アクアポリン・アディポースの 生体内における機能解析

「肥満研究」Vol. 12 No. 3 2006 ＜トピックス＞火伏俊之，ほか
トピックス
放出に関わっていると考えられた．さ
らに，長期絶食にて，KOマウスは
アクアポリン・アディポースの
生体内における機能解析
WTマウスに比して血中グリセロール
の上昇が障害され，重篤な低血糖を呈
した（図１-C）．脂肪細胞由来のグリセ
火伏 俊之，前田 法一，船橋 徹，下村伊一郎
ロールは肝臓における糖新生の基質の
１つであり，絶食時の血糖を規定する
大阪大学大学院医学系研究科内分泌・代謝内科学
重要な因子と考えられた4）．
２. AQPap欠損による病態
次に，これらマウスの経時的な体重
を観察した．12週齢以降，KOマウス
4, 5）
損マウスの作製・解析を行った
はじめに
脂肪細胞は，飢餓時に備え中性脂肪
を蓄える臓器である．運動時や絶食時
には中性脂肪は加水分解され，遊離脂
肪酸
（FFA；free fatty acid）
とグリセロ
．本
はWTマウスに比して有意に体重増加
5）
稿では，AQPap欠損（KO）マウスから
を来すことがわかった（図２-A, B） ．
得られた知見を報告する．
KOマウスの脂肪組織は，形態学的に
１. 脂肪細胞特異的グリセロー
ルチャネル，AQPap
肥大化した脂肪細胞が見られ
（図２-C）
，
ヒストグラムではより肥大化した脂肪
細胞が多数見られた（図２-D）．精巣周
ールが循環血中へ放出される．以前よ
まず，AQPapが生体内において脂
囲脂肪，腎周囲脂肪，皮下脂肪と，各
り脂肪細胞には効率良いグリセロール
肪細胞特異的グリセロールチャネルと
脂肪組織の重量はKOマウスが有意に
放出機構の存在が想定されていたが，
して機能しているかどうか，７∼10週
高重量を示した（図２-E）．さらに，肥
分子機構は明らかにはされていなかっ
齢のマウスを用いて解析を行った．脂
満を呈したKOマウスは全身性のイン
た．1997年，私たちのグループと大阪
肪分解により生じる遊離脂肪酸
（FFA）
，
スリン抵抗性を来した．体重差のない
大学細胞工学センターとの共同研究
グリセロールの血中濃度を摂食，絶食
８週齢から高脂肪・高蔗糖食を負荷す
で，ヒト脂肪組織 cDNA libraryより
時に測定した．血中FFAは野生型
ると，負荷後２週目よりKOマウスは
水チャネルファミリーに属する
（WT），KOマウスに差は見られなか
有意に体重が増加し，より重篤なイン
スリン抵抗性を呈した．
aquaporin adipose（AQPap）を同定し
ったが，血中グリセロールは摂食，絶
た1）．その後，AQPapは水のみならず
食時ともKOマウスで有意に低値を示
グリセロール透過能をも有すること 1,
した
（図１-A）
．また，これらマウスに
2）
，3T3-L1脂肪細胞の分化過程に伴い
脂肪分解を強力に誘導するβ 3-アドレ
AQPap遺伝子発現が増加していくこ
ナリン作動薬（BRL26830A）を投与す
私たちは，KOマウスが肥満を呈す
ると，血中FFA上昇は両群間で同程
る原因を調べるために体重差のない若
厳密に制御されていること などを報
度観察されたが，血中グリセロールの
週齢マウスの解析をさらに進めた．体
告してきた．これらの結果は，
上昇はKOマウスで有意に障害されて
重あたりの摂餌量，直腸温や酸素消費
AQPapが脂肪細胞において，グリセ
いた
（図１-B）
．同様の結果が3T3-L1脂
量は両マウス間で差がなかった．また，
ロール放出に関わる分子であることを
肪細胞でも観察された．すなわち，
白色脂肪および褐色脂肪組織における
強く示唆していた．
RNAiによりAQPapをノックダウンし
脂肪分化，脂肪合成・分解や熱産生に
た細胞では，アドレナリンによるグリ
関わる分子の遺伝子発現にも明らかな
セロール放出が障害されていた．
違いは見出せなかった．しかし，KO
2）
と ，インスリンにより転写レベルで
3）
最近私たちは実際にAQPapが生体内
で脂肪細胞特異的グリセロールチャネ
３. AQPap欠損マウスの肥満発
症機序
ルとして作用しているか，またAQPap
これらの結果，AQPapは生体内に
マウスの脂肪細胞内グリセロール含量
の破綻はどのような病態に繋がるの
おいて脂肪細胞グリセロールチャネル
がWTマウスと比較して有意に増加し
か，などを解析する目的でAQPap欠
として機能しており，グリセロールの
ていた（図３-A）．最近，グリセロール
251
「肥満研究」Vol. 12 No. 3 2006 ＜トピックス＞火伏俊之，ほか
A
（mM）
1.2
（μM）
400
＊＊
1.1
＊
血 1.0
中
遊 0.9
離
脂 0.8
肪
酸
0.7
血
中 300
グ
リ
セ
ロ
ー
ル 200
0.6
0.5
KO
WT
WT
摂食
100
KO
絶食
WT
KO
WT
摂食
KO
絶食
B
（％）
BRL26830A
300
（％）
BRL26830A
250
WT
KO
血 250
中
グ
リ
セ 200
ロ
ー
ル
変 150
化
率
100
血
中
遊 200
離
脂
肪
酸 150
変
化
率
100
0
10
時間（min）
＊
＊＊
0
20
10
時間（min）
20
C
血中遊離脂肪酸（mM）
絶食
血中グリセロール（μM）
摂食
絶食
摂食
絶食
摂食
160
350
1.2
血糖（mg/dl）
140
＊
300
0.9
＊＊
250
＊
120
＊
100
0.6
0.3
200
0
6
12 18 24
時間（hours）
150
＊
80
0
6
12 18 24
時間（hours）
60
0
6
12 18 24
時間（hours）
図１ 脂肪細胞特異的グリセロールチャネル；AQPap
A：摂食時，12時間絶食時における血中FFA，グリセロール濃度，B：β3アドレナリン作動薬による脂肪分解誘発試験，C：長期絶食試験
＊p＜0.05，＊＊p＜0.01
252
アクアポリン・アディポースの機能解析
A
C
（％）
15
WT
（g）
40
WT
＊＊＊＊
＊＊
＊＊
＊＊
＊＊
＊＊
＊＊
＊＊
＊＊
＊＊
＊＊
＊＊
体 30
重
25
頻
度
5
0
細胞面積
2
（μm ）
（％）
15
100μm
WT
KO
20
10
0
1,
00
0
2,
00
0
3,
00
0
4,
00
0
5,
00
0
6,
00
0
35
15
D
KO
KO
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24
週齢
頻
度
B
10
5
E （g）
0
0
00
6,
0
00
5,
0
00
4,
0
00
3,
0
00
2,
0
00
＊＊
＊＊
0
KO
0
＊＊
脂 2
肪
組
織 1
重
量
WT
細胞面積
（μm2）
1,
100μm
WT
KO
精巣周囲脂肪
WT
KO
WT
腎周囲脂肪
KO
皮下脂肪
図２ AQPap欠損マウスは肥満を来す
A：成長曲線，B：20週齢時の外観，C：20週齢時の脂肪組織像
（H&E染色）
，D：脂肪細胞面積のヒストグラム，E：各脂肪組織重量 ＊＊p＜0.01
A
C
B
（μmole/mg）
脂
肪
組
織
内
グ
リ
セ
ロ
ー
ル
含
量
＊
3
2
1
0
WT
KO
D
E
（relative ratio）
6
グ
リ
セ
ロ
ー
ル
キ
ナ
ー
ゼ
活
性
5
＊
4
3
2
1
0
Cont. AQPap
RNAi
（nmol/well）
（nmol/mg protein/h）
200
グ
リ
＊＊
セ 150
ロ
ー
ル 100
キ
ナ 50
ー
ゼ
活 0
WT KO
性
（pmol/μg protein）
10.0
オ 9.0
レ
イ
ン
酸 8.0
取
込
み
7.0
＊
6.5
グ
リ 6.0
セ
ロ
ー 5.5
ル
含
量
5.0
＊＊
Cont. AQPap
RNAi
F
（relative ratio）
2.0
＊＊
Cont. AQPap
RNAi
中 1.5
性
脂
肪 1.0
含
量
0.5
図３
AQPap欠損マウスの肥満発症機序の解析
A, B：in vivoにおける解析 C, D, E, F, in vitro
Cont. AQPap
RNAi
3T3-L1における解析
＊p＜0.05，＊＊p＜0.01
253
「肥満研究」Vol. 12 No. 3 2006 ＜トピックス＞火伏俊之，ほか
Commun 1997, 241：53-58.
遊離脂肪酸
グリセロール
AQPap
遊離脂肪酸
グリセロール
グリセロール
グリセロール
キナーゼ活性
グリセロール
tive glycerol channel in adipocytes. J
Biol Chem 2000, 275：20896-20902.
グリセロール3リン酸
中性脂肪
３）Kishida K, Shimomura I, Kondo H, et
al.：Genomic structure and insulinmediated repression of the aquapor-
中性脂肪
WT
KO
２）Kishida K, Kuriyama H, Funahashi
T, et al.：Aquaporin adipose, a puta-
in adipose
（AQPap）
, adipose-specific
glycerol channel. J Biol Chem 2001,
遊離脂肪酸
276：36251-36260.
図４ AQPap欠損脂肪細胞肥大のシェーマ
４）Maeda N, Funahashi T, Hibuse T, et
al.：Adaptation to fasting by glycerol
transport through aquaporin 7 in
adipose tissue. Proc Natl Acad Sci
キナーゼ（Gyk）は基質であるグリセロ
リセロールチャネルとして実際に生体
ールそのものにより立体構造が変化し，
内において機能していること，２）
基質誘導性の酵素活性が上昇しグリセ
AQPap欠損により脂肪細胞肥大，肥
al.：Aquaporin 7 deficiency is associ-
ロールをグリセロール３リン酸へ変換
満が生じること，が明らかになった．
ated with development of obesity
through activation of adipose glyc-
6）
することが報告された ．そこで，肥
KOマウスの肥満発症機序のシェーマ
満を呈する前のKOマウス白色脂肪
を図４に示す．
Gyk活性を測定したところ，WTマウ
スに比して明らかに上昇していた（図
USA 2004, 101：17801-17806.
５）Hibuse T, Maeda N, Funahashi T, et
erol kinase. Proc Natl Acad Sci USA
2005, 102：10993-10998.
６）Yeh JI, Charrier V, Paulo J, et al.：
おわりに
Structures of enterococcal glycerol
kinase in the absence and presence of
３-B）
．また，脂肪細胞にGykを過剰発
脂肪細胞を中心としたグリセロール
現すると，グリセロールの再エステル
代謝研究はAQPapの発見により飛躍
glycerol：correlation of conformation
to substrate binding and a mecha-
化が亢進し中性脂肪含量が増加するこ
的に向上している．最近，肥満症例で
nism of activation by phosphoryla-
7）
は脂肪組織AQPapの発現が低下して
tion. Biochemistry 2004, 43：362-373.
７）Guan HP, Li Y, Jensen MV, et al.：A
とも示されている ．実際，3T3-L1脂
8）
肪細胞にRNAiを用いてAQPapをノッ
いるという報告がなされており ，新
クダウンすると細胞内グリセロール含
たな肥満発症の原因の１つとして注目
量が増加（図３-C），Gyk活性が上昇し
される．
（図３-D），オレイン酸取り込みが増加
し（図３-E），最終的には中性脂肪含量
がコントロール-RNAi群に比して有意
5）
に増加した
（図３-F）
．
以上，AQPap欠損マウスの解析に
より，１）AQPapは脂肪細胞特異的グ
254
文 献
１）Kuriyama H, Kawamoto S, Ishida N,
et al.：Molecular cloning and expression of a novel human aquaporin
from adipose tissue with glycerol
permeability. Biochem Biophys Res
futile metabolic cycle activated in
adipocytes by antidiabetic agents.
Nat Med 2002, 8：1122-1128.
８）Marrades MP, Milagro FI, Martinez
JA, et al.：Differential expression of
aquaporin 7 in adipose tissue of lean
and obese high fat consumers.
Biochem Biophys Res Commun 2006,
339：785-789.