の増加が認められた（図 1）。手術から回復し、回転かごへの馴化期間をおいてから絶食を開始した。
あるラットの回転かごの回転数の経時的な変直後の暗期において運動量の増加は維持され化を図 1 に示す。絶食を負荷すると、暗期、た。一方、レプチンを投与した群（図 2 下）明期の運動量が共に増加することが示されでは、投与直後の暗期運動量は自由摂食時のた。そして絶食 3 日目の暗期開始直前に、両暗期運動量と同等のレベルまで低下した。

側 VMH に生理食塩水（図 1 上）もしくはレ絶食により増加した運動量に対する、明期プチン（200ng）（図 1 下）の投与を行った。

開始直後に VMH に投与したレプチンの抑制

生理食塩水投与群では投与後の運動量の減少効果を図 3 にまとめた。絶食 3 日目の明期開傾向が観察された。またレプチン投与群でも始直後に生理食塩水を投与した群（図 3 上）投与後の運動量の減少傾向が観察された。

では、自由摂食時と比べ投与の明期および暗絶食したラットの暗期開始直前に VMH に期において運動量の増加は維持された。一投与したレプチンの効果をまとめたのが図 2方、レプチンを投与した群（図 3 下）では、になる。自由摂食時と比べ絶食開始後 2 日目投与後の明期運動量は自由摂食時の明期運動の明期以降は運動量が有意に増加した。絶食量と同等のレベルまで低下した。またこのレ3 日目の暗期開始直前に生理食塩水を投与しプチンの運動量抑制効果は、レプチン投与かた群（図 2 上）では、自由摂食時と比べ投与

ら 12 時間経過後から始まる暗期においても

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図 3．絶食により増加した運動量に対する明期開始直後に投与したレプチンの効果

図 4．絶食により増加した運動量に対するレプチンの抑制効果のまとめ

黒 カ ラ ム は 暗 期 12 時 間、 白 カ ラ ム は 明 期
12 時間の回転かごの回転数の平均±標準誤差（n=7）を示す。2 日目の 5：00 から 3 日間にわたる絶食を負荷した。絶食 3 日目の明期開始直後（矢印）に生理食塩水（上段）またはレプチン（200ng）（下段）の投与を両側 VMH に行った。
L：明期、D：暗期を示す。＊は自由摂食時の暗期運動量と、＃は自由摂食時の明期運動量と比べ有意（p<0.05）に増加していることを示す。

縦軸は自由摂食での暗期 12 時間（上）もしくは明期 12 時間（下）の運動量を 100％としている。上段では、絶食 3 日目の暗期開始直前に投与等の処置を行い、その直後の暗期 12 時間の運動量を比率で表している。下段では、絶食 3 日目の明期開始直後に処置を行い、その直後の明期 12 時間の運動量を比率で表している。各処置群のアルファベットが異なる場合は有意差有り（p<0.05）を示す。

観察され、自由摂食時の暗期運動量と同等のよびレプチン投与の運動量に対する抑制効果レベルまで抑制された。

は、明期開始直後（図 4 下）に投与した時に投与後 12 時間の走行運動量に対する、偽も観察された。

投与、生理食塩水、レプチン投与の効果を図4 にまとめた。偽投与群と比べると、暗期開４．考察始直前（図 4 上）に VMH へ生理食塩水を投

本研究の結果より、絶食による運動量の増与すると、その後の暗期 12 時間の運動量は加は VMH にレプチンを投与すると抑制され有意に抑制された。生理食塩水は 500nl 投与ることが示された。

しているので、この量の液体を投与すること

レプチンは脂肪細胞が分泌するホルモン自体が運動量に対し何らかの抑制効果を発揮で、その分泌量は脂肪細胞の大きさと正の相していることになる。そして同量の生理食塩関があることが明らかとなっている（4）。ま

水にレプチン 200ng を溶かした溶液を投与た肥満の個体では血中レプチン濃度は高く、すると、生理食塩水投与群と比べさらに有意逆に痩せた個体では低くなる（7，8）。本研究な抑制効果が見られた。同様の生理食塩水おでは血中レプチン濃度の測定を行っていない80 大阪夕陽丘学園短期大学

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が、絶食により血中レプチン濃度は低下する存在することを明らかとしてきた。そしてことは既に報告されている。そして絶食

VMH ランニングニューロンの活動を調節すを負荷したラットの VMH にレプチンを投与る様々な物質を突き止め、VMH ランニングしたが、そのような個体では血液を含む全身ニューロン由来の走行運動が担っている役割のレプチン濃度は絶食により低下しているを解明してきた。今回の研究により、VMH

が、レプチン投与により VMH 近傍のレプチランニングニューロンはレプチンを介して個ン濃度のみが高くなった状態であると考えら体の栄養状態に関する情報の入力を受け、走れる。そのような処置により、絶食により増行運動発現を制御していること、特に絶食下加していた運動量が抑制される結果が得られでの生存の可能性を上げるためであると考えた。このことから絶食により増加する運動にられる運動量の増加に重要な役割を担ってい対し、VMH の神経機構とそれに対するレプる可能性が示唆された。

（9）チンの作用は、極めて重要な役割を担ってい５．まとめることが示唆された。
絶食により増加する運動量に対し、VMH絶食下におかれたラットでは、走行運動がに投与したレプチンは明期、暗期ともに抑制著しく増加する。本研究により、この行動変効果を発揮した。ラットは夜行性の動物で、化を説明する機序として、絶食により白色脂運動の発現パターンは概日リズムに従ってい肪細胞が減少し血中レプチン濃度が低下する。レプチンが運動の発現に対し暗期、明期る。それが VMH ランニングニューロンを刺共に抑制作用を発揮したということは、レプ激し、走行運動の増加を引き起こしている可チンの作用は概日リズムとは共役しないよう能性が示唆された。

な独立した作用機序の可能性が考えられる。
概日リズムは視床下部視交叉上核が担っているが（10）、その部位とレプチンとの関連も興

６．謝辞
本研究は JSPS 科研費 15K08204 の助成を受けたものである。

味深いものであろうと考えている。
レプチン受容体は VMH も含めて視床下部に広範に発現していること、また中枢神経系

７．参考文献だけでなく肝臓、腎臓、肺といった末梢組織（1）Challet E et al, Behav Brain Res, 1996,（4）にも存在していることが報告されている。

そして脂肪細胞から血中に分泌されたレプチンは、そのような VMH を含む様々な部位に存在する受容体を介して作用を発現する。本研究では VMH に注目してレプチンの効果を検討したが、このようなレプチンの効果はVMH 以外の部位においても観察できる可能

vol 77（1-2）,pp155-163.
（2）Narita K et al, Physiol Behav, 2016, vol164, pp107-112.
（3）Chen K et al, Nat Med, 2006, vol 12（4）,pp425-32.
（4）A hima RS et al, Annu Rev Physiol,
2000, vol 62, pp413-437.

性は考えられる。このような VMH 以外の部

（5）S e a m o n M e t a l , A m J P h y s i o l位の関与に関しては、さらなる検討が必要で,Endocrinol Metab, 2019, vol 317（4）ある。

E586-E596.

緒言で述べたとおり、筆者はこれまでの研究で、VMH に走行運動を誘起するような神経細胞群「VMH ランニングニューロン」が（6）Pellegrino LJ et al, A stereotaxic atlasof the rat brain, 1967.
（7）松 岡直樹他，別冊医学のあゆみ，1999，

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pp49-53.
（8）勝浦五郎，Bio Clinica, 2002, vol 17（2）,pp62-65.
（9）Ahima RS et al, Nature, 1996, vol 382,
pp250-252.
（10）Krout KE et al, Neuroscience, 2002,
vol 110, pp73-92.