はじめに
地球上の全ての生物の進化は，飢餓や低栄養 に対する適応の歴史であり，人類も含め，生物 の寿命はこれら環境因子によって規定されてき た．実際，飢餓や低栄養，それに伴う免疫力の 低下による感染症がヒトの死亡原因となり，世 界的な問題になってきた．一方で，食生活の変 化と社会全般のオートメーション化に伴う身体 活動量の低下も相まって肥満患者数は世界的に 増加している．肥満はインスリン抵抗性を基盤 として，耐糖能障害，脂質代謝異常，高血圧と いったいわゆるメタボリックシンドロームを引 き起こし，その結果，心血管疾患の発症頻度が
高くなることが明らかになっている．さらに，
肥満は悪性腫瘍や認知症にも関連することが報 告されており，これらの疾患が現代人の健康寿 命を大幅に短縮している．
1．肥満によるインスリン抵抗性における
アディポカインの病態生理的意義
脂肪細胞は余剰のエネルギーを中性脂肪の形 で貯蔵するという従来から知られている機能に 加えて，1990年代前半より，多くの生理活性物 質“アディポカイン”を分泌する内分泌組織と しての機能も有することが明らかになった．肥 満がインスリン抵抗性を惹起するメカニズムは東京大学大学院医学系研究科糖尿病・代謝内科
113th Scientific Meeting of the Japanese Society of Internal Medicine：Symposium：3. Insight into the mechanism of diseases on new perspec- tive arising in internal medicine：from epigenetics to organ associations；5）Novel insight into physiological and pathophysiological roles of adipocytes―elucidation of adiponectin receptors AdipoRs action mechanisms and clinical application―.
Toshimasa Yamauchi and Takashi Kadowaki：Department of Metabolic Diseases, Graduate School of Medicine, University of Tokyo, Japan.
本講演は，平成28年4月17日（日）東京都・東京国際フォーラムにて行われた．
内科学の新たな視点における病態の理解
～epigeneticsから臓器連関まで～
5）脂肪細胞の新たな視点
―アディポネクチン受容体の
作用機序解明と臨床応用
山内 敏正 門脇 孝 Keywords 肥満糖尿病，アディポネクチンとその受容体，運動模倣作用，健康長寿，立体構造解析
長らく不明であったが，脂肪細胞の肥大化に よって， 脂肪細胞からはTNF（tumor necrosis factor）-
α
，MCP（monocyte chemotactic protein）- 1，などのアディポカインが大量に分泌され，肝臓や骨格筋でのインスリンシグナル伝達を障 害し，全身でのインスリン抵抗性を惹起するこ とが明らかとなった．一方で，善玉のアディポ カインとして知られているアディポネクチンの 産生・分泌は肥満の状態で低下することが明ら かになった1）．
2．肥満・高脂肪食負荷による
血中アディポネクチンの低下
アディポネクチンは脂肪細胞から特異的に分 泌される分子量約 30 kDaの分泌蛋白質である．
2 型糖尿病モデルマウスに高脂肪食を負荷する と，脂肪細胞の肥大化とインスリン抵抗性の増 悪が誘導される．このとき，血中アディポネク チン濃度は著明に低下する．一方で，高脂肪食 負荷した肥満・2 型糖尿病モデルマウスにア ディポネクチンを補充すると，インスリン抵抗 性が改善した．アディポネクチンは発見以来，
作用が不明であったが，この実験により，イン スリン抵抗性改善作用を有することが初めて明 らかとなった1）．また，アディポネクチン欠損 マウスを作製・解析した結果，インスリン抵抗 性・耐糖能障害・脂質代謝異常・高血圧を有し，
メタボリックシンドロームを呈することが明ら かとなり，アディポネクチンの欠損がその病態 形成に重要な役割を果たしていることが示唆さ れた．これらの実験結果より，肥満によってア ディポネクチンレベルが低下することが耐糖能 障害・脂質代謝異常・高血圧の原因の少なくと も一部になっていることが明らかになった．
3．アディポネクチン受容体，
AdipoR1およびAdipoR2の同定
肥満におけるアディポネクチンシグナルの低 下が，2 型糖尿病・メタボリックシンドローム とそれに伴う心血管疾患の原因となっており，
アディポネクチンの作用を増加させる治療は糖 尿病・心血管疾患の根本的な治療法となること が示唆された2）．2型糖尿病・メタボリックシン ドロームの根本的治療につなげるためにも，ア ディポネクチンの作用メカニズムを明らかにす ることは非常に重要と考えられた．我々は一連 の研究過程で 2 種類のアディポネクチン受容 体，AdipoR1 およびAdipoR2 を同定することに 成功した3）．さらに，AdipoR1，AdipoR2 のノッ クアウト（KO）マウスを作製し，受容体のダブ ルKOマウスではアディポネクチンの結合と作 用が消失すること，すなわち，生体内における 主要な受容体であることを示した．また，ダブ ルKOマウスでは，インスリンの標的組織におい て，中性脂質含量・炎症・酸化ストレスの増加 が存在することがわかった4）．さらに，肥満・2 型糖尿病のモデル動物においては， このAdi- poR1，AdipoR2 の発現量が低下していて，糖尿 病の原因の一部になっていることを示した．
4．AdipoRと健康長寿シグナル
アディポネクチンによるAdipoR1 を介したイ ンスリン抵抗性改善メカニズムの 1 つとして，
我々は，アディポネクチンは肝臓，骨格筋にお い てAdipoR1 を 介 し てAMPK（AMP-activated protein kinase）を活性化することを明らかにし た（図 1）3～5）．さらに，アディポネクチン/Adi- poR1 は骨格筋においてNAD＋/NADH比を上昇さ せることにより，長寿遺伝子
SIRT1
を活性化す ることも明らかにした（図 1）6）．また，アディポネクチンはAdipoR2 を介して 脂肪酸燃焼に関わるACOやエネルギー消費に関
わるUCPの発現を増加させることが明らかと なった2～4）．さらに，その発現増加メカニズム を明らかにするために，ACO とUCPはそのプロ モーター領域にPPRE配列をもつことから，内因 性のPPAR
α
のリガンド活性を検証したところ，その活性は上昇しており，また，PPAR
α
の発現 量そのものも増加していることがわかった2）． ま た， 興 味 深 い こ と に， ア デ ィ ポ ネ ク チ ン/AdipoR2 経路がカタラーゼやSODの発現量を増 加させ，臓器での酸化ストレスを軽減している ことも明らかになった2～4）．
カロリー制限が寿命を延長することは広く知 られている．そのメカニズムの一部として，
AMPK，mechanistic target of rapamycin
（mTOR），SIRT は寿命の鍵分子としても知られ ている（図1）．AMPK
α
サブユニットを過剰発現 させた線虫では寿命が延長することが明らかに なっている．また，AMPKはmTORシグナルを阻 害して蛋白質合成を抑制し，がん細胞の増殖や 血管新生を阻害することが知られている．これ までに，mTORシグナルの阻害が酵母・線虫・ショウジョウバエで寿命を延長させることが数 多 く 報 告 さ れ て お り，mTORの 阻 害 薬 で あ る
rapamycinを投与するとマウスの寿命が延長す ることも明らかになっている．
また，肥満の状態では組織における酸化スト レスが増加し，そのことが老化や寿命に影響が あることがわかっているが，実際に酸化ストレ ス消去系遺伝子であるカタラーゼやSOD（super- oxide dismutase）を過剰発現させると寿命が延 長することが明らかになっている．
そこで，アディポネクチン/AdipoRシグナル は，AMPK-SIRT1経路を活性化すること（図1），
また，カタラーゼやSODなど酸化ストレス消去 系遺伝子を正に制御し，各組織での酸化ストレ スを軽減することが明らかになっていることか ら，AdipoR欠損マウスの寿命は短くなることが 想定され，その検討を行った．極めて興味深い ことに，高脂肪食を食べたAdipoR1 欠損マウス およびAdipoR2 欠損マウスの寿命は短くなり，
さらにAdipoR1・R2 ダブル欠損マウスの寿命が 最も短くなることがわかった7）．
図1 AdipoRを標的とした経口投与可能な2型糖尿病治療薬やカロリー 制限/運動模倣薬，寿命延長薬の開発
（Nature Medicine 2001, Nature Medicine 2002, Nature 2003, Nature Medicine 2007, Nature 2010, Nature 2013）
adiponectin receptor agonist：AdipoRon 運 動
SIRT1
糖尿病・心血管病・NASH・癌の抑制寿命延長 寿命関連臓器 代謝関連臓器
カロリー制限
AMPK PGC-1α
アディポネクチン/AdipoR AdipoR
（経口投与可能）作動薬 PPAR
First in Class
⇒
AdipoRon
O
HN N O O
分子量約420
5．アディポネクチン受容体
アゴニストの開発
アディポネクチンやAdipoRの増加薬，アディ ポネクチン受容体作動薬は運動をしたときと同 じような効果をもたらす“運動模倣薬”となる 可能性があり，メタボリックシンドローム・2 型糖尿病・動脈硬化の根本的な治療法開発の道 を切り開くだけではなく，内科的疾患や運動器 疾患などによって，運動ができない場合でもそ れら病態の効果的な治療薬となることが強く期 待され，その開発が待たれていた（図 1）．我々 は，東京大学の創薬オープンイノベーションセ ンターなどの化合物ライブラリーをもとにスク リーニングし，アディポネクチン受容体活性化 低 分 子 化 合 物（adiponectin receptor agonist：
AdipoRon）の取得に成功した7）．AdipoRonは，
肝臓，骨格筋や脂肪組織において代謝作用を改 善させ，さらに個体レベルで抗糖尿病作用を発 揮する．さらに，肥満によって寿命は短縮する が，AdipoRonの投与により，その短くなった寿 命が回復することが明らかとなった（図 2）7）．
6．アディポネクチン受容体の
立体構造の解明
AdipoRは，膜を 7 回貫通すると予想されてい たが，N末端が細胞内，C末端が細胞外である 7 回膜貫通蛋白質として広く知られているG蛋白 質共役型受容体（G-protein-coupled receptor：
GPCR）とは，膜への配向性が逆と推測されてい た3）．GPCRは，その下流の因子である三量体型 G蛋白質との複合体の構造解析により，その活 性化機構が明らかになりつつある．一方で，
AdipoRの構造は未知であった．そのため，X線 結晶構造解析により，AdipoRの立体構造を明ら かにし，その構造から，機能解明を行うことを 目指してきた．
我々は，AdipoRの構造を認識する抗体を作製 し，脂質メソフェーズ法によって，受容体と抗 体（Fvフラグメント）との複合体の結晶化に成 功した8）．得られた結晶から，AdipoR1 および AdipoR2の結晶構造を，それぞれ分解能2.9 Åお よび 2.4 Åで決定した（図 3）9）．
AdipoR1 およびAdipoR2 の構造は非常によく 似ており，N末端細胞内領域，1つの短い細胞内 図2 肥満に伴うアディポネクチン低下による生活習慣病発症・増悪と
アディポネクチン受容体（AdipoR1・R2）作動薬の候補適応疾患 肥 満
脂肪組織
メタボリックシンドローム 2型糖尿病
NASH
S-S
がん AdipoRs アディポネクチン
子宮内膜症 Alzheimer病 乾癬
AdipoRs AdipoR1 AdipoR2
AdipoR2 AdipoR1
心血管疾患 AdipoRs
腎症 AdipoR1 肝臓 骨格筋
脂肪細胞 血管
ファージマクロ
心臓 脳
腎臓
アディポネクチン受容体作動薬AdipoRonは，カロリー制限・運動同様，メタボリック シンドローム・2型糖尿病・心血管疾患，ガン，NASH，腎症，アルツハイマー病など，
肥満で増加する生活習慣病の治療法となり健康長寿の実現に貢献する可能性がある
ヘリックス，7本の膜貫通ヘリックス，C末端細 胞外領域で構成されていた．結晶化に用いた抗 体はN末端細胞内領域を認識していた．
AdipoRと立体構造の類似性の高い蛋白質を 検索したが，蛋白質立体構造データベースには そのような蛋白質は登録されていなかった．ま た，AdipoRの 7 回膜貫通ドメインは，細菌型ロ ドプシンやGPCRのようなN末端が細胞外にある 従来型の 7 回膜貫通ドメインとは細胞膜に対 し，逆の配向性をもっていたことに加え，AdipoR には，GPCRの特徴的な構造である，プロリンに 誘引されたヘリックスの折れ曲がりは存在して いなかった．以上のことから，AdipoR1 とAdi- poR2 の構造は全く新規であると結論づけた9）． さらに，AdipoR1とAdipoR2の7回膜貫通ドメ インの中に，1 つのZn2＋の存在を見出した（図 3）．Zn2＋結合部位は，細胞の内側の細胞膜から およそ 4Åの距離に位置していた．亜鉛イオン は，3 つのHis残基により 2.1～2.6 Åの距離で配 位していた．さらに，AdipoR2においては，1つ の水分子をZn2＋とAspの側鎖のカルボキシル基 との間に見出した（図 4）．これら 3 つのHisと Aspは，AdipoRのホモログに保存されていた．
AdipoR1 のZn2＋の配位に関係するアミノ酸を
Alaに変異し，活性との相関を解析したところ，
AdipoR1 においてZn2＋の結合はAMPKの活性化 に直接的には必要ではなく，構造維持に効果が あることが示唆された．対照的に，AdipoR2 で は，Zn2＋の結合が構造維持に加えて，AdipoR2 のシグナル伝達経路に直接的に影響を与えてい ることが示唆された．さらに，AdipoR1 および AdipoR2 の膜貫通ドメインにZn2＋結合部位を含 む空洞を見出した．また，空洞中には，未同定 分子の電子密度が存在していることが明らかと なった．
おわりに
現代社会においては，過食・運動不足による 肥満を病態基盤とするメタボリックシンドロー ム・糖尿病・心血管疾患・癌・Alzheimer病が激 増している．そのような現状に対し，栄養状態 に対する生体反応を適切にコントロールするこ とによって老化の速度を遅らせ，寿命の延長や 若さを維持することが可能だと考えられ，代謝 制御経路を基盤とした健康長寿を実現する方法 が世界中で待望されており，アディポネクチ ン，AdipoRが同定されて以降，それが生活習慣 図3 アディポネクチン受容体の立体構造を明らかにした
受容体で膜貫通ドメインに亜鉛結合部位を有する初めての例
（Nature 520：312-316, 2015）
AdipoR1 AdipoR2
35Å 亜鉛イオン
4Å AdipoRは35Åの細胞膜の中で
細胞内から4Åのところに 亜鉛が存在する
AdipoRは亜鉛結合部位を有する
細胞外
細胞内
C末端
N末端 N末端
ECL3 ECL1
ICL2 ICL2
ICL1 0 ICL3 ICL1 ICL3 ECL2
C末端 ECL3 ECL2 ECL1
Ⅴ Ⅵ Ⅴ Ⅵ
Ⅶ Ⅶ
ⅡⅠ
ⅣⅢ
Ⅰ
0
Ⅳ Ⅱ Zn2＋ Ⅲ
病治療のターゲットになり得ることが明らかに なってきた．
2007 年にヒトのGPCRの立体構造が初めて解 けたことをきっかけとし，GPCR研究はさらに加 速しているのみならず，その構造解明は創薬の 観点からも非常に重要なものと考えられてい る．AdipoRの立体構造の解明は，新規 7 回膜貫 通型受容体であるAdipoRのシグナル伝達機構 を明らかにするだけではなく，現在のAdipoRon
（proof of concept）のヒトへの最適化（best-in- class）にも重要な意味をもつと考えられる．今 後，アディポネクチン受容体活性化低分子化合 物からアディポネクチン受容体活性化薬として の開発が進み，そのことが肥満を病態基盤とし た生活習慣病の効果的な予防法・治療法とな
り，健康長寿の実現につながることが期待され る10）．
著者のCOI（conflicts of interest）開示：山内敏正；講演 料（MSD，武田薬品工業），寄附金（アステラス製薬，
MSD，小野薬品工業，サノフィ，武田薬品工業，田辺三 菱製薬，日本ベーリンガーインゲルハイム，ノボノル ディスクファーマ），門脇 孝；講演料（アステラス製 薬，小野薬品工業，MSD，キッセイ薬品工業，サノフィ，
大日本住友製薬，武田薬品工業，日本イーライリリー，
ノバルティスファーマ），研究費・助成金（興和，第一三 共，中外製薬，東レ，メルク），寄附金（アステラス製 薬，MSD，小野薬品工業，キッセイ薬品工業，協和発酵 キリン，三和化学研究所，第一三共，大正富山医薬品，
大日本住友製薬，武田薬品工業，田辺三菱製薬，中外製 薬，日本糖尿病財団，日本ベーリンガーインゲルハイ ム，ノボノルディスクファーマ，ブリストル・マイヤー ズ），寄附講座（MSD，武田薬品工業，日産化学工業，
日本ベーリンガーインゲルハイム，ノボノルディスク ファーマ）
図4 AdipoRにおける亜鉛結合部位
・AdipoR1，AdipoR2とも亜鉛イオンは3つのHis残基と1つのAsp残基により配位 されている．
・AdipoR2にはAsp残基と亜鉛の間に水が配位されており，加水分解酵素活性を 有する可能性がある．アディポネクチンによりAdipoR2の細胞膜脂質を基質にす る加水分解活性が高まり，遊離脂肪酸が生成されPPARαが活性化される可能性が
（Nature 520：312-316, 2015）ある．
Asp219
2.4 2.12.4 2.5 2.0
His348 His352 His202
Ⅱ
Ⅲ
His337 Ⅶ His341 His191 Asp208
2.6 2.3
2.2 Zn2+
Ⅱ
Ⅲ Ⅶ
AdipoR1 AdipoR2
水 Zn2+
文 献
1） Yamauchi T, et al : The fat-derived hormone adiponectin reverses insulin resistance associated with both lipoatrophy and obesity. Nature med 7 : 941―946, 2001.
2） Yamauchi T, et al : Globular adiponectin protected ob/ob mice from diabetes and ApoE-deficient mice from ath- erosclerosis. J Biol Chem 278 : 2461―2468, 2003.
3） Yamauchi T, et al : Cloning of adiponectin receptors that mediate antidiabetic metabolic effects. Nature 423 : 762―769, 2003.
4） Yamauchi T, et al : Targeted disruption of AdipoR1 and AdipoR2 causes abrogation of adiponectin binding and metabolic actions. Nature med 13 : 332―339, 2007.
5） Yamauchi T, et al : Adiponectin stimulates glucose utilization and fatty-acid oxidation by activating AMP-acti- vated protein kinase. Nature med 8 : 1288―1295, 2002.
6） Iwabu M, et al : Adiponectin and AdipoR1 regulate PGC-1alpha and mitochondria by Ca（2＋）and AMPK/SIRT1.
Nature 464 : 1313―1319, 2010.
7） Okada-Iwabu M, et al : A small-molecule AdipoR agonist for type 2 diabetes and short life in obesity. Nature 503 : 493―499, 2013.
8） Tanabe H, et al : Expression, purification, crystallization, and preliminary X-ray crystallographic studies of the human adiponectin receptors, AdipoR1 and AdipoR2. J Struct Funct Genomics 16 : 11―23, 2015.
9） Tanabe H, et al : Crystal structures of the human adiponectin receptors. Nature 520 : 312―316, 2015.
10） Kadowaki T, et al : Adiponectin and its receptors : implications for obesity-associated diseases and longevity.
Lancet Diabetes Endocrinol 2 : 8―9, 2014.
