高脂肪食がミクログリア細胞に与える影響と脳機能への影響

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肥満 神経炎症 エネルギー代謝 解糖 細胞外小胞

飽和脂肪酸が脳機能に及ぼす研究

背景紹介

肥満とメタボリックシンドロームは現在、世界的な健康課題の一つとなっています。多くの研究は、飽和脂肪に富む食事の過剰摂取が肥満を引き起こし、インスリン抵抗性や糖尿病など一連の代謝合併症を伴うことを示しています。しかし、肥満は身体の健康だけでなく、脳機能にも大きな影響を及ぼす可能性があります。動物モデルの研究では、食事誘発性肥満（DIO）が海馬領域の代謝変化、シナプス機能障害、および学習と記憶のプロセスの損傷を引き起こすことが示されています【1-3】。驚くべきことに、人間でも高脂肪高糖食（たった四日間）の短期摂取でさえ、海馬依存の学習と記憶に著しい損傷を与えることがわかっています。

肥満は通常、低度炎症状態を伴います。脳内では、DIOが引き起こす神経炎症が特に顕著です。この炎症過程には、ミクログリア細胞の活性化、すなわちミクログリア増殖（microgliosis）が関与しています。文献によれば、DIOによる神経炎症に関しては議論があり、一部の研究では海馬や皮質などの脳領域で顕著なサイトカインの過剰発現が見られないと報告されています【5-9】。したがって、DIOにおけるミクログリアの具体的な役割は未だ不確かです。本研究では、BV2細胞モデルを用いて、パルミチン酸（高脂肪食や肥満個体の脳に多く含まれる飽和脂肪酸）に曝露された後のミクログリアの反応特性を研究します。

研究の出典

本研究はGabriela C. de Paula、Blanca I. Aldana、Roberta Battistella、Rosalía Fernández-Calle、Andreas Bjure、Iben Lundgaard、Tomas DeierborgおよびJoão M. N. Duarteらの科学者によって共同執筆されました。著者は主にスウェーデンのルンド大学医学実験科学部（Department of Experimental Medical Science）およびウォーレンバーグ分子医学センター（Wallenberg Centre for Molecular Medicine）、デンマークのコペンハーゲン大学健康および医学科学学部薬物設計および薬理学部（Department of Drug Design and Pharmacology）に所属しています。本論文は2024年に《Journal of Neuroinflammation》誌に掲載されました。

研究の流れ

研究対象と実験方法

  1. 細胞培養と処理

    • BV2ミクログリア細胞（ATCC、Manassas、VA-USA、番号#CRL-2469）は、5 mmol/Lグルコース、1 mmol/Lピルビン酸、および4 mmol/Lグルタミンを含むDulbecco改良Eagle培地（DMEM）で培養し、10%胎牛血清（FBS）、100U/mlペニシリン/ストレプトマイシン（P/S）を添加しました。

  2. 細胞増殖および活力テスト

    • 細胞増殖は細胞計数により決定し、6時間ごとに統計を取りました。
    • CyQuant MTT細胞活力試薬キットおよびCaspase-Glo 3/7活性測定試薬キットを使用して細胞活力とアポトーシスをテストしました。

  3. 酸素消費率（OCR）およびプロトン放出率（ECAR）

    • Seahorse XF96アナライザーを使用して細胞のOCRおよびECARを測定し、細胞代謝活動を評価しました。

  4. 定量リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（qPCR）

    • 細胞全RNAを抽出後、逆転写試薬キットを用いてcDNAを合成し、特定遺伝子（例えばTNF-α、IL-6、IL-1βなど）についてqPCR分析を行いました。

  5. プロテオミクス分析

    • 処理後のBV2細胞が分泌したエクソソーム（extracellular vesicles、EVs）を収集し、質量分析（mass spectrometry、MS）でそのプロテオミクスを検出しました。

  6. 動物実験

    • パルミチン酸処理および対照処理のBV2細胞が分泌したEVsをマウスの脳室内に注射し、その行動、認知、およびグルコース耐性への影響を観察しました。

主な結果

  1. パルミチン酸はミクログリア増殖を誘導するが、サイトカイン発現を増加させない

    • 200µmol/Lパルミチン酸に24時間曝露した後、BV2細胞は増殖率が増加しましたが、TNF-αやIL-1βなどのサイトカインの発現レベルの顕著な上昇は見られませんでした。

  2. 代謝経路の再編

    • パルミチン酸処理はBV2細胞の解糖活性を顕著に増加させましたが、酸化的リン酸化に関連するミトコンドリア呼吸容量を低下させ、エネルギー代謝の再編を示唆しました。

  3. EVsのプロテオミクスの変化

    • 質量分析により、パルミチン酸処理後のBV2細胞が分泌するEVsは特定のプロテオミクス特性を持ち、リボソームタンパク質やタンパク質代謝関連タンパク質の含有量が減少することが明らかになりました。

  4. EVsがマウスの脳機能および行動に与える影響

    • EVsをマウスの脳室内に注射したところ、パルミチン酸処理EVsを受けたマウスは、記憶力低下（新物体認識テスト）や抑うつ様行動（蔗糖水摂取テスト）、およびグルコース耐性低下を示しました。

結論と意義

本研究は、パルミチン酸に曝露されたBV2細胞が特定のEVsを分泌し、代謝再編信号を伝達し、脳機能障害を引き起こす可能性があることを示しています。顕著な