筋形成型オリゴ DNA による抗動脈硬化作用の検討

筋形成型オリゴ DNA による抗肥満作用の検討

森岡一乃.

信州大学大学院 総合理工学研究科 農学専攻 先端生命科学分野.

Abstract

【背景、目的】肥満は生活習慣病の危険因子であり、健康寿命を阻害する大きな要因である。肥満は、脂肪前駆細胞から分化した脂肪細胞が、過剰な脂質を溜め込み肥大することで生じる。肥満による慢性炎症や、肥大化した脂肪細胞が分泌する多様なアディポカインは、生活習慣病の発症リスクを増大する。したがって、脂肪細胞の分化と炎症の制御は、肥満を抑制し、メタボリックシンドロームへの進展を防ぐために重要である。

我々は最近、18塩基の筋形成型オリゴDNA (iSN04) が立体構造依存的に機能し、抗ヌクレオリンアプタマーとして筋芽細胞の分化を促進することを報告した [1]。また、iSN04 は筋芽細胞の炎症を抑制して筋分化を回復することが報告されている [2,3]。さらに、発表者の卒業研究において、iSN04 が脂肪分化の初期段階に作用し、脂肪特異的遺伝子の発現を抑制して脂肪分化を抑制することが示された。

本研究では、iSN04による脂肪細胞の炎症抑制作用と、高脂肪食マウスにおける抗肥満作用を検討した。

【材料と方法】脂肪前駆細胞のモデルとして、マウス胎児線維芽細胞株 3T3-L1 を用いた。3T3-L1 に iSN04 を投与して分化誘導し、細胞内の中性脂質を Oil Red O で可視化・定量することで脂肪分化を評価した。脂肪特異的遺伝子の発現をqPCRで定量した。iSN04 の投与期間を変え、iSN04 が脂肪分化のどの時期に作用しているかを調べた。また、TNF-α および TLR2 リガンド依存的な炎症性サイトカインの発現における iSN04 の作用を qPCR で解析した。

マウスは、８週齢の雄 C57BL/6J を使用した。普通食 (normal diet; ND) で１週間予備飼育をした後、マウスの体重を測定し、ND群、高脂肪食 (high fat diet; HFD) 群、および HFD+iSN04 投与群の３群に分け５週間飼育した。各群のマウスに週３回、PBS または iSN04 (5 mg/kg) を腹腔内投与し、摂食量と体重を計測した。すべてのマウスは、温度 (23.5°C) および光制御 (標準的な12時間の明暗サイクル) 条件下で飼育し、餌と水は自由に与えた。解剖前に８時間絶食し、腹部大静脈から全採血して血糖値を測定した。精巣上体脂肪、腸間膜脂肪、褐色脂肪、心臓、肝臓、腎臓、前脛骨筋を採取し、重量を測定した。精巣上体脂肪と腸間膜脂肪から RNA を採取し、iSN04 による遺伝子の発現変化を qPCR で確認した。

【結果】3T3-L1 に分化誘導０～10日目まで継続的に iSN04 を投与すると、脂肪滴を有する成熟脂肪細胞への分化が顕著に抑制された。iSN04 投与群では、脂肪分化のマスターレギュレーターである PPARγ や、PPARγ と相互作用をする CEBPα、脂肪酸結合タンパク質 FABP4、脂肪滴の膜タンパク質ペリリピンの発現が有意に減少した。iSN04 の投与時期を検討した結果、分化０～４日目に iSN04 を投与すると成熟脂肪細胞への分化が十分に抑制されることが分かった。また、iSN04 の前処理後に TNF-α または TLR2 リガンド Pam3CSK4 で刺激した 3T3-L1 では、炎症性サイトカインである TNF-α、IL-6、MCP1 の発現が有意に抑制された。

iSN04 を５週間投与したマウスでは、体重、摂食量、組織重量の違いは認めなかったが、精巣上体脂肪では複数の脂肪関連遺伝子の発現が抑制された。一方、腸間膜脂肪では精巣上体脂肪と比較して、iSN04 による遺伝子発現抑制作用が弱い傾向が見られた。

【考察】iSN04 は、3T3-L1 の分化初期に作用し、脂肪特異的な遺伝子の発現を抑制することで、脂肪細胞の分化・成熟を阻害することが明らかになった。また、iSN04 は 3T3-L1 において抗炎症作用を示すことが示された。HFD マウスにおいては、iSN04 が脂肪組織の脂肪関連遺伝子の発現を抑制する傾向が見られた。一方、脂肪組織の重量は iSN04 の投与で変化がなかったため、未熟な脂肪細胞の数が増えていることが推測される。今後、組織切片の解析等を行い、脂肪組織の形態についてさらに調べる必要がある。また、精巣上体脂肪と腸間膜脂肪の間で iSN04 の作用に違いが見られた。この理由として、脂肪酸や血管間質画分など、脂肪細胞周囲の環境が影響している可能性が考えられる。また、今回使用した HFD は脂質由来のカロリー比が 60% と超高脂質であり、かつ短期間の iSN04 投与であった。今後、脂質の比率を下げた HFD を使用し、より長期間の iSN04 投与における影響を検討する予定である。

iSN04 は、肥満をはじめとする生活習慣病の予防や治療に有用であると期待される。今後 iSN04 の抗肥満効果についてさらに検討を進め、実用化につなげていきたい。

【参考文献】

  1. Shinji et al., Front. Cell Dev. Biol., 8: 616706 (2021).
  2. Nakamura et al., Front. Physiol., 12: 679152 (2021).
  3. Nihashi et al., Muscles, 1: 111-120 (2022).