過食モデル動物を用いた自発走行運動と摂食を統合する中枢制御機構の解明

山内東京大学大学院農学生命科学研究科

緒言啓太郎准教授

自発走行運動がラットの摂食行動に与える影響について検討することを目的とした。

成長ホルモン（GH）はタンパク質同化や脂肪分解の促進作用を通じて基礎代謝量の維持を担う。一方、GH実験方法

分泌不全症ではしばしば過食が見られることから、GHは摂食抑制作用をもつ可能性が示されている。我々が作

hGH-Tg および WT は我々の研究室にて自家繁殖し出したヒト GH トランスジェニックラット（hGH-Tg）

たものを用いた。離乳直後である 4 週齢もしくは性成熟1）は、乳清酸性タンパク質（WAP）のプロモーター後である 10 週齢から自発走行可能なランニングホイー

制御下に hGH 遺伝子を発現するラットで、導入遺伝子ル付きケージまたは単飼ケージで飼育した。
固形飼料（ラのコピー数の少なさから血中 hGH 濃度は低値を示す一ボ MR スタンダード、日本農産工業）および水は自由方、用いた WAP プロモーターが中枢での遺伝子発現をに摂取させた。走行距離、体重、摂食量は１週間ごとに促すため、脳脊髄液中には高濃度の hGH が産生されて計測した。一部の実験では hGH-Tg を 8 週齢からランいる。そのため hGH の負のフィードバックにより内因ニングホイール付きケージで飼育し、12 週齢でその半性のラット GH（rGH）の分泌は著しく抑制されており、数のランニングホイールを不動化して、同様に摂食量と結果として hGH と rGH を合わせた血中 GH 濃度は低体重の変化を計測した。16 週齢時に脳脊髄液、血液をく保たれている 。hGH-Tg は骨格筋発達の低下採取して hGH の濃度を ELISA により測定した。

1）

臓脂肪の増加や内2）など、基礎代謝量の低下を示すとともに、

3）

結野生型ラット（WT）に比べて著しい過食を示す 4,5）。

果摂食は視床下部で産生される NPY、AgRP、POMC、自発走行可能な環境下での飼育が摂食量に与える影響

CART などの中枢性摂食調節因子や、末梢で産生されについて知るために、hGH-Tg および WT を離乳直後るグレリン、レプチンといった分子による制御を受ける。

である 4 週齢からそれぞれランニングホイール付きケー

これまでの我々の研究により、hGH-Tg は摂食抑制作用

ジまたは単飼ケージで飼育した。ランニングホイールにをもつレプチンに対する抵抗性を示すこと 、さらに、おける一週間あたりの走行量は個体による変動が大き

摂食促進作用をもつ末梢血中グレリン濃度や視床下部でかったが、10 週齢以降、hGH-Tg では WT に比べて走の NPY 産生が亢進していること

行量が少なく、以後低値を推移した（図 1）。

4）5）が判明しており、こそれぞれの飼育条件による体重への影響を調べたとこれらが過食の要因となっている可能性が考えられる。
ラットを回転カゴ（ランニングホイール）にアクセス

ろ、いずれも WT、hGH-Tg ともに単飼ケージで飼育し可能な条件で飼育すると、夜間に数 km に及ぶ距離を自た群に比べてランニングホイール付きケージで飼育した発走行する。我々は、従来満腹中枢として知られ、摂食群で有意に減少していた（図 1）。一方、摂食量につい制御を司るとされてきた視床下部腹内側核（VMH）がては、WT では飼育方法の違いによる差は見られなかっ自発走行運動中枢でもあることを見出している 。このたが、過食を示す hGH-Tg ではランニングホイール付

ことは VMH が自発走行運動と摂食量を統合的に調節きケージで飼育した群で有意に減少し、WT と同程度のし、生体恒常性の維持に極めて重要な中枢として機能し値が維持された（図 2）。また走行量と異なり、個体間ている可能性を強く示唆するものである。そこで本研究での摂食量のばらつきはほとんどみられなかった。

6）

次に、自発走行運動による過食の改善が、性成熟後にでは、過食を示す hGH-Tg をモデル動物として利用し、
1

内啓太郎

100000

800

WT
TG

80000

Ct-WT

Body Weight（g）

Running Distance（m/week）

山

60000
40000
20000
056789RW-WT
Ct-TG

600

RW-TG
400

2000

10 11 12 13 14 15 164567Age（week）

8910 11 12 13 14 15 16Age（week）

図 1 離乳直後（4 週齢）からランニングホイール付きケージで飼育した場合の各個体の走行量の推移（左）と体重変化（右）WT：野生型ラット、TG：hGH-Tg、Ct：単飼ケージでの飼育、RW：ランニングホイール付きケージでの飼育（各群 n=4）
400

Ct-WT

Food Intake（g/week）

Food Intake（g/week）

400

RW-WT
300

200

100

04567 8RW-TG
300

200

100

0

9 10 11 12 13 14 15Age（week）

Ct-TG

456789 10 11 12 13 14 15

Age（week）

図 2 離乳直後（4 週齢）からランニングホイール付きケージで飼育した場合の摂食量に対する影響
WT：野生型ラット、TG：hGH-Tg、Ct：単飼ケージでの飼育、RW：ランニングホイール付きケージでの飼育（各群 n=4）

ランニングホイール付きケージでの飼育を開始した場合が不可能な条件にした場合の hGH-Tg の体重、摂食量にも同様にみられるかどうかについて検討を行った。に与える影響について調べた。その結果、hGH-Tg の体

hGH-Tg および WT を 10 週齢からそれぞれランニング重、摂食量は不動化後速やかに増加し、単飼ケージで飼ホイール付きケージまたは単飼ケージで飼育し、摂食量育した群とほぼ同様の値となった（図 4）。この結果から、を一週間おきに測定した。その結果、WT、hGH-Tg とhGH-Tg でみられた過食の改善効果はランニングホイー

もにランニングホイール付きケージでの飼育開始後にはル付きケージという飼育環境によるものではなく、自発一過的に摂食量が減少するものの、WT では摂食量は再走行運動によるものであることが判明した。

度元の値にまで戻ったのに対し、hGH-Tg では元の値まGH が摂食抑制作用をもつ可能性が示されていること、では戻らず、WT とほぼ同様の摂食量が維持された（図さらに hGH-Tg では WAP プロモーターにより中枢で3）。以上の結果から、自発走行可能な環境下での飼育

hGH 遺伝子が発現しているため、脳脊髄液中の hGH がは週齢を問わず、ラットの過食を改善することが明らか高濃度であることから、自発走行運動により中枢の hGHとなった。

遺伝子発現が変化した可能性が考えられる。そこでラン以上でみられた過食の改善は、自発走行運動によるもニングホイール付きケージでの飼育やランニングホイーのではなく、ランニングホイール付きケージという飼育ルの不動化が血中や脳脊髄液中の hGH 濃度に影響を与環境によるものである可能性が考えられる。そこで、飼えるかどうかについて検討を行ったが、hGH-Tg の血中・育途中でランニングホイールを不動化し、自発走行運動

脳脊髄液中の hGH 濃度は、飼育環境の違いによって変2過食モデル動物を用いた自発走行運動と摂食を統合する中枢制御機構の解明

400

Ct-WT

Food Intake（g/week）

Food Intake（g/week）

400

RW-WT

300
200
10009

RW-TG

300
200
1000

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Ct-TG

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Age（week）

Age（week）

図 3 性成熟後（10 週齢）からランニングホイール付きケージで飼育した場合の摂食量に対する影響
WT：野生型ラット、TG：hGH-Tg、Ct：単飼ケージでの飼育、RW：ランニングホイール付きケージでの飼育（各群 n=4）

Body Weight（g）

700
600

Food Intake（g/week）

Ct-WT
Ct-TG
RW-TG
RW-TG locked

500400300200100089101112131415400300200100016Age（week）

Ct-WT
Ct-TG
RW-TG
RW-TG locked

89101112131415Age（week）

図 4 ランニングホイールの不動化が摂食量に与える影響
WT：野生型ラット、TG：hGH-Tg、Ct：単飼ケージでの飼育、RW：ランニングホイール付きケージでの飼育、locked：12 週齢時にランニングホイールを不動化（各群 n=4 〜 5）化が見られなかった（表 1）。このことから hGH-Tg でみことが報告されている。今回、WT および hGH-Tg にられた過食の改善は、自発走行運動が WAP プロモーター

おいても個体間の走行量のばらつきが観察され、なおか制御下にある hGH の遺伝子発現に影響を与えた結果に

つ hGH-Tg の走行量は WT に比べて少ないにも関わらよるものではないことが示された。

ず、
hGH-Tg での摂食量は一様に減少した。このことは、自発走行運動による過食の改善には走行量の多寡ではな

表 1 各飼育条件下における hGH-Tg の脳脊髄液中・く、自由に走行できる飼育環境そのものが重要であるこ

血中hGH濃度
Ct-TG

RW-TG

RW-TG locked

CSF(ng/mL)1150±205

944±551300±194

Serum(ng/mL)

1.92±0.4

3.9±0.4

1.1±0.4とを示すものである。
今回、ランニングホイール付きケージでの飼育開始直後には、WT、hGH-Tg の両者で摂食量の一過的な減少がみられた。しかし WT では 3 週間ほどで摂食量が元の値（一週間あたり約 200 g）に戻ったのに対し、

16 週齢時の濃度を測定した（n=4〜5）

hGH-Tg では WT で通常みられる摂食量に戻って以降、その値は維持された。このことはラットにおいて個体維考

察

持に必要な摂食量（エネルギー）が潜在的にプログラムされており、それが自発走行運動可能な環境下で飼育す

本研究の結果、自発走行運動がエネルギーの過剰な摂ることにより顕性化したものと考えられる。つまり自発取、すなわち過食を改善することが明らかとなった。

走行運動には摂食量を正常化する作用があると言える。

ラットの自発走行運動は個体間でのばらつきが大きい
3

山

内

啓太郎

そうであるとすれば、今回用いた hGH-Tg のみならず物では肥満という現象が見られないのは、過剰に摂取し過食を示す他のモデル動物についても同様の効果がみらたエネルギーを何らかの方法で消費することでこれを回れるかどうかについて検証を行うことは非常に意義のあ避しているためと推察される。本研究で着目した「自発ることであろう。

走行運動」は恐らくこのような過剰なエネルギー消費の生命科学の研究に多用されるラットなどの小型実験動一手段として機能しているものであろう。

物は、ケージ飼育されるのが一般的であり、これらの動今後は、視床下部における摂食調節因子の発現やレプ物を用いることによる数々の知見は、ケージ飼育というチンのシグナル伝達などに注目し、自発走行運動による環境下で得られたものが大部分を占める。一方、自然界摂食量正常化の機序を検討する予定である。に生息するこれらの動物は、積極的に餌を求めて夜間に要活動すること、ランニングホイールにアクセス可能な環約境下で飼育したラットは何ら強制されることなく、「自hGH-Tg をランニングホイールにアクセス可能な条件発的に走行運動を行う」ことを鑑みれば、むしろ自発走下で飼育することにより、その過食が完全に消失するこ行運動が可能な環境での飼育が本来の姿を反映しているとが明らかとなった。
また、その効果はランニングホイーと考えられる。このことは、自発走行運動が動物の生理ル付きケージでの飼育を開始する週齢に依らずみられる機能を正常に維持するうえで極めて重要な意義をもつこことがわかった。以上の結果は、自発走行運動が動物のとを示すものであり、従来ケージ飼育した小型実験動物生理機能を正常に維持するうえで極めて重要な意義をもにより得られてきたさまざまな摂食制御機構に新たな知つことを示すものであると考えられた。

見を附与するだけでなく、さらに広範にわたる自発走行謝運動の役割が将来明らかになる可能性を秘めている。

辞

それでは、自発走行運動にはどのような意義があると本研究の遂行にあたり中心的な役割を果たしてくれた考えられるだろうか。摂食すなわち「食べる」という行

東京大学農学部獣医生理学教室の小松田麦子さんに深く為はヒトをはじめとする動物全てが共通して持つ普遍的感謝いたします。本研究への助成を賜りました公益財団なものである。自然界に生息する動物はその個体の生命法人三島海雲記念財団に心より感謝いたします。

維持と種の保存のために常に餌を探索し続ける。
しかし、
文

自然界で得られる食餌は必ずしも必須な栄養素をバランス良く含むとは限らないため、個体の維持に必要な全て

献1）A. Ikeda, et al, : Endocr. J., 41, 523-529, 1994.
2）K. Yamanouchi, et al, : Exp. Gerontol., 39, 1179-1188,2004.
3）A. Ikeda, et al, : Endocrinology, 139, 3057-3063, 1998.
4）Y. Furuhata, et al, : J. Endocrinol., 143, 535-541, 2000.
5）H. Hozumi, et al, : J. Vet. Med. Sci., 68, 959-965, 2006.
6）T. Yokawa, et al, : Physiol. Behav., 46, 713-717, 1989.の栄養素を充分に採取することは、結果として余分なエネルギーの摂取にも繋がりうる。例えば脂肪はこのような余分なエネルギーを貯蔵し、飢餓に備えるための器官として発達したと考えられ、ヒト、そして最近ではイヌやネコなどの伴侶動物でも過剰な脂肪の蓄積、すなわち肥満が問題視されている。しかし、自然界に生息する動4