食生活の変化に伴う細胞代謝変化が加齢現象に与える影響の解明

宮慶應義塾大学医学部腎臓内分泌代謝内科

緒下

和季特別研究講師

ドリアに与える影響はこれまで十分検討されていない。

言
ミトコンドリアは細胞代謝の主座であり、代謝性疾患

そこで本研究では現代の過栄養食を模倣する細胞モデや加齢性疾患の発症においても中心的役割を担う。肥満

ルならびに動物モデルにおけるミトコンドリア機能を評患者において骨格筋ミトコンドリア量の減少が報告され価した。また細胞代謝を含めた生体の恒常性維持に寄与ており、ミトコンドリアの減少の結果、基礎代謝が低下する内分泌因子が食生活の変化に伴う細胞代謝変化に拮して摂食量に見合うだけのエネルギー代謝が行われなく抗する可能性を検討した。また我々は血管作動性ホルモなることが、肥満の根本原因である可能性が指摘されてン、特に血管拡張ホルモンであるナトリウム利尿ペプチいる。2 型糖尿病患者骨格筋においてもミトコンドリア

ド (NP; ANP、BNP、CNP) の動脈硬化性疾患 ( 脳血管障害、量の減少と ATP 産生の低下が示されており、インスリ

虚血性心疾患 , 閉塞性動脈硬化症など ) における意義にン抵抗性の出現にミトコンドリア機能不全が関与するこ注目して研究を続けている。その延長線上で本研究では、とが示唆されている。また加齢に伴うミトコンドリア量ナトリウム利尿ペプチド (NP) /cGMP/cGMP/cGMP 依存の減少に伴い、ミトコンドリア機能不全が進行すること性蛋白キナーゼ (cGK) の細胞代謝における作用に焦点をが知られている。しかしながら食生活の変化がミトコン

絞り検討した。

HG ins : High Glucose (450mg/dl) ＋ insulin (100ng/ml)
cG: cGMP (8-pCPT-cGMP)
Rp : cGMP antagonist (Rp-8-pCPT-cGMP)＊＊

P ＜ 0.01 vs control n=12 in each group

図1

高グルコース高インスリンによるミトコンドリア機能障害と cGMP による改善

過栄養を模倣する高グルコース高インスリン条件下でミトコンドリア量は減少し、ROS 産生は増加したが、cGMP の添加によりミトコンドリア量が回復し ROS 産生が減少した。

1宮下和季ROS 産生は増加したが、cGMP の添加によりミトコン

実験方法
培養骨格筋細胞 C2C12 にインスリンとグルコースをドリア制御に関与する PGC1 α、ATP synthase、UCP2、負荷して 48 時間後にミトコンドリア量、ミトコンドリ

SOD2 の発現が増加してミトコンドリア量が回復し ROS

ア ROS 産生、ATP 産生を定量した。NP のセカンドメッ産生が減少した（図１）1）。

センジャーである cGMP を添加し、ミトコンドリア制呼気ガス分析で評価した体重当たりの酸素消費量は高御に関与する遺伝子群の発現変化を評価した。マウスを脂肪食負荷マウスにおいて有意に低下した。ミトコンド

高脂肪食にて飼育し、過栄養に伴うミトコンドリア機能

リア DNA コピー数で評価したミトコンドリア量は高脂変化とエネルギー代謝や耐糖能を評価した。BNP を肝肪食負荷マウス骨格筋において若干低下していた。一臓で過剰発現し、血中濃度が生理的状態の数百倍になる

方ミトコンドリア生合成を促進する因子である PGC1 αBNP-Tg マウスならびに、NP の細胞内シグナル伝達分は高脂肪食負荷マウス骨格筋において若干増加した。8子である cGMP 依存性蛋白キナーゼ (cGK) を全身で過剰週間の高脂肪食負荷後、BNP-Tg マウスの体重は Wt と発現する cGK-Tg マウスを用いて、NP/cGMP/cGK カス比較して有意に減少していた (18 週齢 Wt43.0 ± 0.9g,ケードが高脂肪食に伴うミトコンドリア変化に拮抗する

BNP-Tg38.9 ± 0.9g; P<0.01)。高脂肪食負荷に伴う脂肪作用を検討した。

肝と耐糖能悪化は、BNP-Tg マウスで有意に抑制された。
高脂肪食負荷 BNP-Tg マウスは野生型マウスと比較して結骨格筋ミトコンドリア量が増加し、酸素消費量が有意に果増加していた。

培養骨格筋細胞への cGMP 添加により、ミトコンドリア量と ATP 産生が増加し、その一方でミトコンドリ

cGK-Tg マウスは摂餌量が減少しないにもかかわらず

ア ROS 産生は減少した。過栄養を模倣する高グルコー

標準食下において体重が減少し、耐糖能良好であった（図ス高インスリン条件下でミトコンドリア量は減少し、２）。呼気ガス分析では、cGK-Tg マウスにおいて酸素消Wt
cGKTg

Wt
cGKTg

高脂肪食マウス 20 週齢Wt

図 2 cGK-Tg マウスにおける体重増加の顕著な抑制
cGK-Tg マウスは摂餌量が減少しないにもかかわらず標準食下において体重が減少した。
2cGK-Tg食生活の変化に伴う細胞代謝変化が加齢現象に与える影響の解明

費と脂質燃焼の亢進を認めた。cGK-Tg マウス骨格筋に

要

約おいては、ミトコンドリア生合成と脂質燃焼に関与する細胞ミトコンドリアの量的減少ないしは機能低下に伴分子である PGC1 α、PPAR δの発現が増加していた。電う細胞代謝の変化が、代謝疾患と加齢現象の基盤メカニ

子顕微鏡を用いた観察では、cGK-Tg マウス骨格筋においズムを担う可能性が注目されている。そこで本研究では

2）て、巨大なミトコンドリアを高密度で認めた（図３） 。

現代の過栄養食を模倣する細胞モデルならびに動物モデ

高脂肪食負荷により、野生型マウス骨格筋においてルにおけるミトコンドリア機能を評価した。また血管拡NP レセプターである GCA, GCB の発現は低下し、高脂張ホルモンである NP/cGMP/cGK カスケードの細胞代

肪食負荷 GCA+/- マウスは野生型マウスよりも体重が有謝に与える作用を検討した。
過栄養を模倣する高グルコース高インスリン条件下

意に増加した。

で骨格筋細胞を培養するとミトコンドリア量は減少し考ROS 産生は増加した。その状態で cGMP を添加するこ察
NP/cGMP/cGK カスケードは骨格筋ミトコンドリア生とによりミトコンドリア制御に関与する PGC1 α、ATP合成を増加させ、脂質燃焼を亢進させることで、過栄養synthase、UCP2、SOD2 の発現が増加してミトコンドに拮抗する細胞代謝変化をもたらすと考えられた。血管リア量が回復し ROS 産生が減少した。高脂肪食負荷拡張ホルモンである NP がミトコンドリアを介して細胞BNP-Tg マウスは野生型マウスと比較して骨格筋ミトコ代謝を制御することにより、代謝疾患や加齢現象の発症ンドリア量が増加し、酸素消費量が有意に増加していた。に関与する可能性が示唆された。

cGK-Tg マウスは標準食下においても体重が減少し、耐糖能良好であった。呼気ガス分析では、cGK-Tg マウス
大腿直筋電顕像（× 10000）

Wt

cGK-Tg

図 3 cGK-Tg マウスにおける骨格筋ミトコンドリアの増加
電子顕微鏡を用いた観察では、cGK-Tg マウス骨格筋において、巨大なミトコンドリアを高密度で認めた。
3

宮下和季において酸素消費と脂質燃焼の亢進を認めた。cGK-Tg

教授 伊藤裕先生に深く感謝を申し上げます。加えましマウス骨格筋においては、ミトコンドリア生合成と脂質て研究をサポートしてくださいました慶應義塾大学医学

燃焼に関与する分子である PGC1α、PPARδの発現が増部腎臓内分泌代謝内科三石正憲先生、村木絢子先生、入加していた。

江潤一郎先生、中江淳先生、渡辺光博先生に厚く御礼申し上げます。

これらの検討より血管拡張ホルモンである NP がミトコンドリアを介して細胞代謝を制御することにより過栄養に拮抗する作用をもたらし、代謝疾患や加齢現象の発文症に関与する可能性が示唆された。

1）Mitsuishi M et al. cGMP rescues mitochondrial dysfunction induced

献by glucose and insulin in myocytes. Biochem Biophys Res Commun.

謝(2008) 367:840-845.

辞2）Miyashita K et al. Natriuretic peptides/ cGMP/ cGMP dependent-

本研究にご支援賜りました財団法人三島海雲記念財団

protein kinase cascades promote muscle mitochondrial biogenesis andに限りなき感謝を申し上げます。研究遂行に多大なるごprevent obesity. Diabetes . (2009) 58:2880-2892.

助言を頂いた、慶應義塾大学医学部腎臓内分泌代謝内科4