【研究報告】（自然科学部門）

腸内フローラ代謝産物による概日時計制御

田（現緒言原優

早稲田大学先進理工学部助手

早稲田大学高等研究所助教）

装置にて臓器の発光を計測する作業を、4 時間おきに 24

概日時計とは、約 24 時間のリズム性をもった生理機時間繰り返すことで、PER2 の発光リズムを得た。SCFA構であり、睡眠・覚醒、ホルモン分泌、体温変動など、の経口投与は、概日時計をイレギュラーな時刻に変化さ様々な機能を制御することで、恒常性維持に重要な役割せやすい時刻、つまりマウスの非活動期である明期にを担っている。食・栄養は概日時計の時刻調節に重要で行った。この時刻は、絶食–再給餌実験でも概日時計をあるが、その作用経路は未解明な部分が多い。近年、腸動かしやすい時刻である。4 日間、ZT5（ZT0 は明期開1, 2）、また免

始 時 刻 と 定 義） に SCFA Mix（各 400 mM, 0.1 ml/10 g

疫系を介した腸内細菌による宿主の概日時計制御があるmouse, p.o.）を投与した結果、腎臓、肝臓の概日時計はことが報告され3）、腸内環境と宿主の相互作用に注目が有意にピーク時刻の前進を認めた（図 1）。つまり概日集まりつつある。そこで本研究では、腸内細菌叢が代時計の時刻が早まったことを示す。さらに、もとから謝・産生する短鎖脂肪酸に着目し、食・栄養による概日産生されている短鎖脂肪酸の効果を排除するために、腸時計制御の新たなメカニズム解明を目的とした。

内細菌除去マウスを、抗生物質 Mix 水を 1 ヵ月自由飲水

内細菌叢自体に日内変動が認められることさせることで作成し、同様の実験を行った。その結果、
結果

SCFA 投与により位相前進効果が見られ、その変化は通実験 1

短鎖脂肪酸による概日時計同調常飼育マウスよりも大きいことがわかった。

腸内細菌が産生する短鎖脂肪酸である酢酸、酪酸、乳次に、それぞれの短鎖脂肪酸を別々に投与し、概日時酸、プロピオン酸の混合溶液（SCFA Mix）を、PER2::LUC計の変化を解析した。その結果、腎臓では酪酸・酢酸・knock-in マウスに経口投与し、肝臓・腎臓・顎下腺の概乳酸・プロピオン酸が、肝臓では乳酸・酢酸、プロピオ

4）日時計変化をインビボ概日時計測定法により評価した 。

ン酸が、また顎下腺では酢酸・酪酸・プロピオン酸が、実際には、麻酔下の PER2::LUC マウス（時計遺伝子SCFA Mix と同じく概日時計の位相前進を示した。の下流にホタル遺伝子が挿入されたマウス）にルシフェリンを皮下投与し、インビボ・イメージング

図1

短鎖脂肪酸の経口投与による腎臓の末梢時計変化
1

田

図2

図3

実験 2

原優

盲腸・大腸における PH の日内変動

オリゴ糖給餌による肝臓の末梢時計リセット効果

考

盲腸，大腸における PH の日内変動

察

夜行性のマウスの食餌パターンに相関して、腸内細実験 1 より、短鎖脂肪酸が宿主の概日時計の時刻調節菌による短鎖脂肪酸にも日内変動があるのかどうか、盲作用を持つことが明らかとなった。今後は、投与タイミ腸、大腸における PH を指標に解析した（PH が低いとングや濃度依存性の検討、さらには他の短鎖脂肪酸（コ短鎖脂肪酸濃度が高い）。その結果、図 2 に示すようにハク酸やギ酸など）の検討を行う必要があると考えてい盲 腸 で は ZT15 に、 結 腸 で は ZT23 に、 直 腸 で は ZT19る。一方で、それぞれの脂肪酸には特定の作用が報告さに、PH が一番低くなることがわかった。また、非活動れている。例えば酪酸によるヒストン脱アセチル化酵素期である明期では、どの臓器においても PH は高い値を（HDAC）阻害効果などがある。そこで SCFA のどの酸維持していることがわかった。

が概日時計変化に重要なのか解析した。しかし結果は、どの酸でも同様の概日時計変動が見られたことから、特実験 3

セロビオース食による概日時計同調効果

定の短鎖脂肪酸による作用ではないと考えた。現在考え短鎖脂肪酸の産生増加を期待して、オリゴ糖食（セている作用メカニズムとしては、短鎖脂肪酸の受容体でロビオース食）を給餌した際の概日時計への影響を解析

ある GPR41、43 を介した経路、または短鎖脂肪酸によした。1 晩絶食後、ZT5 に標準食（AIN-93M）またはセる PH 低 下 を 介 し た 経 路 等 を 検 討 し て い る。 実 際 に、ロビオース食（AIN-93M のセルロースを置換）を 1 g 再GPR41、43 のシグナル経路活性化は、インクレチンに給餌させて、その後すぐに末梢臓器の概日時計をインビよるインスリンシグナルの増強を引き起こすことが知ら

ボ概日時計測定法にて解析した。その結果、肝臓では、れている5）。またインスリンが概日時計の時刻調節作用

セロビオース食群が標準食群に比べ、概日時計の位相前を持つことは当研究室が報告している6）。また、培養細進が大きかった（図 3）。つまり、セロビオース食によ胞において、PH の変化が概日時計の時刻変化を及ぼすり、食餌による概日時計リセット効果が増強したことをことも報告されている7）。よって今後はこれらの可能性示す。

を追求する。
2

腸内フローラ代謝産物による概日時計制御

要盲腸、大腸内の PH に日内変動が見られたことから、

約

今後は HPLC を用いた短鎖脂肪酸解析を行っていく。ま

腸内細菌の代謝・産生する短鎖脂肪酸の経口投与は、た、非活動期である明期は PH が常に高いことから、そ概日時計の時刻調節に有効であることがわかった。短鎖の時間帯は SCFA 産生が少ないと考えられる。実験 1 で脂肪酸の産生には日内変動が存在し、寝ている時刻ではは、まさにそのタイミングで SCFA を投与したので、いその産生が少ない。プレバイオティクスにより、概日時つもと違うタイミングで SCFA 濃度が高まったために、計の時刻調節作用を強められることがわかった。以上の概日時計の時刻変動が起きたと考えられた。

結果は、腸内細菌叢を介した宿主の概日時計調節機構の新しい経路解明に繋がると期待できる。

腸内環境の改善方法として、難消化性のフラクトオ
リゴ糖などによるプレバイオティクスが有効である。本謝研究でも、二糖類のオリゴ糖であるセロビオースの効果辞を検証した。その結果、標準食に比べ、セロビオース食

本研究は、公益財団法人三島海雲記念財団学術研究にて概日時計の時刻応答が大きい結果を得ることができ奨励金により支援を受け行われたものです。研究助成をた。食による体内時計の健康維持として、時間栄養学が賜りましたことを深く感謝申し上げます。

8）

近年話題である 。本実験結果は、朝食としてオリゴ糖文食を食べることで、朝食による概日時計リセット効果を高められる可能性を示している。今後は、オリゴ糖食を献

1） C. A. Thaiss, et al.:
, 159, 514–529, 2014.
2） A. Chaix, et al.:., 20, 991–1005, 2014.
3） L. Henao-Mejia, et al.:
, 153, 741–743, 2013.
4） Y. Tahara, et al.:., 22, 1029–1034, 2012.
5） I. Kimura, et al.:., 4, 1829, 2013.
6） Y. Tahara, et al.:
, 26, 230–240, 2011.
7） N. Kon, et al.:., 10, 1463–1469, 2008.
8） Y. Tahara, S. Shibata:
253, 78–88, 2013.

長期間摂取し続けた場合の概日時計変化などを検討していく。

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