研究フロンティア（令和年度学術奨励賞受賞論文）

室傍核ダイノルフィンニューロンがグルコース利用阻害による生殖機能抑制を仲介する
土田 仁美，井上 直子，上野山 賀久，束村 博子
名古屋大学大学院生命農学研究科

体は，視床下部の前方の前腹側室周囲核（AVPV，種にはじめによっては AVPV の相同核である視索前野）および視床
哺乳類では，低栄養や飢餓の状態になると生殖機能が下部内側基底部の下方に位置する弓状核に分布してい抑制されることが知られている．この抑制は，著しいエる．そのうち弓状核キスペプチンニューロンは，GnRH

ネルギー不足などにより個体の生存が困難な場合に，妊のパルス状分泌を制御する GnRH パルスジ ェ ネ レ ー娠や出産・授乳などを回避するために哺乳類に備わったター本体であることを最近われわれの研究グループが証戦略であると考えられる ，）．実際，ヒトでも極度な栄養明した ）．弓状核キスペプチンニューロンは，卵巣由来不足は思春期遅発症をもたらすことが知られており ），のエストロゲンの負のフィードバック作用部位であるとまた動物においても低栄養時の妊娠の抑制や出生率の低考えられている．GnRH/LH がキスペプチンニューロン）

下が報告されている ．低栄養状態の動物では，黄体形によってパルス状に分泌され，エストロゲン の 負 の成ホルモン（LH）のパルス状分泌が抑制される ，，）．これ

フィードバックをうける意義は，末梢の性腺刺激ホルモは低栄養の情報が脳内で感知され，LH パルスを駆動すン濃度を適正なレベルに保ち，卵胞を正常に発育させるる性腺刺激ホルモン放出ホルモン（GnRH）のパルス状ためである．

分泌が抑制されることによると考えられる．近年の研究

弓状核のキスペプチンニューロンは，キスペプチンのにより，視床下部のキスペプチンニューロンが，GnRHほかにニューロキニン B（NKB）およびダイノルフィ分泌を第一義的に制御することが明らかとなっている．

ン A を発現していることから，それらの頭文字をとっそこで本稿では，低栄養による生殖機能抑制を担う脳内て KNDy ニューロンとも呼ばれる ， ）． NKB は促進性，メカニズムについて，とくに視床下部室傍核を起始核とダイノルフィンは抑制性の神経ペプチドであることかするダイノルフィンニューロンの弓状核キスペプチン

ら，これらのペプチドの相互作用により，キスペプチンニューロンに及ぼす抑制作用に焦点をあてて概説する．

がパルス状に分泌されると提唱されている（図）．このため，ダイノルフィンはこれまで弓状核の KNDy ニ

キスペプチンニューロンによる哺乳類の生殖制御ューロンを構成する神経ペプチドのつとして着目されてきたが，本研究は，弓状核の背側前方に位置する視床下キスペプチンは，年に GPR （孤児 GPCR のつ）の内因性リガンドとして発見された（当初はメタス）チンと命名）．

年に，性成熟に至らないヒトの原因部室傍核を起始核とするダイノルフィンニューロンが低栄養シグナルにより活性化され，KNDy ニューロンを抑制する役割を担うことを明らかにした点でも意義深い．

遺伝子として GPR の突然変異が示されて以来，哺乳類の生殖におけるキスペプチンの役割が次々と明らかに）された ．現在では，視床下部に分布するキスペプチン低栄養による生殖機能抑制を担う
ダイノルフィンニューロンの役割ニューロンが GnRH ニューロンを直接刺激する上位因子として，哺乳類の生殖機能を第一義的に制御することが明らかにされている．キスペプチンニューロンの細胞低栄養による生殖機能抑制を担うメカニズムの解明のために，グルコース利用阻害剤である―デオキシ―D―グルコース（ DG）を投与したモデル動物を用いること
連絡先：土田仁美
名古屋大学大学院生命農学研究科〒 ―愛知県名古屋市千種区不老町
TEL ： ― ―FAX： ― ―E-mail : tsuchida.hitomi@a.mbox.nagoya-u.ac.jp18

日本生殖内分泌学会雑誌（2021）26 : 18-23が有用である．実際に，成熟メスラットの静脈内に DGを投与し，全身性にグルコース利用を阻害すると，GnRHパルスの指標である LH のパルス状分泌が著しく抑制される ）．また， DG による LH パルス抑制は負のフィー

室傍核ダイノルフィンニューロンがグルコース利用阻害による生殖機能抑制を仲介する

図

図

視床下部―下垂体―性腺軸における性腺刺激ホルモン放出ホルモン（GnRH）パルス発生機構とエストロゲンの負のフィードバックメカニズム視 床 下 部 弓 状 核 の キ ス ペ プ チ ン ニ ュ ー ロ ン（別 名 KNDyニューロン）は，GnRH/性腺刺激ホルモンのパルス状分泌を制御する GnRH パルスジェネレーターとして機能し，卵胞発育を制御する．ニューロキニン B は KNDy ニューロンに促進的に， ダイノルフィン A は抑制的に作用することで，KNDy ニューロンのパルス状の活動が制御されると提唱されている．黄体形成ホルモン（LH）パルスは，GnRH パルスの指標として用いられる．卵胞からのエストロゲンは，KNDy ニューロンに対して負のフィードバック作用を示し，GnRH/LH パルスを適正なレベルに保つと考えられる．

―デオキシ―D―グルコース（ DG）の静脈内（iv）および第 脳室（ V）投与による LH パルス抑制に対する第 脳室（ V）へのダイノルフィン受容体拮抗剤投与の効果
卵巣除去ラットに負のフィードバックレベルのエストロゲンを処置した（OVX + low E ）ラットの静脈内あるいは第脳室への DG を投与すると LH パルスが抑制されるが，DG 投与の直前に，ダイノルフィン受容体拮抗剤（nor―BNI）を第 脳室に投与することにより LH パルスの抑制は阻害される．

与した．Nor―BNI 投与直後にグルコース利用阻害剤 DGを静脈内に投与し，無麻酔無拘束下で時間分間隔の頻回採血を行うことでパルス状 LH 分泌動態を確認した．対照群では，第脳室へ溶媒（滅菌水）を，静脈内へキシロース（ラットがエネルギーとして利用できない糖）を投与した．その結果， DG 投与群では LH パル

ドバック（発情休止期）レベルのエストロゲンにより増）スが顕著に抑制された一方で， DG 投与の直前に第強される ．このことは， 時間の絶食負荷が卵巣除去

脳室へ nor―BNI を投与した群では LH パルスの抑制がラットでは LH パルスを抑制せず，一方で発情休止期レ解除され，血中 LH 濃度や LH パルス頻度は，静脈内へベルのエストロゲンを代償投与した卵巣除去ラットでのDG を投与した群と比べて有意に増加した（図み顕著に LH パルスを抑制することと一致する ）．われダイノルフィンニューロンの細胞体は，視床下部におわれは以前，ダイノルフィンニューロンが雌ラットにおいて室傍核，弓状核，視索上核などの複数の神経核に存いてエストロゲン依存的に LH パルスの抑制を仲介する在するため，どの神経核に存在するダイノル フ ィ ン））．

ことを示唆しており ，このことは低栄養時の生殖機能ニューロンがグルコース利用阻害によるパルス状 LH 分抑制がエストロゲン依存的であることと一致している．

泌の抑制を仲介するかを組織学的に検討した． DG を

そこで本研究では，卵巣除去後に発情休止期レベルのエ静脈内へ投与したストロゲンを代償投与したラット（OVX + low E ラッ核および視索上核について，ダイノルフィン遺伝子とト）を用い， DG 投与による LH パルス抑制に，ダイニューロン活性化マーカーである Fos 遺伝子を二重 inノルフィンとその受容体であるκオピオイド受容体シグsitu hybridization により可視化し，神経核ごとにダイノナリングが関与するかどうかを検討した．

ルフィンニューロンの活性化を定量的に観察した．する

時間後に脳を採取し，室傍核，弓状ダイノルフィンニューロンが低栄養によるパルス状と， DG を投与したラットの室傍核でのみ，ダイノルLH 分泌の抑制を仲介するかどうかを検討するため，フィン遺伝子と Fos 遺伝子の共発現細胞数が対照群に

OVX + low E ラットの第脳室内にダイノルフィン受比べて有意に増加した．これらの結果から，室傍核のダ容体拮抗剤である nor-binaltorphimine（nor―BNI）を投イノルフィンニューロンが低栄養に反応して特異的に活研究フロンティア

19土田仁美他

図DG 投与によって活性化される視床下部ダイノルフィンニューロンの探索
ダイノルフィン遺伝子発現細胞（緑）は，室傍核，視索上核および弓状核に局在するが，静脈あるいは第 脳室への DG 投与により，室傍核ダイノルフィンニューロンにのみ Fos 遺伝子（ニューロン活性化マーカー，赤）発現が増加することから， DG 投与により室傍核ダイノルフィンニューロンが特異的に活性化し，LH パルスの抑制に関与すると考えられる．

性化することが示唆された（図）．

では，第脳室 DG 投与による Fos 遺伝子発現への効果は見られなかった．これらの結果から，後脳で感知さ後脳からの低栄養シグナルによる室傍核ダイノルれた低栄養シグナルは，室傍核ダイノルフィンニューロフィンニューロンを介した生殖機能抑制ンを特異的に活性化し，LH パルスを抑制することが示唆された（図）．

後述するように，後脳には低栄養を感知するシステム

ダイノルフィンの作用部位を明らかにするため，弓状が備わっている．そこで，本研究ではダイノルフィンが核キスペプチンニューロンにダイノルフィン受容体遺伝後脳からの低栄養シグナルによる LH パルスの抑制を仲子が発現するかどうかを検討した．OVX + low E ラッ介するかどうかを検討した．OVX + low E ラットの第トの脳切片を用いて，キスペプチン遺伝子とダイノル脳室に nor―BNI を投与した直後に， DG を第脳室フィン受容体遺伝子の二重 in situ hybridization を行っへ投与し，パルス状 LH 分泌の動態を確認した．対照群

たところ，弓状核のキスペプチン遺伝子発現細胞の約では，第脳室に溶媒（滅菌水）を，第脳室にキシロー％にダイノルフィン受容体遺伝子が共発現しているこ脳室に DG を投与したとが明らかとなった．このことから，ダイノルフィンは群では LH パルスが顕著に抑制された一方で， DG を弓状核キスペプチンニューロンに直接作用することによ脳室へ nor―BNI を投与した群では，りキスペプチンニューロンの活動を抑制し，GnRH/LHスを投与した．その結果，第投与する直前に第DG による LH のパルス状分泌の抑制は解除され，血中 LH 濃度や LH パルス頻度は，第脳室に DG，第パルスを抑制することが明らかとなった（図）．

前述のように，絶食や DG 投与によるパルス状 LH

脳室に溶媒を投与した対照群と比べて有意に増加した分泌の抑制は，雌ラットにおいて性ステロイドホルモン（図の存在下でより顕著となる ， ）．そこで，エストロゲン）．
脳室 DG 投与によって室傍核のダイノがダイノルフィン遺伝子発現へ及ぼす影響を検討した．

ルフィンニューロンが活性化するかどうかを組織学的にOVX ラットと OVX + low E ラットの脳切片を用いて，検討したところ， DG を第脳室へ投与したラットで室傍核，弓状核および視索上核におけるダイノルフィンは，室傍核においてダイノルフィン遺伝子と Fos 遺伝

遺伝子発現細胞数や発現量を解析したところ，弓状核と子の共発現細胞数が対照群に比べて有意に増加した．一視索上核では両群間に有意な差がなかった一方で，室傍方，弓状核と視索上核のダイノルフィン遺伝子発現細胞核では OVX + low E ラットのダイノルフィン遺伝子発さらに，第20日本生殖内分泌学会雑誌

Vol.26 2021

室傍核ダイノルフィンニューロンがグルコース利用阻害による生殖機能抑制を仲介する

図

低栄養時の脳内での生殖機能抑制メカニズム（仮説）
後脳の上衣細胞で感知された低栄養シグナルは，孤束核ノルアドレナリンニューロンにより室傍核へと伝達され，ダイノルフィンニューロンを活性化する．ダイノルフィンは弓状核キスペプチンニューロン（GnRH/LH
パルスジェネレーター）に発現するダイノルフィン受容体を介して同ニューロンを直接抑制する．その結果，パルス状 GnRH/LH 分泌が抑制されると考えられる．

現量が OVX ラットと比べて有意に高かった．このこととが報告されている ）．さらに，雌ラットの室傍核へのから，発情休止期レベルのエストロゲンは，室傍核のダカテコールアミン合成阻害剤の投与は，絶食時や DGイノルフィンの発現を特異的に増加することが示され投与による LH パルスの抑制を阻害する ， ）．これらのた．

知見から，第脳室周辺の上衣細胞によって感知された低栄養シグナルが，孤束核ノルアドレナリン 作 動 性

後脳上衣細胞の低栄養センサーとしての役割と視床ニューロンを介して室傍核に伝達されることで，最終的下部への神経経路に LH パルスが抑制されると考えられる（図）．すな

わち，後脳で感知された低栄養シグナルは，孤束核ノル脳室周囲に存在アドレナリンニューロンにより室傍核へと伝達され，ダする上衣細胞が低栄養シグナルを感知する栄養センサー

これまでの研究から，われわれは第イノルフィンニューロンを活性化し，ダイノルフィンは）であることを示唆してきた ．後脳の上衣細胞には膵臓

GnRH/LH パルスジェネレーターである弓状核キスペプ型グルコキナーゼやグルコーストランスポーターチンニューロンを直接抑制し，その結果パルス状 LH 分が発現しており，脳内のグルコースセンサーとしての役割が泌を抑制すると考えられる（図）．

あることが示唆される ）．実際に，in vitro において後脳由来の上衣細胞の細胞内 Ca ＋濃度が低グルコースに）反応して上昇する ．また，低栄養シグナルとして DG，低栄養シグナルによる血糖値および摂食量の増加にダイノルフィンニューロンは関与しない

ケトン体，AMP 活性化プロテインキナーゼ活性化剤，脳室に投与すると，LHDG 投与によるグルコース利用阻害時には，生体で．よって，低栄養シグナは低栄養状態に反応して血糖値の上昇や，摂食量の増加脳室周辺の上衣細胞により感知され，視床下部が引き起こされる．そこで本研究では，脳内のダイノルにその情報が伝達され，生殖を調節すると示唆される．

フィン―ダイノルフィン受容体シグナリングが DG によさらに，われわれは以前，第る血糖値上昇や，摂食量の増加を仲介しているかどうか

脂肪酸β酸化阻害剤などを第パルスが顕著に抑制されるルは第― ）脳室に投与した順行性の神経トレーサーが孤束核ノルアドレナリン作動性ニューを検討した．Nor―BNI を第ロン，室傍核の何らかのニューロンおよび弓状核のキスを静脈内あるいは第）脳室へ投与した直後に DG脳室へ投与し，その後，時間にペプチンニューロンに観察されることを示した ．第わたり血糖値の変化を測定した．さらに，その後 分間脳室周囲の上衣細胞の近傍の孤束核に細胞体をもつノル自由に摂食させ，摂食量を測定した．キシロースを投与

アドレナリン作動性ニューロンは，室傍核に投射するこした対照群では，血糖値に変化がないのに対し， DG

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他を投与した群では血糖値は対照群に比べて有意に増加した． DG 投与前の脳内への Nor―BNI 投与は， DG による血糖値増加効果を阻害することはなく，血糖値は有意に増加した．摂食量に関しては，対照群では摂食行動はほとんど観察されなかった一方で，静脈内あるいは第脳室に DG を投与した群では対照群と比べて有意に摂食量が増加した． DG 投与前に第脳室へ Nor―BNI を投与した群においても対照群と比べて有意に摂食量が増加し，ダイノルフィン受容体阻害は，摂食量の増加に影響を及ぼすことはなかった．これらの結果から，ダイノルフィンニューロンは，低栄養時の糖新生や摂食量の増加に関与することはなく，GnRH/LH パルスの抑制を特異的に仲介することが示された（図）．

終わりに
本研究では，室傍核を起始核とするダイノルフィンニューロンが低栄養時のパルス状 GnRH/LH 分泌の抑制を特異的に仲介することが明らかとなった．本研究内
容は Endocrinology 誌に掲載されているので，ご参照いただければ幸いである ）．筆者は，本研究が低栄養による生殖機能抑制メカニズム解明の一助となり，さらに本稿で述べたような基礎的知見が臨床の現場で役立つことを願っている．
謝辞本稿は，第 回日本生殖内分泌学会学術奨励賞を受賞した研究内容をまとめたものである．本稿を執筆する機会を与えてくださいました日本生殖内分泌学会理事長 杉野法広先生，第 回学術集会会長 伊藤潔先生，ならびに本誌編集委員の先生方に心から感謝申し上げます．

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