発表者
西　　　宏起(東京大学大学院農学生命科学研究科応用動物科学専攻　特任研究員)
山中　　大介(東京大学大学院農学生命科学研究科獣医学専攻　特任助教)
増田　　正人(東京大学大学院農学生命科学研究科応用動物科学専攻　特任研究員)
合田　　祐貴(東京大学大学院農学生命科学研究科応用動物科学専攻　特任研究員)
伊藤　　公一(東京大学大学院農学生命科学研究科獣医学専攻　特任准教授)
伯野　　史彦(東京大学大学院農学生命科学研究科応用動物科学専攻　助教)
高橋　伸一郎(東京大学大学院農学生命科学研究科応用動物科学専攻　教授)

発表のポイント

  • アデニンを摂取することによって血中アミノ酸濃度のプロファイルが変化し、これが原因となって脂肪肝が抑制されることを示した。
  • これまで脂肪肝を含む複数の疾患と特定の血中アミノ酸濃度との相関は報告されてきたが、今回初めてその因果関係の一端を示すことに成功した。
  • 非アルコール性脂肪肝は近年世界的に注目されている肝疾患だが、その発症機序および診断・治療法は確立していない。本研究成果はそれらの解明・開発につながることが期待される。

発表概要

　非アルコール性脂肪肝疾患(NAFLD)は、アルコールの多飲を伴わない脂肪肝とそれに起因する肝疾患の総称で、生活習慣病のひとつとして近年世界的に注目されている。しかし、NAFLDの原因は様々で、その発症メカニズムや診断・治療法は確立されていない。
　東京大学大学院農学生命科学研究科の伯野史彦助教、高橋伸一郎教授らは、脂肪肝モデルラットの研究で、機械学習(AI)を用いることで、血中アミノ酸プロファイル(注1)から肝臓脂肪量を予測できることを示してきた。しかしこの結果は血中アミノ酸プロファイルと肝臓脂肪量との相関関係を示したもので、その因果関係は不明であった。本論文では、①脂肪肝ラットの血中アミノ酸プロファイルを模倣した培地で培養肝細胞を培養すると細胞内に脂質が蓄積する、②飼料組成の修正により脂肪肝ラットの血中アミノ酸プロファイルを変化させると脂肪肝が抑えられることなどの結果から、特定の血中アミノ酸プロファイルが原因となり脂肪肝が引き起こされることを初めて示した。
　血中アミノ酸プロファイルは血液検査で測定できるため、患者への負担の少ないNAFLDの新しい診断法として期待される。さらに血中アミノ酸プロファイルを食事で改善するという全く新しい脂肪肝の治療法の提案にもつながる。

発表内容

　近年先進諸国を中心として、肥満やそれに関連する代謝性疾患が増加しており、食と健康に対する関心が高まっている。脂肪肝もそのような代謝性疾患の一つとして注目されている。脂肪肝は、アルコールの過剰摂取に起因する「アルコール性脂肪肝」と、それ以外の「非アルコール性脂肪肝(NAFL)」に大別されるが、どちらも進行すると重篤な肝障害につながる可能性がある。特に後者については、リスク要因が多数知られているため、その発症メカニズムの多くは未だ明らかにされてはおらず、決定的な診断・治療法の確立には至っていない。NAFLの中には、線維化を伴って炎症を引き起こす「非アルコール性脂肪肝炎(NASH)」に進行するものが一部あり、それら全てを「非アルコール性脂肪肝疾患(NAFLD)」と総称される。NAFLDは、糖質・脂質の過剰摂取に伴う肥満や糖尿病の患者でよく観察されることから、その治療法として、生活習慣の改善を中心とした肥満に対する対処法と同様な方法がとられることが多い。しかし実際には、明らかな過食や肥満が認められない症例も数多く報告されており、それらの発症メカニズムを理解し対処法を開発することは重要な課題である。
　東京大学大学院農学生命科学研究科の伯野史彦助教、高橋伸一郎教授らのグループではこれまでに、低タンパク質栄養状態のラットにおいて顕著な脂肪肝が誘導されることを見出しており、食餌誘導性のNAFLDモデルとして研究を進めてきた。さらに、様々なアミノ酸組成の実験食を給餌したラットの血中アミノ酸濃度と肝臓脂質量との関係を、機械学習を利用して非線形的に解析したところ、血中の各アミノ酸濃度のバランス(血中アミノ酸プロファイル)と肝臓脂質量の間に相関関係があることを発見している(Nishi et al. Sci. Rep. 2018)。しかし、その血中アミノ酸プロファイルが肝臓の脂質蓄積の原因なのか結果なのかという点は不明であった。今回、西宏起研究員、増田正人研究員、山中大介特任助教らは、機械学習(AI)をうまく利用することによって、血中アミノ酸プロファイルの変化が原因となって脂肪肝が引き起こされることを初めて示した。
　タンパク質を構成する主要な20種類のアミノ酸のうち、特にアルギニンを欠乏すると顕著な脂肪肝が誘導されることが報告されている。さらに、低アルギニン食にプリン塩基の一種アデニンを添加すると脂肪肝形成が阻害されることも知られていた。そこでまず、低アルギニン食を給餌したラットの血中アミノ酸プロファイルを模倣したアミノ酸組成の培地を作製し、ラット培養肝細胞モデルであるH4IIE細胞を培養した。その結果、通常のアミノ酸組成の対照培地で培養した場合と比較して、模倣培地で培養した細胞内には中性脂質が多く蓄積されることが明らかになった。さらに、アデニン添加した低アルギニン食を給餌したラットの血中アミノ酸濃度のデータを、以前作成した機械学習(MLP)モデルに入力して、それらのラットの肝臓脂質量を予測したところ、実測値と非常に近い予測値が出力された。この結果は、アデニン添加によって血中アミノ酸プロファイルが変化して、脂肪肝が抑制された可能性を強く示唆している。実際に、低アルギニン食給餌したラットにおいて、食餌中にアデニンを添加することによって血中メチオニンおよび血中分岐鎖アミノ酸の濃度が減少していることがわかった。そこで、低アルギニン食からさらにメチオニンまたは分岐鎖アミノ酸を欠乏させることで、それらの血中濃度を低下させたところ、脂肪肝形成が完全に抑制された。これらの結果から、アデニン投与は血中アミノ酸プロファイルを変化させ、それが原因となって肝臓の脂質蓄積が抑制されると結論した。
　現在一般的なNAFLDの確定診断法はCTスキャンや肝生検の結果を基にしており、金銭的・肉体的負担が大きいという問題がある。その点、血中アミノ酸プロファイルは血液検査のみで容易に測定できる。さらに血中アミノ酸プロファイルが肝臓の脂質量を規定するということは、血中のアミノ酸プロファイルを特定のパターンに改変すれば肝臓脂質量を制御できる可能性も示しており、NAFLの予防・改善を目的とした全く新しい食事療法などの提案にもつながると期待している。

発表雑誌

雑誌名
Scientific Reports, 10 (22110), 2020
論文タイトル
Alteration of serum amino acid profiles by dietary adenine supplementation inhibits fatty liver development in rats
著者
Hiroki Nishi*, Daisuke Yamanaka*, Masato Masuda*, Yuki Goda, Koichi Ito, Fumihiko Hakuno* & Shin-Ichiro Takahashi
DOI番号
https://doi.org/10.1038/s41598-020-79234-w
論文URL
https://www.nature.com/articles/s41598-020-79234-w

問い合わせ先

東京大学大学院農学生命科学研究科　応用動物科学専攻　動物細胞制御学研究室
助教　伯野　史彦(はくの　ふみひこ)
Tel:03-5841-1310
Fax:03-5841-1311
E-mail:hakuno<アット>g.ecc.u-tokyo.ac.jp 　<アット>を@に変えてください。

用語解説

  • 注1　血中アミノ酸プロファイル
    　血中の各遊離アミノ酸濃度全体のバランス。各血中アミノ酸濃度を要素とするベクトル量。