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浦上財団研究報告書

Vol.20（2013）＜平成 22 年度助成＞

脳機能に対する食事由来の脂質量増加の影響およびその予防に関する検討
海（静岡県立大学薬学部【要野けい子生物薬品化学分野）

約】

脂質摂取量の増大は、肥満や糖尿病等の生活習慣病のリスク要因であるが、加齢および脳機能への影響については十分な検討が行われていない。本研究では、脂質摂取量の増加による加齢および脳機能への影響およびその予防について検討した。食生活の変化に伴うヒトでの脂質摂取量の増加と同様に、通常の餌の約３倍に脂質量を増加した餌（高脂肪食、HFD）をマウスに摂取させ、体重増加、膵臓および脳機能への影響を検討した。また緑茶カテキンやカフェインには脳老化や肥満を抑制する効果があることが報告されていることから、市販の緑茶飲料と同濃度のカテキンおよびカフェインをマウスに飲水として摂取させ、HFD 摂取に対する予防効果を検討した。その結果 HFD摂取により体重は増加し、成熟期に相当する頃から膵臓β細胞の肥大および脳海馬における遺伝子発現の変化が認められ、老齢期に相当するマウスにおいて脳機能低下が認められるようになった。
一方 HFD と一緒に緑茶カテキン・カフェインを摂取していたマウスでは、体重増加は抑制傾向がみられ、膵β細胞の肥大および脳内遺伝子発現変化は抑制され、老齢期における脳機能の低下も抑制された。これらのことから、長期にわたる食事由来の脂質量増加が脳機能低下を引き起こすことが示唆されるとともに、緑茶摂取が HFD 摂取による影響を予防する効果があることが明らかとなった。

ニズム解明をめざすとともに、食品が有する生体

1．は じ め ににおける機能の一端を科学的に明らかにすること

食生活の変化により、日本人の脂質摂取量は50 年前の約３倍となっている。脂質摂取量の増大
は肥満や糖尿病等の生活習慣病のリスク要因であるが、近年、脳機能低下を引き起こす一因となっ1, 2 )を目的として研究を行った。
2.

実験方法

2-1

実験動物および高脂肪食の投与。われわれも、

C57BL/6 マウスは日本エスエルシー（株）より

高脂肪の食餌がマウスにおいて加齢時に脳機能低4 週齢の雄性マウスを購入した。またトランスジェ下をもたらすことを明らかにするとともに、そのニックマウス（MIP- GFP）は、京都大学予防手段として緑茶カテキンとカフェインの同時

太郎博士よりご分与いただき、本学実験動物施設摂取が、脳機能低下を抑制できることを見いだしで飼育繁殖し実験に使用した。MIP-GFP マウスていることが報告されている

3)

豊田健ている 。また、糖尿病患者数は近年増加の一途

は膵β細胞特異的に蛍光タンパク質（GFP）を発を辿っているが、糖尿病患者において認知症やア現していることから6 )、膵臓での変化を観察する

ルツハイマー病のリスクが高まっていることが、ために使用した。マウスは 12 時間の明暗サイク

疫学調査から報告されている

4, 5 )。そこで本研究では膵臓機能と脳機能との関連に着目し、脂質摂ル、室温 23±1℃および湿度 55±1％の環境下で飼育した。

取量の増大による脳機能への影響、および緑茶カ飼料は高脂肪食（HFD）群には Quick Fat（日本

テキン・カフェインの予防効果についてそのメカクレア（株））、対照群には通常の飼料（CE-2, 日本

脳機能に対する食事由来の脂質量増加の影響およびその予防に関する検討

クレア（株））を自由摂取させた。Quick Fat 中の19

総脂質量は 13.6 ％であり、CE-2（4.8 ％）の約３3-2 高脂肪食摂取および緑茶摂取による膵臓への影響倍の脂質量を含む。マウスの体重は月に１回測定

HFD 投与により膵臓では７月齢の時点で、単離したランゲルハンス氏島（ラ氏島）からのインした。
緑茶（カテキンおよびカフェイン）の投与

スリン分泌能が亢進していることが見いだされた

緑茶カテキン（Sunphenon BG, 太陽化学（株））（図 2）。ラ氏島の形態的変化を、β細胞特異的には 0.5 mg/ml の 濃 度 で、 カ フ ェ イ ン（ 和 光 純 薬

蛍光タンパク質（GFP）を発現するトランスジェ（株））は 0.08 mg/ml の濃度で水に溶解し、マウニックマウス（MIP- GFP）を用い観察した。そのスに自由摂取させた。これらカテキンおよびカ結果、HFD 群では全膵臓中のβ細胞が占める面フェインの濃度は、ペットボトルの緑茶に相当す積が有意に増加したが、HFD と同時に緑茶成分る濃度である。カテキンおよびカフェインの溶液を摂取していた群では、β細胞の増加が有意に抑は週に２回交換し、摂取量を毎回測定した。

制されていることが明らかとなった（図 2）。

2-2

2-3

学習能の測定マウスの自由な探索行動において、新しい場所

3-3

高脂肪食摂取および緑茶摂取による脳機能への影響を探索しようとする性質を利用し、Y 字迷路にHFD 投与開始後 21 月齢になったマウスについおけるマウスの自発的交替行動を調べることによて、迷路を用いて空間作業記憶能を測定した。そり、海馬依存性の脳機能である空間作業記憶能をの結果、HFD 摂取により空間作業記憶能が低下比較した。

し、一方 HFD と同時に緑茶成分を摂取していた

3.

実験結果群では、それが抑制されることが見いだされた（ 図 ３）。解剖し脳湿重量を比較した結果、HFD群のマウスでは脳湿重量が低下し、一方、HFD

3-1 高脂肪食摂取および緑茶摂取による体重への影響と同時に緑茶成分を摂取していた群では脳湿重量

HFD 投与開始２ヶ月目頃より対照群に比べ HFDの低下が抑制された（ 図 ３）。脳湿重量の低下に群で体重が顕著に増加した。一方、HFD を摂取より、脳神経細胞の脱落や神経可塑性の低下が生しながら緑茶成分（カテキンおよびカフェイン）をじていることが考えられたことから、シナプス後摂取していたマウスでは、体重増加が抑制される膜のマーカーとなるタンパク質である PSD95 の傾向にあった（図１）。

発現量を比較した。その結果、HFD 摂取群ではPSD95 の発現量が低下し、緑茶成分摂取により増加することが見いだされた（図３）。
3-4高脂肪食摂取による脳内遺伝子発現の変化HFD 摂取により高齢になると脳の形態的および機能的変化が生じることが明らかとなったことから、次に脳内の遺伝発現がどのように変化しているか検討した。
HFD を 5 ヶ月間摂取した 7 月齢のマウスについて、コントロール群、HFD 群、HFD + Green tea
群について 3 匹のマウス脳海馬より RNA を抽出
図1

高脂肪食および緑茶成分摂取による体重変化

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浦上財団研究報告書

Vol.20（2013）

図2

高脂肪食および緑茶成分摂取による膵臓の変化

図3

高脂肪食および緑茶成分摂取による脳機能の変化

脳機能に対する食事由来の脂質量増加の影響およびその予防に関する検討

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し DNA マイクロアレイ分析を行った。得られた

しろ発現が増加していることが見いだされた（表データの中から HFD 摂取により有意に変化が認１）。更に翻訳の段階に関わる遺伝子について、められる遺伝子を選別し、それらの遺伝子についキーワード別に発現変化の様子を調べたところ、て主成分分析により解析を行った。各個体の遺Ribosomal protein や Mitochondrial ribosomal

伝子発現の変化について、コントロール群を中protein というキーワードで分類される遺伝子で心とし、HFD 群および HFD + Green tea 群におは、そのほとんどが HFD 摂取により発現が低下ける発現の変化の程度を示した（ 図４）。HFD 摂していることが示された。一方 Cell-cell signaling

取の影響は、 図 4 において PC2 方向（縦軸）へのや Insulin-like growth factor というキーワードで変化として認められた。HFD + Green tea 群で分類される遺伝子は HFD 摂取により発現が増加

は PC2 方向にはほとんど変化せず、P C 1 方向（横していることが示された。

軸）への変化として認められた。このことから、
HFD 摂取により生じた PC 2 方向への変化は緑茶

4．考察

成分摂取によりほぼ打ち消され、さらに緑茶成分

わが国においては近年食生活が大きく変化し、摂取による変化が PC 1 方向に現れていると考え食事に占める脂質摂取の割合が 50 年前の約 3 倍られた。に増加している。その増加の程度と同様に、通常次に、どのようなカテゴリーの遺伝子が多く食の約 3 倍に脂質量を増加させた餌（HFD）をマ変化しているか調べたところ、HFD 摂取によりウスに摂取させたところ、体重の増加とともに、翻訳の段階に関与しているものが数多く発現が成熟期に相当する時期に膵臓の形態的および機能減少しており、一方、転写に関わる遺伝子はむ的変化が生じていることが確認された。更に高齢

図4

高脂肪食および緑茶成分摂取による海馬における遺伝子発現の変化

表1

高脂肪食および緑茶成分摂取による海馬における遺伝子発現の変化

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浦上財団研究報告書

Vol.20（2013）になると空間作業記憶と呼ばれる海馬依存性の短caffeine improves brain function in mice chronically fed ahigh-fat diet
Proceedings of The 4 th International Congress on O-Cha (Tea)
Culture and Science (Shizuoka), HB-P-9, Oct 27, 2010期記憶能が低下することが見いだされた。これらのことより脂質摂取量の増加は、肥満や糖尿病を引き起こすだけでなく、加齢に伴う脳機能の低下を促進していることが明らかとなった。
一方、高脂肪食を摂取していても同時に緑茶成分（カテキンおよびカフェイン）を摂取していた
場合は、体重の増加抑制作用は顕著ではないが、脳および膵臓における機能的および形態的変化が有意に抑制されることが明らかとなった。本研究でマウスに用いたカテキンおよびカフェインの濃度は、市販されている緑茶飲料と同程度濃度であることから、緑茶成分の濃度としてヒトでの適用が十分可能である。これらのことから、脂質摂取量が増加した現代の食生活において、脳の老化を予防し脳機能を維持する上で、緑茶摂取の有用性が示唆された。
謝辞
本研究を遂行するにあたり、多大なる研究助成を賜りました（公財）浦上食品・食文化振興財団ならびに関係各位に心から感謝申し上げます。また共同研究者としてご尽力いただきました秋田県立大学
小西智一博士、シカゴ大学 原 真奈美博士に深く感謝いたします。
〔論文（プロシーディング）〕1. Ken-ichi Maeda, Keiko Unno, Hiroyuki Yamamoto, Kazuaki
Iguchi, Minoru Hoshino：Intake of green tea catechin and

2. Hideaki Miyazaki, Keiko Unno, Hiroyuki Yamamoto, ManamiHara, Kazutoshi Sayama, Minoru Hoshino：Suppressive effectof green tea components on overactive ß-cells induced byhigh-fat diet consumption
Proceedings of The 4 th International Congress on O-Cha (Tea)
Culture and Science (Shizuoka), HB-P-10, Oct 27, 2010
文献1) Buettner R, Schölmerich J, Bollheimer LC. High-fat diet:modeling the metabolic disorders of human obesity inrodents. Obesity 2007; 15: 798 -808.
2) Woods SC, D’Alessio DA, Tso P, Rushing PA, Clegg DJ,Benoit SC, et al. Consumption of a high-fat diet alters thehomeostatic regulation of energy balance. Physiol Behav
2004; 83: 573 -578.
3) Unno K, Yamamoto H, Maeda K, Takabayashi F, Yoshida H,Kikunaga N, Takamori N, Asahina S, Iguchi K, Sayama K,Hoshino M. Protection of brain and pancreas from high-fat
diet: effects of catechin and caffeine. Physiol Behav. 2009;
96(2): 262-269.
4) Wang KC, Woung LC, Tsai MT, Liu CC, Su YH, Li CY.
Risk of Alzheimer’s disease in relation to diabetes: apopulation-based cohort study. Neuroepidemiology. 2012;
38(4): 237-244.
5) Domínguez RO, Marschoff ER, González SE, Repetto
MG, Serra JA. Type 2 diabetes and/or its treatment leads toless cognitive impairment in Alzheimer’s disease patients.
Diabetes Res Clin Pract. 2012; 98(1): 68-74.
6) Hara M, Dizon RF, Glick BS, Lee CS, Kaestner KH, Piston
DW, Bindokas VP. Imaging pancreatic beta-cells in theintact pancreas. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2006;
290(5): E1041-1047.

Preventive effect of green tea components, catechin and caffeine, against brain dysfunction caused by high-fat diet feeding in mice

Preventive effect of green tea components, catechin and caffeine,
against brain dysfunction caused by high-fat diet feeding in mice
Keiko Unno
Laboratory of Bioorganic Chemistry, School of Pharmaceutical Sciences
University of Shizuoka
Increased consumption of fat in diet is an important risk factor for not only obesityand diabetes but also aging and brain dysfunction. We investigated the effect of chronic
consumption of a high-fat diet (HFD) on both pancreas and brain functions. Moreover,as green tea catechin has been reported to improve brain atrophy, brain dysfunction andobesity, the effect of catechin and caffeine on brain and pancreas in mice fed HFD wasinvestigated.
Mice (C57BL/6, male) had free access to HFD (Clea) or normal diet (CE-2) from 2 to
7 or 21 months. At the same time, mice drank water containing green tea catechin (0.5mg/ml) and caffeine (0.08mg/ml), of which concentrations were as similar as those in available
green tea. Working memory was measured using Y-maze. The levels of synaptophysin,
PSD95 in cerebral cortex and hippocampus were measured by western blotting. Theeffect of HFD feeding and the ingestion of catechin and caffeine on hippocampus wereinvestigated using DNA microarray analysis. A transgenic mouse with green fluorescentprotein-labeled pancreatic β-cell, MIP-GFP, was used for observation of morphologicalchange in pancreas by HFD feeding.
Obesity was observed in mice fed HFD. The body weight tended to be lower in micefed HFD with catechin and caffeine than in mice fed HFD. Insulin release was significantly
higher in mice fed HFD than control and mice fed HFD with catechin and caffeine at 7
month-old. The area of β-cells in the pancreas was significantly higher in MIP-GFP micefed HFD, though the area in mice fed HFD with catechin and caffeine was similar to thatin control mice at 12-month-old. The cerebral weight, working memory and the levels ofsynapse marker, synaptophysin and PSD95, were lower in mice fed HFD than control andmice fed HFD with catechin and caffeine at 21 month-old. These results indicated thatpancreas was altered in adult (7 and 12 months) mice by HFD feeding and brain function
was lowered in aged (21 months) mice fed HFD. The alterations in pancreas and brain weresuppressed by the ingestion of catechin and caffeine.
On the other hand, the gene expression in hippocampus was significantly alteredin 7- months mice fed HFD. The principal component (PC) analysis of microarray data
indicated that the effect of HFD feeding was clearly appeared and the ingestion of catechinand caffeine restored it to control level. The microarray data showed that the effect of HFD
feeding on brain was already observed in adult (7-months) mice. Additionally, the ingestionof green tea catechin and caffeine essentially reduced the effect of HFD feeding on gene
expression in hippocampus. These results suggest that brain dysfunction is accelerated bychronic HFD feeding and is prevented by the ingestion of green tea catechin and caffeine.

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