2.3.1.2 低線量率放射線の代謝への影響
Influence of Low Dose-Rate Radiation on Metabolism
杉原 崇, 藤川 勝義, 田中 聡, 田中 イグナシャ, 小村 潤一郎
生物影響研究部

Takashi SUGIHARA, Katsuyoshi FUJIKAWA, Satoshi TANAKA, Ignacia TANAKA,
Jun-ichiro KOMURA
Department of Radiobiology
Abstract
To elucidate the influence of low dose-rate (LDR) radiation on metabolism, we have started
quantitative analysis of the amount of low molecular-weight metabolites (metabolome analysis) in the liverof B6C3F1 male and female mice irradiated at a LDR of 20 mGy/day for 300 days (total dose: 6,000 mGy).
Here we report preliminary results obtained this year. We observed changes in the amount of the compounds
involved in the TCA cycle, gluconeogenesis and glycolysis (for example, fumaric acid, malic acid,glyceraldehyde triphosphate and phosphoenolpyruvate) in both male and female irradiated mice. Theseresults suggest that metabolome analysis can be a useful tool for analyzing the biological effects of LDR
radiation.
1. 目的

験計画案に対する助言に従い、実験条件を「雌雄これまで環境研で行われた調査（寿命試験、経時B6C3F1 マウスを 20 mGy/日×300 日（総線量 6,000的剖検実験、低線量放射線生体防御機能影響実験調mGy）照射し、雌雄及び照射／対照の肝臓サンプル査、低線量率放射線に対する生理応答影響実験調査）を全て同時に解析する」とした。平成 30 年度は、雌によって、低線量率放射線照射されたメスマウスに雄マウス各 4 匹に低線量率放射線照射を行い（非照おける肥満や脂肪肝の増加が明らかになっているこ

射も雌雄各 4 匹）、採取した肝臓サンプルをヒューマとから、低線量率放射線照射の代謝への影響を解析

ン・メタボローム・テクノロジー社（HMT 社）に送することが重要であると考えられる。さらに最近、付し、メタボローム解析を行った。さらに、令和元

上記の経時的剖検実験で得られたマウス肝臓の遺伝年度も、平成 30 年度と同様の条件で繰り返し実験

子発現を解析した結果、低線量率照射群で発生したを行い、サンプル数を増やして総合解析を実施する

脂肪肝では、非照射群の自然発生の脂肪肝とは異な予定である。

る遺伝子発現変化が認められることが明らかになった。近年、各種低分子代謝物の量の変化を網羅的に2. 方法測定する技術（メタボローム解析）が、生体内での6 週齢の Specific pathogen free（SPF）B6C3F1 オス代謝への影響を明らかにする強力な手段として用いマウス 8 匹、メスマウス 8 匹（日本クレア）を 4 匹られるようになっている。そこで、本課題では、新ずつ 2 つの実験群（C 群、LD300 群）に分け、2 週たな技術であるメタボローム解析を導入し、低線量間の検疫の後、C 群は 8 週齢から 300 日間 SPF 環境率放射線照射されたマウス肝臓における低分子代謝下で飼育した。一方、LD300 群は 8 週齢から 300 日物量の変化を網羅的に解析した。

間低線量率（20 mGy/日）137Cs-γ線連続照射（集積本調査の前年度の委員会でのメタボローム解析実線量 6,000 mGy）を行った。全ての実験群のマウス

は解剖日の前日から 22 時間絶食させ、照射終了後速Fig. 2 は、因子負荷量の散布図であり、各物質のやかに解剖して肝臓サンプルを得た。その後、HMT測定値と PC1 あるいは PC2 との相関を示す。PC1

社指定の組織溶解液に 30mg の肝臓サンプルを溶解と相関が大きい物質（Type 1）は、雌雄で量が異なし-80 度冷凍保存した後、HMT 社に送付し、メタボるものである。PC2 と相関が大きい物質（Type 2）

ローム解析を行った。

は、少なくともメスマウスにおいて照射群と非照射群で量が異なるものであると考えられる。Type 1 に

3. 成果の概要
2 年間にわたる調査のうちの 1 年分のサンプルを用いて得られた暫定的な結果を報告する。

は、N-アセチルグリシン（N-Acetylglycine）等アミノ酸の誘導体が多く含まれていた。Type 2 には、クエン酸（Citric acid）等の糖代謝関連物質、ミリスト

今年度の解析では、オス／メス、照射／非照射、レイン酸（Myristoleic acid）等の脂肪酸、プロリン

各 4 匹、
計 16 匹のマウス肝臓の水溶性低分子代謝物（ Pro ） 等 の ア ミ ノ 酸 、 S- メ チ ル グ ル タ チ オ ン

約 900 種が、CE-TOFMS（キャピラリー電気泳動-（S-Methylglutathion）等の酸化還元反応関連物質が飛行時間型質量分析）によって定量された。Fig. 1含まれていた。に、主成分分析の結果を示す。各マウスについて、Fig. 3 にパスウェイ解析の結果の一部分を示す。

第 1 主成分（PC1、寄与率 23 %、X 軸）と第 2 主成糖の代謝（TCA サイクル及び解糖系、糖新生）に関分（PC2、寄与率 13.4 %、Y 軸）の得点をプロット係する物質の一部、例えば、グリセルアルデヒド 3したものである。図より、マウスのオスとメスは PC1リン酸（GAP、Glyceraldehyde 3-phosphate）、ホスホにより明確に分離されることがわかる。これは、代エノールピルビン酸（PEP、Phosphoenolpyruvic acid）、謝の性差あるいは代謝に対する性ホルモンの影響がクエン酸（Citric acid）、リンゴ酸（Malic acid）が、非常に大きいことを示していると考えられる。また、照射群で雌雄ともに減少していることが示唆された。

PC2 により、メスでは照射群と非照射群が分離され次年度は、さらにデータを追加するとともに、上るが、オスでは分離されないことが示唆された。こ記で示唆されている低分子代謝物の量の変動を詳細

れは、低線量率放射線長期照射メスマウスで観察さに解析し、低線量率放射線照射による糖代謝への影れる卵巣の内分泌機能の異常が代謝に与える影響が響を明らかにしていく予定である。

大きいものであることを反映していると考えられる。

Non-irradiatedIrradiatedNon-irradiatedIrradiatedFig.1.

Score plot of principal component analysis of the metabolites in the liver of male and female mice
irradiated or non-irradiated at 20 mGy/day for 300 days. n = 4.

0.15

Type2AsnHis

Phe

Type1

TyrGlyPC2-0.05

RiboflavinValdTDP-glucoseTaurocholic acid
UDP-N-acetylgalactosamine-1
UDP-N-acetylglucosamine-1

Isovaleric acidGDP-glucose
Ile Valericacid
GDP-mannose
GDP-galactose

XC0126Trp
Heptanoic acid
1-Methyladenosine

UDP

Guanidinosuccinic acid
Octanoic acid
Pyridoxamine 5'-phosphate

Daminozide
Ala-Ala

XC0071

2-Hydroxyisobutyric acid
Ornithine
Hypotaurine
Cystathionine
Quinolinic acid
AMPUTP-0.1

Octanoyl CoA_divalent
Isovalerylcarnitine
PutrescineN6-Acetyllysine Uric acid
Anthranilic acid
Taurine

Homocitrulline

PicolinicGDPacid
S-Lactoylglutathione

Thiamine GABA
Thiaproline

6-Phosphogluconic acid
Spermidine
Glucose 1-phosphate
Isethionicacid
Glucose 6-phosphate

GTP

1-Methyl-4-imidazoleaceticacid
Subericacid

Carnitine

2-Aminoisobutyric acid
Citric acid
2-Aminobutyric acid
Lauric acid
Myristoleic acid

Type2

Adenylosuccinic acid

-0.15
-0.15

Type1

PenciclovirInosine
Octanoylcarnitine
Nicotinamide

SerUridine
Gulonolactone
Ribulose 5-phosphate
Dyphylline
Acetyl CoA_divalent
GlycerolN6-Methyl-2'-deoxyadenosine
Carnosine
Pyrophosphate
Thr-Asp
Metronidazole
3-Ureidopropionic acid
2-Phosphoglyceric
Acetoacetamide acid
β-Ala-Lys
GlutathioneGlycerophosphocholine(GSH)2-Methylserine
Aminoacetone
Uracil
1-Aminocyclopropane-1-carboxylic
XA0055Tyr-Arg_divalent
6-Hydroxyhexanoicacidp-Toluic acid
IMPacid-2
Cys
Rhein
dIMP
2-Amino-3-phosphonopropionic
Homoserinelactone-2Arg
m-Toluic
acid
Hexylamine
Threonic acid acid
N1-Acetylspermidine
Butyrylcarnitine
Piperidine
2-Deoxyglucose 6-phosphate
Gly-Asp
3-Aminobutyricacid
N1-Methyl-4-pyridone-5-carboxamide
XC0016o-Toluic acid
Homocarnosine
XA0017
Glucaric acid
Cholic acid
Pantothenic acidCDP-cholineacid acid
Fructose 6-phosphate
Isobutyric acidSuccinic
Ascorbic
N-Acetylasparagine
Glutathione (GSSG)_divalentSedoheptulose 7-phosphate
Butyric acid
XC0089Homoserine
S-Adenosylhomocysteine
β-Ala
N-Acetylglucosamine 6-phosphate
Noradrenaline
N6,N6,N6-Trimethyllysine
XA0013
Propionyl CoA_divalent
N-Acetylhistidine
6-Hydroxydopamine
Ser-Glu
Isovalerylalanine-1
Cysteinesulfinic acid
4-Pyridoxicacid
Pipecolic acid Homovanillic UDP-N-acetylgalactosamine-2
N-Acetylgalactosamine
acid
N-Acetylleucine-1
UDP-N-acetylglucosamine-2 N-Acetylmannosamine
Trimethylamine N-oxide
Hypoxanthine
1-Methylnicotinamide
1-Methylhistidine
4-Acetamidobutanoic acid
Pelargonic acid
N-Acetylglucosamine
Thiamine
diphosphate
UDP-glucose
3-Methylhistidine
Triethanolamine
myo-Inositol
2-phosphate
CTP
Fructose 1,6-diphosphateMet
UDP-galactose
N-Acetylcysteine5,6,7,8-Tetrahydrobiopterin
threo-β-Methylasparticacid
XA0012
N-Acetyllysine
Gluconolactone
Gly-GlyPRPP
FAD_divalent
Gly-Leu
N8-Acetylspermidine Dihydroxyacetone phosphate
Terephthalic acidcis-4-Hydroxyproline
Histamine
Spermine
Isovalerylalanine-2CDP
DecanoicThymidine
acid
ADMA
N-Acetylleucine-2
XC0132
sulfoxide
Arg-Glu N-Acetylserine
DiethylaminomalonicMethionineacid
XA0035trans-Glutaconicacid
N-Glycolylneuraminicacid
1-Aminocyclopropane-1-carboxylic acid-1
N-Acetylaspartic acid
Glycocholic acidcis-Aconitic acid
Tyrosine
methyl ester
2'-Deoxycytidine
Isoglutamic acid
Homoserinelactone-1
ErgothioneineADP
Kynurenine Propionic acid
2-Hydroxyvalericacidacid
Imidazolelactic
acid
N-Acetylglutamic
AspGluNMN
Saccharopine
Phenaceturic
acid
N-Acetylglycine
N-Acetylornithine
2-Hydroxybutyric acid
CMP-N-acetylneuraminateacid
Hydroxyproline
Urea Gluconic
Ascorbate 2-sulfate
Choline
S-Adenosylmethionine
UDP-glucuronic acid
N,N-Dimethylglycine
Creatinine
Citrulline
O-Acetylhomoserine
γ-Glu-Cys
γ-ButyrobetainecAMP
Octylamine
Adenosine
Octopamine
XA00193'-Dephospho
CoA
O-Succinylhomoserine
2-Aminoadipicacid
1-MethylhistamineADP-ribose
Glyceraldehyde 3-phosphate
PterinCysteic acid
N2-Acetylaminoadipic acid
NAD+Dopamine
5-Aminovaleric acid
Ethyl glucuronide
XA0003
N-Acetylglucosamine 1-phosphate
5'-Deoxy-5'-methylthioadenosine
3-Indoxylsulfuricacid
Glutaric acid
Glucuronic acid-2ATP3-Aminoisobutyric acidNADH
N6-Methyllysine
Anserine_divalent
3-Hydroxybutyric acidThiamine phosphate
N-Acetylneuraminicacid
Galacturonic acid-24-Amino-3-hydroxybutyricacid
5-Methyltetrahydrofolicacid
Creatineribotide
2-Hydroxyglutaric acid
Ribose 5-phosphate5-Aminoimidazole-4-carboxamide
Argininosuccinic acid
Cytidine
Ethanolamine
2,6-Diaminopimelic acid
N5-Ethylglutamine
AscorbateN-Acetylphenylalanine
2-phosphate
1H-Imidazole-4-propionic acidFMN
N-Acetyl-β-alanine
3-Phenylpropionic acidPyruvic acid
XA0065γ-Glu-2-aminobutyricacid
2-Hydroxy-4-methylvalericacid
XC0061
XA00273'-CMP
4-Guanidinobutyric
Diethanolamine acid
XC01372'-CMP
N-Acetylmethionine
Theobromine5-Methoxyindoleacetic acid
Quinic acid
N-Acetylglucosylamine
3-Guanidinopropionic acid
7,8-Dihydrobiopterin
Isobutyrylcarnitine
GMP
Ribulose 1,5-diphosphate
5-Oxoproline
NADP+
NADPH_divalent
Adipicacid
Glucuronic acid-1
Guanidoacetic acid
1-Pyrroline 5-carboxylic acid
Mucic acid
S-Nitrosoglutathione
myo-Inositol 1-phosphate
Phosphoenolpyruvic acid
Galacturonic acid-1
BetaineImidazole-4-acetic acidN-Ethylmaleimide_+H2O
myo-Inositol 3-phosphate
2,3-Diphosphoglyceric acid
O-Acetylcarnitine
CMP
Phosphocreatine
Adenosine5'-phosphosulfate
Serotonin
Succinyl
CoA_divalent
SDMA
CarboxymethyllysineMethylmalonyl CoA_divalent
Stachydrine
3',5'-ADP
Erythrose 4-phosphate
Malic acid
Betaine aldehyde_+H2O
Guanosine
Fumaric acid
CoA_divalent
XA00333-Phosphoglyceric acid
Ectoine3-Hydroxy-3-methylglutaric acid
UMP
Phosphorylcholine
Ophthalmic acid
Ethanolamine phosphatedCMP
Lactic acid

N-Acetylalanine

Sarcosine

0Adenine

Trimethylamine

Xanthine
ThrN-Acetylglutamine

LysGlnIsobutyryl CoA_divalent

Cysteine glutathione disulfideGlycerol 3-phosphate

Leu

Ala

Ascorbate 2-glucoside

Hexanoic acid
S-Methylglutathione

Xanthosine

Pro0.1

0.05

Galactosamine
Glucosamine

-0.1

-0.05

00.05

0.1

0.15

PC1Fig.2.

Loading plot of principal component analysis.
We define substances with strong association only with principal component 1 as Type 1
and substances with strong association only with principal component 2 as Type 2.

♂Non-irradiated♂Irradiated♀Non-irradiated♀IrradiatedFig.3.

Relative amounts of metabolites illustrated on metabolic pathways (partial)