【研究領域課題番号】22K11885 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

老化 / 食事 / 運動 / 骨格筋 / 褐色脂肪

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究領域課題番号】20H00408 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヒトiPS細胞 / 骨格筋 / エクソソーム / マイオカイン / 機能性食品 / 老化 / 筋萎縮 / 運動

【研究成果の概要】

（１）iPS骨格筋細胞を用いた実験系の確立　　京都大学iPS細胞研究所の櫻井英俊准教授らが開発した、薬剤誘導的にMyoDを発現させ骨格筋へと分化する細胞を用い、解析を進めた。２種類の細胞株を用いた比較検討を行い、種々の条件で応答性の良い株を用いることの有用性を確認した。各種遺伝子発現も正常組織と同等のレベルであることを確認した。
（２）iPS細胞由来骨格筋細胞とマウス由来C2C12筋管細胞との比較検討　　これまでに有用な骨格筋培養細胞として用いられてきたC2C12細胞とiPS由来骨格筋細胞の応答性の違いについて解析を進めた。筋萎縮を誘導するデキサメサゾンへの応答性について解析を行った結果、C2C12細胞に比較してiPS由来骨格筋細胞は応答が弱いことが判明した。複数の刺激に対してそれぞれの細胞で応答性の違いが確認された。
（３）培養筋管細胞への電気刺激によるマイオカイン分泌、遺伝子発現変動の解析　　運動を模倣する手法として電気刺激を用いる。電気刺激の適切な電圧、刺激時間について条件検討を行い一定の条件を確立した。
（４）老化骨格筋細胞解析系の樹立　　ヒトiPS細胞由来骨格筋細胞にＸ線照射を行い、老化モデル細胞の樹立を行った。DNA損傷のマーカー遺伝子発現を解析することにより、老化の指標とした。老化細胞から分泌される各種SASPについて、それらの遺伝子発現が亢進すかについて解析を行った。複数の因子について発現上昇が確認された。また培地中への分泌はELISA法にて確認を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2025-03-31

【配分額】44,460千円 (直接経費: 34,200千円、間接経費: 10,260千円)

【研究領域課題番号】20KK0230 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋 / エクソソーム / microRNA / 運動 / マイクロRNA / トレーニング / 臓器連関

【研究成果の概要】

2年目には、マウスから採取した骨格筋組織を用いたex vivo実験を行い、培養骨格筋から分泌される2年目には、マウスから採取した骨格筋組織を用いたex vivo実験を行い、培養骨格筋から分泌されるエクソソームを対象としたRNAの網羅的な発現解析法を確立した。加齢などにより異常を引き起こした骨格筋ではエクソソーム分泌動態も異常をきたしていることが想定され、分泌異常が様々な病態を引き起こしている可能性があることから、加齢モデルマウスの骨格筋から分泌されるエクソソームを対象として質的な変動解析を行った。4カ月齢の若齢マウスおよび27カ月齢の高齢マウスから採取した培養骨格筋由来のエクソソームのmicroRNAおよびmRNAの差次的発現解析を実施した結果、加齢により発現が増減する特異的なmicroRNA25種類およびmRNA370種類を見出した（第77回日本体力医学会発表発表予定、論文準備中）。KEGG パスウェイ解析により、 加齢により増加するmicroRNAはFatty acid metabolismなどの代謝経路に影響を及ぼすことが示された。
また、これまでに我々は電気刺激による筋収縮負荷がマウス血清エクソソームのmicroRNAの発現プロファイルを変化させることを明らかにしてきた（第76回日本体力医学会発表、論文投稿中）。2年目には、筋収縮刺激により分泌される血清エクソソームが脳神経細胞の機能に影響を及ぼす影響について検証した。マウス胎児海馬由来の初代神経細胞に血清エクソソームを添加することによる mRNA の差次的発現解析を実施した結果、筋収縮負荷のマウス血清エクソソームは 132 種類の mRNA の発現を変化させることを見出した（論文準備中）。また、KEGG パスウェイ解析により、神経細胞の増殖・分化に関連する Hippo シグナル伝達経路に影響を及ぼすことが示された。

【研究種目】国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

【研究期間】2020-10-27 - 2024-03-31

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究領域課題番号】20H04071 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

乳酸 / 運動 / 骨格筋 / ミトコンドリア / PGC-1α

【研究成果の概要】

昨年度、運動時の乳酸産生量を血中乳酸濃度から算出する方法を確立し、持久的トレーニングを実施したマウスに適用したところ、乳酸産生量として妥当な結果が得られた。そこで、今年度は運動時の血中乳酸濃度が低いことが明らかになっているperoxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1 (PGC-1)αの過剰発現マウスにおいて運動中の乳酸産生量を算出し、持久的トレーニングと比較・検討した。まず、PGC-1α過剰発現マウスの全身の乳酸取り込み能力は、野生型マウスと比較して有意に高いことがわかった。次に、絶対的な運動強度 (トレッドミルの速度)をあわせた運動中の乳酸産生量を算出したところ、PGC-1α過剰発現マウスの乳酸産生量は、野生型マウスと比較して有意に低値を示した。血中乳酸濃度が同等になるように相対的に運動強度を合わせた場合、PGC-1α過剰発現は乳酸産生量を増加させた。この結果は、全身の乳酸取り込み能力の高い動物が、コントロールの動物と同じ血中乳酸濃度を達成するためには、運動中より多くの乳酸産生量が必要であることを示唆している。また、重回帰分析により、持久的トレーニングを実施したマウスにおける乳酸産生量は、PFKとMCT4により正に、MCT1とミトコンドリア量により負に貢献していたが、PGC-1α過剰発現マウスにおける乳酸産生量には、そのような関係はみられなかった。このことから、PGC-1α過剰発現による乳酸産生量の抑制は、それらのタンパク質以外の影響が大きい可能性が示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究領域課題番号】20H00574 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エクソソーム / 加齢 / 運動 / 脳 / うつ / バイオマーカー / BDNF / 機能性食品 / 骨格筋 / 分子メカニズム / 炎症 / 酸化ストレス / 生理活性因子

【研究成果の概要】

【目的】脳由来神経栄養因子BDNFは神経細胞の発生、成長、維持、再生を促進させるが、
最近の研究からうつやアルコール依存において血中BDNF量が減少することが示されており、うつ病のバイオマーカーや治療標的として注目されている。また、BDNFは脳以外の腸管粘膜においても発現することが明らかになっており、脳腸相関の観点から食による腸由来BDNFの制御が脳機能制御に重要な役割を果たす可能性がある。近年の研究から食品成分によって腸細胞から分泌されるエクソソームにより脳機能が制御されることが示唆されている。そこで本年度の研究では、腸細胞に作用しBDNFやエクソソームの分泌を促す食品因子を同定することを目的とした。
【方法】BDNFの分泌に関する研究では、腸細胞のモデルであるCaco2細胞に19種類の食品成分を作用させ、BDNFの分泌に及ぼす影響をELISAを用いて細胞培養液中のBDNFタンパク質量を測定した。エクソソーム分泌に関する研究では、腸細胞のモデルであるCaco2細胞に19種類の上記実験と同じ食品成分を作用させ、エクソソーム膜局在タンパク質であるCD9（エクソソーム量のマーカータンパク質）の分泌に及ぼす影響をELISAを用いて細胞培養液中のエクソソーム量を測定した。
【結果と考察】BDNF分泌に関する研究では、本年度に検討した食品成分について、BDNFの分泌を促進するものは同定されなかった。また、エクソソーム分泌に関する研究では、CD9をマーカーとしたエクソソーム分泌に対する食品成分の影響を検討した。その結果、4種の成分がエクソソーム分泌を促進することを明らかにした。現在、この作用に関して特許出願の準備を進めている。また、関連する情報収集のために総説を作成し、論文発表も進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】17H02176 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋 / 運動 / 腸内環境 / マイオカイン / 代謝 / エネルギー代謝 / 腸バリア / 腸内細菌

【研究成果の概要】

腸バリア機能，腸内細菌叢の変化と骨格筋の代謝・分泌能の関係について検討した。実験モデルマウスにおいて，腸バリア機能の破綻が耐糖能，骨格筋代謝を低下させることを示した。また，運動トレーニングを行ったマウスの腸内細菌を移植したマウスでは，骨格筋の代謝・分泌性因子が高まることを示した。一方，骨格筋代謝能の減弱したマウスでは，マイオカイン分泌能の低下とともに腸バリア機能が低下する可能性を示した。以上の結果は，腸と骨格筋の臓器連関を支持するものである。

【研究の社会的意義】

本研究により，腸バリア機能，腸内細菌の変化は骨格筋の代謝を調整すること，逆に骨格筋の代謝・分泌機能は腸管免疫機能に影響を与えることが示され，腸内環境と骨格筋は血液を介して互いに協調しあっていることが明らかになった。体力向上，健康づくりにおいて，腸と骨格筋がともに良好な機能を保持することが重要であり，このことを考慮した運動習慣，食習慣を検討することが有意義と考えられる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】16K01831 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

長期的効果 / 運動習慣 / 食習慣 / 高脂肪食 / 骨格筋 / 白色脂肪 / 豊かな環境 / レガシー効果 / 運動 / 肥満 / 環境エンリッチメント / 褐色脂肪 / 長期（レガシー）効果 / 脂肪

【研究成果の概要】

本研究では，若齢期の食習慣および運動習慣が成熟期の骨格筋・白色脂肪組織の代謝関連遺伝子の発現変化に及ぼす長期的(レガシー)効果についてマウスを用いた基礎的検討を行った．
本研究の結果，若齢期の肥満および運動経験によって長期的に変化する遺伝子は，白色脂肪組織と比較して骨格筋組織では約半分程度であり，レガシー因子の候補が少ない可能性が示唆された．また若齢期に遊具などが設置された社会的に豊かな環境で飼育を行ったところ，活動量や体温に上昇傾向がみられたものの，筋力には影響がみられなかったことから，より効果的な環境を整備することを目的として，今後更なる検討を進める必要性が感じられた．

【研究の社会的意義】

本研究はマウスを用いた基礎的研究ではあるが，得られた結果を精査することによって，ヒトへの応用展開に対してある一定の知見を提供すことが可能と考えている．本研究の結果を広義に解釈することによって，子供の頃(若齢期)の食習慣および運動習慣が成人後(成熟期)の骨格筋や脂肪組織の機能に対して長期的に影響を及ぼす可能性が示され，その影響の強さは各組織によって異なる可能性が示唆された．
また行動範囲が広く活動内容に多様性があり他者と接する機会の多い社会的に豊かな環境での生活は，身体活動量や基礎代謝を増加させる可能性があるが，より効果的な環境を整備する為には今後も更なる検討が必要と思われた．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】16H03258 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋の質 / 細胞外マトリックス / Lamb3 / 骨格筋 / laminin-beta3 / Akt / ラミニン / 運動 / 代償性過負荷 / マクロファージ / 代謝産物

【研究成果の概要】

骨格筋の質は筋機能のみならず、個体の寿命をも制御しうる報告が相次いでいる。しかしながら骨格筋の質とは一体なんであるかと言う本質的な問いに対する答えは全く明らかにされていない。研究代表者は骨格筋線維１本１本を取り囲んでいる基底膜を構成するECM成分こそが骨格筋の質の本質であると考えた。運動後の質の良い骨格筋と、徐神経や糖尿病などの質の悪い骨格筋とのECM遺伝子を網羅的に解析した結果、Lamb3遺伝子を見出した。これは筋再生過程で強く発現が誘導されAkt経路を介して骨格筋の再生・肥大を正に制御することを見出した。これらの結果は、骨格筋内のECMは筋機能を規定する重要な内部環境であることを示唆する。

【研究の社会的意義】

健康増進のために運動をする人は多く、脂肪燃焼や基礎代謝亢進によって健康増進効果が期待されている。研究代表者はそれだけではなく、運動によって骨格筋の質が向上することが健康増進のみならず個体寿命をも制御しうると考えているが、骨格筋の質とは何であるかと言う点が不明である。本研究によって質の本体が明らかになることで、健康寿命の延伸や場合によっては個体寿命の制御が可能となりうる点で学術的意義・社会的意義は非常に大きい。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】15H01833 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

翻訳動態 / リボソームプロファイリング / 運動 / 骨格筋 / 老化 / 遺伝子ネットワーク / バイオマーカー / 骨格筋適応 / 共発現遺伝子ネットワーク解析 / ストレス / トレーニング / 網羅的翻訳動態解析 / 機能解析 / マウス / 共発現遺伝子ネットワーク / 翻訳 / 細胞 / マイクロRNA / 網羅的解析

【研究成果の概要】

老化マウスモデルと若齢マウス、早老マウスモデル、そして一過性運動モデルマウスと持久性運動モデルマウスにおいて、次世代シーケンサーを活用して網羅的mRNA発現解析と網羅的翻訳動態解析であるリボソームプロファイリングを行った。これらの解析により得られた変動因子について、リアルタイムPCRとウェスタンブロット法により転写産物とタンパク質量変化をそれぞれ検討した。さらに、骨格筋におけるシステムレベルでのネットワーク変化を捉えるために、共発現遺伝子ネットワーク解析を行い、興味深い遺伝子の新機能の可能性を見出した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】40,820千円 (直接経費: 31,400千円、間接経費: 9,420千円)

【研究分野】食品科学

【研究領域課題番号】15H05781 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胆汁酸 / TGR5 / 運動 / 骨格筋 / 糖代謝 / SCAP / SREBP / RNF5 / ユビキチン / 摂食応答 / 機能性食品 / 摂食シグナル / FGF15/19 / NTCP / 食品成分 / IBAT / 摂食

【研究成果の概要】

胆汁酸は摂食に伴い小腸上部へと分泌されたのちに、小腸下部で取り込まれ肝臓へ戻る。一部の胆汁酸は全身血流へ流れるため、摂食後に血中胆汁酸濃度は上昇し、摂食シグナルと考えられる。これを認識する標的分子が胆汁酸受容体TGR5である。骨格筋での機能解析のために、ヒトTGR5を骨格筋に発現させたトランスジェニックマウスを樹立し、その解析を行った。胆汁酸結合によりTGR5が活性化されると、筋肥大効果をもたらすことを認めた。経口グルコース負荷試験を行うと、速やかな血糖低下が確認され、筋量増加が耐糖能異常改善に結び付くことを明らかにした。摂食応答に伴う筋量増加の一部はTGR5機能によるものと考えられる。

【研究の社会的意義】

私たちの体の中でコレステロールは胆汁酸へと変換され、やがて糞中へと排泄される。血液中にも存在する胆汁酸は、摂食後に濃度が上昇する。私たちは血中胆汁酸を摂食シグナルと想定し、胆汁酸受容体TGR5の機能解析を行った。その結果、骨格筋にTGR5を過剰に発現させたマウスの筋量は増加し、欠損させたマウスでは減少する事実を確認した。摂食後に筋量が増加することの一部をTGR5－胆汁酸が担っていることを明らかにした。さらに運動直後にも同様のシステムが働くことも明らかにした。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2015-05-29 - 2020-03-31

【配分額】192,010千円 (直接経費: 147,700千円、間接経費: 44,310千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】26560370 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

運動 / 翻訳動態 / Ribosome profiling / 次世代シーケンサー / マウス / 骨格筋 / 遺伝子 / タンパク質 / リボソームプロファイリング / 翻訳 / 遺伝子発現 / マクロファージ / 炎症 / 網羅的解析 / 翻訳調節 / フレームシフト / 翻訳速度

【研究成果の概要】

これまで多くの研究がなされてきた転写動態変化に関連する作用機序に加え、翻訳動態変化も生体システムに重要な影響を及ぼしている。また近年、これまでは技術的に困難であった翻訳動態変化を網羅的に解析可能な技術（Ribosome profiling）が開発され、次世代シーケンサーにより解析することで、それぞれのmRNAが実際はどの程度翻訳されていたのかを網羅的かつ１塩基単位の高精度で解析することができるようになった。同技術を用いて運動が翻訳動態に与える影響を網羅的に解析し、未知であった作用機序の解明に加え、急性炎症・抗炎症応答時においても新たなシス配列因子を発見することができた。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】25350901 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マクロファージ / 運動 / インスリン感受性 / インターロイキン６ / GLUT4 / マトリックスメタロプロテーアゼ / 骨格筋

【研究成果の概要】

運動はメタボリックシンドロームや2型糖尿病などの生活習慣病に対して極めて有用な予防・治療手段である。しかし、その分子機序は大部分が明らかではない。私は筋損傷を伴わない、持久的な走運動後に骨格筋内に抗炎症性マクロファージが集積しており、それが筋インスリン感受性増加に関わることを明らかにした。このマクロファージの集積に筋常在性マクロファージが産生・分泌するケモカイン（炎症細胞誘引物質）によって生じ、集積した抗炎症性マクロファージがインターロイキン６を産生し、それが骨格筋細胞に作用することで糖輸送担体であるＧＬＵＴ４の発現を増加させることで筋インスリン感受性亢進が生じることが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】25282199 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイオカイン / 大腸がん / 運動 / 骨格筋 / がん予防 / 大腸

【研究成果の概要】

骨格筋から分泌される機能性タンパク質（マイオカイン）SPARCは、運動によって血中に増加し、習慣的運動による大腸発がん予防に寄与する。この作用機序に関して、SPARCは大腸の病変部位に直接作用してがん化を防ぐことを明らかにした。さらに、分泌されたSPARCは骨格筋自身にも作用して代謝能を高め、全身の代謝を改善することでも大腸発がんの抑制に寄与することもわかった。健常者、代謝疾患患者いずれにおいても運動を行うことにより血中SPARCの増加が起こることを明らかにし、また食事条件によってSPARC分泌を効率化できる可能性を示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】24650449 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レガシー効果 / 運動 / 高脂肪食 / 網羅的遺伝子発現 / 脂肪 / 骨格筋 / 肝臓 / エピジェネティクス / 肥満 / マイクロアレイ / レガシー因子 / 遺産因子 / 遺産効果 / DNAマイクロアレイ

【研究成果の概要】

本研究では若齢期の食および運動習慣が成熟期の骨格筋・肝臓・脂肪組織の遺伝子発現に及ぼすレガシー(遺産，長期的)効果について，マウスを用いた検討を行った．
本研究の結果から，若齢期の高脂肪食摂取や自発走運動の経験は，たとえ成熟期に同様の食・生活環境および体重であっても，骨格筋・肝臓・脂肪組織の遺伝子発現にレガシー効果を生じる可能性が示唆された．また一部の遺伝子発現においては，自発走運動経験によるレガシー効果にプロモーター領域のDNAメチル化によるエピジェネティックな機序が関与している可能性が示唆された．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】24700696 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋 / 生理学 / 筋収縮 / 電気刺激 / 運動 / 性差

【研究成果の概要】

本研究では、骨格筋が電気的活動を開始してから実際に運動が起こるまでのわずかな時間遅れ（Electromechanical delay, EMD）を精密・詳細にとらえる実験系を確立し、基礎データを蓄積することを目的とした。また、EMDが筋の機能やコンディションをどのように反映するのかについても検討した。一連の研究結果より、EMDを測定することで従来の指標（最大筋力など）とは異なる側面から筋の機能・コンディションを評価できることが示唆された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】23700842 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

運動 / インスリン感受性 / マクロファージ / 骨格筋

【研究成果の概要】

運動は筋インスリン感受性を亢進することで、メタボリックシンドロームや 2 型糖尿病の予防・治療に極めて有効であるが、その分子機序は明らかではない。申請者は運動後の骨格筋には M2 マクロファージと呼ばれる抗炎症性のマクロファージが多数集積していること、マクロファージを枯渇させたマウスでは上記の集積ならびに筋インスリン感受性亢進が起こらないことから、M2 マクロファージが運動による筋インスリン感受性亢進にかかわる可能性を見出した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】23500778 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

加齢 / 骨格筋 / 運動 / サルコペニア / オートファジー / 筋萎縮

【研究成果の概要】

加齢マウス(24ヶ月齢)を用い、骨格筋におけるオートファジー関連物質の変化を調べた。加齢した骨格筋では、p62/SQSTM1およびBeclin-1蛋白の有意な増加がみられ、両物質とも細胞質で変化が顕著であった。蛍光免疫組織化学染色による検討でも、細胞質内にp62/SQSTM1は沈着していた。長期間の自発的な走運動はサルコペニアを軽減したが、オートファジー関連物質に顕著な変化は認められなかった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】21700702 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

運動 / インスリン感受性 / マクロファージ / 骨格筋

【研究成果の概要】

運動は筋インスリン感受性を亢進することで、メタボリックシンドロームや2型糖尿病の予防・治療に極めて有効であるが、その分子メカニズムは明らかにされていない。我々は、運動により骨格筋内の抗炎症性マクロファージであるM2マクロファージ数が増加し、これにより、筋インスリン感受性の亢進が起こっていると仮説した。C57BL6Jマウスに一過的トレッドミル走を施すと、骨格筋内のM2マクロファージ数は増加し、これに伴い筋インスリン感受性の亢進も認められた。しかしながら、運動前に全身のマクロファージを枯渇させる薬剤であるクロドロネートリポソームを投与すると、運動後に認められたM2マクロファージ数の増加、筋インスリン感受性亢進の両方が起こらなかった。このとき、いくつかのシグナル伝達経路の活性化を検討したところ、インスリンシグナル(Akt-AS160)やAMPK経路は運動やクロドロネートリポソームによる変化は認められず、PKC経路が運動により活性化されており、この活性化はクロドロネートリポソームにより抑制された。これらのことから、運動による筋インスリン感受性亢進は、M2マクロファージがPKC経路を介して引き起こしていることが示唆された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】21300254 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

加齢 / 老化 / 自己分泌 / 運動 / 性ホルモン / 骨格筋 / 閉経

【研究成果の概要】

本研究では、加齢により高頻度に発症する生活習慣病やサルコペニアと骨格筋や心臓の局所性ステロイドホルモン合成能の関連性を検討し、アンチ・エイジングのための運動療法に筋局所の性ステロイドホルモン変動がどのように貢献しているのかを明らかにすることを目的とした。本研究成果は、加齢によって生活習慣病やサルコペニアの発症リスクが激増することに対して局所で産生されている性ホルモンが関与し、局所の性ホルモンの動態に基づくより効果的な運動指導法の戦略を組み立てる基礎的な知見となり得るデータが示された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】21680049 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

筋肉 / 運動 / 細胞内シクナル伝達 / 物理的ストレス / 転写調節 / スモールRNA / 骨格筋 / 関節軟骨 / メカニカルストレス / 物理刺激 / 細胞分化 / 組織成熟 / ノンコーディングRNA / マイクロRNA / 転写因子

【研究成果の概要】

本研究では身体運動に関連する遺伝子発現制御のうち,とくに身体運動に起因するメカニカルストレス誘導性マイクロRNA(miRNA)による転写後制御について解析した.マイクロアレイによる網羅的解析により,メカニカルストレス誘導性miRNAとして複数のmiRNAを同定した.このうちmiR-23aに関して,培養細胞および動物個体を用いてその機能を解析した結果,miR-23aは2つのユビキチンリガーゼの翻訳を抑制することで骨格筋の萎縮を抑制することを見いだした.

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】27,950千円 (直接経費: 21,500千円、間接経費: 6,450千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】21500640 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋 / インスリン感受性 / 遺伝子 / NR4A3 / NOR-1 / 高脂肪食 / NR4A1 / Nur77 / 運動 / 不活動 / 交感神経 / 水泳 / トレッドミル / AMPK / AICAR

【研究成果の概要】

運動を行うと骨格筋のインスリン感受性が上昇する。これは、運動が糖尿病の予防・治療に有効な理由のひとつである。本研究では、「運動を行うと活動筋において核内受容体NR4A遺伝子発現が増加し、それを介して筋のインスリン感受性が上昇する」との仮説を検討したが、その可能性を示すことはできなかった。しかし、「不活動によってNR4A遺伝子発現量が減少し、それを介してインスリン抵抗性が引き起こされる」可能性が示された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】20700531 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

老齢性筋萎縮 / オートファジー / 小胞体ストレス / 骨格筋 / 運動 / 筋萎縮

【研究成果の概要】

本研究課題では、老化骨格筋におけるオートファジーの誘導とこれに関わるシグナルの解明を目的とした。その結果,筋萎縮が進行した老齢ラットでは変性タンパク質の蓄積に伴い惹起される小胞体ストレスシグナル活性化(Caspase-12の発現増加を特徴とする)が確認された。しかしながら,オートファジーのマーカーであるLC3-IIは変化を示さなかった。また、成熟ラットへの運動トレーニングは、LC3-IIの発現に大きな変化はもたらさないことも明らかとなった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】20500575 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

加齢 / 骨格筋 / 運動 / 筋肥大 / サルコペニア / SRF / サルコペニア(加齢性筋肉減弱症) / 筋萎縮

【研究成果の概要】

加齢マウス(24ヶ月齢)を用い、骨格筋におけるSRF関連物質の変化を調べた。加齢した骨格筋では、SRFおよびMRTF-A蛋白の有意な減少がみられ、SRF蛋白は細胞質、MRTF-Aは核でその変化が顕著であった。SRF経路の上流にあるSTARSの発現量も、加齢にともない有意に減少した。自発的な走運動はサルコペニア(加齢性筋肉減弱症)を軽減したが、SRF関連物質に顕著な変化は認められかった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】18200041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スポーツ生理学 / メンタルヘルス / 運動処方 / 自律神経機能 / 大脳皮質運動野 / 反応時間 / 経頭蓋磁気刺激 / 運動誘発電位 / 交感神経 / 骨 / 高血圧自然発症ラット / 6遮断薬 / 健康スポーツ科学 / 応用健康科学 / 体力医学 / 運動療法 / 動脈スティフネス / 慢性疲労 / 運動 / ACTH / 血流量 / 近赤外分光装置 / 前頭前野 / 一次運動野 / 運動誘発性ストレス / PET / 糖 / 前頭連合野 / 二次視覚野 / 思考 / 脳 / 最大酸素摂取量 / 乳酸 / 骨格筋 / 情動

【研究成果の概要】

身体運動がメンタルヘルス改善効果をもたらすメカニズムを分子・細胞レベルにおいて実験動物及びヒトを対象として検討し、運動動処方プログラム開発のための基礎的資料を得ることを目的とした。長期間の運動トレーニング及び一過性の運動は、大脳皮質運動野における脳神経細胞の形態的、機能的変化を引き起こし、結果的にメンタルヘルスの改善がもたらされる可能性が考えられる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2006 - 2009

【配分額】48,360千円 (直接経費: 37,200千円、間接経費: 11,160千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】17300204 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋 / 性ホルモン / 自己分泌 / 運動 / 加齢 / トレーニング / 自己産生

【研究成果の概要】

本研究では,性ホルモンの合成組織として骨格筋に着目し,その合成経路が運動により亢進することにより,性ホルモン合成の亢進に寄与するという仮説を立証することを目的とする.上記の研究課題を明らかにするために,骨格筋における性ホルモン合成酵素の発現の有無と局所性ホルモン代謝動態について検討した(研究課題I).さらに,運動による骨格筋内の性ホルモン産生経路を明らかにするために,運動が骨格筋内の性ホルモン合成酵素に及ぼす影響とその性差について検討した(研究課題II).
その結果,骨格筋における性ホルモン産生機序に着目し,骨格筋内の性ホルモン合成酵素の遺伝子・タンパク発現が存在することを確認し,骨格筋には性ホルモン代謝経路が存在し,局所にて性ホルモンを産生する器官となりうる可能性を明らかにした(研究課題I).また,骨格筋内の性ホルモン合成酵素の遺伝子・タンパク発現には性差があり,運動刺激に対するそれらの発現応答にも性差があるという結果を得たことから(研究課題II),運動による骨格筋の適応機序に局所の性ホレモン代謝が関与している可能性が示された.それゆえ,運動による性ホルモン作用は,内分泌経路の他に,末梢組織(骨格筋)における局所の性ホルモン産生が重要な役割を果たしている可能性が示された.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】16,340千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】体育学

【研究領域課題番号】10480004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ストレスタンパク質 / 走運動 / 肝臓 / 骨格筋 / HSP70 / 後肢懸垂法 / 筋萎縮 / GPT / 不活動 / αB-クリスタン / HSP72 / HSC73 / 後肢懸垂 / 運動

【研究成果の概要】

本研究では、1)走運動時によるストレスタンパク質発現と2)不活動として後肢懸垂によるストレスタンパク質のターゲット細胞骨格チューブリンの変動について検討した。1)乳酸値が4mM以上(走速度:24m/min)と以下になる強度(走速度:13m/min)での走運動をラットに負荷し、運動を遂行する臓器として骨格筋(ヒラメ筋と足底筋)と心筋、非運動関連臓器として肝臓でのストレスタンパク質の発現をHSP72,HSC73の特異的抗体を用いて検討した。また運動の肝臓への影響をみるために、肝臓の逸脱酵素GPTを測定した。ストレスタンパク質の発現のポジティブコントロール群として温浴による熱ショック実験を行った。その結果、運動時、活動が抑制される肝臓では、高強度の運動時には肝臓逸脱酵素GPTが増加する傾向を示し、HSP72の著明な(3〜4倍)増大、HSC73も数時間後に20%ほど上昇する傾向を示した。これに対し、運動を担う遅筋ヒラメ筋では高強度・低強度の運動ともにHSP72の20%の増加が、低強度の運動ではHSC73のみ増加が観察された。心筋では高強度の運動では両HSP70ともに減少が観察された。2)後肢懸垂後のヒラメ筋では筋総タンパク質量を一定にしたときチューブリンは5日で特異的に有意に減少し、ストレッチでは逆に上昇が観察された。とくにストレッチでは5日目で約3倍、10日目では3倍以上の増加が観察された。萎縮筋でαB-クリスタリンの沈殿分画への移行を調べたところ対象群に比べて多かった。αB-クリスタリンは変性タンパク質を認識して上清画分から沈殿画分へ移行している可能性が示唆された。以上から日常の活動、LT以下の低強度の運動では構成的発現タイプのストレスタンパク質を、高強度の運動が誘導性のストレスタンパク質の発現を増大させることが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】11,600千円 (直接経費: 11,600千円)

【研究分野】体育学

【研究領域課題番号】03680131 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋 / 運動 / GLUT4 / グルコース / グリコーゲン / 糖輸送体 / 一過性運動 / 筋活動状態 / グリコ-ゲン

【研究成果の概要】

筋グリコーゲンの過補償の生理・生化学的メカニズムについては、筋肉細胞のインスリン感受性や筋肉細胞内でのグリコーゲン合成酵素活性の増加などが関与しているといわれている。しかし、糖輸送体(GLUT4)の筋グリコーゲン過補償における調節機能については明らかではない。そこで、本研究では2種類の持久性運動をラットに負荷し、骨格筋グリコーゲン含量の変化とGLUT4の一過性の変化について検討した。2時間運動直後には運動前の75%へと減少し、運動直後のグルコース投与後3時間では運動前の値の2倍以上に増加していた。しかし、24時間後にはほぼ運動前のレベルになっていた。一方、GLUT4濃度は運動後0,3,24時間で運動前の110%前後で大きな変化はみられなかった。また、平均5.5時間にわたる疲労困ぱい運動においては、筋グリコーゲンは運動直後には運動前の50%へと減少していたが、グリコース投与24時間後には運動前の2倍へと増加していた。一方、GLUT4濃度は疲労困ぱい運動直後には運動前の75%へと減少しており、24時間後にはほぼ運動前のレベルに回復していた。
これらの結果は、運動後の骨格筋におけるグリコーゲン過補償を引きおこすグルコースの筋細胞内への取り込み亢進は筋肉細胞内に存在するGLUT4の総数が増加するために起こるのではないことを示唆している。また、疲労困ぱいに至る長時間運動直後のGLUT4濃度の一過性の減少が、運動後のグルコース取り込みを阻害し、筋グリコーゲンの再合成に負の影響を及ぼしているかどうかについては今後さらに検討しなければならない。

【研究種目】一般研究(C)

【研究期間】1991 - 1992

【配分額】500千円 (直接経費: 500千円)