岩獣会報 (Iwate Vet.), Vol. 30 (№ 4), 119−124 (2004).

総説

新しい非肥満性２型糖尿病モデル
Spontaneously Diabetic Torii (SDT) ラット
益山要

拓約

Spontaneously Diabetic Torii (SDT) ラットは非肥満性糖尿病を自然発症する新しい近交系ラットである. 本研究では, SDTラットにおける糖尿病の成因について, 遺伝学的ならびに病態生理学的に検討した. その結果, SDTラットの糖尿病は, 少なくとも３つの量的形質遺伝子座に支配されており, 膵島内毛細血管異常を契機とした進行性の線維化とβ細胞の脆弱性の, 両者が関与しているもの思われる膵インスリン分泌能力の減少に起因することが示唆された. これらはSDTラットがヒト非肥満性２型糖尿病の成因解明のための新しいモデル動物として有用であることを示していた.
キーワード：インスリン, 膵島, 糖尿病, モデル動物, 量的形質遺伝子座

はじめにSDTラット開発の経緯

２型糖尿病はインスリンの分泌と感受性にお1988年, 鳥居薬品㈱研究所において, 生後約けるバランスの欠落によって起こる慢性高血糖

１年齢時のSprague-Dawley系 (SD) ラットにを主徴とする疾患である [９]. 近年社会問題多飲, 多尿, 尿糖を伴う雄ラットが発見された.にもなっている通り, その発症には生活習慣にこの雄ラットを起源として得た子孫をもとに兄影響するところが大きいものの, その感受性に妹交配を20世代以上繰り返し, 発見からおよそついては複数の遺伝的要因が複雑に関与してい10 年 を 経 て 新 た な 近 交 系 統 SDT を 確 立 し たると考えられている [２]. ２型糖尿病の病態[８]. 兄妹交配の過程において糖尿病発現率のならびに成因を解明するためのツールとして,上昇が見られるなど, 本糖尿病形質が複数の遺遺伝因子および環境因子を人為的に統御できる伝的要因に支配されていることが示されていた.

実験動物がよく用いられている. 本稿では日本

兄妹交配20世代以降は比較的安定した形質が保人に多く見られるような肥満を伴わない２型糖持されている.

尿病のモデル動物として, 著者らによって開発
SDTラットの糖尿病病態されたSpontaneously Diabetic Torii (SDT)
ラットについて紹介する.

SDTラットの糖尿病発症は雄で生後20週齡頃から認められ, 40週齢までに100％が発症す
る (図１Ａ) [６−８]. 一方, 雌では65週齢ま日本たばこ産業医薬総合研究所安全性研究所― 119 ―

糖発症後は著明な低インスリン血症を呈する(図１Ｄ). すなわち, SDTラットの糖尿病は末梢におけるインスリン抵抗性よりも, 血漿中インスリン濃度の減少に依存しているものといえ, 糖尿病発症後はインスリン依存性糖尿病と類似した臨床症状が見られる [７, ８]｡
SDTラットにおける耐糖能低下
２型糖尿病はその発症前に耐糖能が低下することが知られている [１]. そこで生後８週齡
から糖尿病を呈した24週齡まで経時的に経口糖負荷試験を実施し, 耐糖能ならびにインスリン分泌能を評価した (図２) [７]. SDTラットにおいても糖尿病が顕在化する２ヶ月以上前
図１

雄性SDTラットの累積糖尿病発症率 (Ａ)および糖尿病発症前後の体重 (Ｂ)､ 空腹時血漿中グルコース (Ｃ) およびインスリン濃度 (Ｄ)(Ａ) ｎ＝75, (Ｂ−Ｄ) □：対照SDラット, ■SDTラット, 10および20週齡のSDT
ラットは非糖尿病, 38週齡のSDTラットは糖尿病を発症していた. データは平均値±標準偏差 (各群ｎ＝５) を示す｡ アスタ
リスク (＊) は, SDラットおよびSDTラット 間 の 統 計 学 的 有 意 差 ( ＊ ： P ＜ 0.05,＊＊：P＜0.01) を示す.

(14週齢ごろ) には, 明らかな耐糖能低下を示でに33％程度にとどまり, 明らかな性差があるはインスリン分泌不足に起因するものといえる.

[８]. 糖尿病発症における性差は他のモデル動

さらに糖負荷後の血糖曲線下面積 (glucose

物でも報告されているが, 現時点でその原因はAUC) を耐糖能の指標として, 糖尿病発症齢明らかとなっていない.との関係を個体別に調査すると, 糖尿病発症前し, 加齢とともに糖負荷後血糖曲線の上昇が見られる (図２上段). 一方, 耐糖能低下とともに糖負荷後のインスリン分泌反応の低下が認められ, 糖尿病発症後では空腹時血漿インスリン濃度の低下とともに, 糖負荷後の血漿インスリン増加もほとんど認められなかった (図２下段).
これらのことから, SDTラットの耐糖能低下

雄のSDTラットの体重は20週齢 (糖尿病をのglucose AUC値は糖尿病発症齢と強い負の発症する前) まで正常SDラットとほぼ同等で相関を示すことが明らかとなった (図３) [６].

あるが, 糖尿病を発症した後 (38週齢時) 減少

これはSDTラットにおいて耐糖能低下の先にする (図１Ｂ). 肥満指数 (BMI) も同様の傾糖尿病の発症があることを示しており, 耐糖能向を示し, 生涯に亘って肥満を呈することはな低下と糖尿病発症の強い関連性を示唆しているい [６, ７]. 空腹時血漿中グルコース濃度は[６].

20週齢ごろまでは正常SDラットと同等であるが, その後加齢とともに増加し, 高血糖ならびSDTラット膵臓における組織学的変化に尿糖を呈し, いわゆる糖尿病を呈する (図１

前述したとおり, SDTラットの高血糖の発Ｃ). 発症後は著しい高血糖 (600㎎/dl以上)症はインスリン分泌低下に依存する. では, イとともに尿糖陽性の著しい多尿, 多飲を認める

ンスリンを分泌する膵臓ランゲルハンス島 (膵ようになる [７, ８]. 血中インスリン濃度は島) では何が起きているのであろうか.

糖尿病発症前から正常ラットに比べ低く, 高血― 120 ―病理学的な変化として, 膵島内におけるうっ図２

雄性SDTラットにおける経口糖負荷試験
絶食したラットに体重１㎏あたり２ｇのグルコースを強制経口投与した. ◯：対照SDラット,●：SDTラット. 上段に血漿中グルコース濃度, 下段に血漿中インスリン濃度を示した. デー
タは平均値±標準偏差 (各群ｎ＝６) を示す. アスタリスク (＊) は, SDラットおよびSDTラット間の統計学的有意差 (＊：P＜0.05, ＊＊：P＜0.01) を示す.

れるようになり, 耐糖能低下とともに拡大し,20週齢時ではほとんど全ての膵島において線維化が見られるようになる. インスリンを分泌するβ細胞は線維化の進展とともに明らかに減少する. 糖尿病を発症したSDTラットの膵島は,ほとんど結合組織に置換されて萎縮し, β細胞はほとんど消失する. β細胞の消失に至る過程において, １型糖尿病で見られるようなリンパ球浸潤などは認められなかったことから, 自己免疫によるものではないことが推察される [９].
膵島に限局した出血を契機とした一連の炎症性
図３

雄性SDTラットにおける20週齢時の耐糖能と糖尿病発症週齡の相関分析
耐糖能の指標として経口糖負荷試験 (図２
説明文参照) における血糖曲線下面積(glucose AUC) を用いた. 糖尿病発症前の20週齡時のglucoseAUC値は, 糖尿病発症齡と強い負の相関を認めた.

血ならびに毛細血管の拡張, 出血 (図４Ａ) な変化と, β細胞マスの減少に深い関連があることが示唆されるが, それらのメカニズムは明らかになっていない. SDTラットにおける膵島の微小循環異常と糖尿病の関連性を明らかにすることは, ヒト糖尿病の発症要因を解明する上で, 非常に意義深いものと思われる.

どを契機とした膵島内もしくは膵島周囲におけ通常, β細胞は肥満, インスリン抵抗性もしる浮腫, 炎症性細胞の浸潤 (図４Ｂ), ヘモジ

くは膵実質における傷害などにより負荷が増大

デリンの沈着, 線維化などが認められる (図４したとき, 代償性に増殖もしくは分化する [１,Ｃ). これら病変は10週齡頃から散発的に見ら３] ことから, β細胞マスの減少は近年ヒト糖― 121 ―表１膵島およびβ細胞マス

正常SDラット SDTラット
Pancreas weight [㎎] 1180±94.6
850±91 ＊＊％Pancreatic islets pancreas 1.37±0.27 0.73±0.29＊％β cells in pancreas 0.87±0.23 0.44±0.15＊

β cell mass [㎎／pancreas]

10.4±2.3

3.8±1.5 ＊＊[μg／g bodywt]

24.5±5.2

11.1±4.1＊

データは, 各群５匹の平均値±標準偏差 (Ｓ.Ｄ.)
として表した. アスタリスク (＊) は, SDTラットおよび対照SDラット間のstudent's t-testにおける統計学的有意差 (＊P＜0.05, ＊＊P＜0.01) を示す.

尿病でも注目を集めている糖尿病発症要因のひとつである [３]. そこで炎症性変化の生じていないSDTラットの膵島ならびにβ細胞マスについて形態計測を行なった. その結果, SDT
ラットでは正常SDラットと比べて明らかな膵島ならびにβ細胞マスの低下を認め, 正常ラットの４〜５割程度しかなかった (表１) [７].
β細胞マスの減少はSDTラットの糖尿病感受性に大きく関与していることが考えられ, この要因を解明することの意義は極めて大きいものと思われる.
SDTラットの糖尿病の遺伝学的解析
著者らは, SDTラットの糖尿病発症を支配する遺伝子を明らかにするため, SDTラットと正常ラット (Brown Norway (BN) ラット)との交配実験を行い, 戻し交雑仔を用いた量的形質遺伝子座 (QTL；quantitative trait locus)
図４

雄性SDTラット膵島の組織学的変化(Ａ) 膵島に限局した出血性変化が認められる｡ (10週齡, Ｈ＆Ｅ)
(Ｂ) 20週齡 (糖尿病発症前) では､ 膵島の線維化およびヘモジデリンの沈着(矢頭) がほぼすべての膵島で観察される. 膵島細胞 (内分泌細胞) は存在するが, 膵島内に進入した線維によって分断され正常な配列を失っている. (20週齡､ Ｈ＆Ｅ)
(Ｃ) 38週齡 (糖尿病発症後) 時の膵島は線維成分に置換され萎縮した｡ ヘモ
ジデリンの沈着 (矢頭) をわずかに認め, 膵島細胞はほとんど消失していた. (38週齡, Ｈ＆Ｅ)

解析 [４] を実施した [６]. QTL解析は作出した350匹の戻し交配仔について, 全ゲノム領域を対象にした200個のマイクロサテライトDNAマーカーの遺伝子型と表現型の連鎖を,統計処理ソフトMap Manager/QTX [５] を用いて実施した. その結果, SDTラットの糖尿病ならびに耐糖能低下が, 劣性遺伝様式に従った複数の遺伝子によって支配されること, およびその主要なQTLは図５に示すようにラット第１, ２, X染色体に存在することを明らかにした [６]. 各QTLはそれぞれGisdt１ (Glucose― 122 ―表２

SDTラットにおける糖尿病 (耐糖能低下) の量的形質遺伝子座とそのマウス・ヒト相同領域

Locus nameRatChr.

Gisdt１１

Gisdt２２Gisdt３Ｘ

Orthologous regions estimatedb
Max. LRSa(LOD score)
Mouse
Human
27.8
HSA15q26-qter
D１Mit３−D１Wox52
MMU７(40−52.5cM)(6.0)
HSA11p15.1, 11q11.2-14.1
36.3
D２Got147−D２Rat156
MMU３(around55cM) HSA1p13-p21, 4q22-q31
(7.9)
24.7
DXWox20−D２Rat83
MMU３(around36cM) HSAXp11-q11(5.4)
Positionａ

LODスコア (概算値) はMap Manager／QTXで得られたLRS値を係数4.61 (10の自然対数の２倍)で割った値に相当する.
ｂ
マウスおよびヒトの相同領域は比較遺伝子地図をもとに推定される領域を示した.

intolerance in SDT rat, １), Gisdt２, Gisdt
３と名付けられた (図５Ａ−Ｃ).
いずれのQTLとも経口糖負荷試験における糖負荷後60分時点の血糖値およびglucoseAUC値に対して強い連鎖を示した. すなわち各QTLのSDTアリルがホモ接合体になるとき, 高血糖 (糖尿病) 発症のリスクが顕著に高まることを示している. 実際, 350匹の戻し交雑仔における各QTLの遺伝子型と糖負荷後の血糖値の関係をみると, ３つのQTL間における相互作
用 (epistasis) により, 相乗的に耐糖能不全が増悪されることが判明した (図５Ｄ) [６]. こ
図５

SDTラット糖尿病 (耐糖能低下) の量的形質遺伝子座 (QTL) 解析(Ａ) 第１番染色体に存在するQTL(Gisdt１)のLRSプロット図(Ｂ) 第２番染色体に存在するQTL(Gisdt２)のLRSプロット図(Ｃ) 第Ｘ番染色体に存在するQTL(Gisdt３) のLRSプロット図
LRS (Likelihood Ratio Statistics)
スコアおよび遺伝的距離 (cM, センチモルガン) はMap Manager
QTXを用いて計算した. 図中の破線は, 有意水準 (P＜0.001) を示し,LRSスコアのピーク値付近に表現型(この場合glucose AUC値) との強い連鎖があること (原因遺伝子が存在する可能性) を示す. 各QTLに最も近接するマーカー遺伝子座は図中に示した.
(Ｄ) ３つのQTLsの耐糖能に及ぼす効果の検証
各QTLの遺伝子型は, それぞれに最も近接したマーカー (Gisdt１：D１Mit３, Gisdt２：D２Got147,Gisdt３：DXWox20) を用いて決定した. 平均値±標準偏差, アスタリ
クス (＊) はStudent's t-testによる統計学的有意差 (＊＊：P＜0.01)示す.

れはヒト糖尿病の遺伝学的基礎を理解する上で,極めて興味深い知見である.
さらに著者らはラット−マウス−ヒト間の比較遺伝子地図を構築し, これらのQTL (Gisdt
１〜３) のマウスおよびヒト染色体上の位置を推定した (表２). これらの推定相同領域には既知の糖尿病原因遺伝子の報告はないものの,糖代謝に関連したいくつかの候補遺伝子と, 多数の生理学的機能の不明な遺伝子がマップされている [６]. SDTラットの糖尿病原因遺伝子を決定するにはまだ相当の時間を要するものと思われるが, コンジェニック系統の構築による責任領域の絞込みに加え, 公開されたヒト, マウスおよびラットの全遺伝子塩基配列解析情報などを利用して, 解明を進めている.

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【引用文献】[１] Cavaghan MK, Ehrmann DA, Polonsky[７] Masuyama T, Komeda K, Hara A,

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文献抄録

異に対する免疫標識で陽性反応が認められ, 23％で上皮成長因子受容体遺伝子の変異の陽性反犬星状膠細胞腫における形態学､ 免疫組織化学応が認められた. 12例の犬のDNA試料を分析及び遺伝的変化して１例の犬で１ヵ所のp53変異が検出された.

Stoica G, Kim H-T, Hall D G, Coates J R

犬における星状膠細胞腫の形態学的パターンは,(テキサスA＆M, Vet Pathol, 41 10-19, 2004)

人の星状膠細胞腫と類似しており, 遺伝的変異３ヵ所の獣医学研究室から入手した31例の犬は悪性型と関連していた. 中枢神経の星状膠細星状膠細胞腫を表現型 (形態学的及び免疫組織胞腫の顕微鏡的, 遺伝的変化についての今回の化学的), 解剖学的位置, 犬種別発生率によっ研究結果は, おそらく生物学的挙動や新しい治て分類した. 形態学的には星状膠細胞腫12例

療法に対する反応をよりよく反映するための分(細分類：繊維性, 原形質性, 大円形細胞性,類方法の確立に寄与するものと思われる.

毛様細胞性), 退形成性星状膠細胞腫５例, 多形膠芽腫12例ならびに星状芽細胞腫２例が認められた. このうち毛様細胞性星状膠細胞腫と星状芽細胞腫は最新の家畜中枢神経腫瘍WHO分類にないものであった. 19例 (60％) が雌にみられ, 平均発症年齢は８歳 (１−18歳), ボク
サー (７例, 21％) での発生率が高かった. 発生部位はほとんどが大脳半球であったが, １例で脊髄にも認められた. 免疫組織化学的検索では35％の星状膠細胞腫においてp53の遺伝的変― 124 ―(岩手大学獣医病理学研究室)