メタボリックシンドロームと疾患モデル

1.　はじめに

1.1　メタボリックシンドロームとは

　メタボリックシンドロームとは肥満、高血圧、高脂血症および糖尿病（インスリン抵抗性）が重複する病態であり、最終的には動脈硬化を引き起こし、心筋梗塞や脳梗塞などの心血管疾患により死に至ります。このようなリスクファクターが集積する原因として、注目されているのが内臓脂肪です。脂肪組織は白色脂肪組織と褐色脂肪組織に大別され、さらに白色脂肪組織は内臓脂肪組織と皮下脂肪組織に分けられます。
　 内臓脂肪組織の脂肪細胞の肥大や増加による肥満がリンゴ型肥満や上半身型肥満といわれる肥満のタイプであり、皮下脂肪組織の場合は洋ナシ型肥満や下半身型肥満といわれる肥満のタイプです。リンゴ型肥満は洋ナシ型肥満に比べて血中トリグリセライド値と血糖値が高いことが報告されていたため（Kissebah AH et al. 1982）、内臓脂肪とメタボリックシンドロームを特徴付ける複数のリスクファクターとの関係に関心がもたれていました。舟橋らが脂肪細胞は、単に余剰エネルギーを蓄積するだけではなく内分泌細胞としても機能していることを報告（Funahashi T et al. 1999）してから、現在、内臓脂肪細胞の産生する種々のアディポカイン（アディポサイトカイン）を中心としたメタボリックシンドロームの理解が進んでいます。

1.2　メタボリックシンドロームの診断基準

　日本では2005年に日本動脈硬化学会、日本肥満学会、日本糖尿病学会など8学会のメンバーで構成されたメタボリックシンドローム診断基準検討委員会が日本内科学会総会で下記の基準を発表しました（表1）。

必須項目	以下の内2つ以上該当する
臍の高さでの腹部断面で内臓脂肪面積が100cm2以上。腹部周囲で代用する場合。 男性85cm以上　　　　　 女性90cm以上	高血糖：　　　　　　　　　　　　　 空腹時血糖110mg/dl以上
	高血圧：　　　　　　　　　　　　　 収縮期130mmHg以上あるいは 拡張期85mmHg以上
	高脂血症：　　　　　　　　　　　 TG 150mg/dl以上あるいは HDL 40mg/dl未満

　一方、海外でも同様な診断基準が発表されています。たとえば、国際糖尿病連合会議（International Diabates Federation:IDF）は下記の基準をやはり2005年に発表しています（表2）。

必須項目	以下の内2つ以上該当する
腹部周囲 男性94cm以上 女性80cm以上 ただし日本人については　　　　　　　　　　 男性90cm以上 女性80cm以上	高TG血症：　　　　　　　　　　　　 150mg/dl以上
	低HDL血症：　　　　　　　　　　　　　　　 男性40mg/dl未満　女性50mg/dl未満
	高血圧：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 収縮期130mmHg以上あるいは 拡張期85mmHg以上
	高血糖：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 空腹時血糖100mg/dl以上

1.3　メタボリックシンドローム該当者数

　上記の基準に基づいて平成17年に実施した調査から厚生労働省は、40から74歳におけるメタボリックシンドローム該当者を約920万人、予備群を980万人、併せて約1900万人と推定しました。その内訳は、メタボリックシンドローム該当者：予備軍が男性＝25.5%：25.0%、女性＝10.3%：9.5%となっており、男性で2人に1人、女性で5人に1人がメタボリックシンドローム該当者あるいは予備群と推定しています。この時の調査では、各年齢階級(20-29、30-39、40-49、50-59、60-69、70歳以上)について20年前(昭和60年)と10年前(平成7年)および現在(平成17年)の肥満者(BMI*25以上)の割合が示されています。それによると、この20年間で、女性は20-29、40-69歳で肥満者の割合が減少していますが（30-39歳では平成17年の肥満者の割合が最も多い）、男性では全ての年齢階級で肥満者の割合が増加しています(厚生労働省、平成17年　国民健康・栄養調査結果の概要)。
　 *BMI：体重(kg)/{身長(m)}²、BMI=22が標準とされる。

2.　メタボリックシンドロームの理解

2.1 アディポカイン（アディポサイトカイン）

　肥満がインスリン抵抗性（II型糖尿病）を基盤としてメタボリックシンドロームを引き起こす機構は、現在、脂肪細胞が産生分泌するアディポカインの働きに基づく理解が進んでいます。インスリン抵抗性を惹起する分泌物としてはTNF-α、IL-6、FFA(free fatty acids)およびレジスチンなどが知られています。
　 TNF-αはインスリン抵抗性を惹起するアディポカインとして最初に同定されたものです。TNF-αなどによって活性化されるJNK(c-Jun amino-terminal kinases)の内、JNK1がインスリン抵抗性に関与していると考えられています。また、TNF-αはアディポネクチンの発現を抑制し、IL-6の発現を促進することでもインスリン抵抗性を惹起していると考えられています。IL-6はSocs-3(inducing-suppressor of cytokine signaling-3)の発現を促進させ、このSocs-3がインスリンとレプチンのシグナリングを抑制することでインスリン抵抗性の惹起に関与していると考えられています。
　 FFAはインスリンの標的器官である骨格筋や肝臓で中性脂肪に代謝され、この中性脂肪と代謝産物がPKCθ(protein kinase C θ)とIKKβ(IκBkinase β)を活性化し、IRS-1(insulin receptor substrate 1)のセリンリン酸化を誘導します。インスリンのシグナリングにはIRS-1のチロシンリン酸化が必須ですが、このセリンリン酸化によりチロシンリン酸化が阻害されます。結果としてインスリンのシグナリングが阻害されます。
　 レジスチンは齧歯類の実験モデルでは肥満により産生量が増加することが示されました。レコンビナントのレジスチンを投与されたマウスはインスリン抵抗性と耐糖能低下を示すようになりました。さらに、レジスチンの中和抗体がインスリン抵抗性を減弱させることが示され、レジスチン欠損マウスは良好なインスリン感受性を示しました。ただし、ヒトにおいてはレジスチンと肥満やインスリン抵抗性との間に明瞭な関係が見られていないことから現在も研究が続いています（山内 2006、Anghel SI et al. 2007）。

2.2　アディポネクチン

　アディポネクチンはヒト脂肪組織ライブラリーに最も頻回に出現する未知の遺伝子がコードする蛋白質として発見されました（Maeda K et al. 1996）。アディポネクチンはコラーゲン様のfibrous domainと補体C1q様のglobular domainから成り、血中では3量体や3量体が会合した6量体、9量体および12量体などの多量体で存在すると考えられています。血中濃度は5〜10 μg/mlにも達し（舟橋　2002）、脂肪組織特異的に発現しているにもかかわらず、内臓脂肪量と逆相関を示します(Arita Y et al. 1999)。アディポネクチンの作用としては抗動脈硬化作用やインスリン抵抗性の改善作用が知られています。アディポネクチンの抗動脈硬化作用の機序として、(1)NF-κβの核内移行を抑制することで、接着分子（E-selectin、VCAM-1、ICAM-1など）の発現を抑制し単球の接着を阻害する。(2)血管平滑筋細胞増殖抑制作用。(3)マクロファージのスカベンジャー受容体やTNF-αの発現および泡沫化を抑制する。以上のような働きの結果として、アディポネクチンは抗動脈硬化作用を示すと考えられています（舟橋　2002）。また、アディポネクチンのインスリン抵抗性の改善に関しては、アディポネクチンのglobular domainが食後のFAA、血糖およびTG上昇を抑制するという報告(Fruebis J et al. 2001)や、全長のアディポネクチンがインスリン抵抗性を改善する(Berg AH et al. 2001)と報告されています。

2.3　レプチン

　レプチンは遺伝性肥満ob/obマウスの責任遺伝子がコードする蛋白質として報告されました(Zhang Y et al. 1994)。レプチンは単鎖の16 kDaの蛋白質であり、ギリシア語の痩せているを意味する「leptos」から命名されたといわれています(Meier U & Gressner AM 2004)。脂肪組織の他、胃、骨格筋および肝臓などからも産生され、視床下部に働きかけ強力な摂食抑制やエネルギー消化亢進を誘導します。当然、レプチンの作用不全は肥満につながると考えられ、事実、ヒトにおいてもレプチン遺伝子やレプチン受容体遺伝子異常を有する家系が見つかっており、これらの家系は著しい肥満を示すことが知られています（中尾　2003）。
　 一方、肥満者はしばしば高い血中レプチン濃度を示すことが知られており、レプチン抵抗性に肥満者が陥っていると考えられています。レプチン抵抗性には、(1)レプチン受容体を介したシグナル伝達の異常と、(2)肥満者では血中レプチン濃度に比べて髄液中レプチン濃度が低いことや、レプチン抵抗性に陥ったマウスでも髄液中にレプチンを投与するとレプチンの作用が見られるようになることからレプチンの脳―血管関門の移行障害が考えられています(Meier U & Gressner AM 2004、Ei-Haschimi K et al. 2000)。

3.　メタボリックシンドローム関連疾患モデル動物

3.1　多彩な疾患モデル動物

　メタボリックシンドロームに関しては多彩な疾患動物モデルが知られていますが、「肥満」あるいは「II型糖尿病」に注目した場合、大きく(1)症状誘発用の飼料によりメタボリックシンドローム様の症状を誘発させるモデルと(2)遺伝的要因のみでメタボリックシンドローム様の症状を発症するモデル (通常の飼料を摂取させていても発症するモデル)の2つに分けられます。動物モデルにはサルやウサギのモデルも知られていますが、実験操作が比較的容易であることから以下、マウスとラットのモデルについて紹介します。
　 飼料により誘発させるモデルとしては、C57BL/6JやB6D2F1系マウスに高脂肪飼料を給餌するモデルが知られています。C67BL/6Jマウスに高脂肪飼料を与えた結果は、食品機能研究ニューズ03年9月号（第8号）に示しましたので御参照下さい。また、SD系ラットに60%果糖飼料を給餌するモデルも知られています。このモデルでは、4週間後に60%果糖飼料を給餌されたラットは対照飼料を給餌されたラットと比べて、有意に重い体重と、高い血圧、および高い尿酸濃度とインスリン濃度を示しました(Nakagawa T et al. 2006)。
　 遺伝的要因のみで発症するモデルとしては、ob/obマウス、db/dbマウス、KK-A^yマウス、ZDFラット、SHHFラット、SHROBラット、OLETFラット、TSODラットなど数多くの系統が知られています。なお、一般的に、これらのモデルのメタボリックシンドローム様症状の発症程度は飼育条件の影響を受けることが知られています。従って、実験に使用する際には予備飼育で発症程度を確認しておくことが必要であると思われます。
　 ob/obマウスは、肥満、インスリン抵抗性および高血糖などを発症するマウスです。前述しましたように責任遺伝子であるobの変異により変異レプチンを産生あるいはレプチンが欠損することで、メタボリックシンドローム様症状を発症します。db/dbマウスも、ob/obマウスと同様な症状を発症するマウスです。しかし、db/dbマウスの場合はレプチンではなくレプチン受容体に変異があるためにメタボリックシンドローム様症状が発症します。OLETFラット（Otsuka Long Evans Tokushima Fattyラット）は、大塚製薬でLong-Evans系のラットから選抜開発されたラットです。OLETFラットは肥満、高インスリン血症、高血糖などのメタボリックシンドローム様症状のほかに皮下脂肪と比べて内臓脂肪が顕著に多く、冠状動脈にも障害が現れるといったヒトのメタボリックシンドロームと類似した特徴を示します(Kawano K et al. 1994)。ZDFラット（Zucker Diabetic Fattyラット）はdb/dbマウスと同様にレプチン受容体の異常などによりメタボリックシンドローム様症状を発症するラットです。弊社では現在ZDFラットに通常の飼料を与えてどのような症状が発症するのか観察しています。

3.2　ZDFラット

　6週齢のZDFラット（以下Fatty: 8匹）とヘテロ（以下Lean: 5匹）に通常飼料（MF：オリエンタル酵母工業）を自由摂取させ、体重、血糖値、ヘモグロビンA1c濃度（HbA1c）、血中総コレステロール(T-CHO)濃度および血中トリグリセライド(TG)濃度について測定しました。

　Fattyは7週齢以降、Leanより有意に重い体重を示し、両者の差は12週齢で最大となり、FattyはLeanより2割以上重い体重を示しました(Fig. 1A)。血糖値、ヘモグロビンA1c、T-CHOおよびTGについてもFattyは7〜11週齢以降、Leanと比較して有意に高い値を示し(Fig. 1B, C, D, E)、ヒトのメタボリックシンドロームと類似した病態に陥っていることが示唆されました。このようなZDFラットは既に幾つかの食品素材の評価にも使用されています。森永乳業（株）は、日本肥満学会（2006）でアロエベラの植物ステロールがZDFラットの血糖値、ヘモグロビンA1cおよび内臓脂肪重量の増加を抑制すると報告しています。また、Prasadは亜麻の抗酸化物質であるセコイソラリシジノール・ジグリコシドがZDFラットのII型糖尿病の発症を抑制すると報告しています（Prasad K 2001）。このようにZDFラットを用いた評価系は、メタボリックシンドロームの改善効果を示す機能性食品や医薬品の有効性成分の探索と評価などに役立つ試験方法だと思われます。

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4. 参考文献

Anghel SI and Wahli W (2007): Fat poetry: a kingdom for PPARγ. Cell Res 17: 486-511.

Arita Y, Kihara S, Ouchi N, Takahashi M, Maeda K, Miyagawa J, Hotta K, Shimomura I, Nakamura T, Miyaoka K, Kuriyama H, Nishida M, Yamashita S, Okubo K, Matsubara K, Muraguchi M, Ohmoto Y, Funahashi T and Matsuzawa Y (1999): Paradoxical decrease of an adipose-specific protein, adiponectin, in obesity. Biochem Biophys Res Commun 257: 79-83.

Berg AH, Combs TP, Du X, Brownlee M and SchererPE (2001): The adipocyte-secreted protein Acrp30 enhances hepatic insulin action. Nature Med 7: 947-953

Ei-Haschimi K, Pierroz DD, Hileman SM, Bjorbak C and Flier JS (2000): Two defects contribute to hypothalamic leptin resistance in mice with diet-induced obesity. J Clin Invest 105: 1827-1832.

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