離乳期における食事組成と肥満・糖尿病などの代謝性疾患発症リスクに関する基礎研究望

月和樹

静岡県立大学食品栄養科学部栄養生命科学科 助教（現 山梨大学生命環境学部地域食物科学科 准教授）

緒言ける脂肪合成関連遺伝子（FAS、ACCβ）、腸間膜脂肪組織における FAS 遺伝子およびインスリン感受性遺伝

げっ歯類の離乳は、生後 2 週目から始まり、生後 4子（AdipoQ、ALBP お よ び LPL） の 発 現 が、 生 後 13週目には完全離乳する。そのため、哺乳期から離乳期に日目から 27 日目にかけて徐々に増大した。生後 18 日かけて、脂肪の多い母乳から糖質の多い固形食へ食餌組目からの 3 日間の絶食によってこれらの遺伝子の発現は成が著しく変化する 1）。食餌の開始および食餌形態の変顕著に低下したが、再摂食によって通常レベルにまで回化にともない、血中のグルココルチコイドホルモン、甲復した。さらに、肝臓における糖新生関連遺伝子 FBP1状腺ホルモンおよびインスリンなどの身体の形成や機能の発現が絶食によって増大し、再摂食によって低下したの発達を促すホルモンの分泌が亢進する。これらの（図 1A-B）。小腸では、多くの栄養素の輸送体（Slc13a2、食餌およびホルモンの変化に同調して、小腸における糖Slc16a3、Slc28a1、Slc41a2、Abcg5、Abcg7]、βカロの消化吸収関連遺伝子 、肝臓および脂肪組織におけるテン開裂酵素（BCMO1）の遺伝子の発現が離乳後期で脂肪酸合成関連酵素の活性および遺伝子発現増大した（図 1C）
。

2,3）

4）

5,6）が増大する。これらの遺伝子は、栄養素の取り込みおよび蓄積さらに、肝臓における FAS 遺伝子および小腸におけを調節することによって組織の成熟に関与するため、組る BCMO1 遺伝子の離乳後期における発現の増大にと織が成熟していない段階での早期の離乳や、低栄養およもなって、それら遺伝子周辺におけるヒストンのアセチ

び過栄養などの食生活の乱れがこれら遺伝子の発現を撹ル化（図 1D）およびヒストン H3 リジン 4 番目（K4）乱させ、成長後の肥満・糖尿病などの代謝性疾患の発症のメチル化が増大した。

を促進する可能性が考えられている。しかしながら、離2. 離乳期の絶食のその後の耐糖能への影響

乳期の食生活の撹乱が成長後の代謝性疾患の発症に関与

生後 18 日目から 3 日間絶食させたラットに標準固形するかは、ヒトだけではなく、モデル動物においても明飼料を 19 週間与え、その後高脂肪高スクロース食（エ確な根拠はない。
そこで、本研究では、ヒトにおける乳児期・幼児期・ネルギー比率で脂肪 64％、スクロース 14％、デンプン児童期の栄養の意義を探索する前段階として、げっ歯類7％）あるいは低脂肪高デンプン食（エネルギー比率でにおける哺乳期 - 離乳期における栄養素代謝関連遺伝子

脂肪 22％、デンプン 58％）を投与した。投与後 12 週の発現変動を調べ、その発現の撹乱がその後の代謝性疾目に耐糖能試験を行い、14 週目に肝臓および脂肪を採患の発症と関連するかを調べることを目的とした。

取した。その結果、高脂肪高スクロース食を投与した両群（離乳期摂食群および離乳期絶食群）では、低脂肪食方法・結果を投与したそれぞれの群と比べ、体重、肝臓重量、腸1. 離乳期における3日間の絶食の影響間膜重量が高いとともに、耐糖能の悪化およびインスSprague-Dawley（SD）系ラットを生後 18 日目からリンの分泌の亢進が観察された。また離乳期絶食群で21 日目までの 3 日間絶食させた後に（対照群として摂は、同じ食餌を投与した離乳期摂食群と比較して糖負食群をおく）27 日目まで再摂食をさせ、哺乳 - 離乳移

荷 120 分後の血糖値が高く、15-30 分後のインスリン値

行期の肝臓および腸間膜脂肪組織を採取した。肝臓におが低い傾向を示した（図 2A）。さらに、低脂肪食を投1

望FAS0.03

Relative mRNA levels

A0.0213FAS

Relative mRNA levels

1821**136040030018211400

AdipoQ

0131821**027** 30

40202010Slc16a3

2127131821027

Histone H3 acetylationenrichment (%)

D13327027

Liver FAS

271821272013**

18211002713

Fasted during weaning

Slc28a1** 20

Slc41a2

** 30

Abcg5

Abcg8

** 40

027

*

13 days

2013Days after birth4270132701327■013

Jejunal BCMO120 days

2713 days

1.2

27 days2**51013BCMO16**

20400

02130Days after birth2001318LPL

40400200**

13501000.000

600600**ALBP

181000800

Control

Slc13a2

13120020100

600.00

2740

200

0.001

0.01

0.000

27PEPCK10.002**

0.020.001

0.00

FBP1

0.030.003

0.01

500

Relative mRNA levels

樹0.002BC

和

ACCβ0.004*

月20 days*

27 days

0.8*

107000

2000

1000

500

1000

0.4

2000

05000

*

‒9000 ‒3000

Region of the gene (bp)

‒500

1500

2000

5000

図1
Changes of metabolic gene expressions（A-C）and histone acetylation（D）during suckling-weaningtransient period in rats with or without fasting for 3 days from 18 days after birth. A）Liver, B）
Mesenteric adipose tissue, C）Small intestine, D）Histone acetylation around FAS and BCMO1 genes.
Data are expressed as means ±standard error of the mean（SEM）. *P<0.05, **P<0.01; significant
different from the control group（A-B）or 13 days（C）on the respective days by studentʼs t-test, or 13
days by Dunnetʼs test based on one way ANOVA (analysis of variance）（D）. Abbreviations: FAS, fatty acidsynthase; ACC, acetyl-CoA carboxylase; FBP, Fructose-1,6-bisphosphatase; PEPCK, phosphoenolpyruvatecarboxykinase; AdiopQ, adiponectin; ALBP, adipocyte lipid-binding protein; LPL, lipoprotein lipase; Slc,solute carrier family; BCMO1, β-carotene 15,15'-monooxygenase.

2over6000

離乳期における食事組成と肥満・糖尿病などの代謝性疾患発症リスクに関する基礎研究

Plasma glucose (mg/dL)

180

16a aa a160bc ba140
120100800B
Relative mRNA levels

bbbb

300.2b84 ab a0

ACCβ0

Low-fatHigh-fata15aa30Time (min)FBP10Low-fat

High-fat

Relative mRNA levels

2.5FAS800

2.0600

1.5

200

0.5
Low-fatHigh-fat

0Low-fatbaa60

Low-fat, high-starch
Fasted during weaningbHigh-fat, low-starchControlaHigh-fat, low-starch
Fasted during weaning

120PEPCK1*0.80.40High-fat

Low-fat

0.0600

4000

400

2000

2000High-fat

Control

Low-fatHigh-fatLow-fatFasted during weaning

ALBP

6000

*

400

1.00

AdipoQ

Low-fat, high-starchControlb1.2

Control

Cb

4040.0-b80

80.1cbcab
ab120*12c12120

Time (min)

FAS

0.3

60c

Serum insulin (ng/mL)

AHigh-fat

LPL0*

Low-fatHigh-fat

Fasted during weaning

図2Effects of fasting during a weaning period on the blood parameters and mRNA levels of metabolic genes.
A） Concentrations of plasma glucose and serum insulin. B）mRNAs in liver, C）mRNA in mesentericadipose tissue. Data are expressed as means ±SEM. a, b; Values not sharing a common superscript
are signiﬁcantly different（P<0.05; Tukeyʼs multiple range test based on one way ANOVA）. *P<0.05,
signiﬁcant different from the control group by Tukeyʼs test based on two way ANOVA.

与した群の肝臓では、ACCαおよび糖新生関連遺伝子が発症した。この軽度インスリン抵抗性ラットを２群に（PEPCK1）の mRNA が、離乳期摂食群と比べ、離乳分け、一方は高脂肪高スクロース食（エネルギー比率期絶食群において高かった（図 2B）。さらに、腸間膜脂で、脂肪 46％、スクロース 23％、デンプン 14％）を、

肪組織では、AdipoQ および LPL の mRNA 発現量は、もう一方には、同組成の食餌に食後高血糖を抑制する薬

離乳期摂食群と比べ、離乳期絶食群において有意に低剤αグルコシダーゼ阻害剤ミグリトールを添加した食餌かった（図 2C）。

を 22 週間投与した。軽度インスリン抵抗性が発症したラットにミグリトール添加食を投与すると体重および腸3. 離乳直後のラットへの高脂肪高フルクトース食投与

間膜脂肪組織重量の増大が抑制されるとともに、耐糖能がその後の耐糖能へ及ぼす影響が改善した（図 3A）。腸間膜脂肪組織における脂肪酸合

離乳直後の 5 週齢の SD 系ラットに高脂肪高フルク成関連遺伝子（FAS、G6PDH、ME）およびインスリ

トース食（エネルギー比率で脂肪 53％、フルクトースン感受性遺伝子（ALBP、LPL）の発現量がミグリトー23％、デンプン 8％）ならびに 10％フルクトース水をル添加食を投与することによって顕著に減少するととも22 週間摂取させた。その結果、軽度インスリン抵抗性に（図 3B）、FAS 遺伝子周辺のヒストン H3K4 のメチ
3望A

1000

Body weight (g)
b900

a800
700

25a210a180

b20a

15

Control

Insulinresistant

0Insulin
resistant+miglitol

Control

InsulinresistantInsulinresistant+miglitol

90

樹bbaab6a3aa03060120b9bab b120b5

和Oral glucose tolerance test
Glucose (mg/dL)
12 Insulin (ng/mL)

15010600500

Mesentery adipose
tissue weight (g)

月0

1800

Controlbabaaa3060

Insulin resistantInsulin resistant+miglitol
120

180Time after oral glucose administration (min)B
Relative mRNA levels

4.0

2.0

a0.0

0.8

10.0

InsulinresistantInsulinresistant+miglitol

a4.0
2.0
0.0

0.4
0.3

aa0.1

100

0.0

0.00

InsulinresistantInsulinresistant+miglitol

Control

3.0ab1000 2000

Region of FAS gene（bp）

5000

over
5000

0.0aControl

InsulinresistantInsulinresistant+miglitol0

Control

InsulinresistantInsulinresistant+miglitol

IgGb

Controlab

Insulin resistant +miglitol

Insulin resistantaa1a2010Tri-methylation

1.0abaInsulinresistant+miglitol

2.0bb

Insulinresistantb30

aba200

LPL

5040

b300

0.2
ControlALBP

400

0.2Di-methylation‒10000 ‒5000 ‒2000 ‒1000 ‒500

500
b0.4

8.0
6.0

ME0.5ba0.6aControlG6PDH

1.0b1.0

Histone H3K4 modiﬁcationenrichment (%)

C

3.0FAS‒10000 ‒5000 ‒2000 ‒1000 ‒500

11000 2000

5000

Region of FAS gene（bp）

over5000

図3Effects of an α-glucosidase inhibitor miglitol on insulin resistance, mRNA levels of metabolic genes andhistone H3K4 methylations on FAS gene. A）Changes of body weight, mesentery adipose tissue weightand concentrations of glucose and insulin on oral glucose tolerance test. B）mRNA levels of metabolic
genes in mesentery adipose tissue. C）Histone H3K4 methylation around FAS gene. Data are expressed
as means ±SEM. a, b; Values not sharing a common superscript are significantly different （P<0.05;
Fisherʼs multiple range test based on one way ANOVA）. Abbreviations: G6PDH, glucose-6-phosphate
dehydrogenase; ME, malic enzyme.

高糖質食摂取で増大することが報告されている。それゆ

ル化修飾が低下した（図 3C）。

え、哺乳 - 離乳移行期におけるこれらの遺伝子の発現増考

察大は、離乳に伴う高糖質食の摂取の影響が大きいと考え

本研究によって、肝臓および脂肪組織における脂肪合られた。さらに、肝臓における FAS 遺伝子、小腸におけ成関連遺伝子ならびにインスリン感受性遺伝子および、る BCMO1 遺伝子の発現増大にともない遺伝子周辺のヒ小腸の多くの栄養素の消化吸収関連遺伝子の発現が離

ストン H3 のアセチル化および H3K4 のメチル化が増大

乳に伴って増大することが明らかとなった。さらに、肝することが明らかとなった。近年、我々の研究によって臓および脂肪組織におけるこれら遺伝子の多くは、その小腸の糖質の消化吸収関連遺伝子（SI、MGAM および発現が絶食によって顕著に低下することが明らかとなっ

GLUT5）の糖質摂取時の発現増大時および離乳にともた。これまでの研究によって、これらの遺伝子の発現はなう発現増大時には、それら遺伝子周辺のヒストン修飾
4離乳期における食事組成と肥満・糖尿病などの代謝性疾患発症リスクに関する基礎研究（ヒストン H3, H4 のアセチル化およびヒストン H3K4 のと、耐糖能異常およびこれらの遺伝子の発現が正常化す

メチル化 ] が増大することが明らかとなった。ヒストることが明らかとなった。特に、この FAS 遺伝子の発現ンのアセチル化およびヒストン H3K4 のメチル化は、転変動は、同遺伝子周辺のヒストン H3K4 のメチル化修飾

写開始複合体および転写伸長複合体をクロマチンに集合の変動を伴うものであった。それゆえ、離乳期・離乳直させることによって転写を増大させる。これらのヒスト後の食習慣の撹乱は、体内に蓄積し耐糖能異常を誘導すン修飾は、後天的にクロマチン上に記載される情報すなる可能性が高いと考えられた。さらに、その蓄積はヒスわちエピゲノム情報の一つである。それゆえ、離乳に伴トン修飾を介している可能性が考えられた。今後、ヒト

う高糖質食の摂取というシグナルがクロマチンのヒストにおいてその妥当性を調べる必要があると考えられる。

4,7,8）

ン修飾として蓄積し、遺伝子発現を増大させたと考えら要れた。さらに、本成果は、離乳期における食習慣の撹乱

約以上の結果より、離乳期・離乳直後の生活習慣は体内がエピゲノム異常を誘導し、その後の代謝異常が誘導しにエピゲノム情報として蓄積し、成長後の代謝性疾患のうる可能性が考えられた。

発症リスクを増大させる可能性が示唆された。

この仮説を証明するために、本研究では、離乳期の 3日間絶食の後に標準固形飼料を 19 週間与え、その後高謝

脂肪高スクロース食あるいは低脂肪高デンプン食を 14

辞週間投与し、肝臓、腸間膜脂肪組織の遺伝子発現と耐糖本研究に対して援助をしていただいた公益財団法人三能との関連を調べた。その結果、高糖質高スクロース食

島海雲記念財団に深く感謝いたします。本研究は、静岡を摂取した離乳期絶食群の肝臓における脂肪合成関連遺県立大学

伝子および糖新生関連遺伝子の発現が高糖質食を摂取し尚教授、研究室の所属学生の協力のもとに行われたもの

た離乳期摂食群と比較して高いとともに、腸間膜脂肪組です。ここに感謝します。

食品栄養科学部

栄養生理学研究室

合田敏

織におけるインスリン感受性遺伝子の発現が低いことが文明らかとなった。さらに、離乳期絶食群では、離乳期摂食群と比較して高脂肪食摂取群、低脂肪食摂取群ととも

献

1）R.S. Redman and L.R. Sweney: J Nutr. 106, 615-626,1976.
2）S.J. Henning: Am J Physiol. 235, E451-456, 1978.
3）J. Girard,et al,: Gut. 19, 1088, 1978.
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7）K. Mochizuki, K. et al,; Mol Nutr Food Res. 54, 14451451, 2010.
8）S. Yorita, et al,; Biosci Biotechnol Biochem. 73, 933935, 2009.に耐糖能の悪化およびインスリン分泌能の低下が観察された。それゆえ、離乳期の絶食シグナルが体内に蓄積することによって、肝臓における脂肪合成関連遺伝子および糖新生関連遺伝子、および腸間膜脂肪組織におけるインスリン感受性遺伝子の発現を変動させ、耐糖能が悪化した可能性が考えられた。さらに、離乳直後に高脂肪高フルクトース食を与えると、耐糖能が悪化し脂肪組織における脂肪合成関連遺伝子（FAS など）の発現が増大することが明らかとなった。さらに食後高血糖を抑制する

5