博 士 （ 獣医 学 ） 猪 熊健 一
学 位 論 文 題 名エ ネル ギ ー 代謝に おける 脱共役 夕ンパ ク質 1 (UCPl)の役 割：
遺 伝子 改変マ ウスを 用いた 検討

学位論文内容の要旨
メタボリックシ ンドロームは、先進諸国を中心にその患者数が著しく増加しており、我が国でも深刻な社 会問題になりつっあるが、その基盤にあるのが、肥満による内臓脂肪の蓄積とその機能異 常である。肥満は、エネルギーの過剰摂取のみならず、運動や非ふるえ熱産生によるエネ ルギー消費の低下によって起こるが、エネルギー消費の自律的調節に関わっている機構のーっが、褐色脂肪組織(
brow
nadiposetissue，BAT)に特異的に存在する脱共役蛋白質1(uncouplingprotein1，UCP1）である。

UCP1は、ミトコ ンドリア内膜に存在し、エネルギーを熟として散逸消費する働きを持つ分 子で ある 。UCP1の 活性は、BATに密に分布する交感神経によって調節されている。 すなわち、寒冷暴鱈 や自発的多食などによる交感神経活動亢進に伴って神経終末から分泌されるノルエピネフリン(norepinephrine，NE)が、褐色脂肪細胞膜上のB‐アドレナリン受容体（p‑adrenergicrecepto「，t3‑AR)に作用すると、ホルモン感受性リパーゼが活性化され、細胞内中性脂肪か ら脂肪酸が遊離する。この脂肪酸はUC
P1を直接活性化す ると同時に熱産生基質として酸 化分解される。同様の中性脂肪分解機構は白色脂肪組織(whiteadiposetissue，WAT)に も存 在す るた め、 両 者が 活性 化するとWATから遊離した脂肪酸がBATでのUCP1によって散 逸消費されることとなり、エネルギー消費の増大による 抗肥満効果が期待できる。そこ で本研究の第一章では、脂肪細胞に存在する33‑ARに着目して、これに対 する 選択 的p3‑AR作動薬の 効果とU
CP1の役割に関して、UCP1欠損（UCP1‐knockout，UCP1￣KO）マウス を用いて検討し、野生型（w‖dりpe，WT）マウスでの結果と比較検討した。最初に、D3．A
R作動薬であるCL316，243（CL）を単回投与してその急性効果を調べた
ところ、WTマウスでは、個体レベルでの酸素消費が増加し、BATや直腸温度が上昇したが、UC
P1‐K○マウスではその作用が大幅に減弱していた。しかし、血中遊離脂肪酸の応答は両マ ウス とも 同程 度に みられた。従って、UC
P1・KOマウス は、B3一A
R刺激によるWAT
からの脂肪動員は正常 に起こるものの、BATにおけ る熱産生機能が欠失していることが確認された。次に、カフ ェテリア食を与えて長期間自発的多食にすると、WT、UCP1‐K
Oいずれのマウスも肥満し たが、その後、慢性的にCL投与を行うと、WTマウスにお いてはこの食事性の肥満が改善 されるが、UCP
1．K
Oマウスにおいてはその効果はわずかしか認められないことが明らかに なった。以上の結果から、p3・AR
刺激によって抗肥満作用が発揮される― 228 ‑

ため には、WATから の脂肪酸 遊離を促 すだけ では不十 分であ り、UC
P1の活性化による脂肪酸の消費が必須であると結論された。
第一 章で明らかになったように、交感神経活動の亢進によって起こるBA
T熱産生の主なエネルギー源は脂肪酸であるが、この時グルコースの利用も亢進することが知られている。
例え ば、BAT
もインスリン感受性臓器のーっでありその糖利用はインスリンによって増加するが、一方で寒冷暴露などのインスリン分泌が低下するような条件でも帥｀Tでの糖利用が増加する。この増加は交感神経の遮断によって消失し、交感神経の電気刺激やNEそのものの 投与でも再現される。このような効果は、W
ATや骨格筋などの他のインスリン感受性
組織 ではみら れなぃ ので、BA
Tにはイ ンスリ ンとは別 にNEによ って活性化される糖利用機構 が存在すると考えられるが、その細胞内機構は不明である。そこで第二章では、BA
Tでの グルコー ス利用 とU
CP1による 熱産生との関係を明らかにするために、U
C
P1・KO
マウスを用いて、B
A
Tをはじめとする種々の臓器への2‐デオキシグルコース（2−DG）取り込みに 対する N
Eとインス リンの 作用につ いて調 べ、WTマウ スと比 較検討し た。WTマ ウスではNEや インスリ ンの腹 腔内投与 により、BA
Tと心臓での2‐DG取り込み量が増大した。一方、 U
CP
1‐K○マウスでは、BA
Tへの2‐DG取り込みに対するインスリンの促進効果は同程
度に 認められたものの、NEの効果は認められなかった。BATのアデニンヌクレオチド含量を測 定したと ころ、 W
Tマウスで は、NE投 与によっ てA
MP/・AT
P比が上昇し、細胞内エネルギーレベルが低下したが、UCP
1‐KO
マウスではそのような変化は認められなかった。NEに よって W
Tマウスの B
ATのA
MP‐activatedproteinkinaSe（AMPK） 活性が増 加したが 、UCP1―KOマ ウスで は変化し なかった 。以上 の結果か ら、交 感神経活動の亢進によるB
ATに お け る 糖 利 用 の 亢 進 は 、 UCP
1の 活 性化 → 細 胞内 AMP′ATP比の 上 昇 →AMPKの活性化 と い う 一 連 の 変 化 に よ っ て 引 き起 こ され る こ とが 明 らか と なっ た 。
以上 のように 今回の 研究から 、生体の脂肪エネルギー消費においてUC
P1が重要な役割を果たしており、その活性化が体脂肪軽減・抗肥満に有効であること、が明らかとなった。
さらに、UCP1の活性化はインスリンに依存しなぃグルコース利用も高めることも明らかとなった。従って、UCP1の活性化は、肥満に伴う糖代謝障害を直接改善するのみならず、肥満軽減効果を介して間接的にも改善することとなる。このように本研究を通じて、内臓脂
肪 蓄積 に 伴う メ タボ リ ック シ ン ドロ ームヘの 新しい対策 が示唆され た。

ー 229−

学 位 論 文 審 査 の 要旨
主査

教授

斉藤昌之

副査

教授

伊藤茂男

副査

助教授

副査

室長

木゛村和弘
山下均（国立長寿医療センター）

学 位 論 文 題 名エネルギー代謝における脱共役夕ンパク質1(UCPl)の役割：
遺伝子改変マウスを用いた検討
糖 尿病 、高血圧、高脂血症を併発するメタポリックシンドロームの基盤にあるのが、肥満に よる 内臓脂肪の蓄積とその機能異常である。肥満は、エネルギーの過剰摂取のみならず、 運動 や非ふるえ熱産生によるエネルギー消費の低下によっても起こるが、エネルギー消費 の自 律的調節に関わっている機構のーっが、褐色脂肪に特異的に存在する脱共役蛋白質 1 (uncoupling protein1， UCPl)で あ る 。 UCP1は ミ 卜 コ ン ド リ ア で の 酸 化 的 リ ン 酸 化 を
脱 共 役 し て 脂 肪 酸 エ ネ ル ギ ー を 熱 と し て 散 逸 す る 熱 産 生 分 子 で あ る が 、 in vivo
で のエ ネルギ ー 代 謝 に おけ る 意 義 に つ い て は 不 明 な 点が 多か った 。本 研究 では 、動物 丸ご とで のUCP1゛ の 役 割 に つ い て 、 UCP1ノ ッ ク ア ウ ト (KO)マ ウ ス を 用 い て 検 討 し た 。
ま ず 、 脂 肪 細 胞 に 存 在 す る ロ 3ア ド レ ナ リ ン 受容 体（ 3‑´ ｀R） に着 目し て、 選択 的作 動薬の 効 果 に つ い て 検 討 し た 。 野 生 型 （ WT） マ ウ ス で は 閃 ． AR作 動 薬 の 投 与 に よ っ て 白 色 脂 肪での 脂肪 分解が起こり、遊離した脂肪酸が褐色脂肪で酸化分解されて熱として散逸され、2週 間 後 に は 体 脂 肪 が 減 少 す る こ と が 確 認 さ れ た 。 し か し 、 UCPl‐ KOマ ウ ス で は 白 色 脂
肪で の脂 肪分解は正常通りであるが褐色脂肪での熱産生が起こらず、体脂肪も減少しなかっ た 。 従 っ て 、 即 ． AR作 動 薬 の 抗 肥 満 効 果 に は UCPlが 必 須 で あ る と 結 論 し た 。
肥 満や メタポリックシンドロームでは、脂肪のみならず糖代謝も障害されている。そこ
で 次 に 、 invivoで の グ ル コ ー ス 代 謝 と UCP1の 関 係 に つ い て 、 褐 色 脂 肪 を 始 め と す る 様 々な 臓 器 へ の 2＿ deoxyglucose（ 2・ DG） の 取 り 込み を 指標 とし て検 討し た。 WTマ ウス にノ ルエ
ピ ネ フ リ ン （ NE） を 投 与 す る と 、 褐 色 脂 肪 や 心 臓 へ の 2‐ DG取 り 込 み が 増 加し たが 、骨 格筋な ど 他 の 臓 器 で は 変 化 し な か っ た 。 一 方 、 UCPl‐ KOマ ウ ス で は 褐 色 脂 肪 に 対 す る NEの増 加 効 果 が 消 失 し た が 、 心 臓 や 他 の 臓 器 へ の 2・ DG取 り 込 み は WTマ ウ ス と 同 程 度 で あ った 。 こ の 結 果 は 、 NEに よ る 褐 色 脂 肪 で の 2− DG取 り 込 み に は UCPlが 必 須 で あ る こ と を示 し て い る 。 さ ら に 、 両 マ ウ ス の 反 応 の 違 い を 比 較 検 討 し た 結 果 、 NE→ p‐ AR→ UCPlの活 性 化 → 酸 化 的 リ ン 酸 化 の 脱 共 役 → ATPの 減 少 と 」 ｀ MPの 増 加 → AMP． a弧 vatedpr0・ teinbnaseの 活 性 化 → グ ル コ ー ス 輸 送 体 を 介 す る 2‐ DG取 り 込 み の 増 加 と い う 、 イ ン ス リ ン 非

依存性の細胞内機構の存在を示唆した。
以上のように本研究は、脂肪や糖の代謝にUCP1が重要な役割を果たしていることを示したものであり、メタポリックシシド口ームヘの新しい対策を示唆している。よって審査員一同は上記学位論文提出者猪熊健一氏が博士（獣医学）の学位を授与されるに十分な資格を有するものと認めた。