共同研究・競争的資金等の研究課題

申請者らの研究では栄養素バランスの違いは、胆汁酸代謝、腸内細菌代謝物の変化をもたらし、メタボエイジングをもたらしたが、タンパク質の質の違いもその変化に寄与することも明らかとなった。わが国の健康指標のうち出生体重は稀に見る世界で最低レベルにあり、親になる世代の最適な栄養素バランスの特定は喫緊の課題である。本研究では、親世代のタンパク質の量（低、標準、高）と、タンパク質の質（動物性、植物性、昆虫）が次世代のメタボエイジングをいかに制御するのか、胆汁酸・腸内細菌叢を中心としたメカニズムを軸とし、エピジェネティクス機構から解明し、わが国の低出生体重児およびその後の健康状態改善に寄与する知見を得る。 わが国の低出生体重児の占める割合は非常に高く、OECD諸国の27カ国中でギリシャと並び最高である。低出生体重はその後のメタボリックシンドロームや精神疾患の発症割合の上昇との関連が指摘され、このまま低出生体重児の増加が進めば将来爆発的な発症が起こりかねない。加えて、医療費増加や労働生産性低下など、経済的にも重要な公衆衛生上の問題である。先行研究では、出生前後の栄養素バランスの差異は、成長してからの健康に長期的な悪影響を与えることが示唆されている。 近年、栄養素バランスの急激な変化の兆候が見られるが、この変化が第一世代及び次世代の健康状態への影響は十分明らかにされていない。本研究では、親世代のタンパク質の量と、タンパク質の質（動物性、植物性）が次世代のメタボエイジングをいかに制御するのか、胆汁酸・腸内細菌叢を中心としたメカニズムを軸とし、エピジェネティクス機構から解明し、わが国の低出生体重児およびその後の健康状態改善に寄与する知見を得ることを目的とする。本年度の概要は下記の通りである。 １）妊娠・出産時の差異を検討するため、親世代の代謝主要臓器および糞便サンプルの採取と分子生物学的検討を実施した。親世代の雌においては雄でこれまでに確認されていたエネルギー代謝の亢進が確認された。 ２）親世代の栄養素バランスの次世代への影響を明らかにするため、次世代の仔を親世代の餌の種類ごとにそれぞれコントロール食群（脂質10%）、高脂肪食群（脂質60％）に分け、肥満、糖尿病への影響を検討した。親世代が低タンパク質食群であった次世代では、高脂肪食による肥満が投与14週までは抑制が見られ、インスリン抵抗性の改善も見られた。 ３）責任臓器を特定するため、遺伝子発現解析や寒冷刺激試験により褐色脂肪細胞の機能解析を実施した。 親世代の栄養素バランスの違いによる次世代の影響を健康寿命の観点からも検討することの有効性が実験の結果より示唆されたため、生存曲線を検討する実験を継続し、健康寿命の観点からも検討することとした。 １）タンパク質を中心とした栄養素バランスが次世代の健康寿命に与える影響を検討するため、栄養素バランスを①低タンパク質群、②通常タンパク質群、③高タンパク質群および①動物性タンパク質、②植物性タンパク質を組み合わせた餌を摂取した親から生まれた、次世代マウスの①高脂肪食摂取時、および②コントロール食摂取時の体重推移および生存曲線を検討する。 ２）親世代から次世代へ代謝調節の表現型が継承されたことを受け、エピジェネティクスや腸内細菌・胆汁酸シグナルを中心としたメカニズム解析を行う。

エネルギー源となる栄養素の最適なバランスは明らかになっていない。ヒトの臨床研究のメタアナリシスではタンパク質増加による顕著な代謝疾患改善効果は確認されなかった。実験動物での研究の結果、タンパク質低下により代謝疾患改善効果が確認された。メカニズム解明のため、胆汁酸組成、腸内細菌叢、腸内細菌叢代謝産物、網羅的遺伝子発現解析を実施した。タンパク質低下群では腸内細菌叢解析および代謝産物解析の結果、腸内細菌叢の変動および盲腸内容物中に抗老化物質の増加が見られ、栄養バランスの変動により約30種類胆汁酸組成・腸内細菌叢・胆汁酸シグナル応答性における差異および複雑な関連性が明らかになった。 本研究では、タンパク質の量および質の違いのエビデンスを構築することを目標に、栄養疫学研究および基礎医学研究の融合研究により栄養バランスの代謝疾患への影響を明らかにした。動物実験だけではなくヒトでも結果をメタアナリシスで示し、さらにそのメカニズムを明らかにできれば説得性を持ってリアルワールドにダイレクトに還元可能である。近年の低炭水化物ダイエットの広がりを考慮すれば科学的エビデンス構築は喫緊の課題であり、本研究結果は日常生活での食選択を行う際の強力なエビデンスのひとつとなりうる。

エビデンスと実際の診療との間に乖離があることをエビデンス－診療ギャップ（Evidence-Practice Gap：EPG）といい、日本における本格的な取り組みは少ない。EPGの発生原因としては医療制度や歯学教育をはじめとする国ごとに特有な原因があることから、本研究では歯科医師を対象として国際比較研究を実施する。グローバルな視点から我が国に特有のEPG発生機序および改善方策を明らかにする。 エビデンスと実際の診療との間に乖離があることをエビデンス－診療ギャップ（Evidence-Practice Gap：EPG）という。海外においてはEPGに関する研究が行われているが、日本における本格的な取り組みは少ない。EPGの発生要因としては歯科医師の個人的な要因のみならず医療制度をはじめとする国ごとに特有な要因もあることから、本研究では国内外の歯科医師を対象とした国際共同研究を実施する。本国際比較研究により各国に特徴的なEPG発生機序を明らかにし、さらにグローバルな視点からEPG改善方策を立案することを目的とする。本国際比較研究では、米国およびブラジルの研究者の協力のもと、インターネットを用いたオンラインウェブ質問票調査を２回実施する。第１回目のウェブ調査では、EPGの発生機序を検討し、第２回目のウェブ調査では、第１回目の調査結果を対象者へフィードバックすることで国際的な視点からEPGの改善方策を検討する。令和３年度（２年目)の研究実績の概要は以下の通りである。 【国際比較調査の実施】 １）国際比較研究用オンラインウェブ質問票調査システムの完成：日本およびブラジルで実施可能なオンラインウェブ質問票調査システムが完成した。両国の歯科医師を対象として調査するため、日本語版およびポルトガル語版の質問票を開発し、ウェブ調査システムに搭載した。 ２）パイロット調査：上記のオンラインウェブ質問票の妥当性の検証を行い、質問項目を最終決定した。 ３）第１回目のオンラインウェブ質問票調査を日本およびブラジルにおいて開始した。 当初の計画に従い、順調に研究が進んでいるため。 令和４年度は、以下の内容について実施する予定である。 【EPG発生機序解明・国際比較・フィードバック資料（日本語版・外国語版）の作成】 ①調査データの収集、集計、分析および国際比較の実施、②調査参加国のEPG発生モデルの特徴分析およびEPG発生機序の解明、③分析結果、国際比較結果、およびEPGの発生機序をまとめたフィードバック資料（日本語版・外国語版）の作成、④第2回ウェブ調査システムの開発：フィードバック資料をオンラインウェブシステムへ搭載

本研究では以下の取り組みを行った。１）国際比較可能なEvidence-Practice Gap(エビデンス―診療ギャップ：EPG)測定尺度を開発し、オンラインウェブ調査（横断研究）により日本の歯科診療におけるEPGの状況を明らかにした。２）同調査結果と米国の先行研究の結果を国際比較することで日本の歯科診療における特徴的なEPGを抽出した。３）上記横断研究への参加者に対して研究結果のフィードバックならびに最新のエビデンスのアップデートを目的としたオンライン教育介入プログラムを実施し、その教育効果を検証した。最終年度に国際学会発表および論文公表を行い、研究成果を発信した。 海外において重視されているエビデンス－診療ギャップ（Evidence-Practice Gap: EPG）の測定と改善であるが、我が国の歯学領域では本格的な取り組みはみられない。本研究では日本の歯科診療におけるEPGの状況を国際比較研究によって明らかにし、さらに国際比較の結果から、日本に特徴的なEPGの領域を明らかにした。さらにEPGを改善するために歯科医師を対象にエビデンスをアップデートすることを目的としたオンライン教育プログラムを開発し、その教育効果を検証した。このような取り組みが普及することによりEPGが改善し、歯科医療の質の向上ならびに国民の口腔の健康が向上することが期待される。

近年、胆汁酸は単に脂質の消化吸収を促進するだけでなく、生体内シグナル分子として代謝を調節していることが明らかになった。胆汁酸応答性の異なる２種系統マウスに胆汁酸を投与した際の代謝の差異に加えて、腸内細菌の影響を解析する目的で、抗生物質を投与し腸内細菌叢を変化させ、胆汁酸組成、マイクロアレイ、腸内細菌叢解析などオミックス解析行った。その結果、２種系統マウスの胆汁酸による肥満・糖尿病抑制効果の有無には遺伝的背景による胆汁酸・脂質・コレステロール代謝の差異に加え、腸内細菌から代謝される胆汁酸組成の変化がそれぞれ相互的に作用し、複雑に影響を与えていることが明らかになった。 ２系統マウスを用いた研究はR.Khan らによって精力的に行われ、PKC-δなど糖尿病を誘発する原因遺伝子の同定が行われてきたが、根本的なメカニズム解明には至っていない。しかしながら、我々が見出した2 系統マウスにおける胆汁酸応答性による生活習慣病発症差異に加えて、胆汁酸代謝-腸内細菌-宿主遺伝的背景という新たな視点から本研究を推進することで、人の個人的発症差異が存在する生活習慣病誘発の根本的な原因を抽出することができ、全く新しいストラテジーに基づく個別化予防・治療法の提唱に結びつけることができると考えている。

栄養は健康寿命延伸の重要な要因だが、最適な栄養バランスの解明には未だ至っていない。一方、低炭水化物ダイエットのような劇的な栄養バランス変動を伴う食事選択が増加しており、最適な栄養バランスの解明は急務である。本研究では、これまでに得られた低タンパク質食の代謝疾患改善作用をさらに発展させ、タンパク質と炭水化物の相互作用から検討する。本研究の独自性は腸内細菌・胆汁酸シグナルを介したミトコンドリア機能に注目したメカニズム解析である。