【研究報告】（自然科学部門）

大脳新皮質形成におけるオメガ 3 脂肪酸 DHA と EPA の異なる役割の解析

酒寄東北大学大学院医学系研究科（現緒言

福島県立医科大学医学部信幸

博士課程特任助教）ことを目的とした。

オメガ 3（ω-3）多価不飽和脂肪酸（PUFA）は細胞膜を構成する重要な要素であり、かつ種々のシグナル伝方法

達物質の前駆体としても重要な役割を担う物質である。

1.

供試動物

ω-3 PUFA は哺乳類の体内において新規に合成されず、

野 生 型 C57BL/6 マ ウ ス を 日 本 ク レ ア よ り 購 入 し、食物を介して摂取しなければならない必須脂肪酸であ- マウスを米国ハーバード大学より導入した。

り、文字通り必須の栄養素として知られている。私はこ

マウスには EPA 合成の基質を提供するため、omega-6れまで、神経系を形成する材料となる細胞である神経幹PUFA 高含有飼料2）を投与した。13 週齢の雌マウスを野細胞をラット胎仔大脳皮質原基から培養し、代表的な生型（WT）雄マウスと交配させ、妊娠させた後に仔のω-3 PUFA であるドコサヘキサエン酸（DHA）を培養解析を行った。ここでは、神経幹細胞の下層・上層神経液中に添加することにより、DHA が神経幹細胞の増細胞産生の転換期にあたる胎生 14 日目8）、および大脳新殖と神経細胞への分化を制御することを見出し、ω-3皮質 6 層構造の形成が完了している生後 10 日目の仔マウ

PUFA が 大 脳 新 皮 質 形 成 を 制 御 す る 可 能 性 を 報 告 しスを解析した。すべての動物実験は東北大学医学部動物1）-実験委員会の許可を受けて実施した。

た 。また、ω-3 PUFA 欠乏飼料を妊娠ラットに投与することにより、その仔における大脳新皮質の神経細胞層の低形成が起こること2）や、DHA が成体ラット海馬に

2.

3）脂肪酸組成分析

おける神経新生に必要であること が他研究グループか仔 の 脳 を 摘 出 後、 ク ロ ロ ホ ル ム・ メ タ ノ ー ル 混 和ら発表されている。現在、世界中の多くの国々において溶液を用いて脂質を抽出し、脂肪酸残基をメタノール4, 5）ため、ω-3塩酸によりメチル化させ、脂肪酸メチルエステルをヘキ

PUFA の神経発生における役割の解明は非常に重要で

サンにより抽出後、Agilent 6890 ガスクロマトグラフある。

（Agilent）を用いて脂肪酸組成を定量した。ここではペω-3 PUFA の摂取不足が報告されているンタデカン酸を内部標準として添加した。

DHA は そ の 前 駆 体 で あ る エ イ コ サ ペ ン タ エ ン 酸（EPA）から合成されるが、DHA と EPA はそれぞれ異3.

なる代謝産物へ変換されることから、同じ ω-3 PUFA組織解析であっても異なる役割を担っている可能性が考えられ4％パラホルムアルデヒド溶液を用いて仔マウスを還る。しかしながら脳内の EPA は非常に早く酸化され流固定した後、脳を摘出し、30％スクロース溶液を用い6）る ため、脳における EPA の機能を解析することは容てスクロール置換を行い、凍結後に 12 μm（胎生 14 日易ではない。そこで本研究では、ω-6 PUFA であるアラ目におけるサンプル）または 40 μm（生後 10 日目におキドン酸を EPA に変換する、哺乳類には本来存在しなけるサンプル）の凍結切片を作成した。切片は免疫染色

い Fat-1 酵素をコードする遺伝子をマウスに組み込んだの後、LSM5 共焦点顕微鏡（Zeiss）を用いて撮影、定量- トランスジェニックマウス7）を用い、飼料ではなした。各領域の厚さは μm、細胞密度は 5.0×103 μm2（図く代謝によって EPA を脳において効率的に増加させ、3、Pax6）、3.0×10 3 μm 2（図 3、Tbr1）、4.0×10 4 μm 2

大脳新皮質形成における DHA と EPA の役割を解明する（図 4）あたりの陽性細胞数にて示した。
1酒4.

寄信

EPA 代謝産物の網羅的定量

幸ω-3 PUFA であるリノレン酸の組成において、二群間にUPLC高速液体クロマトグラフ（Waters）・QTRAP5500差は認められなかった。よって、WT マウスと- マ9）タンデム型質量分析計（Ab Sciex）を用い、先行報告

ウスの脂肪酸組成において有為な差が認められた脂肪酸に基づいて行った。全脳における存在量を pg 単位にては DHA と EPA に限られることから、この 2 群を比較す示した。

ることにより DHA と EPA の相対的な役割を解析することが可能である。

5.

神経幹細胞の培養

続いて仔の脳における組織解析を行った。まず胎生
10）

神経幹細胞の培養は先行報告

14 日目における大脳皮質原基を様々な領域において解に基づいて行った。

析したところ、大脳皮質原基全体の厚さ（図 3A、E、培養には胎生 14 日目の大脳皮質原基を用いた。

I）、Pax6 陽性神経幹細胞層（図 3B、F、J）、β3 tubulin
6.

統計処理

陽性幼弱神経細胞層（図 3C、G、K）、Tbr1 陽性成熟神各試験の結果は平均±標準誤差にて示した。群間に経細胞層（図 3D、H、L）において有為な差は認められおける有為差は * ＜0.05、** ＜0.01 にて示した。

なかった。しかし生後 10 日目の大脳新皮質においては、一次運動野における Ctip2 陽性第 5 層の神経細胞密度が結果増加し、Cux1 陽性第 4-2 層の神経細胞層の厚さが減少しまず仔の脳における脂肪酸組成を分析したところ、2た（図 4A–C）。また、一次体性感覚野における Foxp2

群間における総 ω-3 PUFA 組成には差が認められない

陽性第 6 層の神経細胞密度が増加し、Ctip2 陽性第 5 層のものの、DHA 組成の減少と EPA 組成の増加が- マ神経細胞密度が増加し、Cux1 陽性第 4–2 層の神経細胞ウスにおいて認められた（図 1、2）。また、総飽和脂肪層の厚さが減少した（図 4D–F）。また、一次視覚野に酸、総一価不飽和脂肪酸、総 ω-6 PUFA、もう一つのお け る Foxp2 陽 性 第 6 層 の 神 経 細 胞 密 度 が 増 加 し、

図1

胎生 14 日目の全脳における ω-3 PUFA 組成解析

図3

図2

生後 10 日目の全脳における ω-3 PUFA 組成解析

胎生 14 日目の大脳皮質原基の組織解析
2大脳新皮質形成におけるオメガ 3 脂肪酸 DHA と EPA の異なる役割の解析

図4

生後 10 日目の大脳新皮質の組織解析

おいては下層神経細胞の増加という表現型は見られない（酒寄ら、未発表）ため、- マウスにおいて見られた表現型は EPA の増加によるものと考えられる。以上より、DHA は上層神経細胞の産生に、EPA は下層神経細胞の産生に関わっていることが示唆された。
図5

現在、胎生 14 日目の全脳における 17,18-EpETE 量- マウス由来の神経幹細胞の初代培養系により、下層・上層神経細胞産生の転換の細胞生物学的解

Ctip2 陽性第 5 層の神経細胞密度が増加し、Cux1 陽性第析を行っている。しかし Fat-1 は培養中の神経幹細胞に4–2 層の神経細胞層の厚さと神経細胞密度が減少した

おいてもアラキドン酸から EPA を合成し続けるため、（図 4G–I）。 よ っ て、DHA が 減 少 し EPA が 増 加 し た

本培養条件下では神経幹細胞の維持に必要なアラキドン- マウスにおいては、Foxp2 または Ctip2 陽性の下層酸1）が枯渇してしまい、神経幹細胞の維持ができなくな神経細胞が増加し、Cux1 陽性の上層神経細胞が減少しることを見いだしている。現在は培養液の組成の最適化たことがわかった。

を行っているところであり、最適化が完了し次第、神経続いてこのような組織学的表現型を引き起こした分幹細胞における下層・上層神経細胞産生の転換の詳細な子を同定するため、胎生 14 日目の胎仔全脳における解析を行う。

EPA 代謝産物の網羅的定量を行ったところ、大きなω-3 PUFA は必須の栄養素として知られ、抗炎症作変動を示した代謝産物としてシトクロム P450 による用や抗がん作用を有するなど多くの有益な効果があるこ

酸 化 物 で あ る 17,18 エ ポ キ シ エ イ コ サ テ ト ラ エ ン 酸とが知られている。日本では 2010 年に厚生労働省によ（17,18-EpETE）を同定した（図 5）。

り、18 歳以上の日本人男女すべてにおいて 1 日 1 グラム以上の ω-3 PUFA の摂取が望ましいと定められ、2012

考察

年の消費者庁の「食品の機能性評価モデル事業」におい

胎生 14 日目においては有為な表現型が認められなて、ω-3 PUFA は数ある健康食品の中で唯一の A 評価

かったにも関わらず、生後 10 日目においては下層神経を受けた項目のある栄養素である。ヒト脳機能における細胞の増加と上層神経細胞の減少が認められた。神経幹ω-3 PUFA の有益性も多くの疫学研究や介入試験によっ細胞は、神経細胞産生の初期に下層の神経細胞、後期にて示されており、ω-3 PUFA 摂取不足が記憶・学習など

8）上層の神経細胞を作り出す ため、本研究結果から、本の脳機能の低下に関連していることが示されている11）。

来であれば胎生 14 日目に起こる神経幹細胞の下層・上

このように ω-3 PUFA が非常に重要な栄養素であるこ層神経細胞産生の転換が、- マウスにおいて増加しとは広く認識されているが、実際の食事摂取基準においた EPA、または減少した DHA によって遅延させられたては ω-3 PUFA の実体である DHA と EPA は同じもの可能性が示唆された。しかし単純な DHA 欠乏マウスにのように扱われている。本研究は DHA と EPA の神経発3酒寄信

幸生における役割に違いがあることを示すものであり、現摂取量」という指標を「DHA 摂取量」と「EPA 摂取量」

在の食事摂取基準における「ω-3 PUFA 摂取量」というとに分けて目安量を検討する必要性を示唆している。

指標だけでは不十分であり、今後は「DHA 摂取量」と
謝「EPA 摂取量」とに分けて目安量および推奨量の検討を辞
本研究課題を遂行するにあたり、公益財団法人三島行う必要性を示唆している。

海雲記念財団のご支援を賜りました。財団関係者の皆様
要約に厚く御礼申し上げます。

ω-3 PUFA は細胞膜の構成要素であり、かつ脂肪酸代謝産物の前駆体としても重要である。ω-3 PUFA の実体文である DHA と EPA はそれぞれ異なる代謝産物へ変換さ

1） N. Sakayori, et al.:
, 16, 778–790, 2011.
2） P. Coti Bertrand, et al.:., 136, 1570–1575, 2006.
3） E. Kawakita, et al.:
, 139, 991–997, 2006.
4） A. P. Simopoulos:., 79, 961–970, 2000.
5） A. P. Simopoulos, et al.:, 4,65–68, 2011.
6） M. Igarashi, et al.:
, 89, 403–412, 2013.
7） J. X. Kang, et al.:
, 427, 504, 2004.
8） T. Takahashi, et al.:., 19, 10357–10371, 1999.
9） M. Arita:., 152, 313–319, 2012.
10） B. A. Reynolds, et al.:., 12, 4565–4574, 1992.
11） A. S. Ryan, et al.:
, 82, 305–314, 2010.

れることから、同じ ω-3 PUFA であっても異なる役割を担っている可能性が考えられる。そこで本研究では、
EPA の増加と DHA の減少が見られる- マウスを用いて大脳新皮質形成における DHA と EPA の役割を解析した。組織学的な解析により、- マウスにおいて大脳新皮質下層における神経細胞の増加と上層における神経 細 胞 の 減 少 が 認 め ら れ、DHA は 上 層 神 経 細 胞 の、EPA は下層神経細胞の産生に関わっていることが示唆された。本研究は、食事摂取基準における「ω-3 PUFA

4献