脂質代謝系を介した新たな摂食制御機構の解明
─脳内摂食中枢におけるケトン体利用効率の影響について─森浩

京都府立医科大学大学院 総合医療医学教育学
諸

言

子

助教

剰摂取に警鐘を促し、脂質を中心とした代謝系の安全性

国内では肥満防止と肥満解消のために、カロリー制限と重要性を見直す必要がある。先に述べたように、積極とともに脂肪の摂取を制限する食事指導の取り組みがな

的な脂質の摂取による肥満の改善とその安全性は全身レされている。脂質を摂りすぎると肥満になりやすく、コベルで確認されている。糖質摂取を制限し、かつ脂質をレステロールが高くなり血管系疾患の原因となり得ると積極的に摂取している場合には、脳はケトン体をエネルいう説に基づいているようであるが、近年の研究によっギー源として利用している。ケトン体とは肝細胞によって脂質の摂取が肥満や血管系疾患の原因ではないことて脂肪酸から生合成されるエネルギー基質であり、血中が明らかになっている。脂質が肥満の原因であるとのケトン体は全身に分配され、ミトコンドリア内における説は 1960 年代から米国を中心に広がったが、実はその酸化的リン酸化を経てＡＴＰが取り出され、全身組織の後 1971 ～ 2000 に行われた全米健康調査（NHANES）

エネルギー源として使用されている 6）。脳には血液脳関によって脂肪の摂取が肥満の原因であるという見解が門が存在する為、脂肪酸やアミノ酸などの高分子化合物

誤っていたことが示されている（MMWR Morb Mortalは脳内に到達することができないが、ケトン体は脳内にWkly Rep 2004）。調査期間中の約 30 年間にわたって移行できるエネルギー基質である。
このときケトン体は、全米をあげて脂肪の摂取比率を減らす努力の結果、逆にグルコースが枯渇した栄養状況下において脳が必要とす

肥満率が倍増したことが報告された（脂質を制限した結るエネルギー量の 3 分の 2 から 4 分の 3 を供給すると果、糖質の摂取割合が増えていた）。それ以来、欧米諸言われているが、脳の各領域によってこのケトン体の利国では肥満や生活習慣病の主要因は糖質の過剰摂取であ用効率に違いがあるのかは分かっていない。本研究でることが認識され、低脂肪高炭水化物食による従来は、脳内でのケトン体利用の実態を明らかにするために、の栄養指導の問題点や今後の栄養指導の指針に関する議

免疫組織化学染色法によってケトン体からのエネルギー論が高まっている。ここ数年では脂質摂取の重要性の見産生に関わる CoA 転移酵素（succinyl-CoA:3-ketoacid

直しがなされており、脂肪の摂取を控えるよりも、糖質

CoA transferase: SCOT）の詳細な分布を調べ、マッピの摂取を控えた食事に減量効果があることが解明されてングを行った。

いる

1, 2）。糖質を制限し脂質代謝が亢進した身体状態で3, 4）

は末梢の脂肪組織から脂肪酸遊離が亢進しエネルギー源

実験方法

として効率よく消費されるからである。さらに糖質を過1

サンプリング剰摂取しない状態であれば、積極的な脂質摂取は血中コ

実 験 動 物 は、SD 系 ラ ッ ト（ 雄 10 週 齢 ） お よ び

レステロール値を正常化し、心血管疾患、癌、冠静脈疾

C57BL/6 マウス（雄 10 週齢）を使用した。ラットおよ患のリスクを上昇させないことも明らかとなった

4, 5）

。

びマウスは清水実験材料より購入し、12 時間の明暗サ

健康に害をもたらすイメージを抱きがちな脂質である

イクル、室温 22 度 ± ２℃にセットしたケージ内で 1 週が、脂質は必須栄養素であり、細胞膜を構成しコレステ間飼育し、実験に使用した。ラットおよびマウスに 2%ロールやステロイドホルモン等の生理活性物質の原料とisoﬂurane による麻酔を導入し、4% パラホルムアルデ

なる重要な物質である。現代の生活では精製炭水化物やヒドで灌流固定後、脳を取り出し一週間 25% ショ糖液

糖類を多く含む食品が大量に消費され、現代人は糖質のに浸析し保存した。保存した脳を取り出し、クライオス

過剰摂取の状態にある。日本国内においても、糖質の過タットで冠状断脳切片（40 μm）を作成し、サンプルと
1

森

浩

した。なお、本研究における実験動物の取り扱いは、京都府立医科大学実験動物承認委員会の承認を受け実施した。

表1

ラット脳の各領域における SCOT 免疫陽性反応

RegionDensity

Cerebral cortex

免疫組織化学染色法

2子

Primary motoer nucleus
Somatosensory cortex
Auditory cortex
Visual cortex
Cingulate cortex
Agranular nucleus
Retrosplenial cortex
Perirhinal cortex
Piriform cortex

ラットおよびマウスの脳内の SCOT の分布を調べる
ために、脳の連続スライスを用いて SCOT に対する免疫組織化学染色を行った（160 μm おきに 40 μm 切片を回収し解析に使用した）。一次抗体として HPA012047（anti-OXCT1, SIGMA）、ビオチン二次抗体および酵素

Hippocampal formation

標識抗体としてヒストファイン SAB-PO（R）キット（ニチレイ）を使用し、DAB で発色させた。また、隣接する切片にたいして Nissl 染色を行った。Nissl 染色液には Cresyl Violet を用いた。蛍光二重免疫組織化学染色
anti-GFAP, SIGMA）を使用、二次抗体として Alexa
Fluor 488 goat-rabbit IgG（Molecular Probes, Inc.）、

++
++
+++
++

Lateral septal nucleus
Medial septal nucleus
Nucleus of diagonal band

++
++
-

Nucleus accumbens
Caudate putamen
Olfactory tubercle
Globus palliduse xt.
Globus palliduse int.
Island of Calleja
Substrantia innomirata
Subthalamic nucleus-

Medial amygdala dorsal
Medial amygdala ventral
Cortical amygdalaCentral amygdala medial
Central amygdala lateral
Basolateral amygdala

+++
+++
++
+++
+++
++++

Dorsolateral geniculate
nucleus
Ventral posterolateral nucleus
Ventral posteromedial nucleus
Posterior nuclear group
Ventrolateral nucleus
Ventromedial nucleus
Mediodorsal nucleus
Anterodorsal nucleus
Anteroventral nucleus
Anteromedial nucleus
Lateral posterior nucleus
Laterodorsal nucleus
Paraventricular nucleus
Paratenial nucleus
Intermediodorsal nucleus
Central nucleus
Central medial nucleus
Paracentral nucleus
Parafascicular nucleus
Reuniens nucleus
Rhomboid nucleus+++

Basal ganglia

Alexa Fluor 546 goat-mouse IgG （Molecular Probes,Inc.）を使用した。各切片はスライドガラスにマウント
し永久切片とし観察に用いた。
観察、分布の解析およびブレインマップ作成

Amygdala

脳の連続スライス切片は、デジタルカメラ付き顕微鏡
DN-107T（AS TOOL）で撮影・画像取り込みを行った。
取り込んだ画像は Photoshop（Adobe Systems）上でトリミングした後、測定範囲を 0.1 mm2 と定め、陽性細胞数をカウントした。SCOT 陽性細胞の分布の密度は、ThalamusNissl 染色陽性の細胞数に対する SCOT 陽性細胞の割合
で示し、その値に応じてスコア化した。マッピングにあたっては、SCOT 陽性細胞の分布域を示すとともに、各領域における SCOT 陽性細胞の密度に応じて色付けをした。マッピング作業での画像処理には Photoshop を用いた。各脳領域の用語については、Paxinos らによる“The mouse brain”7） を参照した。蛍光観察には LSM
700（Carl Zeiss）を使用した。
結CA1 field of Ammon’s horn
CA2 field of Ammon’s horn
CA3 field of Ammon’s horn
Dentate gyrus
Septumでは、一次抗体として HPA012047 および G3893（mouse

3

+++
+++
+++
++
+++
++++
++++
+++
+++

果

ラット脳内におけるSCOT免疫陽性細胞の分布
ラット（SD系、雄10週齢）の脳内のSCTO免疫陽性細胞の分布を表1に示す。SCOT免疫陽性細胞は大脳皮質の一次運動野（primary motor nucleus）、体性感覚皮質（somatosensory cortex）、聴覚皮質（auditory cortex）、
視覚皮質（visual cortex）、帯状皮質（cingulate cortex）、
2

+++
++
++
++
++++
+++
+++
+++
+++
++
+++
++++
+++
+++
+++
-

脂質代謝系を介した新たな摂食制御機構の解明 ─脳内摂食中枢におけるケトン体利用効率の影響について─

無顆粒島皮質（agranular nucleus）、膨大後部皮質

表 1 ラット脳の各領域における SCOT 免疫陽性反応（続き）
Region（retrosplenial cortex）および大脳辺縁系皮質の嗅周皮

Density質（perirhinal cortex）、梨状皮質（piriform cortex）に高密度に分布していた。400倍で観察したところ、皮Hypothalamus
Periventricular nucleus
Vascular organ of lamiraterminals
Medial Preoptic nucleus
Anteroventral periventricular
nucleusMedial preoptic area
Medial Preoptic nucleus
Parastrial nucleus
Lateral preoptic nucleus
Magnocelluar preoptic nucleus
Ventrolateral preoptic nucleus
Suprachiasmitic nucleus
Anterior hypothalamic area
Anterior Area anterior part
Anterior Area central part
Anterior Area posterior part
Lateral hypothalamic area
Supraoptic nucleus
Arcuate nucleus
Ventromedial nucleus
Dorsomedial nucleus
Medial tuberal nucleus
Magnocellular necleus
Posterior hypothalamic area++

Premammillary nucleus
Medial mammillary nucleus
Lateral mammillary nucleus
Supramammillary nucleus++

質領域ではとくに錐体細胞層においてSCOTの強い陽性反応が見られた（図1）。海馬領域では、CA1、CA2、++++CA3の錐体細胞層においてSCOT免疫陽性細胞が存在し

+++
++
++
+++
++
++
++
+++
+++
++
++
++
++
++

見られた（図2）。その他、扁桃体（amygdala）の広ていたほか、歯状回（dentate gyrus）でも陽性反応が範囲や視床および視床下部にもSCOT陽性細胞の分布が認められた。全身のエネルギー代謝や摂食パターンの調整において中心的役割を果たす視床下部腹内側核、背側核、弓状核周辺においてもSCOT免疫陽性細胞が多数存在していた。一方大脳基底核および乳頭体のほとんどの領域では、SCOT陽性細胞が見られなかった。これらの観察結果をもとに作成した、ラット脳内のSCOT陽性細胞分布の模式図を図3に示す。また、SCOT陽性細胞がアストロサイトグリアではない事を確認するために、蛍光二重免疫組織化学染色法によって、SCOT免疫陽性反応とGFAP（Glial fibrillary acidic protein：グリア細Mammillary body

胞線維性酸性タンパク質）免疫陽性反応の共存を調べた（図4）。その結果、ラット脳内のSCOTとGFAPの共存は見られなかったことから、SCOT陽性細胞はアスト
ロサイトグリアではないとの結論を得た。

ラ ット 脳 の 領 域 ご と の SCOT 免 疫 陽 性 細 胞 の 密 度 を 示 す。
0.1mm2 内のニッスル染色陽性細胞に対する SCOT 免疫陽性細胞の割合（％）で算出し、割合に応じてスコア化した。-: 陰性、±：＜ 10、+：10 － 25 ％、++：26-50%、+++：51-75%、++++：
＞ 75%

図1

ラット脳での SCOT 免疫組織化学染色像

A：SCOT 免疫陽性細胞の分布図 B：大脳皮質領域の錐体細胞層に著しい SCOT 免疫陽性反応が確認できる（×400）C：扁桃体および梨状皮質にみられる SCOT 免疫陽性反応（×400）D：梨状皮質の錐体細胞層の SCOT 免疫陽性細胞（×400）

3

森

図2

浩

子

ラット海馬領域における SCOT 免疫組織化学染色像

ラット海馬領域においても SCOT 免疫陽性反応が確認できる。
CA1,CA2 および CA3 の錐体細胞層が SCOT 免疫陽性である。
一方網状分子層、放射層などでは SCOT 免疫陽性反応はみられな
い（×100）。

図3

SCOT のマッピング（ラット脳模式図）

ラット脳内の SCOT の分布域を表した模式図。Bregma1.68 ～−2.92 の範囲内を示す。SCOT の免疫
組織化学染色像の染色強度を目視でグレード付けした。SCOT 免疫陽性細胞が分布している脳領域ではケ
トン体の利用効率が高いと考えられる。SCOT 免疫陽性細胞は皮質領域および大脳辺縁系の一部に集中している一方、大脳基底核などではあまり存在していない。全身のエネルギー代謝や摂食パターンの中枢制御を行っている視床下部腹内側核、背側核、弓状核周辺においても SCOT 免疫陽性細胞が多数存在している。
4

脂質代謝系を介した新たな摂食制御機構の解明 ─脳内摂食中枢におけるケトン体利用効率の影響について─

図4

SCOT と GFAP の二重染色像( ラット脳 )ラット脳における SCOT と GFAP の二重染色像（共焦点レーザー顕微鏡による観察）。SCOT 免疫陽性細胞は、アストロサイトグリアのマーカーである GFAP を発現していない。CA1：海馬アモン角１、Cingulate cortex：歯状回。

マウス脳内におけるSCOT免疫陽性細胞の分布

トン体は、グルコースが枯渇した栄養状況下において脳マウス（C57BL/6、雄 10 週齢）の脳内の SCTO 免疫が必要とするエネルギー量の 3 分の 2 から 4 分の 3 を供

陽性細胞の分布を表 2 に示す。SCOT 免疫陽性細胞は給すると言われているが、脳の各領域によってこのケト

大脳皮質の一次運動野（primary motor nucleus）、体

ン体の利用効率に違いがあるのかは分かっていない。

性感覚皮質（somatosensory cortex）、
聴覚皮質（auditory

本研究では、ケトン体利用酵素であるSCOTに対する

cortex）、視覚皮質（visual cortex）、帯状皮質（cingulate

免疫組織化学染色法を用いて、ラット及びマウスの脳内cortex）および大脳辺縁系皮質の嗅周皮質（perirhinalでのケトン体利用部位の詳細なマッピングを行った。そcortex）と梨状皮質（piriform cortex）に高密度に分布の結果、脳内におけるケトン体利用酵素、SCOTの発現していた。海馬領域では、CA1、CA2、CA3 の錐体細量には領域特異性があることが分かった。ラット、マ胞層において SCOT 免疫陽性細胞が存在していたほか、ウス共にSCOTは大脳皮質および大脳辺縁系皮質に広く

歯状回（dentate gyrus）でも陽性反応が見られた。扁分布しており、とりわけ錐体細胞層において顕著であっ桃体（amygdala）の広範囲や視床および視床下部にもた。海馬領域においても錐体細胞で著しいSCOT免疫陽SCOT 陽性細胞の分布が認められたが、ラットに比べ性反応を確認した。一方大脳基底核、外側膝状核、視床てマウスでは、これらの領域における SCOT 免疫陽性

核（外側腹側核、内側腹側核、後外側腹側核、後内腹側反応が少ない傾向が見受けられた。

核等）には免疫陽性細胞が見られなかった。SCOTの分
布が領域ごとに異なる、あるいは細胞種によって異なる

考察ことから、エネルギー代謝におけるケトン体への趣向性糖を経口摂取している状況下では、脳は糖を主なエネが脳領域で異なると考えられた。SCOT免疫陽性反応がルギー源として活動しているが、睡眠時、空腹時あるい確認できた皮質、海馬領域や大脳辺縁系の扁桃体は記憶

は短期～長期飢餓時には脳はケトン体を主なエネルギーや高次脳機能の維持に必要な脳領域であることから、こ源へとシフトして活動することが知られている。この時ケれらの脳部位での神経活動における脂質系エネルギー基
5

森

表2

浩

子

マウス脳の各領域における SCOT 免疫陽性反応

RegionDensity

RegionCerebral cortex
Primary motoer nucleus
Somatosensory cortex
Auditory cortex
Visual cortex
Cingulate cortex
Agranular nucleus
Retrosplenial cortex
Perirhinal cortex
Piriform cortex

Hypothalamus

+++
+++
+++
+++
+++
+++
++

Hippocampal formation
CA1 field of Ammon’s horn
CA2 field of Ammon’s horn
CA3 field of Ammon’s horn
Dentate gyrus

++
++
+++
++

Lateral septal nucleus
Medial septal nucleus
Nucleus of diagonal band

+++
++
-

Nucleus accumbens
Caudate putamen
Olfactory tubercle
Globus palliduse xt.
Globus palliduse int.
Island of Calleja
Substrantia innomirata
Subthalamic nucleus-

Medial amygdala dorsal
Medial amygdala ventral
Cortical amygdalaCentral amygdala medial
Central amygdala lateral
Basolateral amygdala

++
++
++
+++
++
++++

Dorsolateral geniculate
nucleus
Ventral posterolateral nucleus
Ventral posteromedial nucleus
Posterior nuclear group
Ventrolateral nucleus
Ventromedial nucleus
Mediodorsal nucleus
Anterodorsal nucleus
Anteroventral nucleus
Anteromedial nucleus
Lateral posterior nucleus
Laterodorsal nucleus
Paraventricular nucleus
Paratenial nucleus
Intermediodorsal nucleus
Central nucleus
Central medial nucleus
Paracentral nucleus
Parafascicular nucleus
Reuniens nucleus
Rhomboid nucleus

+++
+++
++
++++
+++
++
+++
++
++
++
+++
++++
+++
+++
++
-

Density

SeptumBasal ganglia

Periventricular nucleus
Vascular organ of lamiraterminals
Medial Preoptic nucleus
Anteroventral periventricular
nucleusMedial preoptic area
Medial Preoptic nucleus
Parastrial nucleus
Lateral preoptic nucleus
Magnocelluar preoptic nucleus
Ventrolateral preoptic nucleus
Suprachiasmitic nucleus
Anterior hypothalamic area
Anterior Area anterior part
Anterior Area central part
Anterior Area posterior part
Lateral hypothalamic area
Supraoptic nucleus
Arcuate nucleus
Ventromedial nucleus
Dorsomedial nucleus
Medial tuberal nucleus
Magnocellular necleus
Posterior hypothalamic area-

Premammillary nucleus
Medial mammillary nucleus
Lateral mammillary nucleus
Supramammillary nucleus

++

++
+
++
++
++
++
++
+++
++
+++
++
++
+++
++
++

Mammillary body

Amygdala

ラット脳の領域ごとの SCOT 免疫陽性細胞の密度を示す。0.1 ｍ㎡内のニッスル染色陽性細胞に対する SCOT 免疫陽性細胞の割合（％）で算出し、割合に応じてスコア化した。-: 陰性、±：＜ 10、+：
10 － 25％、++：26-50%、+++：51-75%、++++：＞ 75%

Thalamus

質の重要性が推察された。また、全身のエネルギー代謝や摂食行動制御に関わる視床下部内腹側核、背側核や弓状核にもSCOT免疫陽性細胞が多数存在しており、これら調節機構におけるケトン体利用の関与の可能性を見出した。一方、本研究でSCOT免疫反応陰性であった脳領域では、グルコースが枯渇した状況下でもケトン体は利用せず、肝臓での糖新生で得たグルコースあるいは、アストロサイトグリアでの解糖系を経て獲得した乳酸のいずれかを利用して活動している可能性があり、これらの領域におけるエネルギー基質の選択については今後のさらなる研究が必要である。ケトン体は神経細胞の栄養源であるだけでなく、神経保護作用を発揮し、神経ネット
ワークの維持に関与しているとの報告がある8）。実際全脳の60％以上は脂質で構成されており、全身の中でも特に脂質と親和性のある組織であることからも、脳内における脂質代謝系の重要性に注目すべきである。本研究6

脂質代謝系を介した新たな摂食制御機構の解明 ─脳内摂食中枢におけるケトン体利用効率の影響について─

によって、ケトン体利用に関わる部位が推定され、脳内of low-carbohydrate vs. low-fat/low-calorie diets in the
management of obesity and its comorbidities, Obesity
reviews : an official journal of the International Association
for the Study of Obesity 10（2009）, pp. 36-50.
3）I. Shai, D. Schwarzfuchs, Y. Henkin, et al., Weight loss
with a low-carbohydrate, Mediterranean, or low-fat diet,
The New England journal of medicine 359（2008）, pp.
229-241.
4）B.V. Howard, J.E. Manson, M.L. Stefanick, et al., Lowfat dietary pattern and weight change over 7 years: the
Women's Health Initiative Dietary Modification Trial,
JAMA : the journal of the American Medical Association
295（2006）, pp. 39-49.
5）T.L. Halton, W.C. Willett, S. Liu, et al., Lowcarbohydrate-diet score and the risk of coronary heartdisease in women, The New England journal of medicine
355（2006）, pp. 1991-2002.
6）G.F. Cahill, Jr., Fuel metabolism in starvation, Annual
review of nutrition 26（2006）, pp. 1-22.
7）K.B.J.F. George Paxinos, The mouse brain, Academic
Press（1982）.
8）
Y. Kashiwaya, T. Takeshima, N. Mori, K. Nakashima, K.
Clarke and R.L. Veech, D-beta-hydroxybutyrate protects
neurons in models of Alzheimer's and Parkinson's disease,
Proceedings of the National Academy of Sciences of theUnited States of America 97（2000）, pp. 5440-5444.

の脂質系エネルギー基質の利用に関する形態学的識見を得た。現在、通常の給餌パターン（普通食自由摂取）で飼育した動物のみならず、絶食時や糖質制限高脂肪食給
餌時における脳のエネルギー代謝の模様を観察し、その機能面への理解を深めるために研究を継続中である。
謝

辞
本研究にご支援賜りました公益財団法人三島海雲記念財団に深謝申し上げます。また、本研究遂行にあたり、ケトン体代謝研究に対する貴重なご助言、ご助力をいただきました江部洋一郎先生、江部康二先生、ならびに実験動物の飼育・管理にご協力いただきました技官の皆様に深く感謝いたします。なお、本研究で得られた成果につきましては、現在論文を執筆・投稿準備中であることを申し添えます。
文

献1）S. Sharma, L.S. Roberts, R.H. Lustig and S.E.
Fleming, Carbohydrate intake and cardiometabolic risk
factors in high BMI African American children, Nutrition& metabolism 7（2010）, p. 10.
2）M. Hession, C. Rolland, U. Kulkarni, A. Wise and J.
Broom, Systematic review of randomized controlled trials

7