はじめに
脂肪細胞は，飢餓時に備え中性脂肪 を蓄える臓器である．運動時や絶食時 には中性脂肪は加水分解され，遊離脂 肪酸（FFA；free fatty acid）とグリセロ ールが循環血中へ放出される．以前よ り脂肪細胞には効率良いグリセロール 放出機構の存在が想定されていたが， 分子機構は明らかにはされていなかっ た．1997年，私たちのグループと大阪 大学細胞工学センターとの共同研究 で，ヒト脂肪組織 cDNA libraryより 水 チ ャ ネ ル フ ァ ミ リ ー に 属 す る aquaporin adipose（AQPap）を同定し
た1）．その後，AQPapは水のみならず グリセロール透過能をも有すること1, 2） ，3T3-L1脂肪細胞の分化過程に伴い AQPap遺伝子発現が増加していくこ と2） ，インスリンにより転写レベルで 厳密に制御されていること3）などを報 告 し て き た ． こ れ ら の 結 果 は ， AQPapが脂肪細胞において，グリセ ロール放出に関わる分子であることを 強く示唆していた． 最近私たちは実際にAQPapが生体内 で脂肪細胞特異的グリセロールチャネ ルとして作用しているか，またAQPap の破綻はどのような病態に繋がるの か，などを解析する目的でAQPap欠 損マウスの作製・解析を行った4, 5） ．本 稿では，AQPap欠損（KO）マウスから 得られた知見を報告する．
１. 脂肪細胞特異的グリセロー
ルチャネル，AQPap
まず，AQPapが生体内において脂 肪細胞特異的グリセロールチャネルと して機能しているかどうか，７∼10週 齢のマウスを用いて解析を行った．脂 肪分解により生じる遊離脂肪酸（FFA）， グリセロールの血中濃度を摂食，絶食 時 に 測 定 し た ． 血 中 F F A は 野 生 型 （WT），KOマウスに差は見られなか ったが，血中グリセロールは摂食，絶 食時ともKOマウスで有意に低値を示 した（図１-A）．また，これらマウスに 脂肪分解を強力に誘導するβ3-アドレ ナリン作動薬（BRL26830A）を投与す ると，血中FFA上昇は両群間で同程 度観察されたが，血中グリセロールの 上昇はKOマウスで有意に障害されて いた（図１-B）．同様の結果が3T3-L1脂 肪細胞でも観察された．すなわち， RNAiによりAQPapをノックダウンし た細胞では，アドレナリンによるグリ セロール放出が障害されていた． これらの結果，AQPapは生体内に おいて脂肪細胞グリセロールチャネル として機能しており，グリセロールの 放出に関わっていると考えられた．さ らに，長期絶食にて，KOマウスは WTマウスに比して血中グリセロール の上昇が障害され，重篤な低血糖を呈 した（図１-C）．脂肪細胞由来のグリセ ロールは肝臓における糖新生の基質の １つであり，絶食時の血糖を規定する 重要な因子と考えられた4） ．２. AQPap欠損による病態
次に，これらマウスの経時的な体重 を観察した．12週齢以降，KOマウス はWTマウスに比して有意に体重増加 を来すことがわかった（図２-A, B）5） ． KOマウスの脂肪組織は，形態学的に 肥大化した脂肪細胞が見られ（図２-C）， ヒストグラムではより肥大化した脂肪 細胞が多数見られた（図２-D）．精巣周 囲脂肪，腎周囲脂肪，皮下脂肪と，各 脂肪組織の重量はKOマウスが有意に 高重量を示した（図２-E）．さらに，肥 満を呈したKOマウスは全身性のイン スリン抵抗性を来した．体重差のない ８週齢から高脂肪・高蔗糖食を負荷す ると，負荷後２週目よりKOマウスは 有意に体重が増加し，より重篤なイン スリン抵抗性を呈した．３. AQPap欠損マウスの肥満発
症機序
私たちは，KOマウスが肥満を呈す る原因を調べるために体重差のない若 週齢マウスの解析をさらに進めた．体 重あたりの摂餌量，直腸温や酸素消費 量は両マウス間で差がなかった．また， 白色脂肪および褐色脂肪組織における 脂肪分化，脂肪合成・分解や熱産生に 関わる分子の遺伝子発現にも明らかな 違いは見出せなかった．しかし，KO マウスの脂肪細胞内グリセロール含量 がWTマウスと比較して有意に増加し ていた（図３-A）．最近，グリセロール 「肥満研究」Vol. 12 No. 3 2006 ＜トピックス＞火伏俊之，ほかトピックス
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アクアポリン・アディポースの
生体内における機能解析
火伏 俊之，前田 法一，船橋 徹，下村伊一郎
大阪大学大学院医学系研究科内分泌・代謝内科学「肥満研究」Vol. 12 No. 3 2006 ＜トピックス＞火伏俊之，ほか
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（mM） （％） 血 中 遊 離 脂 肪 酸 摂食 絶食 （μM） ＊＊ ＊＊ ＊ ＊＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ 血 中 グ リ セ ロ ー ル 摂食 絶食 血 中 遊 離 脂 肪 酸 変 化 率 BRL26830A （％） 血 中 グ リ セ ロ ー ル 変 化 率 BRL26830A 0.9 1.0 1.1 1.2 0.8 WT 0.7 0.6 0.5 100 0 10 時間（min） 0.3 1.2 0.9 0.6 0 6 12 18 24 時間（hours） 20 250 KO WT KO 300 400 200 WT 100 KO WT KO WT KO 200 150 100 0 10 時間（min） 20 300 250 200 150 血中遊離脂肪酸（mM） C B A 絶食 摂食 150 350 300 250 200 0 6 12 18 24 時間（hours） 血中グリセロール（μM） 絶食 摂食 60 160 140 120 100 80 0 6 12 18 24 時間（hours） 血糖（mg/dl） 絶食 摂食 図１ 脂肪細胞特異的グリセロールチャネル；AQPap A：摂食時，12時間絶食時における血中FFA，グリセロール濃度，B：β3アドレナリン作動薬による脂肪分解誘発試験，C：長期絶食試験 ＊p＜0.05，＊＊p＜0.01アクアポリン・アディポースの機能解析
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40 （g） A B WT KO WT C D （g） WT KO ＊＊ KO 精巣周囲脂肪 WT KO ＊＊ 腎周囲脂肪 WT KO ＊＊ 皮下脂肪 E 35 30 25 20 15 0 0 細胞面積 （μm2） 5 10 15 1 2 6 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 8 10 12 ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ 14 週齢 16 18 20 WT KO 22 24 体 重 脂 肪 組 織 重 量 頻 度 WT 0 細胞面積 （μm2 ） 5 10 15 （％） （％） 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 頻 度 KO 100μm 100μm 図２ AQPap欠損マウスは肥満を来す A：成長曲線，B：20週齢時の外観，C：20週齢時の脂肪組織像（H&E染色），D：脂肪細胞面積のヒストグラム，E：各脂肪組織重量 ＊＊p＜0.01 3 WT （μmole/mg） A KO ＊ 2 1 0 脂 肪 組 織 内 グ リ セ ロ ー ル 含 量 6.5 （nmol/well） C ＊＊ 6.0 5.5 5.0 グ リ セ ロ ー ル 含 量 200 WT （nmol/mg protein/h） B KO ＊＊ 150 50 100 0 グ リ セ ロ ー ル キ ナ ー ゼ 活 性 6 5 Cont. （relative ratio） D AQPap RNAi ＊ 4 3 2 1 0 グ リ セ ロ ー ル キ ナ ー ゼ 活 性 2.0 （relative ratio） F ＊＊ 1.5 1.0 0.5 中 性 脂 肪 含 量 10.0 Cont. （pmol/μg protein） E AQPap ＊ 7.0 8.0 9.0 オ レ イ ン 酸 取 込 み RNAi Cont. AQPap RNAi Cont. AQPap RNAi 図３ AQPap欠損マウスの肥満発症機序の解析A, B：in vivoにおける解析 C, D, E, F, in vitro 3T3-L1における解析
キナーゼ（Gyk）は基質であるグリセロ ールそのものにより立体構造が変化し， 基質誘導性の酵素活性が上昇しグリセ ロールをグリセロール３リン酸へ変換 することが報告された6） ．そこで，肥 満を呈する前のKOマウス白色脂肪 Gyk活性を測定したところ，WTマウ スに比して明らかに上昇していた（図 ３-B）．また，脂肪細胞にGykを過剰発 現すると，グリセロールの再エステル 化が亢進し中性脂肪含量が増加するこ とも示されている7） ．実際，3T3-L1脂 肪細胞にRNAiを用いてAQPapをノッ クダウンすると細胞内グリセロール含 量が増加（図３-C），Gyk活性が上昇し （図３-D），オレイン酸取り込みが増加 し（図３-E），最終的には中性脂肪含量 がコントロール-RNAi群に比して有意 に増加した（図３-F）5） ． 以上，AQPap欠損マウスの解析に より，１）AQPapは脂肪細胞特異的グ リセロールチャネルとして実際に生体 内において機能していること ，２） AQPap欠損により脂肪細胞肥大，肥 満が生じること，が明らかになった． KOマウスの肥満発症機序のシェーマ を図４に示す．
おわりに
脂肪細胞を中心としたグリセロール 代謝研究はAQPapの発見により飛躍 的に向上している．最近，肥満症例で は脂肪組織AQPapの発現が低下して いるという報告がなされており8） ，新 たな肥満発症の原因の１つとして注目 される． 文 献１）Kuriyama H, Kawamoto S, Ishida N, et al.：Molecular cloning and expres-sion of a novel human aquaporin from adipose tissue with glycerol permeability. Biochem Biophys Res
Commun 1997, 241：53-58.
２）Kishida K, Kuriyama H, Funahashi T, et al.：Aquaporin adipose, a puta-tive glycerol channel in adipocytes. J Biol Chem 2000, 275：20896-20902. ３）Kishida K, Shimomura I, Kondo H, et
al.：Genomic structure and insulin-mediated repression of the aquapor-in adipose（AQPap）, adipose-specific glycerol channel. J Biol Chem 2001, 276：36251-36260.
４）Maeda N, Funahashi T, Hibuse T, et al.：Adaptation to fasting by glycerol transport through aquaporin 7 in adipose tissue. Proc Natl Acad Sci USA 2004, 101：17801-17806. ５）Hibuse T, Maeda N, Funahashi T, et
al.：Aquaporin 7 deficiency is associ-ated with development of obesity through activation of adipose glyc-erol kinase. Proc Natl Acad Sci USA 2005, 102：10993-10998.
６）Yeh JI, Charrier V, Paulo J, et al.： Structures of enterococcal glycerol kinase in the absence and presence of glycerol：correlation of conformation to substrate binding and a mecha-nism of activation by phosphoryla-tion. Biochemistry 2004, 43：362-373. ７）Guan HP, Li Y, Jensen MV, et al.：A
futile metabolic cycle activated in adipocytes by antidiabetic agents. Nat Med 2002, 8：1122-1128.
８）Marrades MP, Milagro FI, Martinez JA, et al.：Differential expression of aquaporin 7 in adipose tissue of lean and obese high fat consumers. Biochem Biophys Res Commun 2006, 339：785-789. 「肥満研究」Vol. 12 No. 3 2006 ＜トピックス＞火伏俊之，ほか
