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アイテム
抗糖尿病薬トログリタゾンのインスリン抵抗性改善作用に関する研究
https://doi.org/10.14944/00003444
https://doi.org/10.14944/0000344409032a0b-6878-4df1-9eb5-bdcc744ff7e5
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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diss_dv_otsu0429 (1.6 MB)
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diss_dv_otsu0429_jab&rev (183.2 kB)
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| Item type | 学位論文 / Thesis or Dissertation(1) | |||||
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| 公開日 | 2014-02-10 | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | 抗糖尿病薬トログリタゾンのインスリン抵抗性改善作用に関する研究 | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | Study on the Improvement Effect of Troglitazone, an Antidiabetic Agent, on Insulin Resistance | |||||
| 言語 | en | |||||
| 言語 | ||||||
| 言語 | jpn | |||||
| 資源タイプ | ||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||
| 資源タイプ | doctoral thesis | |||||
| ID登録 | ||||||
| ID登録 | 10.14944/00003444 | |||||
| ID登録タイプ | JaLC | |||||
| アクセス権 | ||||||
| アクセス権 | open access | |||||
| アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||
| 著者 |
奥野, 晃
× 奥野, 晃× Okuno, Akira |
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| 抄録 | ||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||
| 内容記述 | 糖尿病は1型糖尿病と2型糖尿病に大別されるが、その糖代謝の調節には膵臓のランゲルハンス島β細胞より分泌されるインスリンが重要な役割を担っている。1型糖尿病の成因は膵臓β細胞の破壊にともなうインスリンの絶対的な分泌不足であるのに対し、2型糖尿病の主な成因はインスリン分泌障害と、インスリンの作用が減弱するインスリン抵抗性であると考えられている。近年、糖尿病の有病率の急激な上昇は世界的に深刻な問題となっているが、患者数では2型糖尿病が圧倒的多数を占めている。その為、新たな2型糖尿病治療薬の開発が強く望まれている。 2型糖尿病に適用される抗糖尿病薬には、インスリン分泌促進薬や糖吸収阻害薬およびインスリン抵抗性改善薬がある。インスリン抵抗性改善剤として世界で初めて上市された薬物であるトログリタゾンは、チアゾリジンジオン誘導体の一つであり、その臨床上の有用性が期待されたが、特異体質性肝障害により市場からの撤退を余儀なくされた。従って、本剤はその後の作用機序の解析が十分行われなかった。しかし、本領域におけるその後の研究の進展のために、トログリタゾンの作用機序の解明は重要と考えられた。 高血糖につながるインスリン抵抗性の主因が骨格筋におけるインスリン作用不全によると考えられている。このことから、トログリタゾンは、骨格筋におけるインスリンの糖取り込み促進作用を増強している可能性が示唆された。一方、チアゾリジンジオン誘導体は、主に脂肪組織に発現し、脂肪細胞の遺伝子発現と細胞機能を調整するとされる核内転写促進因子PPARγのリガンドであることが報告された。更に、チアゾリジンジオン誘導体のPPARγに対する結合親和性と抗糖尿病作用の効力はよく相関していることから、チアゾリジンジオン誘導体の抗糖尿病作用においてはPPARγが機能的な受容体であると考えられている。これらのことから、トログリタゾンには骨格筋における糖取り込みを促進する作用と脂肪組織を介した作用の両方があると考えられる。 本研究では、トログリタゾンの作用機序として、骨格筋における糖代謝に対する作用と、脂肪組織におけるPPARγを介すると考えられる遺伝子発現調節を介した作用の両面から検討した。前者の作用については、インスリンの作用組織である骨格筋を含むラット後肢灌流系を用い、骨格筋におけるインスリン刺激による糖取り込みと糖代謝に対する作用を、インスリン非存在あるいは存在下で比較検討した（第1章）。後者の作用については、インスリン抵抗性を呈する肥満動物モデルであるZucker肥満ラットを用い、遺伝子発現の変化を伴った効果発現までにはある程度の時間が必要であることを考慮し、トログリタゾンを2～3週間投与後に白色脂肪組織における作用を検討した（第2章）。さらに、新規に作出された糖尿病モデル動物であるWBN/Kob-Lepr faラットの病態特性を明らかにするため、インスリン抵抗性を改善するトログリタゾンを投与し、糖尿病の病態およびその進行におけるインスリン抵抗性の関与を検討した（第3章）。 第１章 Sprague-Dawleyラット後肢灌流系の糖代謝に対するトログリタゾンの作用 Sprague-Dawleyラット後肢灌流系において、トログリタゾン（20 µM）をインスリン（250 µU/mL）とともに30分間注入すると、インスリン刺激による糖取り込みがトログリタゾンの注入30分後に有意に増加し、この増加はトログリタゾンの注入中止後も更に増大した。インスリンとトログリタゾン併用処置群ではトログリタゾン注入中止30分後の骨格筋のグリコーゲン含量は、インスリン単独処置群の骨格筋よりも有意に低下していた。インスリン非存在下では、トログリタゾンは高濃度（50 µM）においても糖取り込みに影響を与えなかった。しかし、トログリタゾン（≥ 20 µM）は乳酸とピルビン酸の放出を増加させ、ピルビン酸に対する乳酸の比（L/P比）は低下し、酸素消費は増加した。後肢骨格筋において、トログリタゾンは、インスリン非存在下において、フルクトース2,6-ビスリン酸の含量を変化させずに、グリコーゲン含量を低下させた。トログリタゾンは、インスリン非存在下では糖取り込みを引き起こさないが、インスリン存在下においてはインスリンによる糖取り込みを増加させ、この増加はトログリタゾン注入中断後も更に亢進した。インスリン存在下にトログリタゾンを作用させると、後肢骨格筋のグリコーゲン含量が減少した。このグリコーゲン含量の減少は、筋収縮あるいはエピネフリン処置で観察されるものに類似しており、インスリン刺激による糖取り込みの増強を引き起こしていると考えられる。 第２章 インスリン抵抗性モデル動物Zucker肥満ラットの脂肪組織におけるトログリタゾンの作用 インスリン抵抗性モデル動物であるZucker肥満ラットに、トログリタゾンを2～3週間混餌投与すると、軽度の高血糖と顕著な高インスリン血症が正常化した。血漿中性脂肪はトログリタゾン投与により肥満ラットおよび非肥満ラットのいずれにおいても低下した。トログリタゾンは、肥満ラットの白色脂肪の総量を変化させなかったが、後腹膜及び皮下脂肪組織の小型脂肪細胞（< 2,500 µm2）の数をおよそ4倍に増加させた。トログリタゾンはまた、大型脂肪細胞（> 5,000 µm2）の数を50%まで低下させた。実際に、トログリタゾンを処置した後腹膜脂肪組織中のアポトーシスを示す核の割合は、対照群に比べ、2.5倍高かった。それに付随して、トログリタゾンは、肥満ラットの後腹膜と腸間膜白色脂肪組織でそれぞれ2倍と1.4倍に上昇しているTNFαの発現レベルを正常化した。また、トログリタゾンは肥満ラットの白色脂肪で4～10倍に上昇しているレプチンの発現レベルも顕著に低下させた。これらのことから、トログリタゾンを作用させると、白色脂肪組織において、小型脂肪細胞の数を増加させ、大型脂肪細胞の数を減少させると考えられる。トログリタゾン処置肥満ラットの白色脂肪組織における小型脂肪細胞の数の増加と大型脂肪細胞の数の減少は、増加したTNFαの発現レベルと血漿中性脂肪を正常化し、インスリン抵抗性を改善に導く重要な機序であることが示唆された。 第３章 ２型糖尿病モデル動物WBN/Kob-Leprfa ラットの糖尿病の病態とその進行における インスリン抵抗性の役割WBN/Kob-Lepr fa（fa/fa）ラットは、WBN/KobラットにZucker肥満ラットの肥満遺伝子（Lepr fa）を導入した新規コンジェニックラットであり、肥満を伴い高血糖や膵炎などの病態を示す糖尿病モデル動物である。本研究では、fa/faラットを用いて糖尿病の発症および進展におけるインスリン抵抗性の関与を検討した。インスリン抵抗性およびインスリン分泌能は、それぞれ、インスリン抵抗性指数および静脈内糖負荷耐糖能試験後のインスリン値の血中濃度－時間曲線下面積（AUC）を指標として評価した。fa/faラットはWistarラットに比べ、5週齢からインスリン抵抗性が顕著であった。fa/faラットのインスリン分泌能は5週齢ではWistarラットよりも高かったが、9週齢および11週齢では約半分に低下した。トログリタゾンをラット飼料に0.2% wt/wtの割合で混合し、予防実験では糖尿病発症前の7週齢より、治療実験では糖尿病発症後の12週齢より、4週間投与した。トログリタゾン投与は予防実験と治療実験のいずれにおいても、インスリン抵抗性を顕著に減少させた。また、予防試験では高血糖の発症を完全に抑制し、治療試験では高血糖を軽減させた。これらの成績からfa/faラットの呈する2型糖尿病にはインスリン抵抗性の関与が大きいことが示された。 本研究の結果から、インスリン抵抗性改善薬であるトログリタゾンは骨格筋においてインスリンによる糖取り込みを増強し、脂肪組織においては小型脂肪細胞の数の増加と大型脂肪細胞の数の減少によってインスリン抵抗性を改善していることが明らかとなった。これらの作用により、トログリタゾンは2型糖尿病の成因の一つであるインスリン抵抗性を軽減し、高血糖を改善すると考えられた。本研究成果はチアゾリジンジオン系インスリン抵抗性改善薬の作用機序を明らかにしたとともに、WBN/Kob-Lepr faラットにおけるインスリン抵抗性の重要性を示した。また、本研究成果は、更なる2型糖尿病の病態メカニズムの解明研究、新規2型糖尿病モデル動物の開発、新規作用メカニズムに基づくインスリン抵抗性改善薬の開発に貢献すると期待される。 |
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| Abstract | ||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||
| 内容記述 | As diabetes mellitus can be broadly classified into type 1 and type 2, insulin excreted from pancreatic β cells plays an important role in the regulation of glucose metabolism in both type 1 and 2 diabetes mellitus. While type 1 diabetes is believed to be caused by an absolute lack of insulin secretion associated with the destruction of pancreatic β cells, the major causes of type 2 diabetes mellitus are believed to be impaired insulin secretion and insulin resistance where insulin action is attenuated. In recent years, rapid increase in the prevalence of diabetes has become a serious problem worldwide, where type 2 diabetes especially accounts for most with the largest number of patients. This increase in diabetes warrants the development of new antidiabetic drugs for type 2 diabetes. There are several kinds of anti-diabetic agents which apply to type 2 diabetic patients, for example, insulin secretagogues, glucose absorption inhibitors and insulin sensitizers. Troglitazone, one of the thiazolidinedione derivatives, was launched as the first insulin sensitizer worldwide with the expectation of clinically usefulness and high safety, however, troglitazone was subsequently withdrawn because of concerns about idiosyncratic hepatotoxicity. Also, the action mechanism of troglitazone had not been fully evaluated. Nevertheless, in order for research progress in this field, analysis of the action mechanism of troglitazone is thought to be important. The main reason for insulin resistance leading hyperglycemia is reported to be insufficient action of insulin in the skeletal muscle. Troglitazone is speculated to have an enhancing effect on insulin-stimulated glucose uptake in the skeletal muscle. On the other hand, thiazolidinedione derivatives are reported to be ligands for the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) γ, one of the nuclear receptors, which is primarily expressed in adipose tissues and regulates the gene expressions in adipocytes and their functions. In addition, the rank order of binding affinity of the thiazolidinedione derivatives to PPARγ matches closely with the order of potency of their antidiabetic action, suggesting that PPARγ is the functional receptor of this class of compounds in their antidiabetic action. From the above, troglitazone is speculated to have both the enhancing action on glucose uptake in the skeletal muscle and the action via adipose tissues. In this study, the action mechanisms of troglitazone are examined in both aspects of the enhancing effect on glucose uptake in the skeletal muscle and of the regulatory effect on gene expressions which is thought to be related to PPARγ in adipose tissue. For the former action, the effects of troglitazone on insulin-stimulated glucose uptake and glucose metabolism in the skeletal muscle were investigated with or without insulin in perfused rat hindlimbs which include the skeletal muscle, one of the insulin action sites (Chapter 1). For the latter action, the effects on white adipose tissues were evaluated using Zucker fatty rats, an obese and insulin resistant animal model, after treatment of troglitazone for 19 to 28 days, because a certain amount of time is thought to be necessary to express the effect via the change of gene expression (Chapter 2). Moreover, to clarify the pathological profile of the WBN/Kob-leprfa rat, a novel diabetic model animal, the relationship of insulin resistance to pathogenesis and progression of diabetes was evaluated by administration of an insulin sensitizer, troglitazone (Chapter 3). Chapter 1 Effect of Troglitazone on Glucose Metabolism in Perfused Sprague-Dawley Rat Hindlimbs When 20 µM troglitazone was infused for 30 minutes together with 250 µU/mL insulin in perfused Sprague-Dawley rat hindlimbs, insulin-induced glucose uptake significantly increased 30 minutes after troglitazone infusion, and this increase was further augmented after withdrawal of troglitazone. In insulin plus troglitazone infusion at 30 minutes after troglitazone removal; glycogen content in the hindlimb muscle was significantly decreased compared with that obtained with insulin infusion alone. In the absence of insulin, even 50 µM troglitazone did not elicit glucose uptake. Troglitazone did increase lactate and pyruvate release at concentrations of 20 µM and higher; however, it decreased the ratio of lactate to pyruvate (L/P ratio) and increased oxygen consumption. In the hindlimb muscle, troglitazone decreased glycogen content without changing fructose 2,6-bisphosphate content in the absence of insulin. In the presence of insulin, troglitazone increases insulin-induced glucose uptake, and this increase is further augmented after troglitazone removal. The addition of troglitazone to insulin infusion decreased the glycogen content in the hindlimb muscle. This decrease in muscle glycogen content may trigger an enhancement of insulin-induced glucose uptake similar to that observed during muscle contraction or epinephrine treatment. Chapter 2 Effect of Troglitazone on Adipose Tissue in Zucker Fatty Rats, an Insulin Resistant Model Animal Administration of troglitazone for 19 to 28 days normalized mild hyperglycemia and marked hyperinsulinemia in a Zucker fatty rat, an obese and insulin resistant model animal. The plasma triglyceride level was decreased by troglitazone in both obese and lean rats. Troglitazone did not change the total weight of white adipose tissues but increased the number of small adipocytes (<2,500 mm2), approximately fourfold in both retroperitoneal and subcutaneous adipose tissues of obese rats. It also decreased the number of large adipocytes (>5,000 mm2) by 50%. In fact, the percentage of apoptotic nuclei was 2.5-fold higher in the troglitazone-treated retroperitoneal white adipose tissue than control. Concomitantly, troglitazone normalized the expression levels of TNFα which were elevated by 2- and 1.4-fold in the retroperitoneal and mesenteric white adipose tissues of the obese rats, respectively. Troglitazone also caused a dramatic decrease in the expression levels of leptin, which were increased by 4–10-fold in the white adipose tissues of obese rats. These results suggest that the primary action of troglitazone may be to increase the number of small adipocytes and decrease the number of large adipocytes in white adipose tissues. The increased number of small adipocytes and the decreased number of large adipocytes in white adipose tissues of troglitazone-treated obese rats appear to be an important mechanism by which increased expression levels of TNFα and higher levels of plasma lipids are normalized, leading to alleviation of insulin resistance. Chapter 3 Role of Insulin Resistance in the Pathogenesis and Progression of Diabetes in WBN/Kob-Leprfa Rats, a Type 2 Diabetic Model Animal The WBN/Kob-Leprfa (fa/fa) rat is a novel congenic rat, into which the obesity gene (Leprfa) is introduced, and is a diabetic animal model representing obesity, hyperglycemia and pancreatitis. The present study was aimed at elucidating the role of insulin resistance in the pathogenesis and progression of diabetes in the fa/fa rats. Insulin resistance and insulin secretory capacity were measured by a homeostasis model assessment of insulin resistance and the area under the blood concentration–time curve for plasma insulin levels during the intravenous glucose tolerance test, respectively. The fa/fa rats exhibited marked insulin resistance at 5 weeks or over that age, compared with age-matched Wistar rats. The insulin secretory capacity of fa/fa rats was higher than that of Wistar rats at 5 weeks of age, but decreased by 50% between 9 and 11 weeks of age. Troglitazone was mixed with a standard diet at 0.2% wt/wt, and given as food admixture for 4 weeks from 7 weeks of age before the progression of diabetes for prophylactic study or 12 weeks of age after progression of diabetes for therapeutic study. Treatment with troglitazone significantly improved insulin resistance in both prophylactic and therapeutic study. Also, troglitazone completely suppressed the onset of hyperglycemia in prophylactic study and improved hyperglycemia in therapeutic study. These results suggest that insulin resistance is markedly involved in the type 2 diabetes in fa/fa rats. The results of these studies revealed that troglitazone, an insulin sensitizer, enhances insulin-stimulated glucose uptake in the skeletal muscle, and increases or decreases the number of small or large adipocytes in adipose tissue, respectively, resulting in improvement of insulin resistance. These actions of troglitazone would alleviate insulin resistance, one of the causes of type 2 diabetes, and troglitazone would improve ameliorate hyperglycemia. These results of research clarified the action mechanism of the thiazolidinedione-based insulin-sensitizing agent and showed the importance of insulin resistance in the WBN/Kob-Leprfa rat. In addition, these results of research are expected to contribute to further elucidatory research on the mechanism of type 2 diabetic pathogeny, the development of a new type 2 diabetes model animal, and the development of an insulin action-enhancing agent with the new action mechanism. |
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| 学位名 | ||||||
| 学位名 | 博士(獣医学) | |||||
| 学位授与機関 | ||||||
| 学位授与機関識別子Scheme | kakenhi | |||||
| 学位授与機関識別子 | 32701 | |||||
| 学位授与機関名 | 麻布大学 | |||||
| 学位授与年月日 | ||||||
| 学位授与年月日 | 2013-12-16 | |||||
| 学位授与番号 | ||||||
| 学位授与番号 | 乙第429号 | |||||
| 著者版フラグ | ||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||
