栄養生理研究会報 Vol.60，No.1 2016 1．代償性成長研究の背景 栄養制限によって成長が遅延したウシやラットに おいて、その制限を解除すると、栄養制限を受けて いない同じ種の同じ日齢の個体よりも高い増体を 示すことが20世紀の初めに報告された1，2）。この現 象は Bohman によって「代償性成長（Compensatory growth）」と名付けられた3）。今日では代償性成長は、 栄養制限や疾病などで成長を抑制された生体におい て、これらの制限要因が解除された後に成長が促進 される生理学的過程と定義されている4）（図1）。ブタ を用いた代償性成長の研究は、豚肉生産性改善を目 指し、と体中のタンパク質や脂肪などの体構成成分 変化、肉質の改善、栄養素の利用効率、窒素排泄量 などについて進められてきた5−9）。 代償性成長を誘発するためには、一定期間成長を 抑制しなければならない。ブタの成長を抑制する方 法として、制限給 、飼料中タンパク質含量および エネルギー含量の低減などさまざまな栄養制限が報 告されている10−13）しかし、これらの先行研究では 成長抑制解除後の成長についての結果が一致せず、 明瞭な増体の促進が観察される報告7，8，13）や、代償 性成長が観察されない報告12，14，15）が存在する。こ のように再現性が確立できないことから、現時点で は養豚の現場における代償性成長を利用した生産体 系は実施されておらず、またメカニズムの解明が進 んでいない。 制限給 後の代償性成長や、飼料中タンパク質含 量低減の後の代償性成長においては、多くの栄養素 が不足した状態から多くの栄養素が急速に充足する ことから、複数の因子が変動する16）。このことが、 再現性の確立やメカニズムの解明の障害となってい ると考えられた。給 量や飼料中タンパク質含量の 他に、増体を抑制する要因として飼料中アミノ酸量 があげられる。他の栄養素が充足している場合でも、 飼料中の一つの必須アミノ酸の不足によって増体は 抑制される17，18）。これらのことから、単一のアミ ノ酸の不足の後にそのアミノ酸を充足させると、代 償性成長が生じる可能性が考えられた。さらに、単 一のアミノ酸の充足で代償性成長を誘発できれば、 メカニズムの解明につながると考えられた。そこで、 穀物主体の飼料で第一制限アミノ酸となるリジンの 不足後に充足させることにより代償性成長を誘発し てそのメカニズムを検討した。
飼料中リジン含量の充足により誘発される代償性成長に関する研究
石田藍子
1・中島一喜
1・京谷隆侍
2，3・勝俣昌也
1，4 （1農研機構畜産草地研究所・2東京農工大学大学院連合農学研究科・ 3現所属；福島県農業総合センター畜産研究所・4現所属；麻布大獣医学部）Proceedings of Japanese Society for Animal Nutrition and Metabolism 60(1): 13−23, 2016.
Studies on Compensatory Growth with Changing Levels of Dietary Lysine from Defi cient to Suffi cient Aiko Ishida1, Kazuki Nakashima1, Takahito Kyoya2,3, Masaya Katsumata1,4
(1NARO Institute of Livestock and Grassland Science; 2United Graduate School of Agricultural Science, Tokyo University of
Agriculture and Technology, 3Present address; Fukushima Agricultural Technology Center; 4Present address; School of Veterinary
2． 飼料中リジン含量の充足によるブタの代償性成 長と窒素出納19） 1）増体への影響 6週齢の（ランドレース×大ヨークシャー）×デュ ロック（LWD）種の同じ母豚から生まれた兄弟（以 下同腹）4頭を1反復とし、実験を5反復（5腹）、計 20頭を供試した。試験飼料は、NRC 飼養標準20）に 基づき、全ての養分要求量を充足する対照飼料（CP： 16.1％、リジン含量：1.15％）と、リジン含量が対照 飼料の約63％のリジン不足飼料（CP：16.1％、リジ ン含量：0.73％）を用いた。対照飼料を24日間給与 する対照区、低リジン飼料を21日間給与しその後3 日間対照飼料を給与する代償性成長区の 2 区とし、 同腹の 4 頭から各区に 2 頭ずつ体重に基づいて割り 付けた。飼料切り替え前、飼料切り替え3日後に採 血した。 その結果、飼料中リジン含量は飼料摂取量に影響 を及ぼさず、エネルギーおよびタンパク質摂取量が 同じであったが、低リジン飼料を給与したブタは21 日目までの増体が低く（図2）、飼料効率も低かった （P＜0.05）。リジン充足（21 日目）後の代償性成長 区の増体量は対照区よりも高かった（図2）。0日目 から21日目までの日増体量に対する21日目から24 日目までの日増体量の比は、対照区で121％であっ たが、代償性成長区では187％であった（P＜0.05）。 すなわち、代償性成長が誘発できた。 代償性成長区のブタの血清中遊離リジン濃度は、 21日間の低リジン飼料の給与により対照区のブタよ り低かったが、飼料の切り替え後増加し（P＜0.01）、 飼料切り替え3日後（24日目）には処理区間に差が なかった。血清中 IGF-1濃度は、代償性成長区で低 リジン飼料の給与により、21日目に低く、飼料切り 替え後に増加し（P＜0.05）、24日目には処理区間で 差がなかった。インスリンおよびコルチゾール濃度 は、処理による差はなかった。 Chaosap らは、制限給 の後に生じる代償性成長 は、骨格筋重量には影響せず、内臓や脂肪の蓄積 に影響することを報告している9）。一方 Yang らは、 タンパク質制限後の代償性成長において筋肉蓄積が 増加したと報告しており6）、増体抑制の条件や強度 によって代償性成長時に蓄積が促進される体成分が 異なることが考えられた。本実験で低リジン飼料給 与時に比べて代償性成長中において血清中 IGF-I 濃 度が増加していたことから、少なくともタンパク質 蓄積の増加が関与していると考えられた。そこで次 にタンパク質蓄積量について検討するため、窒素出 納試験を実施した。 2）窒素出納 LWD 種の三元交雑種のオス、同腹の3頭を6腹供 試し、計 18 頭を供した。飼料には、内部標準とし て酸化クロムを 0.1％配合した。6 週齢から対照飼 図 2．ブタの飼料中リジンの不足から充足にともなう増体量（A）および体重の変化（B） 0−21 日：n＝10, 21−24 日：n＝5。a,b: 処理区間に有意差あり（P＜0.05）。 ＊：同処理区の 0−21 日と有意差あり（P＜0.05）。参考文献 19 から一部改変して転載。
料（リジン含量：1.36％）を24日間給与する対照区、 低リジン飼料を21日間給与しその後3日間対照飼料 を給与する代償性成長区、低リジン飼料（リジン含 量：0.73％）を24日間給与する低リジン区の3区と した。実験開始 18 日目から試験終了まで毎日尿を 全量採取し、毎朝、新鮮糞を採取して分析に用いた。 窒素摂取量、窒素消化率、糞中窒素排泄量、見か けの窒素吸収量は実験のいずれの時点においても差 がなかった。低リジン飼料給与により低リジン区と 代償性成長区の 19 日目から 21 日目における尿中窒 素排泄量は対照区より高かった（P＜0.05）。飼料切 り替え後には、代償性成長区で尿中窒素排泄量が減 少し、22 日目から 24 日目までの測定値は対照区と 代償性成長区に差はなかった。19 日目から 21 日目 までの窒素蓄積量は、低リジン飼料給与により低く なったが（図 3、P＜0.05）、飼料切り替え後、代償 性成長区の窒素蓄積量は増加した。飼料切り替え 3 日後の 24 日目には、代償性成長区の窒素蓄積量は 対照区に比べて高い傾向があった（P＝0.10）。22日 目から 24 日目までの代償性成長区の代謝体重あた りの窒素蓄積量は、対照区の代謝体重あたりの窒素 蓄積量より高かった（図3、P＜0.05）。 先の実験において、代償性成長中に血清中 IGF-I 濃度が増加したことから、日増体量の増加には窒素 蓄積の増加が伴うと考えられたが、窒素蓄積量は対 照区と代償性成長区に差はなかった。その理由に、 21日目での体重の差が考えられた。21 日目では、 対照区（25.8kg）と代償性成長区（22.7kg）の体重 に差があった（P＜0.05）。そのため、窒素蓄積量を 代謝体重あたりで示したところ、21 日目から 24 日 目における代謝体重あたりの窒素蓄積量は、対照区 に比べて代償性成長区で高かった。この結果は、リ ジンの充足に伴う代償性成長において窒素蓄積の増 加が寄与したことを示している。 飼料摂取量の制限（60％）や、タンパク質摂取量 の制限によって増体を抑制した後にこれらの制限要 因を解除すると、と体にしめる筋肉の割合が高くな るとの報告や、筋肉や脂肪がと体に占める割合は対 照区のブタと変わらないという報告がある21）。一 方で、本実験における代償性成長中のブタの飼料効 率は対照区より高く、窒素蓄積効率には差がなかっ たことを踏まえると、Chaosap らが示した様に、脂 肪や炭水化物など窒素以外の蓄積効率が変化した9） 可能性も考えられるが、その点についてはさらなる 研究が必要である。 3． リジン充足に伴う代償性成長における骨格筋タ ンパク質代謝22） 1）骨格筋タンパク質代謝 飼料中リジン含量の不足から充足への変化によっ 図 3． ブタの飼料中リジンの不足から充足にともなう代償性成長時の窒素蓄積量（A）および代謝体 重あたりの窒素蓄積量（B） 参考文献 ○ から一部改変して転載。n＝6。a, b：処理区間に有意差あり（P＜0.05）。＊：同処理 区の Day19-21 と有意差あり（P＜0.05）。参考文献 19 から改変して転載。
て、ブタが代償性成長を示すことを明らかにした。 また、リジン充足に伴う代償性成長中のブタにおい て、体内へのタンパク質蓄積が増加することが示唆 された。タンパク質の蓄積はタンパク質の合成と分 解のバランスによって変化し、タンパク質の蓄積が 増加するには、タンパク質合成の増加とタンパク質 分解の減少のどちらか、または両方が必要である。 しかし、リジン充足に伴う代償性成長中のタンパク 質蓄積の増加が、タンパク質代謝のどのような変化 によるのかについては不明である。そこで、飼料中 のリジン含量の不足から充足への変化により骨格筋 タンパク質の合成および分解がどのように変化する のかについて検討した。 タンパク質分解比速度の測定には、3−メチルヒス チジン法が用いられる。3−メチルヒスチジンは、骨 格筋のタンパク質分解に伴って放出される。ところ が、ブタ23）では、3−メチルヒスチジンがβ−アラニ ンとのジペプチドであるバレニンの生成に利用され るため、尿中への排出量からタンパク質分解比速度 を測定することはできない。一方、ヒトやラット、 マウスなどではタンパク質合成に3−メチルヒスチジ ンが再利用されず、代謝されずに尿中に速やかに排 泄されるため、尿中に排泄された3−メチルヒスチジ ン量を測定することにより、骨格筋の主要構成タン パク質であるミオシン、アクチンの分解速度を測定 できる24）。そこでラットを供試し、リジンの充足 に伴う代償性成長中における骨格筋タンパク質代謝 の変化について検討した。 Wister 系ラット3週齢オス24頭を供試、対照飼料 （リジン含量：1.30％）と、リジン含量が対照飼料 の35％の低リジン飼料（リジン含量：0.46％）を調 製した。4週齢時から対照飼料を21日間給与する対 照区、低リジン飼料を14日間給与しその後7日間対 照飼料を給与する代償性成長区の2区とした。 代償性成長区のラットは低リジン飼料給与により 14日目までの体重と日増体量が対照区より低かった （表1、P＜0.05）。飼料摂取量は14日目まで差がなかっ たが、飼料切り替え後には代償性成長区の飼料摂取 量は対照区より低かった（表 1、P＜0.05）。飼料切 り替え1日後の15日目には、代償性成長区の日増体 量は対照区よりも高くなり、14 日目から 21 日目の 間の日増体量は代償性成長区で高かった（表 1、P ＜0.05）。代償性成長区の 3週目の増体は 2週目より 80％増加した（表 1、P＜0.05）。すなわち、ラット でもリジン不足飼料給与の後の充足による代償性成 長が再現できた。飼料効率は 14 日目までの代償性 成長区のラットで対照区より低かった（表 1、P＜ 0.05）。飼料切り替え後の代償性成長区の飼料効率 は飼料切り替え前より70％高く、対照区より高かっ た（表1、P＜0.05）。 骨格筋タンパク質合成比速度は、低リジン飼料給 与によって低くなった（表 2、P＜0.05）。リジン充 足飼料給与によって、飼料切り替え1日後、および 7日後に骨格筋タンパク質合成比速度が対照区より 高くなった（表 2、P＜0.05）。骨格筋タンパク質分 解比速度には、低リジン飼料給与の影響は無かった が、飼料切り替え 2 日後および 3 日後で対照区に比 べて低くなった（表2、P＜0.01）このとき、タンパ 表 1．飼料中リジンの充足から不足への変化がラットの飼養成績と腓腹筋重量に及ぼす影響（n＝6）
ク質分解関連遺伝子の腓腹筋における発現の変化を 調べたが、差は無かった。 これらのことから、リジン充足における代償性成 長では、骨格筋タンパク質蓄積にタンパク質合成の 増加とタンパク質分解の減少の両方が寄与するが、 そのタイミングは異なることが示された。 2） リジン充足直後の IGF-I およびコルチコステロ ンの血中濃度と骨格筋タンパク質分解の検討 先の実験の結果から、リジン含量の充足による代 償性成長において、リジン充足2 日後と 3 日後にタ ンパク質分解の減少が確認されたが、どのタンパク 質分解経路の抑制に起因するのかは不明であった。 そこで次に、リジン含量の充足1 日後と 3 日後にサ ンプリングし、リジン充足直後のタンパク質分解系 について検討をおこない、タンパク質代謝の制御に 中心的な役割を果たす血中の IGF-I、IGFBP-3 およ びコルチコステロンの濃度の変化との関係を検討し た。 その結果、低リジン飼料を給与した代償性成長 区の血清中リジン濃度は対照区より低かった（表 3、P＜0.01）。飼料切り替え 1 日後の 15 日目に、代 償性成長区の血清中リジン濃度は対照区より高くな り（表 3、P＜0.01）、飼料切り替え 3 日後の 17 日に は対照区と差がなかった。血清中インスリン濃度 は、飼料中リジン含量およびリジン充足による影響 を受けなかった。低リジン飼料を給与したラットの IGF-Iと IGFP-3 は対照区より低かった（表 3、いず れも P＜0.01）。飼料中リジン含量を充足させると、 血清中 IGF-1濃度と IGFBP-3濃度は速やかに増加し、 IGF-I濃度は1日後、IGFBP-3濃度では3日後には処 理区間に差がなかった。血清中コルチコステロン濃 度は低リジン飼料給与によって対照区より高い傾向 があった（表 3、P＝0.06）。一方、代償性成長区の 血清中コルチコステロン濃度はリジンの充足に伴っ て低下し、その結果リジン充足3日後（17日目）に は処理区間に差がなかった。代償性成長区のリジン 充足3日後（17日目）の血清中コルチコステロン濃 表 2． 飼料中リジンの充足から不足への変化がラットの骨格筋タンパク質合 成比速度（Ks）および分解比速度（Kd）に及ぼす影響（n=6） 表 3． 飼料中リジンの不足から充足への変化がラットの血清中リジン、IGF-I、IGFBP-3、 コルチコステロン濃度に及ぼす影響（n＝6）
度はリジン不足時（14 日目）より低かった（表 3、 P＜0.05）。 腓腹筋におけるタンパク質分解関連遺伝子の mRNA発現量には低リジン飼料給与による影響はな かった。飼料切り替え1日後（15日目）と3日後（17 日目）に代償性成長区の腓腹筋における atrogin-1／ MAFbxの発現量は、対照区より低くなった（15日目： P＜0.01、17 日目：P＜0.05）。MuRF1 の腓腹筋にお ける発現量は、飼料中リジン含量およびリジン充足 による影響がなかった。caspase-3 の mRNA 発現量 は飼料切り替え1日後（15日目）に代償性成長区で 低かった（P＜0.05）。他のタンパク質分解酵素の腓 腹筋における mRNA 発現量は、いずれの時点にお いても処理による差がなかった。 atrogin-1／MAFbx は、骨格筋における主要なタン パク質分解経路であるユビキチン−プロテアソーム 系における骨格筋特異的リガーゼである。リジン不 足後のリジン充足によるタンパク質分解の抑制がユ ビキチン−プロテアソーム経路の抑制に起因する可 能性が示唆された。 本実験において、リジン充足1日後には、血清中 のコルチコステロン濃度が低下し、リジン充足3日 後にはリジン不足時よりも低かった。グルココルチ コイドは、ユビキチン−プロテアソーム系における atrogin-1／MAFbx の発現を促進することによって、タ ンパク質分解を促進する。IGF-I は、骨格筋における タンパク質合成を促進する成長因子である。一方 で、IGF-I はタンパク質分解を抑制し、グルココル チコイドの一つであるデキサメタゾンによるタンパ ク質分解の促進効果を抑制する。デキサメタゾン と IGF-I によるタンパク質分解の変化は、atrogin-1 ／MAFbx の mRNA 量と密接に関連している25）。本 実験において、リジンの充足に伴い代償性成長を示 したラットは、選択的に atrogin-1／MAFbx の mRNA 発現量が減少したが、atrogin-1／MAFbx と同じ E3 リガーゼである MuRF1の mRNA 発現量は減少しな か っ た。atrogin-1／MAFbx お よ び MuRF1 の mRNA の発現量は飼料摂取制限や糖尿病、デキサメタゾン 処理、拘束や除神経などの筋萎縮性刺激を受けた ラットの骨格筋において増加する26）。一方、アミ ノ酸投与によってタンパク質分解を抑制した実験で は減少することが観察されている27）。しかし、そ の発現量の増加や減少の程度は、atrogin-1／MAFbx mRNAが MuRF1の mRNA より大きいことが報告さ れている28）。Atrogin-1／MAFbx と MuRF1 発現量の 変化の大きさに違いが生じる機構については不明で あるが、本実験における単一のアミノ酸の不足およ び充足は、MuRF1 発現量を変化させるほどの強い 作用がないのかもしれない。 リジンが充足した飼料に切り替えてわずか1日で、 血清中の IGF-I と IGFBP-3濃度が増加したが、この 結果は、代償性成長区のラットでは、飼料の切り替 え 1 日後にすでに IGF-I の生理活性が増強されてい ることを示唆している。一方、血清中のコルチコス テロン濃度はリジンが充足した飼料に切り替えて 3日後に減少した。以上の結果から、飼料中リジン 含量の不足から充足への変化は、血清中の IGF-I 濃 度を増加させ、さらに血清中のコルチコステロン 濃度を減少させることにより、骨格筋の atrogin-1／ MAFbx mRNA 発現量とタンパク質分解を抑制した 可能性があると考えられた。 4． C2C12 筋管細胞における代償的なタンパク質蓄 積の検討 1） 培地中リジン濃度の増加がタンパク質蓄積へ及 ぼす影響 哺乳類の細胞において、培地中の複数のアミノ酸 の不足が mTOR シグナルとタンパク質合成を減少 させ、その効果はアミノ酸の再供給によって速やか に回復する（Fox et al., 1998）。一方、分岐鎖アミノ 酸であるロイシン、イソロイシン、バリンがニワト リ筋管細胞におけるユビキチン・プロテアソーム 系のタンパク質分解を抑制することを我々はすで に報告しており29）、さらにアルギニンも atrogin-1／
MAFbxおよび MuRF1 の mRNA 発現量を減少させ て、C2C12筋管細胞のタンパク質分解を抑制するこ とが報告されている30）。リジンの充足に伴って血清 中の IGF-I やグルココルチコイドの濃度も変化してい たことから、飼料中リジン充足がタンパク質代謝に及 ぼす影響が、リジンの直接作用によるものか、これら のホルモン濃度の変化を介しているかは不明である。 そのため次に、C2C12筋管細胞を、定法で用いられ
る Dulbecco s Modified Eagle Medium（ 以 下 DMEM） よりリジン濃度が低い5水準のリジン濃度の培地で 培養後に、定法の DMEM 培地で培養することにより、 骨格筋への代償的なタンパク質蓄積が観察できるか どうか検討した。 マウス筋芽細胞 C2C12を使用し、増殖、分化誘導 後、実験をおこなった。増殖培地は DMEM に、ウ シ胎児血清（10％）を混合して作製、分化培地は、 DMEMにウマ血清（2％）を混合して作製した。試 験培地はいずれもウシ血清アルブミン（0.5％）を 含み、DMEM の組成に基づいて調製した培地（以 下 1 ×DMEM）と、リジン以外の成分を DMEM に 準じ、リジン濃度を DMEM のそれぞれ 1×（Lys： 0.80mM）、1／2×（Lys：0.40mM）、1／5×（Lys：0.16mM）、 1／10 ×（Lys：0.08mM）、1／20 ×（Lys：0.04mM）、0 ×（Lys：0mM）とした培地である。 24時間までの培地中のリジン濃度は、細胞内タン パク質蓄積量に影響を及ぼし、0×が増加せずに減 少し、1／20×では1×に比べて減少する傾向を示し たが、培地中リジン濃度が1／10×以上では1×と差 がなかった。また、24 時間から 48 時間までの 24 時 間におけるタンパク質増加割合に、処理による影響 は無かった。以上の結果から、生体を用いた実験と 同様に、培地中リジン濃度の増加だけでなく IGF-I 濃度の増加やグルココルチコイド濃度の低下を組み 合わせることによって、代償的なタンパク質蓄積を 誘発する可能性が考えられた。 2） 培地中リジン濃度の変化および IGF-I、デキサ メタゾン濃度の変化によるタンパク質蓄積への 影響31） 生体と同様に、培地中リジンの充足に合わせてホ ルモン濃度の変化が代償的なタンパク質蓄積に必須 であることを明らかにするために、培地中リジン の充足と IGF-I および細胞培養で一般に用いられる グルココルチコイドであるデキサメタゾン（以下 Dex）の濃度の変化を組み合わせて、代償的なタン パク質蓄積が起こるかを検討した。 1／20×濃度をリジン不足培地として用いた。試験 培地は、DMEM 培地（以下1× DMEM、Lys：0.80mM） と、リジン以外の成分を DMEM に準じリジン濃度 を DMEM 培地の 1／20 ×とした培地（以下 1／20× Lys、Lys：0.04mM）を調製した。それぞれの培地に、 IGF-1および Dex を添加する、しない培地を調製し た。すなわち、IGF-1（100ng／ml），Dex（1.0μM） 含有1× DMEM、IGF-1（50ng／ml），Dex（1.5μM） 含有1／20× Lys、IGF-1（100ng／ml），Dex（1.0μM） 含有1／20× Lys、IGF-1（50ng／ml），Dex（1.5μM） 含有 1 × Lys の 4 つの培地である（図 4）。リジンが 充足し IGF-I 濃度が 100ng／ml、Dex 濃度が 1.0μM である、IGF-1（100ng／ml），Dex（1.0μM）含有 1 ×DMEM（1×Lys）」で36時間培養した区をポジティ ブコントロール（以下 PC）区とし、生体における 対照区を想定した。リジンが不足し IGF-I 濃度が PC区に対して1／2×で Dex 濃度が PC 区に対して1.5 ×である IGF-1（50ng／ml），Dex（1.5μM）含有 1 ／20× Lys で36時間培養した区をネガティブコント ロール（以下 NC）区とし、生体における低リジン 区を想定した。また、生体における代償性成長区を 想定したリジン濃度が不足（1／20×）から充足（1 ×）へ変化し、IGF-I 濃度が2倍に増加し、Dex 濃度 が2／3倍に低下する処理をリジン＋ホルモン区（＋ Lys&Hormone）とした。さらに、IGF-I 濃度が 2 倍 に増加し、Dex 濃度が2／3倍に低下する変化がタン パク質蓄積へ及ぼす影響を検討するためにホルモン 区（＋Hormone）、リジン濃度の不足（1／20×）か ら充足（1×）への変化がタンパク質蓄積へ及ぼす 影響を検討するためにリジン区（＋Lys）を設定した。 また、タンパク質分解関連遺伝子の mRNA 発現量 についても検討した。 IGF-1（50ng／ml）, Dex（1.5μM）含有1／20×Lys で 18 時間培養すると、IGF-1（100ng／ml）,Dex（1.0μ M）含有1×DMEM（1×Lys）で培養するよりも、ウェ ルあたりのタンパク質量およびタンパク質増加割 合はいずれも低かった（図 5、P＜0.01）。その後培 地を交換すると、NC 区およびホルモン区ではタン パク質量は低く（P＜0.05）、PC 区とタンパク質増 加割合は変わらなかった（図 5）。また、リジン区 では、タンパク質量が PC 区と差がないレベルとな り、タンパク質蓄積量も PC 区と差がなかった（図 5）。リジン＋ホルモン区は PC 区よりタンパク質量 がわずかに高くなり、タンパク質増加割合は PC 区
図 5． 培地中リジン濃度の増加、IGF-I 濃度の増加および Dex 濃度の増加の組み合わせが C2C12 筋管細胞のタンパク質量（A）およびタンパク質蓄積割合（B）に及ぼす影響（n＝6） a,b,c：処理区間に有意差あり（P＜0.05）、＊＊：PC 区と有意差あり（P＜0.01）。引用文献31より 一部改変して転載。 図 4． 実験概要 引用文献 31 より一部改変して転載。
よりも高かった（図 5、P＜0.01）。タンパク質分解 関連遺伝子である atrogin／MAFbx の mRNA 発現量 は、リジン＋ホルモン区のみが 24H で低くなった （P＜0.05）。培地交換 18 時間後において、培地中の リジン充足のみではタンパク質蓄積量は増加せず、 IGF-I濃度の増加と Dex の低下によるホルモンの同 化的な変化のみでもタンパク質蓄積量は増加しな かった。一方、リジンの充足とホルモンの同化的な 変化を組み合わせた処理によってタンパク質蓄積量 が増加した。 C2C12 筋管細胞において、IGF-I は mTOR のリン 酸化を介してタンパク質合成を促進し、筋管細胞は 肥大しタンパク質蓄積は増加する25）。一方、C2C12 筋管細胞において、培地中への Dex の添加はタンパク 質合成を抑制する一方でタンパク質分解を促進し、タ ンパク質量は Dex に用量依存的に減少する25）。C2C12 筋管細胞に Dex を処理すると、atrogn-1／MAFbx の mRNA発現が増加してタンパク質量が減少するが、 Dexと同時に IGF-I を処理すると、atrogn-1／MAFbx の mRNA 発現は増加せず、タンパク質量は減少し ない25）。つまり、IGF-I 濃度の増加および Dex の減 少は、タンパク質合成を促進し、タンパク質分解を 抑制する作用がある。また、Sadiq ら32）は、アミノ 酸とインスリンのタンパク質分解を抑制する効果に は加法性が成立することを報告している。ホルモン 区のタンパク質蓄積割合は NC 区と差がなく、リジ ン区およびリジン＋ホルモン区のタンパク質蓄積割 合は NC 区より高かった。IGF-I については検討し た報告がないものの、増殖因子であるインスリンや 上皮増殖因子、神経成長因子は、培養細胞において タンパク質合成を促進するが、細胞外のアミノ酸が 不足した環境ではこれら増殖因子を加えてもタンパ ク質合成を促進しないことが、これまでにも報告さ れている33，34）。同様にホルモン区では、ホルモン の同化的な変化にもかかわらず、リジン不足により タンパク質合成が促進しなかったと考えられた。こ れらのことから、筋管細胞の代償的なタンパク質蓄 積に、リジンの充足とホルモンの同化的な変化が必 須であると考えられた。 本実験では、培地を交換して6時間後にatrogin-1／ MAFbxの mRNA 発現量が減少しており、リジンの 充足とホルモンの同化的な変化により、ユビキチン・ プロテアソーム系のタンパク質分解が抑制されてい る可能性が示唆された。 本実験においては、リジン濃度の増加とホルモン の同化的な変化により、筋管細胞に代償的なタンパ ク質蓄積を誘発した。このことから、ブタおよびラッ トにおける代償性成長が、リジン単独の直接作用に よるものではなく、血中 IGF-I 濃度の増加および血 中グルココルチコイド濃度の低下によるホルモン濃 度の同化的変化を介して誘発されると考えられた。 5．おわりに 低リジン飼料を給与したブタおよびラットにおい ては、リジン不足状態に適応した代謝の変化が起き ていたと考えられる。また、IGF-I 濃度とグルココ ルチコイドの血中の濃度変化も重要であると考えら れた。しかしながら、代償性成長時には IGF-I 濃度 がリジン不足時よりも高くなったが、同時点の対照 区より高くなったわけではなかった。一方グルコ コルチコイド濃度も、代償性成長中には低下した が、同じ時点の対照区の濃度と差はなかった。ま た、C2C12筋管細胞における代償的なタンパク質蓄 積は、ポジティブコントロールと同じ培地への切り 替えによって観察された。すなわち、代償性成長お よび代償的なタンパク質蓄積は、対照区またはポジ ティブコントロールと同じ IGF-I、グルココルチコ イド濃度によって、誘発されたことから、受容体も しくはシグナル感受性の変化が関与している可能性 が考えられ、今後さらに検討が必要である。 代償性成長の機構の解明を目的として、リジンの 不足後の充足によって誘発される代償性成長のモデ ルを作成し、実験を重ねてきた。代償性成長の機構 の全体像を明らかにするためにはさらに研究が必要 であるが、代償性成長はまさに栄養状態への適応の 末に生じる現象で有り、その機構の解明は家畜の精 密な栄養管理方法の開発に通じると考えられる。
謝 辞
本研究の発表をご推薦いただきました、農業生物 資源研究所竹中昭雄動物科学研究領域長に厚く御礼 申し上げます。
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