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アイテム
肥満を伴う２型糖尿病モデルWBN/Kob-Leprfa/faラットの心血管代謝系に及ぼす高食塩食負荷の影響に関する研究
https://az.repo.nii.ac.jp/records/5180
https://az.repo.nii.ac.jp/records/51805992f133-dc6b-4bc6-bea3-c92b884ef3fa
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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diss_dv_kou0151 (2.0 MB)
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diss_dv_kou0151_jab&rev.pdf (204.6 kB)
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| Item type | 学位論文 / Thesis or Dissertation(1) | |||||
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| 公開日 | 2017-09-30 | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | 肥満を伴う２型糖尿病モデルWBN/Kob-Leprfa/faラットの心血管代謝系に及ぼす高食塩食負荷の影響に関する研究 | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | Cardio-metabolic consequences of high-salt intake in WBN/Kob-Leprfa/fa rats, a new model of type 2 diabetic mellitus with obesity | |||||
| 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 | |||||
| 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 |
髙木, 善市
× 髙木, 善市 |
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| 抄録 | ||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||
| 内容記述 | 【緒言】 内臓に脂肪が過度に蓄積する内蔵脂肪型肥満症を基盤として、糖尿病、高血圧、脂質異常症などの生活習慣病が集積するメタボリックシンドローム（内臓脂肪症候群あるいは代謝症候群とも呼ばれる）がヒトのみならず伴侶動物においても急増している。メタボリックシンドロームとして集積した生活習慣病の相乗的な病態増悪メカニズムに関しては、未だ不明な点が多い。また、食塩の過剰摂取が高血圧を引き起こす要因であることはよく知られているものの、糖尿病における食塩過剰摂取の影響については統一的な見解は得られていない。 メタボリックシンドロームの病態の全容解明には、骨格筋、脂肪組織、膵臓、肝臓、血管そして中枢神経系をも包括するエネルギー代謝調節臓器間の協調的な機能連関を包括的にとらえる必要がある。しかし、メタボリックシンドロームの複雑な病態を試験管内で再現することは極めて困難であることから、メタボリックシンドロームの病態を反映した良質なモデル動物の開発は急務となっている。 Wistar Bonn Kobori Diabetic Fatty（WBKDF, WBN/Kob-Lepr fa/fa）ラットは、肥満を伴わない2型糖尿病モデルラットであるWBN/Kobに肥満モデルであるZucker肥満ラットのレプチンレセプター肥満遺伝子（Lepr fa）を戻し交配により導入し作出された。レプチンレセプター肥満遺伝子は、レプチン受容体の機能不全を生じ、ホモの個体は過食、肥満およびインスリン抵抗性を示すことが知られている。これまでの研究により、WBKDFラットはヒトの肥満を伴う2型糖尿病の病態をよく反映するだけでなく、メタボリックシンドロームの病態研究に有用な新規モデル動物としても期待されている。しかしながら、WBKDFラットの血圧をはじめとする循環器系の特性については明らかにされていない。 本研究では、WBKDFラットの循環系および糖代謝に対する高食塩食負荷の影響を調べ、食塩感受性の有無とともに2型糖尿病と食塩の関連性を解明することを目的とした。 【第１章】WBKDFラットにおける高食塩食負荷の血圧および血管反応性への影響 食塩感受性高血圧には遺伝的要因の関与が大きいことが知られていることから、第1章ではWBKDFラットにおける高食塩食負荷の血圧および血管反応性への影響についてWistarラットと比較検討した。 6週齢の雄性WBKDFおよびWistarラットを各2群（N=7ずつ）に分け、各々標準食（0.26% NaCl）および高食塩食（8% NaCl）で20週齢まで飼育し、尾部カフ法により非麻酔下で血圧を測定した。実験終了時に、胸部大動脈および血液を採取し、マグヌス法により胸部大動脈リング標本を用いて血管反応性を測定するとともに、血液生化学解析を行った。また、腎臓の病理組織学解析を行った。 WBKDF標準食群のラットは高血糖を発症したが、高食塩食群では高血糖の程度は極めて軽度であった。標準食を給与した両系統の収縮期血圧は実験期間中に有意な変化はみられなかった。一方、高食塩食により両系統ともに収縮期血圧が上昇し、食塩感受性高血圧を発症した。その昇圧の程度はWistarラットに比べ、WBKDFラットで顕著であった。フェニレフリンに対する摘出胸部大動脈の収縮反応は、WBKDFラットにおいて標準食群と比較し高食塩食群で、著明に増強した。アセチルコリンおよびニトロプルシドによる弛緩反応は、Wistar標準食群と比較しWBKDF標準食群において減弱した。WBKDF高食塩食群では、WBKDF標準食群と比較し、アセチルコリンおよびニトロプルシドによる弛緩反応は減弱した。WBKDF高食塩食群では、Wistar高食塩食群と比較し、酸化ストレスマーカーである8-isoprostaglandin F2αおよびナトリウムの血中濃度が有意に（P<0.05）高かった。WBKDF高食塩食群では、WBKDF標準食群で観察された糖尿病性腎症における特徴的な形態学的所見である尿細管のArmanni-Ebstein変性はみられなかったが、腎皮質の間質性炎症細胞浸潤ならびに尿細管の尿円柱形成が認められた。 本研究から、高血糖を自然発症するWBKDFラットは、高食塩食負荷によりWistarラットに比べ顕著な高血圧を発症し、高い食塩感受性を有することが明らかとなった。WBKDFラットにおける重度な食塩感受性高血圧の要因として、酸化ストレスおよび血中ナトリウム濃度の上昇に関連すると考えられる血管の収縮反応の増強および弛緩反応の抑制による可能性が示唆された。 【第２章】WBKDFラットの2型糖尿病発症に対する高食塩食負荷の影響 第1章の結果から、WBKDFラットでは高食塩食の摂取によりWistarラットに比べ顕著な食塩感受性を有することが明らかとなった。第2章では、WBKDFラットが自然発症する2型糖尿病に対する高食塩食負荷の影響を正常血糖のWistarラットと比較検討した。 6週齢の雄性WBKDFおよびWistarラットを各2群（N=8ずつ）に分け、13週齢まで標準食（0.26% NaCl）または高食塩食（8% NaCl）で飼育し、摂餌量、体重および尾部カフ法により非麻酔下で血圧を測定し、採血ならびに採尿を実施した。実験終了時に静脈内糖負荷試験を行い、血液と尿の生化学解析および肝臓と膵臓の病理組織学解析を行った。 第1章の研究でみられたと同様に、高食塩食により両系統のラットともに著しい（P<0.01）収縮期血圧の上昇および尿量の顕著な増加がみられた。両系統ともに標準食群と高食塩食群の間に、体重および摂餌量（重量ならびにカロリー数）への影響は観察されなかった。WBKDF標準食群では週齢を経るにしたがって高血糖ならびに尿糖の発現がみられたが、WBKDF高食塩食群では実験期間中、高血糖も尿糖もともにみられなかった。脂肪細胞から分泌される蛋白であり、インスリン感受性を上げる作用を有するアディポネクチンの血漿中濃度は、WBKDF標準食群よりWBKDF高食塩食群で有意に（P<0.05）高かった。WBKDF高食塩食群ではWBKDF標準食群と比較し、肝重量の低下、ALTの低下および肝組織においてグリコーゲン沈着の増加と脂肪滴の減少が認められた。WBKDF高食塩食群ではWBKDF標準食群と比較し、インスリン抵抗性指数（HOMA-IR：Homeostasis model assessment-Insulin Resistance）の著しい（P<0.01）低下が認められた。一方、WBKDF高食塩食群のインスリン分泌能ならびに膵組織はWBKDF標準食群と明らかな差異は認められなかった。 第2章では、高食塩食を負荷したWBKDFラットでは高血糖の発症が抑制されるとともにインスリン抵抗性指数が減弱することが明らかとなった。WBKDF高食塩食群ではインスリン抵抗性との関連が強いグリコーゲン沈着および脂肪滴の蓄積が減少するとともに血漿中アディポネクチン濃度の上昇が認められた。以上の成績より、高食塩食負荷により血中濃度の上昇したアディポネクチンが肝臓でのインスリン抵抗性を改善し、高血糖発症の抑制に寄与した可能性が示唆された。 【総括】 肥満を伴う2型糖尿病モデルのWBKDFラットは高食塩食負荷により重篤な高血圧症を発症する食塩感受性を有することが明らかとなった。一方、WBKDFラットが自然発症する2型糖尿病は高食塩食の負荷により顕著に抑制された。WBKDFラットにおいて高食塩食はメタボリックシンドロームの発症に促進的に働くとともに抑制的な作用も合わせ持つことが明らかとなった。 メカニズム検討から高食塩食による高血圧の発症には酸化ストレスおよび血中ナトリウム濃度の上昇に関連すると考えられる血管反応の異常が大きく寄与することが示唆された。また、高食塩食の2型糖尿病の抑制には、アディポネクチンによる肝臓のインスリン抵抗性の改善が寄与することが示唆された。 本研究では糖尿病発症前のWBKDFラットを用いて高食塩食の影響を検討したが、ヒトや伴侶動物のメタボリックシンドロームの病態特性に関する類似性については、糖尿病発症後のWBKDFラットに対する高食塩食の影響を検討することが必要であろう。また、高食塩食負荷によるアディポネクチン血中濃度調節作用についてのメカニズムを解明するには更なる研究が望まれる。 本研究の成果は、食塩過剰摂取のメタボリックシンドロームに対する影響について新しい知見を加えるとともに、WBKDFラットが2型糖尿病を有する高血圧症患者の病態を解明する研究において有用な実験動物となりうることを示唆する。 |
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| Abstract | ||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||
| 内容記述 | The prevalence of type 2 diabetes mellitus (T2DM) and hypertension has markedly increased worldwide. The risk of cardiovascular disease in diabetic individuals is doubled by concomitant hypertension, which occurs in an estimated 63% of T2DM patients. Genetic and environmental factors play important roles in the pathogenesis of T2DM and hypertension. Evidence from clinical trials and animal studies shows a causal relationship between dietary salt intake and hypertension. Many studies have suggested that blood pressure responses to dietary salt intake vary considerably among people and animals, which is a well-known phenomenon described as salt sensitivity of blood pressure. Salt sensitivity of blood pressure occurs frequently in individuals with T2DM and is associated with an increased risk for cardiovascular death. The pathophysiological mechanisms that promote salt sensitivity are complicated, and genetic and environmental factors are involved. However, recent studies have indicated a role of vascular dysfunction in driving the development of salt-sensitive hypertension. The Wistar Bonn Kobori Diabetic Fatty (WBKDF, WBN/Kob-Leprfa/fa) rat is a new congenic strain established by introducing the fa allele in Zucker fatty rats into the WBN/Kob (lean) rat genome. Previous studies have shown that the WBKDF rat is a spontaneous model of T2DM that shows obesity, hyperglycemia, and dyslipidemia from a young age, resulting in the early onset of diabetic complications. Thus, WBKDF rats are particularly relevant to human T2DM. If WBKDF rats are salt-sensitive, these rats may serve as a useful model for investigating the etiology of hypertension with T2DM. However, this rat model is not very well characterized in terms of cardiovascular responses. In the present study, we examined the effects of high-salt intake on cardio-metabolic responses in WBKDF rats in comparison with age-matched Wistar rats. Chapter 1: The Effects of High-Sodium Intake on Systemic Blood Pressure and Vascular Responses in Spontaneously Diabetic WBN/Kob-Leprfa/fa Rats The prevalence of T2DM and hypertension has markedly increased worldwide. The purpose of the present study was to examine the effects of a high-salt intake on the systolic blood pressure (SBP) and vascular responses in WBKDF rats, a new spontaneous animal model of T2DM. Male WBKDF rats and age-matched Wistar rats at 6 weeks of age were each divided into two groups and fed either a normal-sodium (0.26%, NS) diet or high-sodium (8%, HS) diet for 14 weeks: 1) Wistar rats on NS diet (Wistar-NS); 2) Wistar rats on HS diet (Wistar-HS); 3) WBKDF rats on NS diet (WBKDF-NS); 4) WBKDF rats on HS diets (WBKDF-HS). Neither WBKDF-NS nor Wistar-NS rats showed significant changes in SBP throughout the experiment, but both WBKDF-HS and Wistar-HS exhibited significant elevation of SBP, which was more prominent (P<0.01) in WBKDF-HS than in Wistar-HS. Phenylephrine-induced contractions of isolated thoracic aortic rings were significantly (P<0.01) enhanced in WBKDF-HS and Wistar-HS compared with the respective strain of rats on the NS diet. In contrast, acetylcholine- and nitroprusside-induced relaxation were significantly (P<0.01) diminished in both WBKDF-HS and Wistar-HS, and these HS diet-induced changes were more profound (P<0.01) in WBKDF rats than in Wistar rats. Significantly (P<0.05) higher plasma concentrations of 8-iso-prostaglandin F2α and sodium ions were observed in WBKDF-HS than in Wistar-HS. The current study demonstrated that WBKDF-HS rats developed salt-sensitive hypertension associated with vascular dysfunction. The WBKDF rat may be a useful model for investigating the etiology of hypertension with T2DM. Chapter 2: High-sodium intake ameliorates hyperglycemia and insulin resistance in WBN/Kob-Leprfa/fa rats, a new model of type 2 diabetes High sodium intake is a major risk factor for developing hypertension in T2DM, but the connection between sodium intake and glucose homeostasis remains elusive. We previously found that high-salt intake induces hypertension in WBKDF rats, a new model of T2DM. In the present study, we examined the effects of a high salt intake on glucose homeostasis in WBKDF rats. Male WBKDF rats and age-matched Wistar rats at 6 weeks of age were each divided into two groups and fed either a NS (0.26%) diet or HS (8%) diet for 7 weeks. SBP and urine volume were increased in WBKDF-HS and Wistar-HS. Body weight gain and food consumption was comparable between NS and HS in both strains. Plasma and urine glucose levels were significantly increased in WBKDF-NS, but not in WBKDF-HS. HOMA-IR, a parameter of insulin resistance, in WBKDF-HS was significantly lower compared with WBKDF-NS. The high plasma adiponectin level in WBKDF-NS compared with Wistar-NS was further enhanced in WBKDF-HS. Glycogen deposits and fat droplets in the livers of WBKDF-HS were reduced compared with WBKDF-NS. The present study demonstrated that HS intake ameliorated hyperglycemia and insulin resistance in WBKDF rats, which may be due to enhanced plasma levels of adiponectin. The present study found that the HS diet produced severe systemic hypertension in the WBKDF rat, a new model of T2DM with obesity, suggesting that WBKDF rats have high salt-sensitivity. In contrast, the HS diet completely inhibited hyperglycemia in WBKDF rats. These results demonstrated that high-salt intake produced opposite effects on hypertension and T2DM, both of which comprise metabolic syndrome. The current study suggested that salt-sensitive hypertension in WBKDF rats was associated with vascular dysfunction, which may be mainly due to enhanced plasma levels of oxidative stress and sodium ions. It also suggested that inhibition of hyperglycemia by high-salt intake in WBKDF rats was likely due to improvement in hepatic insulin resistance via elevation of plasma adiponectin levels. However, no rodent model will fully represent the complex clinical spectrum of metabolic syndrome in humans or companion animals. In the present study, WBKDF rats under the pre-diabetic stage were used; therefore, effects of high-salt intake in WBKDF rats with developed T2DM should be examined. In addition, further studies are needed to elucidate the mechanism of the elevation in plasma adiponectin by high-salt intake. The present study provided new and valuable evidence about the effects of high-salt intake on metabolic syndrome using WBKDF rats. It also suggested that WBKDF rats may be a good model for examining the etiology of T2DM with salt-sensitive hypertension. |
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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 | 2017-09-30 | |||||
| 学位授与番号 | ||||||
| 学位授与番号 | 甲第151号 | |||||
| Rights | ||||||
| 値 | 本論文の一部は以下のとおり公表されている。(Part of this dissertation has been published as follows.) Takagi Y, Kadowaki H, Kobayashi I, Ito K, Ito K, Shirai M, Asai F. (2017) Effects of high-sodium intake on systemic blood pressure and vascular responses in spontaneously diabetic WBN/Kob-Leprfa/fa rats. Clin Exp Pharmacol Physiol, 44(2):305-312. doi: http://dx.doi.org/10.1111/1440-1681.12700 |
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| 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 | |||||
