新たな研究によると、ラットを使った実験では、高脂肪・高カロリーの食事を長く続けると、脳と腸の間のシグナル伝達経路が乱れ、カロリー消費を本来のように調節できなくなるらしいと言うことが判明した。
この研究は、The Journal of Physiology誌に掲載された『Brainstem astrocytes control homeostatic regulation of caloric intake』と題する論文で、研究者らは高脂肪食を長期間摂取することが、カロリー摂取過多、体重増加に繋がる可能性があるとして警鐘を鳴らしている。
米国ペンシルベニア州立医科大学の研究者らは、カロリー摂取は、脳と腸の間のシグナル伝達経路を制御するアストロサイト（脳内の神経細胞のさまざまな機能を制御する大きな星形の細胞）と呼ばれる細胞によって短期的に制御されていると指摘する。高脂肪・高カロリーの食事をとり続けると、このシグナル伝達経路が乱れるようだ。
体重増加や肥満につながる行動である過食について、脳の役割や複雑なメカニズムを理解することは、過食を治療するための治療法の開発につながることが期待される。肥満は、2型糖尿病、冠状動脈性心臓病、脳卒中、ある種のがんなど、さまざまな健康問題のリスクを高めるといわれています。また、うつ病やその他の精神的な問題とも関連があるとされている。
ペンシルベニア州立大学医学部のKirsteen Browning博士は、「カロリー摂取は、アストロサイトによって短期的に制御されているようです。高脂肪・高カロリーの食事に短時間（3～5日間）さらされることで、アストロサイトに最大の影響を与え、胃をコントロールするための正常なシグナル伝達経路を誘発することがわかりました」と述べている。
「時間の経過とともに、アストロサイトは高脂肪食に対して鈍感になるようです。高脂肪・高カロリー食を食べ始めて10〜14日頃、アストロサイトが反応しなくなり、脳のカロリー摂取調節能力が失われるようです。そのため、胃へのシグナル伝達が乱れ、胃が空になるのが遅れるのです。」とのことだ。
アストロサイトは、高脂肪・高カロリーの食物が摂取されると、最初に反応する。その活性化は、神経細胞を興奮させ、胃の働きを制御するニューロンを刺激する正常なシグナル伝達経路を可能にする化学物質（グルタミン酸やATPなど）であるグリオトランスミッターの放出を誘発する。これにより、消化器官を通過する食物に対応して、胃が正しく収縮して充満し、空になるようにする。
アストロサイトが反応しなくなると、この一連の流れが破壊される。シグナル伝達物質が減少すると、胃の充満と空虚が適切に行われないため、消化の遅れにつながる。
実際の研究は、ラット（N=205、雄133、雌72）に1、3、5、14日間、対照食または高脂肪・高カロリーの食事を与え、行動観察によって食物摂取量をモニターするものものだった。
これを薬理学的および専門家による遺伝学的アプローチ（in vivoおよびin vitro）と組み合わせて、個別の神経回路を標的とした。これにより、研究者は脳幹（脳と脊髄をつなぐ脳の後方部分）の特定領域のアストロサイトを特異的に抑制し、ラットが起きている間の行動を研究しながら個々のニューロンがどのように振る舞うかを評価することができるようになった。
同じメカニズムが人間でも起こるかどうかを確認するためには、人間での研究が必要だ。もし同様な反応が見られるのならば、他の神経経路を破壊することなく、このメカニズムを安全に標的とすることができるかどうかを評価するために、さらなる試験が必要となる。
研究者らは、食べ過ぎに対する脳の反応の背後にある「複雑な中枢メカニズム」をより深く理解することで、それを標的とした肥満解消の方法を将来的に開発できるのではないかと期待している。Browning博士は、「アストロサイトの活性とシグナル伝達機構の喪失が過食の原因なのか、それとも過食に反応して起こるのか、まだ解明されていません」と述べている。
「私たちは、失われたかに見える脳のカロリー摂取調節能力を再び活性化させることが可能かどうか、ぜひ知りたいのです。これが事実であれば、ヒトのカロリー調節機能を回復させるための介入につながるかもしれません」とBrowning氏は語っている。
論文
- The Journal of Physiology: Brainstem astrocytes control homeostatic regulation of caloric intake
参考文献
- The Physiological Society: Why a high fat diet could reduce the brain’s ability to regulate food intake
- via Science Alert: High-Fat Diets May Break The Brain’s Ability to Regulate Calories
研究の要旨
高脂肪食（HFD）に長期間暴露されると、食欲亢進、カロリー摂取過多、体重増加につながる。高脂肪食に最初にさらされた後、短期間（24-48時間）の過食の後、急性期（3-5日）にはカロリー摂取の調節とエネルギーバランスの回復が起こる。これまでの研究で、この現象は迷走神経を介したシグナル伝達カスケードによって起こり、迷走神経背側運動核（DMV）の胃投射ニューロン上のNMDA受容体の活性化を介してグルタミン酸神経伝達を増加させることが明らかにされている。本研究では、脳幹薄片標本を用いた電気生理学的記録、in vivoでの胃運動および緊張の記録、胃排出速度の測定、食物摂取試験を用いて、急性HFD曝露に伴う脳幹アストロサイトの活性化が、DMVニューロンへのグルタミン酸駆動の増加およびカロリーバランスの回復に関与しているという仮説を検討した。脳幹アストロサイトの薬理学的および化学遺伝学的阻害は、グルタミン酸作動性シグナルおよびDMVの興奮性を低下させ、胃の緊張と運動を調節し、胃排出の恒常的遅延を減弱し、HFDへの初期曝露後のエネルギー調節期間に見られる摂食量の減少を防ぐことができることを示した。カロリー調節に関与するメカニズムを理解することは、エネルギーバランスだけでなく、これらのメカニズムが克服されることで発症する過食についても重要な洞察をもたらすと思われる。