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様々なタンパク質源摂取による冬季うつ病の予防改善効果の解析＜平成 25 年度助成＞

様々なタンパク質源摂取による冬季うつ病の予防改善効果の解析
安尾しのぶ（九州大学大学院農学研究院 代謝・行動制御学）

緒

1.

確に示すことを初めて見出した。すなわち、冬季

言の日長を模した短日条件では、夏季を模した長哺乳類は環境の季節リズムに適応するため、季日条件に比べて、うつ様行動（強制水泳試験の無節の変化を日の長さから読み取り、生理機能や行動時間）が増加することや、脳セロトニン量が減動を季節に合わせて調節する「光周性」を獲得し少することを報告した 5, 6 ）。この結果は、マウスてきた。光周性の名残はヒトでも残っており、情を SAD のモデル動物として活用できることを示動や社会性、睡眠、食欲、体重などに季節リズム唆する。このマウスではまた、セロトニンの前駆が広く見られる。中でも、極端な季節リズムを示体である L-トリプトファン（Trp）の脳内取り込みす場合には、特定の季節（多くは冬）に抑うつやが短日条件で低下していた。Trp は大分子中性ア過眠、過食、炭水化物渇望などの症状を示す季ミノ酸（LNAA : Trp、チロシン、フェニルアラニ

節性感情障害（SAD, 冬季うつ病）の基準に入る。

ン、バリン、ロイシン、イソロイシン）の一つであSAD の有病率は 1 – 10 %と高く、「ウィンターブり、血液脳関門のトランスポーターが LNAA でルー」と呼ばれる亜症候群も含めると 10 – 25 %に共有されているため、Trp の脳移行は他の大分もなる 1 ）。SAD の発症には、冬季における脳セ子中性アミノ酸との血中比（Trp/LNAA）に依ロトニンの減少が原因の一つと知られるが2）、詳しいメカニズムは不明である。

存する 7 ）。筆者らはさらに、短日条件のマウスでは血漿の Trp/LNAA が低値であることを明ら

従来、SAD の優れた動物モデルが不足しておかにした 6 ）。つまり、短日条件では血漿遊離アり、SAD のメカニズムや予防改善法を探索する

ミノ酸のバランスが不均衡になり、それが Trp基礎研究が停滞していた。最大のネックは、マウの脳移行を妨げて情動悪化に繋がると推察されスやラットが周年繁殖動物であり、光周性を示さる。この仮説に従えば、血漿 Trp/LNAA を制ないと考えられてきたことである。このため、従御することにより、Trp の脳移行促進を介して冬来は代替モデルが提唱されてきた。例えば、砂季の抑うつを改善できる可能性が考えられる。そ漠由来で季節繁殖性を有する fat sand rat や Nile

こ で 本 研 究 で は、 様 々 な Trp/LNAA を 含 む タ

grass rat が 動 物 モデル と し て 報 告 さ れ て い る

ンパク質源（カゼイン、大豆タンパク質、グルテ3, 4 ）。しかし、これらの動物は入手が困難であり、ン、α- ラクトアルブミン）の飼料を用いて、短日近交系ではなくゲノム情報や研究ツールが充実し条件下におけるうつ様行動や不安様行動の改善ていない等の欠点があり、より適切なモデルが望及び予防を試みた。さらに、血漿遊離アミノ酸濃まれていた。

度を解析するとともに、遊離アミノ酸調節に深筆 者 は 最 近、 繁 殖 の 光 周 性 を 示 さ な い
C57BL/6J マウスでも、情動関連の光周性を明く関わる筋繊維型や筋代謝遺伝子の発現を解析した。

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浦上財団研究報告書

方2.
2-1.

Vol.22（2015）

替えると同時に飼料をグルテン飼料、大豆タンパ法ク質飼料、あるいはα- ラクトアルブミン飼料のい実験動物・配合飼料ずれかに変更した。LDp-SD のマウスについては、

雄 の C57BL/6J マ ウ ス（4 週 齢 ）を 日 本 SLC

LD でグルテン飼料、大豆タンパク質飼料、あるから購入し、室温 25 ℃、自由飲水・自由摂食のいはα- ラクトアルブミン飼料のいずれかを給餌し条件において、長日条件（LD, 18 時間明期 6 時た後、日長を SD に切り替えると同時に飼料をコ間 暗 期 ）で 約 1 週 間 馴 化 し た。 カゼインをタンントロール餌に戻した。3 週間後、全群のマウス

パク 質 源 と す る 標 準 飼 料 AIN-93 の 配 合（Trp/についてオープンフィールド試験（OFT）と強制LNAA = 0.0388）を 基 に、 タンパク 質 源 を 大 豆水泳試験（FST）を行った。数日後に安楽死させ、

タ ン パ ク 質（Trp/LNAA = 0.0405）、 グ ル テ ン

血漿や精巣上体周囲の脂肪、また腓腹筋及びヒラ（Trp/LNAA = 0.0543）、 α- ラ ク ト ア ル ブ ミ ン

メ筋を採取した。

（Trp/LNAA = 0.1287）のいずれかに変更した飼

2-3.

行動試験料を作製した。カゼインの配合飼料をコントロー

OFT では 40 x 40 x 40 cm の箱にマウスを入れ、ル飼料とし、全ての餌に 17 %の粗タンパク質が含5 分 間 の 探 索 行 動 を ビ デ オ で 撮 影 し た。ANY-まれるように配合した。

maze ソフトウェア（ Stoeling Co., IL, USA ）を用

実験デザイン

いて底面を 5 x 5 グリッドに分け、グリッドライン

2-2.

実験条件及びスケジュールを図 1 に示す。本実を通過した回数を自発運動量の指標として、中央

験では 8 群のマウスを使用した。短日条件（SD, 6の 9 グリッドに滞在した時間を不安様行動の指標

時間明期 18 時間暗期）のコントロール群及び LDとして用いた。中央滞在時間が長ければ長いほど、のコントロール群は、実験期間を通してコントロー

不安様行動は低いと評価される。

ル飼料で飼育した。残り 6 群のうち、3 群を LD-

FST はうつ様行動あるいは絶望行動を評価す

SDp、3 群を LDp-SD の条件に用いた。LD-SDpる試験であり、抗うつ薬のスクリーニングに広くのマウスについては、まず LD でコントロール飼用いられている。25℃の水を張ったシリンダーで料を用いて 3 週間飼育した後、日長を SD に切りマウスを泳がせ、7 分間の行動を撮影した。泳ぐ図1

実 験 条 件 及 び ス ケ ジ ュ ー ル。SD: 短 日 条 件、LD: 長 日 条 件、
OFT: オープンフィールド試験、FST: 強制水泳試験

様々なタンパク質源摂取による冬季うつ病の予防改善効果の解析

51のを諦めて浮かんでいる状態を無動時間とし、うSD でα- ラクトアルブミン飼料を摂取したマウス

つ様行動の指標とした。

では（LD-SDp）、SD コントロール群のような体2-4.

液体クロマトグラフィー

重増加や脂肪増加が抑制されていた（p <0.0001）。

血漿遊離アミノ酸濃度を液体クロマトグラフィー

ま た、SD 移 行 前 に α- ラクトアルブミン 飼 料 を（ Pico-tag TM, Waters, Milford, MA, USA）により

摂 取 し た マ ウ ス に お い て も（LDp-SD）、SD 移8）解析した。方法は以前の報告に従った 。LNAA の行後の体重増加や脂肪増加が抑えられた（体重：各アミノ酸の濃度から、Trp/LNAA を計算した。

p < 0.05 ; 脂肪：p <0.01）。

2-5.

筋繊維型および筋代謝遺伝子発現

筋繊維は含まれるミオシン重鎖アイソフォーム

3-2. 様々なタンパク質配合餌が短日条件の不安様行動及びうつ様行動に及ぼす影響

により、遅筋型であるタイプ I 、速筋型であるタ

OFT において、自発運動量を示すグリッドライ

イプ IIb 、および遅筋と速筋の中間型であるタイプ

ン通過回数には、日長の影響やタンパク質配合餌

IIaとIIx に分けられる。採取した腓腹筋サンプルの影響は見られなかった（ 図 2A, B）。SD コントを用いてミオシン重鎖アイソフォームを SDS-PAGE

ロール群の中央滞在時間は、LD コントロール群に9）。各比べて低い値を示しており（ p < 0.05, 図 2C, D）、アイソフォームの含有量を定量し、IIb とIIa + IIx のSD で強い不安様行動を示すことが明らかとなっ割合を計算した。

た。SD でα- ラクトアルブミン飼料を摂取したマにより分離し、筋繊維型の分析を行なった

筋代謝遺伝子については、LDとSD による発現ウスでは（LD-SDp）、SD コントロール群に比べ量の違いを解析した。腓腹筋における種々の筋分て中央滞在時間の値が高くなっており（ p <0.01,解遺伝子の発現や、筋タンパク質の異化を誘導す

図 2C）、不安様行動が緩和されていることが示

るグルココルチコイド受容体の発現、またグルコー

唆された。SD 移行前に各タンパク質を給餌した

ス取り込みを制御するグルコース輸送体の発現等

LDp-SD の条件では、グルテンを事前摂取したマについて、real-time PCR により解析した。

ウスにおいて、SD 移行後でも中央滞在時間の値2-6.

統計解析が高く保持されていた（ p < 0.05, 図 2D）。

LD-SDp グループと LDp-SD グループの結果にFST については、SD コントロール群では LD分けて統計処理を行なった。SD コントロール群コントロール群よりも無動時間が長くなる傾向がと LD コントロール群の値を両グループのコント見られた（ p = 0.07）。LD-SDp の条件ではタンパクロールとして用いた。各グループにおいて、SD質配合餌による有意な影響は見られなかったがコントロール群を基準とした Dunnett test を行（ 図 2E）、LDp-SD の条件では大豆タンパク質をい、p <0.05 を有意水準として結果を判定した。

事前摂取したマウスにおいて、SD 移行後に無動3.

結果

3-1. 様々なタンパク質配合餌が摂食、体重、精巣上体脂肪重量に及ぼす影響時間の減少が認められた（ p < 0.01, 図 2F）。
3-3. 血漿中 Trp/LNAA、筋繊維型及び筋代謝遺伝子の発現SD コントロール群の血漿中 Trp/LNAA は、LDSD コントロール群のマウスは、LD コントロールコントロール群に比べて有意に低い値を示した群のマウスに比べて、体重および精巣上体脂肪（ p < 0.05, 図 3B）。LD-SDp の条件では、α- ラク重量が高い値を示したが（ 体重：p < 0.01；脂肪：トアルブミン飼料を摂取したマウスにおいて有p <0.05）、摂食量に有意な変化は見られなかった。

意に高い値が見られた（ p < 0.05, 図 3A）。一方、

52

浦上財団研究報告書

図2Vol.22（2015）

様々なタンパク質配合飼料が短日条件におけるマウスの不安様行動およびうつ様行動に及ぼす影響。SD : 短日条件、LD: 長日条件、Glt : グルテン、Soy :大豆タンパク質、Lac : α - ラクトアルブミン、OFT : オープンフィールド試験、
FST : 強制水泳試験、*p < 0.05, **p < 0.01, Dunnett test

図3

様々なタンパク質配合飼料が短日条件におけるマウスの血漿 Trp/LNAA や腓腹筋の筋繊維型割合に及ぼす影響。SD : 短日条件、LD : 長日条件、Glt :グルテン、Soy : 大豆タンパク質、Lac : α - ラクトアルブミン、*p < 0.05,**p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001, Dunnett test

様々なタンパク質源摂取による冬季うつ病の予防改善効果の解析

53

LDp-SD の条件においては、グルテンあるいは冬季にα- ラクトアルブミン摂取と運動を組み合わ大豆タンパク質飼料を事前摂取したマウスにおせることで情動悪化を効率的に緩和できる可能性

い て、SD 移 行 後 に 高 い Trp/LNAA が 保 持 さがあり、今後の研究展開が望まれる。

れていた（グルテン：p < 0.01, 大豆タンパク質：p <0.05, 図 3B）。

本研究ではさらに、SD に移行する前に各飼料を給餌して予防効果を解析した（LDp-SD）。こ腓腹筋における筋繊維型を解析した結果、SDの実験条件は、夏から秋にかけて摂取することでコントロール群では LD コントロール群に比べて冬季の情動悪化を予防できるタンパク質の探索をIIb の割合が有意に高く、IIa と IIx は低い割合で目的として設定した。行動解析の結果、グルテンあった（ 図 3C, D）。各種タンパク質配合飼料は筋飼料の事前摂取により、SD における不安様行動繊維型に影響を及ぼさなかった（図 3C, D）。日長の亢進が抑制されること、また大豆タンパク質飼が筋代謝関連遺伝子の発現に及ぼす影響を解析し料の事前摂取より、SD におけるうつ様行動の増たところ、SD では腓腹筋における種々の筋分解加（強制水泳試験の無動時間）が緩和されること遺伝子の発現が増加していることが明らかとなっが示唆された。さらに、グルテンや大豆タンパクた。また筋分解を誘導するグルココルチコイド受質を事前摂取したマウスでは、SD 移行後の血漿容体のヒラメ筋における発現が SD で亢進してお

Trp/LNAA が高値を保持しており、長期的な遊り、グルコースの取り込みを制御する GLUT4 の離アミノ酸調節機構の関与が示唆された。グルテ

腓腹筋における発現が SD で抑制されていた。

ンや大豆タンパク質の摂取は、アミノ酸の吸収や4.

考察

本研究では、冬季の日長を模した SD におけ代謝を制御する腸内細菌叢に影響を及ぼす

11, 12 ）。

腸内細菌叢は長期的に変化することから、今回の結果との関連が示唆される。

る 不 安 様 行 動 や う つ 様 行 動 を 改 善 で き る タン本研究で見出された重要な点として、C57BL/6J

パク 質 源 を 見 出 す こ と を 目 的 と し て、 様 々 な

マウスの脂肪や骨格筋に日長の影響が顕著に見ら

Trp/LNAA を 含 む タンパク 質 配 合 飼 料 の 機 能れた点が挙げられる。LD では SD に比べて、精解 析 を 行 な っ た。SD で 各 飼 料 を 給 餌 し た 条 件

巣上体周囲の脂肪量が少なく、IIa/x 筋繊維型が（LD-SDp）における OFT の結果から、SD で亢進高割合で含まれていた。IIa 筋繊維型は IIb よりした不安様行動（中央滞在時間の減少）は、α- ラも酸化的代謝能に優れており 13）、LD における脂クトアルブミン飼料により抑えられることが判明

肪分解で生じた脂肪酸の酸化と機能的関連があした。α- ラクトアルブミン飼料を摂取したマウスるのかもしれない。さらに、SD では筋分解遺伝

では血漿 Trp/LNAA も亢進しており、Trp の脳子の発現亢進や、筋タンパク質の異化を誘導する移行量の増加を介して不安様行動を抑えた可能性

グルココルチコイド受容体遺伝子の発現増加、まが考えられる。実際に、α- ラクトアルブミン飼料たグルコース取り込みを制御するグルコース輸送により、ラットの脳皮質における Trp 量や視床下体の抑制が見られた。これらの結果は、SD にお部におけるセロトニン量が増加することが報告さ

ける骨格筋の異化作用の促進及び同化作用の抑10）。α- ラクトアルブミンには Trp が豊制を示唆している。骨格筋代謝は血中遊離アミノ富に含まれるほか、筋肉代謝や運動機能に関わる酸プールの調節に深く関与するため、本研究結果分岐鎖アミノ酸の含有量も他のタンパク質に比べの Trp/LNAA や情動関連行動との関連が示唆さて高い。筋肉代謝が今回の結果に関与するならば、れる。

れている

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浦上財団研究報告書

本研究の結果により、冬季の日長下における摂取や、冬季を迎える前の摂取により、冬季の不安や抑うつを改善・予防できるタンパク質源が示唆された。動物の季節適応機構である光周性の名残がヒトにも残ること、また野生動物が自然条件下で摂食する食べ物には季節変動があることを今回の結果と統合して考慮すれば、我々人類にとっても、各季節において適切な栄養を選択することが、一年を通した健康維持に繋がるのかもしれない。
謝

辞本研究の遂行にあたり、貴重な研究助成を賜りました公益財団法人 浦上食品・食文化振興財団及び関係者の皆様に御礼を申し上げます。
文献1) 三島和夫 第 17 章「季節性感情障害」In : 気分障害, 上島国利ら編集, 医学書院
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Analysis of preventive and improvement effects of dietary protein sources on physiology and behaviors related to winter depression 55

Analysis of preventive and improvement effects of
dietary protein sources on physiology andbehaviors related to winter depression
Shinobu Yasuo
Faculty of Agriculture, Kyushu University
This study elucidated whether diets of various protein sources that contain different
ratios of tryptophan to other large neutral amino acids (Trp/LNAAs) (casein, Trp/LNAAs= 0.0388; gluten, Trp/LNAAs = 0.0405; soy protein, Trp/LNAAs = 0.0543; α-lactalbumin,
Trp/LNAAs = 0.1287) affect depression- and anxiety-like behaviors and body compositionin C57BL/6J mice under short-day conditions (SD). In the control mice on a casein diet,time spent in the central area in the open field test (OFT) was lower in the mice under SD
than in those under long-day conditions (LD), indicating that SD exposure induces anxietylike behavior. The SD-induced anxiety-like behavior was countered by an α -lactalbumindiet given under SD. An α-lactalbumin diet under SD also resulted in decreased foodintake and body and epididymal fat weights compared with the casein diet with SD. In themice that were on a gluten diet before transition to SD, the time spent in central area in
the OFT under SD was higher than that in the SD control mice, indicating that the gluten
diet has a preventive effect on SD-induced anxiety-like behavior. Alternatively, mice thatingested soy protein before the transition to SD had lower immobility in the forced swim
test, a depression-like behavior, compared with the SD control. Analysis of Trp/LNAAs
revealed lower Trp/LNAAs in the SD control compared with the LD control, which wascounteracted by an α-lactalbumin diet under SD. Furthermore, mice on gluten or soy
protein diets before transition to SD maintained Trp/LNAAs at a high level under SD.
Ratio of muscle fiber type in the gastrocnemius was altered by photoperiod but not byexperimental diets. Expression of genes that are involved in muscle metabolism was also
regulated by photoperiod in gastrocnemius and soleus. In conclusion, ingestion of specificproteins at different times relative to photoperiodic transition may modulate anxiety- and/ordepression-like behaviors, partially through changes in plasma Trp/LNAAs.