博 士 （ 獣 医 学 ） 猪 熊 健 一
学 位 論 文 題 名
エ ネル ギ ー 代謝に おける 脱共役 夕ンパ ク質 1 (UCPl) の役 割：
遺 伝子 改変マ ウスを 用いた 検討
学位論文内容の要旨
メタボリックシ ンドロームは、先進諸国を中心にその患者数が著しく増加しており、我 が国でも深刻な社 会問題になりつっあるが、その基盤にあるのが、肥満による内臓脂肪の 蓄積とその機能異 常である。肥満は、エネルギーの過剰摂取のみならず、運動や非ふるえ 熱産生によるエネ ルギー消費の低下によって起こるが、エネルギー消費の自律的調節に関 わっている機構のーっが、褐色脂肪組織(brown adipose tissue，BAT)に特異的に存在する 脱共役蛋白質1 (uncoupling protein1，UCP1）である。
UCP1は、ミトコ ンドリア内膜に存在し、エネルギーを熟として散逸消費する働きを持つ 分 子で ある 。UCP1の 活性は、BATに密に分布する交感神経によって調節されている。 す なわち、寒冷暴鱈 や自発的多食などによる交感神経活動亢進に伴って神経終末から分泌さ れるノルエピネフリン(norepinephrine， NE)が、褐色脂肪細胞膜上のB‐アドレナリン受容 体（p‑adrenergic recepto「，t3‑AR)に作用すると、ホルモン感受性リパーゼが活性化され、
細胞内中性脂肪か ら脂肪酸が遊離する。この脂肪酸はUCP1を直接活性化す ると同時に熱 産生基質として酸 化分解される。同様の中性脂肪分解機構は白色脂肪組織(white adipose tissue，WAT)に も存 在す るた め、 両 者が 活性 化するとWATから遊離した脂肪酸がBATで のUCP1によって散 逸消費されることとなり、エネルギー消費の増大による 抗肥満効果が 期待できる。そこ で本研究の第一章では、脂肪細胞に存在する33‑ARに着目して、これに 対 する 選択 的p3‑AR作動薬の 効果とUCP1の役割に関して、UCP1欠損（UCP1‐knockout， UCP1￣KO）マウス を用いて検討し、野生型（w‖dりpe，WT）マウスでの結果と比較検討し た。最初に、D3．AR作動薬であるCL316，243（CL）を単回投与してその急性効果を調べた ところ、WTマウスでは、個体レベルでの酸素消費が増加し、BATや直腸温度が上昇したが、
UCP1‐K○マウスではその作用が大幅に減弱していた。しかし、血中遊離脂肪酸の応答は両 マ ウス とも 同程 度に みられた。従って、UCP1・KOマウス は、B3一AR刺激によるWATか ら の脂肪動員は正常 に起こるものの、BATにおけ る熱産生機能が欠失していることが確認さ れた。次に、カフ ェテリア食を与えて長期間自発的多食にすると、WT、UCP1‐KOいずれ のマウスも肥満し たが、その後、慢性的にCL投与を行うと、WTマウスにお いてはこの食 事性の肥満が改善 されるが、UCP1．KOマウスにおいてはその効果はわずかしか認められな いことが明らかに なった。以上の結果から、p3・AR刺激によって抗肥満作用が発揮される
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ため には、WATから の脂肪酸 遊離を促 すだけ では不十 分であ り、UCP1の活性化による脂 肪酸の消費が必須であると結論された。
第一 章で明らかになったように、交感神経活動の亢進によって起こるBAT熱産生の主な エネルギー源は脂肪酸であるが、この時グルコースの利用も亢進することが知られている。
例え ば、BATもインスリン感受性臓器のーっでありその糖利用はインスリンによって増加 するが、一方で寒冷暴露などのインスリン分泌が低下するような条件でも帥｀Tでの糖利用 が増加する。この増加は交感神経の遮断によって消失し、交感神経の電気刺激やNEそのも のの 投与でも再現される。このような効果は、WATや骨格筋などの他のインスリン感受性 組織 ではみら れなぃ ので、BATにはイ ンスリ ンとは別 にNEによ って活性化される糖利用 機構 が存在すると考えられるが、その細胞内機構は不明である。そこで第二章では、BAT での グルコー ス利用 とUCP1による 熱産生との関係を明らかにするために、UCP1・KOマウ スを用いて、BATをはじめとする種々の臓器への2‐デオキシグルコース（2−DG）取り込み に 対するNEとインス リンの 作用につ いて調 べ、WTマウ スと比 較検討し た。WTマ ウスで はNEや インスリ ンの腹 腔内投与 により、BATと心臓での2‐DG取り込み量が増大した。一 方、UCP1‐K○マウスでは、BATへの2‐DG取り込みに対するインスリンの促進効果は同程 度に 認められたものの、NEの効果は認められなかった。BATのアデニンヌクレオチド含量 を測 定したと ころ、WTマウスで は、NE投 与によっ てAMP/・ATP比が上昇し、細胞内エネ ルギーレベルが低下したが、UCP1‐KOマウスではそのような変化は認められなかった。NE に よってWTマウスのBATのAMP‐activatedproteinkinaSe（AMPK） 活性が増 加したが 、 UCP1―KOマ ウスで は変化し なかった 。以上 の結果か ら、交 感神経活動の亢進によるBAT に お け る 糖 利 用 の 亢 進 は 、UCP1の 活 性化 → 細 胞内AMP′ATP比の 上 昇 →AMPKの 活 性 化 と い う 一 連 の 変 化 に よ っ て 引 き 起 こ さ れ る こ と が 明 ら か と な っ た 。 以上 のように 今回の 研究から 、生体の脂肪エネルギー消費においてUCP1が重要な役割 を果たしており、その活性化が体脂肪軽減・抗肥満に有効であること、が明らかとなった。
さらに、UCP1の活性化はインスリンに依存しなぃグルコース利用も高めることも明らかと なった。従って、UCP1の活性化は、肥満に伴う糖代謝障害を直接改善するのみならず、肥 満軽減効果を介して間接的にも改善することとなる。このように本研究を通じて、内臓脂 肪 蓄 積 に 伴 う メ タ ボ リ ッ ク シ ン ド ロ ー ム ヘ の 新 し い 対 策 が 示 唆 さ れ た 。
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学 位論文審査の要旨
主査 教授 斉藤昌之 副査 教授 伊藤茂男 副査 助教授 木゛村和弘
副査 室長 山下 均（国立長寿医療センター）
学 位 論 文 題 名
エネルギー代謝における脱共役夕ンパク質1 (UCPl) の役割：
遺伝子改変マウスを用いた検討
糖 尿 病 、 高 血 圧 、 高 脂 血 症 を 併 発 す る メ タ ポ リ ッ ク シ ン ド ロ ー ム の 基 盤 に あ る の が 、 肥 満 に よ る 内 臓 脂 肪 の 蓄 積 と そ の 機 能 異 常 で あ る 。 肥 満 は 、 エ ネ ル ギ ー の 過 剰 摂 取 の み な ら ず 、 運 動 や 非 ふ る え 熱 産 生 に よ る エ ネ ル ギ ー 消 費 の 低 下 に よ っ て も 起 こ る が 、 エ ネ ル ギ ー 消 費 の 自 律 的 調 節 に 関 わ っ て い る 機 構 の ー っ が 、 褐 色 脂 肪 に 特 異 的 に 存 在 す る 脱 共 役 蛋 白 質1 (uncoupling protein1，UCPl)で あ る 。UCP1は ミ 卜 コ ン ド リ ア で の 酸 化 的 リ ン 酸 化 を 脱 共 役 し て 脂 肪 酸 エ ネ ル ギ ー を 熱 と し て 散 逸 す る 熱 産 生 分 子 で あ る が 、in vivoで のエ ネル ギ ー 代 謝 に お け る 意 義 に つ い て は 不 明 な 点 が 多 か っ た 。 本 研 究 で は 、 動 物 丸 ご と で の UCP1゛ の 役 割 に つ い て 、UCP1ノ ッ ク ア ウ ト (KO)マ ウ ス を 用 い て 検 討 し た 。 ま ず 、 脂 肪 細 胞 に 存 在 す る ロ3ア ド レ ナ リ ン 受容 体（3‑´ ｀R） に着 目し て、 選択 的作 動薬 の 効 果 に つ い て 検 討 し た 。 野 生 型 （WT） マ ウ ス で は 閃 ．AR作 動 薬 の 投 与 に よ っ て 白 色 脂 肪 で の 脂 肪 分 解 が 起 こ り 、 遊 離 し た 脂 肪 酸 が 褐 色 脂 肪 で 酸 化 分 解 さ れ て 熱 と し て 散 逸 さ れ 、 2週 間 後 に は 体 脂 肪 が 減 少 す る こ と が 確 認 さ れ た 。 し か し 、UCPl‐KOマ ウ ス で は 白 色 脂 肪 で の 脂 肪 分 解 は 正 常 通 り で あ る が 褐 色 脂 肪 で の 熱 産 生 が 起 こ ら ず 、 体 脂 肪 も 減 少 し な か っ た 。 従 っ て 、 即 ．AR作 動 薬 の 抗 肥 満 効 果 に は UCPlが 必 須 で あ る と 結 論 し た 。 肥 満 や メ タ ポ リ ッ ク シ ン ド ロ ー ム で は 、 脂 肪 の み な ら ず 糖 代 謝 も 障 害 さ れ て い る 。 そ こ で 次 に 、invivoで の グ ル コ ー ス 代 謝 とUCP1の 関 係 に つ い て 、 褐 色 脂 肪 を 始 め と す る 様 々 な 臓 器 へ の2＿deoxyglucose（2・DG） の 取 り 込み を 指標 とし て検 討し た。WTマ ウス にノ ルエ ピ ネ フ リ ン （NE） を 投 与 す る と 、 褐 色 脂 肪 や 心 臓 へ の2‐DG取 り 込 み が 増 加し たが 、骨 格筋 な ど 他 の 臓 器 で は 変 化 し な か っ た 。 一 方 、UCPl‐KOマ ウ ス で は 褐 色 脂 肪 に 対 す るNEの 増 加 効 果 が 消 失 し た が 、 心 臓 や 他 の 臓 器 へ の2・DG取 り 込 み はWTマ ウ ス と 同 程 度 で あ っ た 。 こ の 結 果 は 、NEに よ る 褐 色 脂 肪 で の2−DG取 り 込 み に はUCPlが 必 須 で あ る こ と を 示 し て い る 。 さ ら に 、 両 マ ウ ス の 反 応 の 違 い を 比 較 検 討 し た 結 果 、NE→p‐AR→UCPlの 活 性 化 → 酸 化 的 リ ン 酸 化 の 脱 共 役 →ATPの 減 少 と 」 ｀MPの 増 加 →AMP．a弧vatedpr0・tein bnaseの 活 性 化 → グ ル コ ー ス 輸 送 体 を 介 す る2‐DG取 り 込 み の 増 加 と い う 、 イ ン ス リ ン 非
