課題番号：２７指１２０２（３年研究１年目）
研究課題名：ヒトES/iPS細胞由来褐色脂肪細胞を活用した糖尿病を標的とした新規予防/治療法の開発
主任研究者名 ：佐伯久美子
分担研究者名 ：キーワード ：エネルギー・糖質代謝異常、脂質代謝異常、医薬品探索、再生医学、細胞分化
研究成果：
世界の肥満人口は１９７５年に１億５００万人であったが、２０１４年には６億４１００万人に達しており、この傾向が続くと１０年後には世界の成人の約２０％が肥満になると推定されている。肥満はインスリン抵抗性や２型糖尿病などの糖代謝異常の発症を助長する。糖尿病は単独でも日本人死因の１０位であるが、日本人死因の上位を占める疾患群（悪性新生物、脳血管障害、虚血性心疾患、肺炎）の発症リスクを上昇させるため健康に与える影響は深刻である。このように糖尿病の制圧は日本人の健康寿命の延長に向けた緊急性の高い課題であり、また当センターの重要なミッションの１つでもある。
近年、「燃える脂肪」または「瘦せる脂肪」などとして知られる『褐色脂肪組織（Brown Adipose Tissue;BAT）』が世界的に注目されている。小型冬眠動物での研究が先行し（注：BAT は冬眠覚醒時の急速な体熱産生を担う）、ヒトにおける BAT の存在は長い間疑問視されてきた。しかし、核医学検査(PET/CT)
および組織生検からヒト成人にも BAT が存在することが実証された。その後の疫学研究および臨床研
究からは BAT 量が肥満度と逆相関すること、かつ耐糖能と正相関することが示された。これらの知見に立脚して、BAT は糖尿病治療開発に向けた新しい標的組織として注目されることとなった。しかし、ヒから BAT 検体を入手することは、経済的問題（注：存在部位の同定には高額医療機器を要する）、技術的問題（プロテアーゼを高発現するため採取後の品質劣化が避けられない、品質を保持したまま凍結保存できない）、倫理的問題（BAT 検出頻度の高い若年層への被曝、採取による糖尿病発症リスク上昇への懸念）によりほぼ不可能である。これに対して我々は、ヒト多能性幹細胞から高純度な褐色脂肪細胞を作製する技術 (Nishio et al, Cell Metabolism 16, 394-406, 2012) を開発して問題を克服した。即ち、我々が開発した技術は「高い熱産生能を持つヒト褐色脂肪細胞（Brown Adipocyte; BA）」の安定的な供給を可能とした。さらにマウスへの移植実験からは、ヒト多能性幹細胞由来 BA（以下、ヒト BA）の移植により肥満（白色脂肪細胞の増加）に伴う糖代謝異常が改善すること、その効果は移植翌日には早々に認められることを報告した（同上）。これらの知見は、BAT が熱産生（カロリー消費）による体重減少を介して糖代謝を向上するという従来の考え方は必ずしも正しくないことを示した点において画期的である。さらに、汎用の方法でヒト白色脂肪細胞に Uncoupling protein 1 (UCP1)遺伝子（熱産生に必要な遺伝子）を誘導したものを移植しても、ヒト BA で見られたような「速やかな糖代謝改善作用」は認められなかったことから「BAT の熱産生能と糖代謝改善能は独立の機能である」ことが強く示唆された。
本研究では、我々が開発した独自の技術を適用して、ヒト BA の「熱産生を介さない糖代謝改善作用の分子基盤」を明らかにする。さらにこの作用を媒介する鍵分子の同定を通じて、糖代謝異常に対する新規治療法の開発を目指す。また本研究では、未踏襲領域として残されている「ヒト BA の初期発生過程の分子制御機構」を明らかにすることで、糖代謝異常の治療開発に向けた新規創薬標的分子を同定する。マウスを用いた研究からは、BA が骨格筋との共通祖先（筋芽細胞）に由来することが示されている。しかし、それ以前の分化過程については未解明である。一方、ヒト生体には多能性を持つ未熟な細胞が存在することが知られており、それらから BA への分化誘導の促進することができれば糖代謝能を向上させることができると期待される。本研究では「網羅的転写速度解析」という新しい解析技術を駆使して、ヒト多能性幹細胞の「筋芽細胞以前の BA 初期分化過程」における遺伝子発現制御の分子基盤を明らかにする。平成２７年度の研究では、BA 分化の最初期過程（< 72 時間）における網羅的転写速度解析を終了し、BA 初期分化制御を司る分子の候補を抽出した。今後はこれらの候補分子か
ら BA 分化初期過程の制御に関わる鍵分子を同定し、その活性を修飾する薬剤のスクリーニングを通じて糖代謝異常に対する新規治療法の開発を目指す。

Subject No.

：27-Shitei-1202（the first year of a three-year project）

Title：Development of preventives/therapeutics for glucose metabolitic disorder unitizing

human ES/iPS cell-derived brown adipocytes.
Researchers ：Kumiko SAEKI, M.D., Ph.D.
Key word：energy/glucose metabolitic disorder, lipid metabolitic disorder, search of newpharmaceuticals, regenerative medicine, cell differentiation,
Abstract：Although the population of obese subjects in the world was 105 millions in 1975, itreached 641 millions in 2014. If this tendency continues, about 20 % of adult humans in the world
will suffer from obesity in 10 years. It is known that obesity promotes the development of glucose
metabolitic disorders (insulin resistance, type 2 diabetes). Diabetes has a serious impact on humanhealth: it is not only the 10th cause of death in Japan but also it up-regulates risks of cancers,
cerebrovascular diseases, ischemic heart diseases and pneumonia, which are the major causes ofdeath in Japan. Therefore, control of diabetes is an urgent task towards the extension of the publichealth longevity in Japan. In addition, development of new therapies for the management of type2 diabetes is one of the most important missions of National Center for Global Health andMedicine (NCGM).
Recent years, brown adipose tissue (BAT), which is widely known by its “ burning” or“sliming” capacities, has been attracting a great attention in the world. The study of BAT started
in small hibernating animals since it plays crucial roles in a rapid body heat production at therecovery from hibernation. Although whether humans had BAT or not had long been a matter ofdebate, the presence of BAT in adult humans was proven by PET/CT studies along with biopsy
examinations in 2009. Thereafter, clinical studies have shown that the amounts of BAT inversely
and positively correlated with body mass index (BMI) and glucose tolerance, respectively.
Currently, BAT is recognized as a new therapeutic target for the treatment of type 2 diabetes.
Nevertheless, provision of sufficient amounts of high-quality human BAT samples is almost
impossible due to ethical, technical and economical hurdles.
We have overcome those hurdles by establishing a method for a directed differentiation ofhuman pluripotent stem cells into functional brown adipocytes (BA) without gene transfer (Nishioet al, Cell Metabolism 16: 394-406, 2012). This method has enabled stable provision of high-quality
human BA. Applying this method, we performed transplantation experiments using obesity model
mice and found that transplantation of human pluripotent stem cell-derived BA improved glucose
metabolism on the next day. The expression of this effect was unexpectedly prompt since it had
been thought that BA improved glucose metabolism as a secondly consequence of gradual bodyweight loss due to accumulated caloric consumption via up-regulated heat production. Our results
indicate that BA improves glucose metabolism independently from heat production.
Currently, we are trying to elucidate the molecular basis for the prompt curative effects ofhuman pluripotent stem cell-derived BA on glucose metabolitic disorder. We are also trying toelucidate the molecular mechanism that regulates the earliest phase of BA differentiation, whichstill remains mystery, to identify new molecular targets for drug discovery for the treatment oftype 2 diabetes.
Researchers には、分担研究者を記載する。

【２７指１２０２】「ヒトES/iPS細胞由来褐色脂肪細胞を活用した糖尿病を標的とした新規予防/治療法の開発」
主任研究者：
独立行政法人 国立国際医療研究センター研究所・疾患制御研究部室長 佐伯 久美子【要約】
糖尿病は単独でも日本人死因10位であるが、死因の上位を占める疾患群（悪性新生物・脳血管障害・虚血性心疾患・肺炎）のリスクを増大させるため健康に与える影響は深刻である。近年「燃える脂肪」として褐色脂肪細胞(BA)が注目されているが、我々は「ヒト多能性幹細胞のBA分化誘導技術」（Nishio et al, Cell Metabolism 16,394-406, 2012）を開発し、この技術を駆使してBAが熱産生作用とは独立に糖代謝改善作用を発揮することを見出した。本研究では「BAによる糖代謝改善の分子基盤」を明らかにするとともに、未踏襲領域として残されている「BA初期分化過程を制御する分子機序」を解明することで糖尿病の新規予防/治療法の開発に取り組む。
H27年度の外部発表•英文総説（Nishio et al. World J Stem Cells 8:56-61, 2016）•

国際学会（Poster 2063, Keystone Symposia T2: Diabetes: New Insights into
Molecular Mechanisms and Therapeutic Strategies, Oct 27, 2015, Kyoto, Japan）

課題１

移植

ヒトBA移植による耐糖能向上

ブドウ糖

イソプロテレノール

絶食 (16 h)

3h45m

15m

15m30m

採血

経口ブドウ糖負荷試験

WA：ヒト間葉系幹細胞から作製した白色脂肪細胞
Beige-like: ヒトWAをRosiglitazoneで１週間処理したもの

ヒト多能性幹細胞由来BA（ヒトBA）の移植は、ヒト白色脂肪細胞（WA）の移植による耐糖能悪化を阻止した（左）。一方、ヒトWAをPPARγアゴニスト処理により熱産生に関わるUCP1遺伝子を誘導した細胞（ベージュ様細胞）はその効果を認めなかったことから（右）、BAの「糖代謝改善能」と「熱産生能」は独立の機能であることが強く示唆される。本研究では「BAの糖代謝改善作用の分子基盤」を解明し、新規な糖尿病予防/治療薬の開発に繋げる。

課題２

ヒトBA初期分化過程の解析
BA前駆細胞（PRDM16陽性）
筋芽細胞（背筋）

UCP1

MYF5

PRDM16

神経管

MYF5
脊索PPARG
ACTB
Day0246810

背側大動脈

マウスの研究から、BAはMyf5陽性筋芽細胞（背筋系）に由来することが解っているが、それ以前の発生過程の分子メカニズムは不明である。
本研究では『網羅的転写速度解析』という新しい解析技術を適用して、ヒトBAの初期発生過程を制御する分子基盤を解明することで、糖尿病治療を目指した新規創薬標的分子を同定する。

研究発表及び特許取得報告について

課題番号：

２７指１２０２

研究課題名： ヒトES/iPS細胞由来褐色脂肪細胞を活用した糖尿病を標的とした新規予防/治療法の開発
主任研究者名：佐伯久美子
論文発表
論文タイトル

著者

掲載誌

掲載号

年

Human pluripotent stem cells: Towards therapeutic
development for the treatment of lifestylediseases.

Miwako Nishio, Masako
Nakahara,Akira Yuo,
Kumiko Saeki

World J Stem Cells

Vol. 82016

ヒトES/iPS細胞からの高機能褐色脂肪細胞の作製

西尾美和子、佐伯久美
子

生化学

第87巻

2015

褐色脂肪細胞の再生

佐伯久美子

BIO Clinica

第31巻

2016

学会名

場所

年月

京都

2015年10月

発表先

場所

年月日

特許権者(申請者）（共願は全記載）

登録日(申請日)

出願国

学会発表
タイトル

発表者

KEYSTONE SYMPOSIATM
Miwako Nishio, Masako Diabetes: New InsightsNakahara, Kumiko
into Molecular Mechanisms
Saeki, Akira Yuo
and TherapeuticStrategies (T2)Transcriptional Networks at the Early Stage ofClassical Brown Adipocyte Differentiation are
unraveled by an Integrated Transcriptional
Velocity Analysis

その他発表(雑誌、テレビ、ラジオ等)
タイトル

発表者

該当なし

特許取得状況について※出願申請中のものは()記載のこと。

発明名称（多能性幹細胞由来褐色脂肪細胞、多能性幹細胞由来細胞凝集物と、その製造方法及び細胞療法、内科療法）※該当がない項目の欄には「該当なし」と記載のこと。
※主任研究者が班全員分の内容を記載のこと。

登録番号（佐伯久美子、湯尾明、西尾美和子、川崎正子、佐伯 （2012/4/26）
晃一、長谷川護）(PCT出願後、日本・オーストラリア・中国・欧州・米国への移行手続き中）