メタボリックシンドローム動物モデルの病態特性の解明に関する研究

• Material Type: 博士論文
• Title: メタボリックシンドローム動物モデルの病態特性の解明に関する研究
• Author/Editor: 滑川, 淳一
• Author Heading: 滑川, 淳一
• Publication Date: 2019-03-15
• Publication Date (W3CDTF): 2019-03-15
• Alternative Title: Characteristics of a metabolic syndrome animal model
• Degree grantor/type: 麻布大学
• Date Granted: 2019-03-15
• Date Granted (W3CDTF): 2019-03-15
• Dissertation Number: 甲第75号
• Degree Type: 博士(学術)
• Conferring No. (Dissertation): 甲第75号
• Text Language Code: jpn
• Target Audience: 一般
• Note (General): 【研究の背景】 メタボリックシンドローム（MS）とは、内臓脂肪型肥満に加えて高血糖、高血圧、脂質代謝異常のうちいずれか２つ以上を合わせもった状態をいう。MSの患者数は近年増加しており、MSの病態解明および治療薬開発には良質な実験動物モデルが必須であり、ヒトのMSに類似する実験動物モデルの開発が切望されている。MSの発症進展には遺伝要因および環境要因の関与が大きい。環境要因では高脂肪食や高糖質食などの食事の影響が大きいとされ、ファストフードの甘味料としての使用量が近年急増しているフルクトースのMS発症への関与が注目されている。WBKDFラットは、WBN/KobとZucker肥満ラットの戻し交配により、肥満およびインスリン抵抗性に関連するレプチンレセプター肥満遺伝子（Lepr fa）を導入した新規コンジェニックラットである。本研究では、遺伝的要因によりMSを自然発症するWBKDFラットに環境要因として糖質のフルクトースを負荷してヒトのMSに類似する動物モデルとしての妥当性を検討した。【第1章：WBKDFラットにおける高脂肪食および高フルクトース食誘導性肥満に関する研究】【研究目的】 実験動物を用いてMSモデルを作製する手段として高脂肪食（HFD）および高フルクトース食（FRD）の負荷が汎用される。本章では、WBKDFラットに負荷した高脂肪食あるいは高フルクトース食が肥満、脂質代謝および糖代謝に及ぼす影響を比較検討した。【材料および方法】 実験には日本SLC株式会社より入手した雄性WBKDFラットおよび雄性Wistarラットを使用した。WBKDFラットを標準食（STD）群、HFD群およびFRD群の3群（n=8/群）に分け、それぞれSTD（CE-2）、HFD（45%脂肪）およびFRD（60%フルクトース）を7週齢から11週齢までの4週間与えた。Normal 群として、Wistarラットに標準食を7週齢から11週齢までの4週間与えた。実験期間中に体重、血糖値および血中インスリン値の測定を週1回実施した。【結果】 実験開始前のWBKDFラットの体重はNormal群と比較して高かった（P<0.01）。WBKDFラットにHFDまたはFRDを4週間負荷した後の体重は、いずれもSTD群に比べて高かった（P<0.01）。また、内臓脂肪重量も、HFD群およびFRD群ではSTD群よりも高かった（P<0.01）。血中脂質濃度は、WBKDF-STD群の総コレステロール（T-Cho）、リン脂質（PL）および中性脂肪（TG）がNormal群と比較して高く（P<0.01）、HFD群およびFRD群のT-ChoおよびPLがSTD群よりも高かった（P<0.01）。 STD群では8週齢より顕著な血糖値の増加がみられ、HFD群の血糖値はSTD群よりもさらに高く推移したのに対し、FRD群の血糖値は実験期間中を通じてSTD群よりも低かった（P<0.01）。血中インスリン値は7週齢のWBKDFラットでNormal群と比較して高値がみられ（P<0.01）、STD群およびHFD群の血中インスリン値は8週齢から11週齢にかけて減少した。これに対して、FRD群の血中インスリン値は11週齢までNormal群と比較して高値を推移した（P<0.01）。【結論】 WBKDFラットにおいてHFD負荷あるいはFRD負荷はともに遺伝性の肥満および脂質異常症を増悪することが明らかとなった。しかし、高血糖に対して、HFDとFRDは異なるプロファイルを示し、HFD負荷では血糖上昇を増幅したが、FRD負荷は血糖上昇を軽度に抑制した。血中インスリン値は、HFD負荷でSTD群と同様に週齢を経るにしたがい減少したが、FRD負荷では高値を維持することが明らかとなった。【第2章：高フルクトース食負荷WBKDFラットにおける病態解析】【研究目的】 前章において、FRD負荷はHFD負荷と同様にWBKDFラットの遺伝性肥満および脂質異常症を増悪するものの、HFDとは異なり高血糖を抑制することが明らかとなった。そこで本章では、WBKDFラットに負荷したFRDが糖代謝に及ぼす影響を調べるため、糖代謝の主要臓器である膵臓および肝臓に対する作用について検討した。【材料および方法】 実験には雄性WBKDFラットおよび雄性Wistarラットを使用した。WistarラットおよびWBKDFラットを、それぞれSTD群およびFRD群の計4群（n=8又は12/群）に分け、それぞれSTD、FRDを7週齢から11週齢までの4週間与えた。静脈内糖負荷試験、膵臓の病理組織学的検査、肝臓中TGの定量および肝臓の病理組織学的検査を行った。【結果】 Wistarラットでは、STD群とFRD群の間には体重および血糖値ともに差はみられなかった。第1章と同様にWBKDFラットでは、FRD負荷により食餌誘導性肥満が惹起されたものの、血糖値の上昇は顕著に抑制された。 Wistarラットにおける糖負荷試験（IVGTT）ではFRD負荷による軽度のインスリン分泌能の促進がみられた。また、WBKDFラットでは、FRD群において耐糖能およびインスリン分泌能の悪化の軽減がみられた。膵臓の病理組織学的検査では、FRDによる影響はWistarラットでは見られなかったが、WBKDFラットではFRD群で膵β細胞の面積の高値がみられた（P<0.01）。 一方、FRD負荷によりWistarラットでは血中T-Choが増加したにとどまったのに対して、WBKDFラットでは血中AST、ALT、T-ChoおよびPLが増加した。肝臓の病理組織学的検査より、WistarラットではFRD群で軽微な脂肪肝がみられた。WBKDFラットの肝臓では、STD群で軽度～中等度の脂肪肝、FRD群で中等度～重度の脂肪肝がみられた。WBKDFラットの肝臓中TG量は、FRD群においてSTD群と比較して高値を示した（P<0.01）。【結論】 WBKDFラットにFRDを負荷することにより、膵β細胞の破壊が軽減されたのに対して脂肪肝は増悪した。これらの成績は、WBKDFラットにおけるFRDによる血糖の上昇の抑制ならびに血中インスリン値の減少の抑制は、肝臓への影響によるのではなく、膵β細胞の障害進展を抑制することによることを示唆している。【第3章：高フルクトース食負荷WBKDFラットにおけるGLP-1誘導体リラグルチドの作用に関する検討】【研究目的】 ヒトで抗MS作用があることが報告されている薬剤が、ヒトと同様に有効性を示さないようでは、MSの病態解明および治療薬開発のために有用な動物モデルとは言えない。したがって、当該動物モデルの有用性を検証するためには、ヒトで抗MS作用があることが報告されている薬剤による改善作用が、当該動物モデルとヒトで類似するかどうかを検討する必要がある。そこで、本章では、FRDを負荷したWBKDFラット（WBKDF-FRDラット）を用いて、ヒトで抗MS作用のあることが報告されているGLP-1受容体作動薬であるリラグルチドによる作用を検討した。【材料および方法】 雄性WBKDFラットに6週齢からFRDを負荷した。7週齢のWBKDFラットを対照群（生理食塩液）、リラグルチド低用量群（75 μg/kg）およびリラグルチド高用量群（300 μg/kg）の3群（n=8/群）に分け、7週齢から11週齢までの4週間リラグルチドを1日1回皮下投与した。【結果】 WBKDFラットにFRDを負荷することにより、MSの特徴である耐糖能異常、肥満、脂質異常症に加え、軽度な高血圧ならびに脂肪肝が発症した。リラグルチド投与群の体重、精巣集脂肪重量および腸間膜脂肪重量は、対照群と比較して低値を示した（P<0.01）。 対照群のラットは11週齢で軽度な高血糖（333±42 mg/dL）を示したのに対して、リラグルチド投与群では、対照群と比較して低値がみられた（P<0.01）。 リラグルチド投与群の空腹時の血糖値および血中インスリン値は、対照群と比較して低値を示した（P<0.01またはP<0.05）。高用量のリラグルチド投与群の血糖値AUCは、対照群に対して低く（P<0.05）、耐糖能が改善された。高用量リラグルチド投与群の血中インスリン値AUCは、対照群に対して高く（17%）、インスリン分泌能の改善を示した。また、インスリン抵抗性指標であるHOMA-IRは、リラグルチド投与群で対照群と比較して低値を示した（P<0.05）。 また、リラグルチド投与群の収縮期血圧（tail-cuff法にて測定）は、11週齢で対照群と比較して用量依存的な低値を示し、高用量群で有意差（P<0.01）がみられた。 さらに、血中T-ChoおよびPLは、リラグルチド高用量群で対照群と比較して低値を示した（P<0.01）。リラグルチド投与群の肝臓重量は、対照群と比較して用量依存的な低値（P<0.01）を示した。肝臓の病理組織学的検査では、対照群で重度な脂肪肝がみられ、リラグルチド投与群で用量依存的な脂肪肝の改善がみられた。【結論】 WBKDF-FRDラットはヒトMS患者でみられると同様の耐糖能、内臓脂肪型肥満、高血圧、脂質異常症および脂肪肝の症状を示した。これらの症状は、ヒトMS患者で抗MS作用が報告されているリラグルチドを投与することで改善された。【総括】 本研究の成績より、WBKDF-FRDラットはヒトMS患者と類似する種々の病態を有するとともに、GLP-1誘導体リラグルチドによる改善作用もヒトMSに類似することが明らかとなった。このように、WBKDF-FRDラットはヒトMSの病態解明および治療薬開発の研究に有用である。; Metabolic syndrome (MS) is composed of visceral fat obesity, hyperglycemia, hypertension and dyslipidemia. An increase in metabolic syndrome patients worldwide has stimulated the development of useful animal models for investigating the causal mechanism and new medical agents against MS. However, it is still challenging to find a dietetic model that closely approximates human MS.MS is a multi-factorial disorder influenced by interactions between genetic and environmental factors. Higher consumption of foods rich in fat and carbohydrates greatly influence the onset of MS. As for carbohydtrates, the rapid increase in fructose consumption as a sweetner has focused attention on its contribution to the onset of MS.The WBKDF rat is a new congenic strain developed by introduction of the fa allele of the Zucker fatty rat into the parental WBN/Kob rat genome. The leptin receptor fatty gene (Leprfa) is a recessive mutation that leads to leptin receptor deficiency, and homozygous animals (fa/fa) exhibit obesity and hyperphagia, in addition to insulin resistance. Previous reports demonstrated that WBKDF rats develop obesity and insulin resistance, both of which lead to T2DM. These data also suggest that WBKDF rats may be a useful model to simulate human MS.Therefore, in this research, the experiments comprised of 3 chapters were performed in order to find the animal model that closely approximates human MS.In the Chapter 1, we examined the effects of a high-fat diet (HFD) and fructose-rich diet (FRD) on obesity, dyslipidemia and T2DM in WBKDF rats, which spontaneously develop obesity, dyslipidemia and T2DM due to genetic factor in the search of the animal model that closely approximates human MS. The main findings of this study were that 1) HFD and FRD aggravated obesity and dyslipidemia spontaneously developed in WBKDF rats; 2) feeding of HFD and FRD leads to a distinct phenotype in glucose metabolism in WBKDF rats. Hyperglycemia spontaneously developed in WBKDF rats was aggravated by HDF, but inversely inhibited by FRD; 3) the plasma insulin levels of WBKDF-FRD rats remained high whereas those of WBKDF rats fed standard diet (STD) and HFD were comparable and had a tendency to decrease. Therefore, in the Chapter 2, we examined the effects of FRD on glucose metabolism in pancreases and livers of WBKDF rats. The main findings of this study were that 1) FRD attenuated injury of the pancreatic β-cells in WBKDF rats; 2) FRD aggravated hepatic steatosis in WBKDF rats. These findings suggest that the mechanism by which FRD attenuated hyperglycemia and inhibited reduction of plasma insulin levels in WBKDF rats is not improvement of hepatic glucose metabolism, but attenuation of injury of the pancreatic β-cells.The findings in the Chapter 1 and 2 demonstrated that feeding of FRD resulted in several features of MS in WBKDF rats. In order to verify the usefulness of animal models for investigating the causal mechanism and new medical agents against MS, we need to examine whether the pharmacological responses of WBKDF-FRD rats to anti-MS agent are similar with those of human MS patients. Therefore, in the Chapter 3, we examined the pharmacological response of WBKDF-FRD rats to liraglutide, a clinically-used GLP-1 receptor agonist for MS patients. The main findings of this study were that 1) feeding of FRD resulted in several features of MS, including glucose tolerance, obesity, hypertension, dyslipidemia and hepatic steatosis in WBKDF rats; 2) Liraglutide improved glucose tolerance, obesity, hypertension, dyslipidemia, and hepatic steatosis associated with MS in WBKDF-FRD rats.This research demonstrated that WBKDF-FRD rats exhibited signs of human MS, including glucose tolerance, obesity, hypertension, dyslipidemia and hepatic steatosis. The pharmacological responses of WBKDF-FRD rats to liraglutide are similar with those of human MS patients. WBKDF-FRD rats may be a useful model to investigate the etiology of human MS.
• Persistent ID (NDL): info:ndljp/pid/11279030; https://dl.ndl.go.jp/pid/11279030
• Collection: 障害者向け資料
• Collection (Materials For Handicapped People:1): テキストデータ
• Collection (particular): 国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文; https://dl.ndl.go.jp/collections/A00014
• Acquisition Basis: 博士論文（自動収集）
• Date Accepted (W3CDTF): 2019-05-06T10:27:56+09:00
• Date Created (W3CDTF): 2019-03-20
• Format (IMT): PDF
• Access Restrictions: 国立国会図書館内限定公開
• Service for the Digitized Contents Transmission Service: 図書館・個人送信対象外
• Availability of remote photoduplication service: 可
• Periodical Title (URI): http://id.nii.ac.jp/1112/00005276/
• Data Provider (Database): 国立国会図書館 : 国立国会図書館デジタルコレクション; https://dl.ndl.go.jp