寒冷曝露による脳内ペプチドームおよび腸内細菌叢の変化は、マウスのエネルギー恒常性維持に関連している

2023年3月7日 00:09

研究論文コレクション：神経生物学プロテオミクス|articles in press, 100525
寒冷曝露による脳内ペプチドームおよび腸内細菌叢の変化は、マウスのエネルギー恒常性維持に関連している
シュエ・ワング #
Qianqian Wang #
趙明信（ちょうめいしん
シュアイ・ウー
楊端峰
チェンシー・ジア
すべての著者を表示する

脚注を表示するオープンアクセスDOI:https://doi.org/10.1016/j.mcpro.2023.100525
PlumX メトリクス

ハイライト

寒さに応答する脳内ペプチドームと腸内細菌叢の相互作用。

ProSAAS由来ペプチドと乳酸菌の正の相関関係

視床下部-下垂体軸は敏感な反応を示す

寒冷適応微生物群はニューロキニンBを減少させ、エネルギー消費量を変化させる
ABSTRACT
寒冷地における哺乳類のエネルギー恒常性維持には、複雑な神経制御が必要であり、腸内細菌叢の影響を受けている。しかし、その制御機構は、関連するシグナル分子に関する包括的な知見が不足しているため、一部不明な点がある。そこで、寒冷曝露マウスを用いた脳ペプチドームの領域分解定量プロファイリングを行い、寒冷曝露に伴う腸内細菌と脳ペプチドの相互作用を検討した。慢性的な寒冷曝露により、脳内ペプチドームの領域特異的な変化が観察され、腸内細菌叢の構成と相関していた。いくつかのproSAAS由来ペプチドは、乳酸菌と正の相関を示した。視床下部-下垂体軸は寒冷曝露に敏感な反応を示した。寒冷によるエネルギー恒常性の制御に関与する可能性のある生理活性ペプチドの候補プールを得た。マウスに寒冷適応微生物群を投与すると、視床下部のニューロキニンBの量が減少し、その後、エネルギー消費の燃料源が脂質からグルコースへとシフトすることに寄与した。本研究は、腸内細菌がエネルギー代謝に寄与する脳内ペプチドを調節することを示し、寒冷曝露によるエネルギー恒常性調節機構を理解するためのデータリソースを提供するものである。
図解抄録
図のサムネイルfx1
大きな画像で見るダウンロードする高解像度画像
キーワード
ニューロペプタイドミクス
神経ペプチド
腸内細菌叢
ひえ
エネルギー代謝
腸脳軸
イントロダクション
神経ペプチドは、正規の内因性細胞間シグナル伝達分子の一種で、シナプスの末端からプロセッシング後に分泌され、受容体に結合して生殖、摂食、痛み、記憶、気分、不安、報酬、概日リズムなど、数多くの機能を発揮します（1、2、3、4、5）。これらの生理的プロセスに加え、神経ペプチドはエネルギーのホメオスタシスと密接に関係している（6, 7, 8, 9）。例えば、サブスタンスP（10）やニューロペプチドY（11）は、マウスの体重増加やエネルギー貯蔵を促進するオレキシジェニック制御の強力なモジュレーターである。グルカゴン様ペプチド-1（GLP-1）は、視床背内側下部のGLP-1受容体をトリガーとして、褐色脂肪組織（BAT）の熱産生と肝トリグリセリド動員を増加させる（12）。その類似体であるリラグルチドは、肥満治療薬として承認されています（13）。このような代謝性疾患の治療標的として、生体のエネルギー恒常性を制御する神経ペプチドを深く研究することは、大きな意義があります。
哺乳類では、環境温度が低い場合、摂食亢進とBAT熱発生がエネルギー恒常性を維持するための適応反応として知られている。従来、寒冷による摂食亢進は、寒冷による熱発生の結果生じる負のエネルギーバランスに対する二次的反応であると考えられてきた。最近、Deemら（14）は、寒冷による食欲増進はAgRPニューロンの活性化を通じて制御され、熱発生とは無関係に起こることを報告した。また、BATの熱産生は、主に視索前野、背内側視床下部、吻側淡蒼球で活性化する経路で起こる（15）。Fengら（16）は最近、視床下部背内側ニューロンが寒さに敏感で、恒常的な熱産生を調節することを発見した。この2つの生理現象を支える複雑な神経回路を完全に解明するためには、機能分子に関する包括的な知識が必要である。現在までのところ、寒冷曝露によって中枢神経系のペプチドームがどのように再構築されるかは、まだ十分に解明されていない。
腸内細菌叢は、消化管内の定住者から構成され、宿主とともに共進化し、宿主のエネルギー代謝に寄与している（17）。一方、腸内細菌叢の異常は、肥満、2型糖尿病、肝硬変、脂質異常症など様々な代謝性疾患を引き起こす可能性がある(17)。臨床的な関連性については、腸内細菌叢は、代謝性疾患の管理を改善するための新しい診断・予後判定マーカーや治療標的として浮上している(18)。最近、Chevalierら（19）は、寒冷曝露によりマウスの微生物叢組成が変化すること、寒冷曝露したドナーマウスの微生物叢を移植することで、無菌レシピエントマウスのインスリン感受性、褐変、エネルギー消費および耐寒性が十分に向上することを明らかにした。Zietakら（20）はさらに、寒冷に適応した微生物叢が宿主の胆汁酸分泌とエネルギー代謝を改善し、無菌レシピエントマウスの食事誘発性肥満を抑制することを明らかにした。このように、腸内細菌叢は、寒冷によるエネルギー恒常性の神経循環および神経内分泌調節に関する研究において、無視できない因子である。Perryら（21）は、微生物-脳-β細胞軸が酢酸によって制御され、メタボリックシンドロームを促進することを報告した。Hamamahら（22）は、腸内細菌が視床下部の神経ペプチドの欠損を回復させ、マウスのエネルギー代謝を調節することを発見した。これらの証拠は、微生物叢-腸-脳軸がエネルギー代謝に関与していることを示唆している。そこで、腸内細菌叢が脳ペプチドームと相互作用して、寒冷環境から身を守るためのエネルギー恒常性を調節している可能性があると推測された。
本研究では、寒冷曝露マウスモデルを構築し、質量分析（MS）ベースのペプチドーム解析と16S rRNAシーケンス解析に基づき、エネルギー恒常性に関連する脳ペプチドームと腸内細菌叢の相互作用を調査しました。その結果、寒冷による脳内ペプチドームの変化が、腸内細菌叢の構成と関連していることが明らかになった。また、寒冷適応微生物群（慢性寒冷曝露後のマウスの糞便）を経口投与すると、マウスの視床下部のニューロキニンBの存在量が減少し、代謝状態の変化にさらに寄与することがわかりました。寒冷曝露に応答する脳ペプチドームの領域分解可能なデータセットは、寒冷曝露によるエネルギー恒常性維持の神経循環および神経内分泌制御に関する研究のための貴重なリソースとなり、ペプチドと微生物の間で新たに特定された関連は、腸-脳コミュニケーションの理解に大きな洞察を与えるものです。
実験
実験計画および統計的根拠
特に断りのない限り、動物数および統計学的検定は図解に明記されている。寒冷暴露の動物実験では、各群9-10匹のマウスを使用し、ペプチド解析と16S rRNA配列の決定が行われた。代謝パラメータの動物実験では、各群3-4匹のマウスを使用した。パラレルリアクションモニタリング（PRM）解析には、各群5匹のマウスを使用した。統計的有意性は、両側無対称のstudent t testで計算し、多重比較にはBenjamini-Hochberg調整を使用した。
動物および寒冷曝露処理
8週齢のSPFグレードC57BL/6雄性マウス（SPFバイオテクノロジー株式会社）を1ケージ2匹として、12時間/12時間の明暗サイクル、湿度50〜60％の環境下で飼育した。週間馴化した後、マウス（各群n＝10）を室温群（RT群）、急性寒冷曝露群（ACE群）、慢性寒冷曝露群（CCE群）の3群に分けた。全治療期間は28日である。RT群のマウスは、全治療期間中、室温（25℃）で飼育した。ACE群のマウスは、26日間室温で飼育し、最後の2日間は12℃のコールドチャンバーに移動して急性寒冷曝露を行った。CCE群のマウスは、治療期間中、12℃のコールドチャンバーで飼育された。治療期間中、すべてのマウスは餌と水を自由に摂取することができた。各マウスの体重は、最初の4日間と最後の3日間は毎日モニターしたが、治療期間中は3日ごとにモニターした。環境温度を除き、3つのマウスグループ間の条件はすべて同じである。他の要因による変動を避けるため、動物への操作は毎日決まった時間に同じ研究者によって行われた。動物実験は、北京国立蛋白質科学センター動物倫理委員会（IACUC-20200911-33M）および天津環境運用医学研究所（AMMS-04-2022-027）の承認を得ている。
組織の解剖、糞便の採取、ペプチド抽出
投与後、28日目に全てのマウスを犠牲にし、直ちに視床下部、海馬、下垂体を解剖した。各動物の組織採取は、3分以内に終了した。新鮮な組織を氷上に置き、0.1%プロテアーゼ阻害剤（Roche）を含むリン酸緩衝生理食塩水（PBS）（Gibco、pH7.4）で2回洗浄し、その後750kWの電子レンジで15秒間加熱した（23、24）。最後に、組織は将来の使用のために-80℃で保存された。最後の新鮮な糞は、処理直後に採取し、-80℃で保存した。
組織は、ガラス製グラインダーで冷たい酸性化メタノール（90％メタノール、1％酢酸、9％水、v／v）でホモジナイズし、次に2分間超音波処理した。この混合物を14,000g、10分間、4℃で遠心分離し、不溶性ペレットを除去した。不溶性ペレットを冷たい酸性化メタノールでホモジネート状態になるまで再懸濁し、上記のステップを3回繰り返した。上清をすべて合わせ、SpeedVacで乾燥させた。ペプチドサンプルを0.1％ギ酸（FA）に懸濁し、C18 ZipTip（Agilent）で脱塩し、液体クロマトグラフィーとタンデム質量分析（LC-MS/MS）分析に用いた。各動物の組織および糞のサンプルは、独立して収集、調製および分析された。
LC-MS/MS分析
LC-MS/MS分析は、EASY-nLC 1200ナノハイパフォーマンスLCシステム（Thermo Fisher Scientific）と接続したOrbitrap Q Exactive HF質量分析計（Thermo Fisher Scientific）で実施した。500ngのペプチドサンプルをC18プレカラム（粒径1.9μm、長さ2cm×内径100μm）にロードし、C18分析用カラム（1. 9 μm of grain diameter, 15 cm length ×150 μm inner diameter）を用い、流速600 nL/minで65分間のグラジエント：溶媒B 4〜9% 1分、9〜15% 8分、15〜28% 33分、28〜40% 10分、40〜69% 10分、69〜95% 3分 (solvent A, water containing 0.1% FA; solvent B, 80% acetonitrile containing 0.1% FA, v/v)で、分離しました。溶出したペプチドをナノESIスプレーで加熱キャピラリー温度320 oC、スプレー電圧2.2 kVでイオン化した。質量スペクトルは、データ依存の取得モードで、フルスキャンモードで120,000、MS/MSモードで15,000の解像度で収集した。フルスキャンはOrbitrapでスキャン範囲250から1800m/zまで処理した。各スキャンで上位20個の強いイオンを選択して、規格化衝突エネルギー29 %の高エネルギー衝突解離（HCD）フラグメンテーションを行い、Orbitrapで測定した（23）。自動ゲインコントロールのターゲットはフルスキャンで3×e6イオン、MS/MSスキャンで2×e5イオン、最大注入時間はフルスキャンで80 ms、MS/MSスキャンで80 ms、ダイナミック排除は13 sで行いました。
Tier 3でのPRM分析では、すべてのターゲットペプチドのm/zと保持時間値をXcaliburソフトウェアの包含リストにアップロードした。その他のパラメータはすべて上述と同じである。ターゲットペプチドの定量は、Skyline software v.21.2.0.568 (25)を用いて実施した。ペプチドの設定は以下の通りである。C-terminalアミド化。トランジション設定は以下の通り：プリカーサーの電荷は2、3、4、5、6、イオン電荷は1または2、イオンタイプはy、b、プロダクトイオンは3番目から最後のものまで、イオンマッチ許容値は0.02 m/z、MS/MSスキャン保持時間は2分と設定しました。ペプチドライブラリーは、RAWデータをアップロードし、同じRAWデータからPEAKS Studio v8.5で検索した結果、同定されたペプチドをリストアップして作成しました。PEAKS Studioで得られたトータルイオンクロマトグラムは、PRM結果の正規化に使用された。標準偏差は、各ペプチドについて計算した。
糞便サンプルの16S rRNA解析
マウスの糞便細菌ゲノムDNAは、MoBio PowerSoil Kit（26）を用いて抽出した。16S rRNA遺伝子をポリメラーゼ連鎖反応（PCR）により増幅し、可変領域V3およびV4をターゲットとして、Illumina Hiseq 2500ハイスループット・プラットフォームで配列決定した。ペアエンド（PE）リード間のオーバーラップは、Flash（27）ソフトウェアを使用してデータをスプライスした。オーバーラップしたリードの品質は、Q値>25を適用。QIIME（QuantitativeInsights Into Microbial Ecology）（28）のUclust法を用いて、97％の配列類似度によるoperational taxonomic units（OTUs）のクラスタリング分析を行った。フィルタリングされた配列は、SILVAデータベース（29）を用いてα多様性とβ多様性を分類し、重み付きUniFrac（30）距離マトリックスに基づいて計算した。
データベース検索とバイオインフォマティクス解析
質量分析RAWデータは、2020年7月にダウンロードされた一般にアクセス可能なデータベースを集約・濾過した結果のペプチドデータベースに対して、PEAKS Studio v8.5で検索しました。Neuropeptides.nl（31）（106件）、SwePep（15）（132件）、Neuropred.com（32）（188件）、Neuropedia.com（33）（58件）、冗長配列除去、十分なヘッダー情報付加を行い、2020年7月にダウンロードした一般公開データベースを集約・ろ過した結果です。データベース検索のパラメータ設定は、前駆体質量の最大偏差10ppm、フラグメントイオンの偏差0.02Da、酵素消化なし。QのPyro-glu、EのPyro-glu、酸化（M）、C末端アミド化、リン酸化（STY）、アセチル化（K）などの動的修飾がある。各ペプチドは最大3つの可変修飾を持つことができる。ペプチドレベルでのFDR < 1%は，decoy-fusionアプローチ(34)を用いて推定した．3つ以上の生物学的複製で同定されたペプチド（-10logP≧20）を，有効な同定とみなした．C末端がアミド化され，次の残基が非グリシンであるペプチドは除外した．5および6アミノ酸のペプチドについては、フラグメントイオンが連続する3つ以上のbまたはyイオンの配列タグを含むかどうかを検査することによって、さらなるキュレーションを行った。
抽出されたイオンクロマトグラムに基づくラベルフリー定量は、PEAKS Qモジュールを用いて実施した。設定は、-10logP≥20、quality≥0.2、FDR < 1% at peptide levelです。定量情報は、さらなるバイオインフォマティクス処理のために.csvファイルとしてエクスポートされた。少なくとも1つのグループで有効な定量値>70%のペプチドを保持した。欠損値のインピュテーションは、最小値の10％とした。すべてのデータはRパッケージによってプロットされた。ジーンオントロジー（GO）エンリッチメント解析は、Rパッケージ org.Mm.eg.dbを用いて行った。
マウスの代謝パラメータ
包括的実験動物モニタリングシステム（CLAMS、Columbus Instruments）は、実験開始前にガスセンサーで校正し、O2（20.9％）とCO2（0.05％）の標準含有量を設定した。室内空気は、0.5LPMの流量でチャンバーに通された。酸素消費量（VO2）と二酸化炭素発生量（VCO2）はセンサーで検出された。呼吸交換比（RER）は、VCO2/VO2の比として計算されました。熱生産は、交換された気体の量に基づいて計算された。食物摂取量は、食物センサーでモニターした。8週齢の雄マウスをCLAMSチャンバーで2日間馴化させた後、マウスに生理食塩水と混合した25mgの糞（低温曝露群から）を含む600μL懸濁液を胃内投与（IG）した。9時間後の回復後、マウスの放熱量、発熱量、摂餌量をモニターした。CLAMSチャンバーから取り出した後、マウスを犠牲にし、視床下部を直ちに解剖した。PRM解析のためにペプチドサンプルを調製した。
脳定位手術と脳室内処置
2週間馴化した8週齢のSPFグレードC57BL/6雄性マウスをペントバルビタール（50 mg/kg）の腹腔内注射（IP）により麻酔し、ペプチド注入および代謝記録用のステンレス製カニューレ（RWD Life Science Co, Ltd）を留置した。カニューレの座標は、既報（35）に従い、背側第三脳室（ブレグマの2mm後方、大脳皮質表面から2.2mmの深さまで挿入）に定位配置した。注入器インナーカニューレのサイズは、脳室内インナーカニューレは26ゲージ、マイクロインジェクションカニューレは30ゲージであった。手術後、マウスは個々に収容され、2週間回復した。マウスは最初にポンプ（LONGER、中国）で2μLの生理食塩水中に20μgのニューロキニンBを3分間で注入し、注入直後に代謝パラメータを記録した。
結果
慢性的な寒冷曝露がマウスの摂食行動を変化させる
本研究では、慢性寒冷曝露と急性寒冷曝露の2つのモデルマウスを別々に構築した。具体的には、慢性寒冷曝露を受けるマウス（CCE群）を12℃で28日間維持し、急性寒冷曝露を受けるマウス（ACE群）を室温で26日間維持し、最後の2日間は12℃の環境に移しました（図1A）。室温で維持したマウスを対照群（RT群）とした。28日後、各動物の脳組織を採取してペプチドーム解析を行い、糞便サンプルは16S rRNA解析に使用した。エネルギー恒常性の表現型は、実験中の食物摂取量と体重の測定に基づき、常にモニターした。
図のサムネイルgr1
図1寒冷曝露したマウスの表現型変化と脳内ペプチドの同定。(A)マウスを寒冷曝露した際のワークフロー。(B,C）体重と摂餌量。左のパネルは時間経過値、右のパネルは28日間の平均値または累積値を示す。統計解析は、左のパネルでは二元配置のANOVAを、右のパネルでは両側無対称のstudent t testを用いて行った。** p < 0.01, *** p < 0.001. 平均値±SD。(D）エネルギーホメオスタシス (E) 3つの領域における脳内ペプチドの分布。棒グラフは、各脳領域における同定ペプチド（上段）および成熟ペプチド（中段）の数を示している。複数の領域に存在するペプチドのサブセットは、マトリックス（下段）に記されている。円グラフは、1つ、2つ、3つの脳領域に局在する同定脳ペプチドのパーセンテージを表示する。詳細な情報は、Data file S1に記載されている。1ケージに2匹のマウス。RT、室温。ACE、急性寒冷曝露。CCE、慢性寒冷曝露。
大きな画像を見るダウンロード高解像度画像
12℃で28日間処理した後、CCE群のマウスの食物摂取量はRT群およびACE群と比較して有意に増加したが（図1 B）、CCE群は他の2群と比較して体重に変化を示さなかった（図1 C）。増加を可視化するために、CCE/RTおよびACE/RT比較における食物摂取量と体重の比を計算し、各時点でプロットした。CCE/RT比較における食物摂取量の増加は、実験開始4日目に統計的有意性を示した。この増加は、その後の25日間も維持されたが、ACE/RT比較では有意な増加は観察されなかった。体重の増加は、CCE/RTおよびACE/RTの比較では観察されなかった（図S1A、S1B）。哺乳類におけるエネルギー恒常性には、摂取、消費、貯蔵のバランスが必要である。我々の実験では、食物摂取がエネルギー摂取の主要な源であり、エネルギー貯蔵は主に体重変化で示される（図1D）。CCE群では、摂取エネルギーは処理時間と共に増加し、貯蔵エネルギーは変化せず、顕著なエネルギー消費を示していました。したがって、慢性的な寒冷曝露はマウスのエネルギーホメオスタシスに影響を与え、重要なのは摂食行動を変化させることである。一方、急性寒冷暴露の影響は軽微である。
ペプチドミクスで数千の脳内ペプチドを同定
寒冷曝露がマウスの脳内ペプチドにどのような影響を与えるかを探るため、1時間LC-MS/MSペプチドミクス法（26）を用いて、海馬、視床下部、下垂体のペプチドームを解析しました。これらのシグナル伝達分子の大規模な定量プロファイリングには、正確な同定が必須条件となる。ここでは、RT群を代表的なデータセットとし、視床下部1894個、海馬858個、下垂体4493個を含む3領域から5607個の脳内ペプチドを同定した（データファイルS1）。ペプチドームは、領域によって非常にダイナミックな発現を示した（図S2）。脳内ペプチドの存在量の差を2つの領域間でプロットしたところ、約半数のペプチドが2つの脳領域間で1桁以上のダイナミックレンジの差を示した（図S3）。次に、複数の領域にまたがる脳内ペプチドの共局在を解析した（図1 E、データファイルS1）。78%のペプチドが単一領域にのみ局在し、15%のペプチドが2領域に局在し、7%が3領域全てに局在していた。したがって、ペプチドーム発現は領域特異的な属性を示し、領域解決可能な定量分析が適切である。
寒冷暴露は脳ペプチドームの構造を変化させる
その結果、慢性的な寒冷曝露がマウスのエネルギー恒常性を変化させることが明らかになった。この過程には複雑な神経循環や神経内分泌の調節が関与しており、神経ペプチドやペプチドホルモンがシグナル伝達因子として働き、重要な役割を担っている。そこで、寒冷曝露が脳内ペプチドームにどのような影響を与えるかを調べるために、脳3領域のペプチドームについてラベルフリー定量解析を行った。定量可能なペプチドを決定するために厳格な基準を適用し（詳細はEXPERIMENLSに示す）、その結果、視床下部、海馬、下垂体でそれぞれ2171、1118、4031個のペプチドが定量された。3つの脳領域におけるペプチドームの主成分分析（PCA）では、CCE群はRT群と明確に分離していた（図2A、図2B、図2C）。ACE群は分離傾向を示したが、RT群とはわずかに重なった。この結果は、寒冷曝露により、特にCCE群でペプチドーム構造が変化したことを示す。さらに、CCE群とACE群は視床下部のみで分離し、他の2つの領域では分離しなかったことから、ペプチドームの変化は脳領域特異的であることがわかった。全体像を把握するために、すべてのペプチドームデータをPCA処理し、各群の中心値をグラフにプロットした（図2）。CCE群とACE群は、プロットの中心方向に沿ってRT群から分離しており、これは寒冷曝露の効果によるものであった。したがって、寒冷による脳内ペプチドームの変化は、領域特異的な属性を示し、慢性的な寒冷曝露によってペプチドームが再形成されることがわかった。
図のサムネイルgr2
図2寒冷曝露により脳内ペプチドーム組成が変化する。(A)海馬、(B)視床下部、(C)下垂体のペプチドームの低温暴露下でのPCAプロット。(D) 各グループの中心値を示すペプチドームのみのPCAプロット。E）海馬、（F）視床下部、（G）下垂体における存在量変化ペプチドの2層ボルカノプロット。Benjamini-Hochberg校正を用いた両側不同の学生t検定。(H) 寒冷暴露下で存在量が変化したペプチドの数を示すレーダー図 n = 9または10各グループ。詳細な情報はデータファイルS2に記載されている。CPON、NPYのCフランキングペプチド、MCH、メラニン濃縮ホルモン、GLP-1［7-36］、グルカゴン様ペプチド-1［7-36］。
大きな画像を見るダウンロード高解像度画像
低温暴露下での脳内ペプチドの存在量の変化を示すため、ACE vs. RTおよびCCE vs. RTのペプチドームデータセットを3つの2層ボルケーノグラフにプロットした（図2E、2F、2G、データファイルS2）。海馬、視床下部、下垂体におけるCCE vs RTの3つのボルケーノグラフでは、それぞれ16、388、328ペプチドが存在量の変化を示し、ACE vs RTの3つのボルケーノグラフでは、それぞれ8、11、45ペプチドが存在量の変化を示しました。さらにCCE対ACEのペプチドームをボルケーノグラフにプロットすると、視床下部と下垂体でそれぞれ212と53のペプチドが変化していた（図S4、データファイルS2）。ほとんどのペプチドは、慢性的な寒冷曝露により視床下部と下垂体においてダウンレギュレートされていた（図2H）。さらに、これらの変化したペプチドをGO解析にかけたところ、そのほとんどがホルモン活性とGタンパク質共役型受容体結合に富み（図S5）、これらのシグナル伝達因子の機能特性を示すことがわかった。したがって、寒冷曝露は脳内ペプチドの存在量に時間依存的に劇的な変化をもたらし、視床下部と下垂体は比較的敏感な反応を示すことが明らかとなった。
視床下部と下垂体間のペプチドは寒冷曝露により相関が見られる
視床下部-下垂体（HP）軸は、重要な神経内分泌系であり、エネルギー代謝において重要な役割を担っている。視床下部-下垂体軸は、脂肪や栄養に関連するシグナルを入力し、ペプチドホルモンの分泌を促し、エネルギー恒常性、食物摂取、燃料代謝を制御する(21)。そこで、寒冷曝露により視床下部と下垂体で変化する脳内ペプチドをさらに検討した。CCE群においてのみ存在量の変化を示すペプチドを2つのヒートマップでプロットした（図3A、3B、データファイルS3）。これらのペプチドの多くは、エネルギー代謝や食物摂取に関連するグラニン（16）およびproSAAS（36）ファミリーに属するものであった（図3C）。さらに、重要な機能が報告されている多くの成熟ペプチドは、慢性的な寒冷曝露により発現が低下した（図3D、3E、データファイルS4）。エネルギーおよびグルコース代謝の制御に関わるリポトロピンγ（37）、GLP-1［7-39］（38）、メラニン濃縮ホルモン（39）、コルチコトロピン様中間体ペプチド（CLIP）（40）であった。成熟ペプチドとは、生物学的活性が確認されたペプチドで、切断されたペプチドや加工中間体ではなく、そのままの形で存在するペプチドを指します。寒冷誘導性エネルギー恒常性維持に関与する可能性のあるペプチド候補をスクリーニングするために，二塩基性特異性残基ルールに従ってこれらの存在量変化ペプチドに割り当てた（表S1，S2）．この基準は、N末端-1残基のK/R、C末端+1および+2残基のK/R、またはC末端アミドに続いて+1残基のGを含む（14、32）。
図のサムネイルgr3
図3視床下部と下垂体における寒冷曝露によるペプチドームの変化。(A)視床下部および(B)下垂体において、慢性的な寒冷曝露により存在量が変化したペプチドを示すヒートマップ。CCE群で特異的に変化したペプチドをボックスで囲んだ。一元配置分散分析（One-way ANOVA）、p < 0.05. 詳細な情報は、データファイルS3に示す。(C) 視床下部と下垂体における上位5つのペプチドファミリー。(D)視床下部および(E)下垂体における、慢性低温曝露下で存在量が変化した成熟ペプチドのスクリーニング曲線（CCE/RTのp値は0.05未満）。Benjamini-Hochbergキャリブレーションを用いた両側対のない学生t検定。詳細な情報は、データファイルS4に示す。(F) 視床下部と下垂体における存在量変化ペプチドのスピアマンの相関係数（r）のマトリックスを示すヒートマップ、少なくとも1つのペプチドについてr < -0.6またはr > 0.6 n = 9または10各グループ。詳細な情報は、データファイルS5に示す。
大きな画像で見るDownload 高解像度画像
HP軸は、複雑なホルモンシグナリングカスケードと視床下部と下垂体間のクロストークから構成されている（21）。視床下部と下垂体間のこれらのシグナル伝達分子の潜在的な関連性を調べるために、全サンプルにわたって2つの領域間のスピアマンの相関分析を行った。その結果、下垂体では8種類、視床下部では14種類の成熟ペプチドが強い正または負の相関を示した（図3F，Data file S5）。特に下垂体のPENは，摂食を司る視床下部のPEN 19やBIG PEN-LENと高い相関があった（36）．下垂体のBIG LENは、異なる修飾を施したNPYのCフランキングペプチド、PEN 20、PEN、セクレトニューリンなど視床下部のほとんどのペプチドと高い相関があった（図3F）。HP軸を介したエネルギー代謝の調節は複雑であり、一般的に感覚的、概日的、快楽的要因からの他のシグナルと統合する必要がある（21）。これらの新たに同定された相関ペプチドペアは、寒冷曝露に応答するシグナル伝達因子のレベルで視床下部と下垂体の間のクロストークの可能性を示唆している。
寒冷曝露は腸内細菌叢の組成を変化させる
寒冷曝露がマウスの腸内細菌叢にどのような影響を与えるかを調べるため、RT群、CCE群、ACE群の糞便サンプルから得られた16S rRNAデータセットについて比較分析を実施した。α多様性の変化は観察されなかったが（図S6A）、重み付けUniFrac距離に基づくβ多様性の主座標分析（PCoA）（図4A）により、CCE群およびACE群がRT群から分離していることがわかり、慢性および急性低温暴露がいずれもマウスの腸内細菌叢に変化を与えることが示された。門派相対存在量の上位6種に基づく累積ヒストグラム（図S6B）では、ファーミキューテスとバクテロイデーテスが典型的に総存在量の93％以上を占めていることが示された。さらに、異なる分類レベルで分析した結果、4つの細菌科と5つの細菌属（図4B、4C、4D、4E）が低温暴露によって変化することがわかった。ACEグループは、CCEグループと同様のプロフィールを示した。LactobacillaceaeとErysipelotrichaceaeの相対的存在量は低温曝露によって減少し、RikenellaceaeとBacteroidaceaeの相対的存在量は増加した（図4D)。代表的なものとして、乳酸菌科の存在量は、RT群の24.50%からACE群の0.10%、CCE群の0.04%に減少し（図4D）、属レベルで乳酸菌が減少していることが示された（図4E）。LEfSe解析ではさらに、乳酸菌や乳酸桿菌などの微生物成分の存在量が、ファミリーレベルおよび属レベルで低温曝露によって変化することが確認された（図S7、S8）。したがって、腸内細菌叢は低温曝露によって変化し、12 ℃で2日間曝露しただけでも劇的な変化が起こることがわかった。
図サムネイルgr4
図4寒冷曝露による腸内細菌叢の構成要素の変化。(A) 寒冷曝露による腸内細菌叢の変化を示す重み付けOTUに基づくPCoAプロット。(B)ファミリーおよび(C)属のレベルで、寒冷曝露により変化したマイクロバイオームの相対的存在量を示す棒グラフ。寒冷曝露により変化した微生物を(D)科と(E)属のレベルで示す列散布図。両側無対称のstudent t test。* p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001. 平均値±SD。n = 9または10グループ。
大きな画像で見るダウンロード高解像度画像
乳酸菌が視床下部におけるproSAAS由来ペプチドの存在量を変化させる
今回のデータでは、低温曝露下で脳内ペプチドームと腸内細菌叢が変化することが示されました。脳ペプチドームと腸内細菌叢の潜在的な関連性をさらに調べるために、変化した5つの細菌属を用いて、すべてのサンプルで脳ペプチドとのスピアマンの相関分析を行った。その結果、エネルギー代謝に関わるGLP-1[7-36]（38、41）、オレキシンB（42、43）、ニューロペプチドY（44）、ニューロキニンB（45）を含む19種類の高相関脳ペプチド（図5A、5B、データファイルS5）を得た。驚くべきことに、乳酸菌は、タンパク質前駆体proSAASに由来するPEN、PEN 18、PEN 19、PEN 20、GAVおよびビッグPEN-LENと相関していました。これらの結果は、proSAAS由来のペプチドと乳酸菌の代謝過程における関連性の可能性を示しています。この発見に触発され、我々は、プロバイオティクスである乳酸菌NS 9をマウスに経口投与した既報のデータセット（26）を再解析した。L. fermentum NS 9の投与により、視床下部におけるPEN 18、PEN 19およびCLIPの発現が増強された（図5C）。したがって、これらの存在量変化ペプチドは、低温曝露下における腸内細菌叢の変化と密接に関連しており、乳酸菌はproSAAS由来ペプチドと正の相関があった。
図のサムネイルgr5
図5乳酸菌は視床下部のペプチドの存在量を変化させる。(A）視床下部と下垂体の存在量が変化したペプチドと5つの変化した微生物属とのそれぞれのスピアマンの相関係数（r）の行列を示すヒートマップ。r < -0.6 または r > 0.6 は5つの微生物属のうち少なくとも1つである。詳細は、データファイルS5に示す。(B）ラクトバチルス属の相対的存在量に対するPEN18およびPEN19の存在量の関係を示す散布図である（それぞれ）。(C) L. fermentum NS 9を1ヶ月間経口投与した後のPEN 18、PEN 19およびCLIPの強度を示すカラムプロットである。両側無対称のstudent t test, * p < 0.05. 平均値±SD。n = 7または8各グループ。
大きな画像を見るダウンロード高解像度画像
寒冷適応微生物群介入とニューロキニンB注射が代謝過程に及ぼす影響
寒冷曝露に応答する脳内ペプチドと腸内微生物の潜在的な関連性を検証するため、寒冷適応微生物群（CCEマウスの糞便）を用いてマウスを治療し、エネルギー代謝と脳ペプチドームの起こりうる表現型変化を測定した。具体的には、CCEマウスおよびRTマウスから得られた糞便を胃内投与することで、マウスへの糞便介入を行いました。CCE糞便処理マウスでは、RT糞便処理マウスと比較して熱産生量（図6A）および食物摂取量（図S9）の変化は認められなかったが、CCE糞便処理マウスは最初の10時間においてRER値の増強を示し（図6B）、グルコース消費の亢進を示唆した。
図のサムネイルgr6
図6糞便介入とニューロキニンB注射が代謝過程に及ぼす影響 RTマウスまたはCCEマウスから得られた糞便懸濁液で処理したマウスの（A）熱産生および（B）RERの値を示すカーブプロット。IGにより1匹あたり600μL。RT糞便処理ではn＝3、CCE糞便処理ではn＝4。(C）糞便介入後の視床下部における標的ペプチドの変化を示す列プロット。n＝5。詳細はデータファイルS6に示す。 D）ニューロキニンBまたは生理食塩水で処理したマウスの熱産生およびRERの値を示すカーブプロット。ICVにより動物あたり10μg。曲線図は反復測定二元配置ANOVA、列挙図は両側非対称学生t検定。* p < 0.05, ** p < 0.01, ns non-significant。平均値±SD、各群n = 6。RER、呼吸交換比。
大きな画像で見るダウンロード高解像度画像
ペプチドミクス実験では，PRMモードでLC-MS/MS解析を行い，変化した腸内細菌と相関の高い9つの視床下部ペプチドを定量した．RT糞便処理マウスと比較して、CCE糞便処理マウスのニューロキニンBの存在量は減少していたが（図6C、データファイルS6）、ほとんどのペプチドは存在量に変化を示さなかった（図S10）。また、ニューロキニンBは、慢性的な寒冷曝露によってダウンレギュレートされた（図3D）。これらの結果は、ニューロキニンBが代謝過程の変化と関連している可能性を示唆した。この仮説を検証するため、マウスの背側第三脳室にニューロキニンBを脳室内（ICV）注射した。予想通り、注射後3時間後にRER値は低下したが、熱産生に変化はなく（図6D、図S11）、ニューロキニンBが慢性寒冷曝露による脂質からグルコースへの消費変化に対して抑制効果を持つことがさらに確認された。全体として、今回のデータは、寒冷曝露したマウスにおける腸内細菌叢と脳ペプチドームの相互作用と、そのエネルギーホメオスタシス調節能を実証するものであった。具体的には、寒冷環境に適応した微生物群が視床下部におけるニューロキニンBレベルを低下させ、それによって寒冷環境から身を守るためのエネルギー消費を変化させることが示唆された（図7）。
図のサムネイルgr7
図7寒冷曝露に伴う神経ペプチドと微生物叢の相互作用を示す模式図。寒冷曝露により、マウスの寒冷適応腸内細菌叢の形成が促進され、その後、視床下部のニューロキニンBの発現が抑制され、エネルギー消費の燃料源が脂質からグルコースへと移行する影響を受ける。NKB, ニューロキニンB.
大きな画像を見るダウンロード高解像度画像
ディスカション
哺乳類は、寒冷な環境下でも体温を維持できるよう、複数の代謝プロセスを活性化しています。神経ペプチドやペプチドホルモンが、エネルギーの摂取、貯蔵、消費の間の動的平衡を調節することによって、エネルギーホメオスタシスに関与していることが、ますます明らかになっています（9）。我々は、腸内細菌が脳のペプチドームと相互作用して、寒冷環境下でのエネルギー恒常性を調節していると仮定した。実際、我々のオミックスデータセットは、脳ペプチドームが寒冷曝露によって地域特異的に再形成され、いくつかの脳ペプチドが腸内細菌叢の組成と相関することを示している。驚くべきことに、いくつかのproSAAS由来ペプチドは、乳酸菌と正の相関を示した。寒冷適応微生物群をマウスに経口投与すると、視床下部におけるニューロキニンBの存在量が減少し、その後、寒さから身を守るためのエネルギー消費に影響を与えた。
また、寒冷曝露により、バクテロイデス科の相対量が増加し、うどんこ病菌の相対量が減少することが確認された。Yangら（46）は、Bacteroidaceaeの代表的な仲間であるBacteroides acidifaciensをマウスに投与したところ、精巣上体脂肪組織でPeroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα) mRNAレベルの上昇が確認されました。PPARαは、胆汁酸によって活性化されるTGF5の発現を活性化し、エネルギー消費をさらに促進させる(47)。さらに、Erysipelotrichaceaeの存在量は肝脂肪と正の相関があり、胃腸のコレステロール誘導体によって抑制されることが以前の報告で示されている（48、49）。Erysipelotrichaceaeのいくつかのメンバーは、脂質およびグルコース代謝障害と明確に関連しており、メタボリックシンドロームの高齢者において存在量の増加を示している(16)。したがって、本実験におけるBacteroidaceaeの相対存在量の増加とErysipelotrichaceaeの相対存在量の減少は、エネルギーの恒常性を維持するためのコレステロールとグルコース代謝の調節に関連している可能性がある。
本研究の結果、乳酸菌は寒冷曝露により、PEN、PEN18、PEN19、PEN20、GAVおよびbig PEN-LENを含むいくつかのproSAAS由来ペプチドと正の相関を示すことがわかった。これまでの報告では、これらのペプチドは摂食量や体重の調節に強力であり、PEN抗体やbig LEN抗体のICV注射は絶食マウスの摂食量を有意に減少させた(36)。乳酸菌は宿主に良い影響を与えるプロバイオティクスであり、エネルギーホメオスタシスや脂質代謝に深く関係している（50）。さらに、L. fermentum NS 9の経口投与により、視床下部におけるペプチドPEN 18およびPEN 19の存在量が増加することを見出した。この新しい証拠は、腸内細菌が脳内ペプチドに影響を与える可能性を示唆しており、乳酸菌を介したproSAAS由来ペプチドの変化経路の可能性を強調している。
重要な発見は、マウスに寒冷適応微生物群を経口投与すると視床下部のニューロキニンBの存在量が減少し、ニューロキニンBを注射するとマウスのエネルギー消費の燃料源が変化することである。ニューロキニンBはTac2遺伝子によってコードされ、女性の生殖軸の制御におけるキープレーヤーとして浮上してきた（51）。3つのタキキニン受容体を標的とするにもかかわらず、ニューロキニンBはニューロキニン3受容体（NK3R）に対して最も高い親和性を示す（51、52）。ニューロキニンB-NK3Rシグナル伝達経路は、雌マウスの思春期成熟期における代謝的苦痛に敏感である(45)。Sucquartら（53）は、多嚢胞性卵巣症候群のマウスモデルに対して、NK3Rを介したニューロキニンBシグナルの拮抗作用の効果を調べ、NK3R拮抗薬による治療が動物の代謝状態を変えることを実証しました。驚くべきことに、彼らは、総エネルギー消費量に変化がないのに、RER値が上昇することを確認した。雄マウスにニューロキニンBをICV注射した実験でも、一貫した結果が得られている。ニューロキニンBとその受容体に関するこれまでの研究では、主に雌の生殖における機能的役割に焦点が当てられてきた(51)。今回の実験では、ニューロキニンBの生殖に関する機能的な関連性に加えて、雄マウスのエネルギー代謝の制御における潜在的な役割を初めて明らかにした。その制御機構については、さらに詳しく研究する必要がある。
海馬は主に学習と記憶で機能し、内分泌および神経ペプチドシグナルによって制御される食物摂取にも関与している(54)。海馬のレプチンシグナルは、食物摂取と食物に関連した記憶処理を制御していることが判明した(55)。Sweeneyら（56）は、腹側海馬から外側中隔に由来する食欲不振の神経回路を同定した。さらに、海馬の活動がメタボリックシンドロームと関連することが明らかになりつつある（57、58）。本研究の結果、慢性的な寒冷曝露後に食物摂取量の増加が観察されたことから、海馬の脳内ペプチドの変化は、寒冷曝露時の食物摂取量や代謝の変化と関連している可能性がある。
結論として、本研究は、寒冷曝露に伴う腸内細菌と脳内ペプチドの相互作用を明らかにし、エネルギー恒常性の神経回路および神経内分泌制御、ならびに腸-脳軸の潜在的役割に関する疑問に取り組むための貴重なデータリソースを提供するものである。また、寒冷適応微生物とニューロキニンBが代謝状態を変化させるという新しい知見は、寒冷によるエネルギー恒常性維持のメカニズムを解明する上で新たなアイデアを提供するものである。
データ提供
質量分析プロテオミクスデータは、データセット識別子IPX0004014000で、iProXパートナーリポジトリ（59）を通じてProteomeXchange Consortiumに寄託されている。16S rRNAシーケンスデータは、アクセッションコードPRJNA806700でNational Center for National Center for Biotechnology Information (NCBI) データベースに寄託されています。
URL: https://www.iprox.cn/page/PSV023.html;?url=1664450688341kWrM
パスワード：hcNP
補足データ
本記事には補足データが含まれています。
著者貢献度
C.J.およびD.Y. Conceptualization; X.W. Investigation, Visualization and Validation; X.W., Y.X., L.Z. and S.W. Animal Model; X.W., Q.W. and M.Z. Data analysis and Bioinformatics; X.W. and C.J. Writing Manuscript; Q.W. Editing Manuscript; C.J. and D.Y. Fundding Acquisition。
利益相反
著者は、競合する利害関係を宣言していない。
謝辞
本研究は、中国国家重点研究開発プログラム（2021YFA1302601号からC.J.）、国家重点実験室基金（SKLP-O202004からC.J.）、重点研究プログラム（BWS17J025から D.Y., C.J. ）により支援されています。機器のアクセスおよび技術サポートについて、National Center for Protein Science-Beijing (PHOENIX Center)の質量分析施設および動物実験プラットフォームに感謝します。
補足データ
ダウンロード .xlsx (.44 MB)
xlsxファイルに関するヘルプ
ダウンロード .xlsx (1.59 MB)
xlsxファイルに関するヘルプ
ダウンロード .xlsx (.08 MB)
xlsxファイルに関するヘルプ
ダウンロード .xlsx (.02 MB)
xlsxファイルに関するヘルプ
ダウンロード .xlsx (.02 MB)
xlsxファイルに関するヘルプ
ダウンロード .xlsx (.01 MB)
xlsxファイルに関するヘルプ
ダウンロード.pdf (3.22 MB)
pdfファイルに関するヘルプ
参考文献
フリッカー L.D.
タシマA.K.
ファキラA.K.
ホッホゲシュベンダーU.
ウェッツェル W.C.
デヴィ・L.A.
マウスの脳と下垂体における遺伝的に定義された細胞タイプの神経ペプチド解析。
細胞化学生物学. 2021; 28: 105-112 e104
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
ロマノワ E.V.
スウィードラーJ.V.
ペプチドミクスによる神経ペプチドとホルモンの探索と特性評価。
Trends in Pharmacological Sciences. 2015; 36: 579-586
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
ハモンA.B.
アマレ A．
スウィードラーJ.V.
質量分析による新しい無脊椎動物神経ペプチドの発見。
Mass Spectrometry Reviews. 2006; 25: 77-98
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
メリギA．
哺乳類CNSにおける神経ペプチドの貯留と共存。
Progress in Neurobiology. 2002; 66: 161-190
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
シャルマ D．
クマール K．
ビシュトG.S.
将来の治療薬としての神経ペプチドの可能性に関するミニレビュー。
International Journal of Peptide Research and Therapeutics. 2022; 28: 39
記事で見る
スコープス (1)
クロスリファレンス
Google Scholar
ホワイトJ.D.
神経ペプチドY：エネルギーホメオスタシスの中心的な制御因子。
レギュラトリーペプタイド 1993; 49: 93-107
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
Loh K.
ヘルツォーク H．
シー Y.C.
NPY系によるエネルギー恒常性の制御。
内分泌・代謝の動向: TEM. 2015; 26: 125-135
記事で見る
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
ウォーターソンマイケルJ．
ホーヴァスタマスL.
エネルギー恒常性維持の神経細胞制御。視床下部と摂食を越えて。
Cell Metabolism. 2015; 22: 962-970
記事で見る
スコープス (51)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
グーグルシュラー
サンチェス・グルマチェスJ.
タン・Y．
イェスパーセン N.Z.
ウォレス M．
マルティネス・カレジマンC．
グッジャ S．
リー H．
エドワーズ Y.J.K.
ウォルフラムC.
メタロ C.M.
ニールセン S．
シェーレ C．
ゲルティンD.A.
褐色脂肪AKT2は、ChREBPを介したDe Novo脂肪生成を刺激し、燃料貯蔵と熱発生を最適化する寒冷誘導型キナーゼである。
Cell Metab. 2018; 27: 195-209 e196
記事で見る
スコープス (105)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
カラギアンニデス I.
トーレスD.
ツェン Y.-H.
ボウC.
カルヴァーリョ E.
エスピノザ D.
ポトゥラキス C．
コッコトゥー E.
新規抗肥満ターゲットとしてのサブスタンスP。
Gastroenterology. 2008; 134: 747-755
記事で見る
スコープス (52)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
ベックB.
正常な食事と遺伝的および食事誘発性肥満における神経ペプチドY。
ロンドン王立協会の哲学的なトランザクション。シリーズB、生物科学。2006; 361: 1159-1185
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
リー・S.J.
サンチェス＝ワッツG.
クリーガー J.-P.
ピニャローザ A．
ノレル P.N.
コルテラA.
ペターセン K.G.
ヴルドルヤックD．
ヘイズ M.R.
カノスキー・S.E.
ランガンス W．
ワッツ A.G.
背内側視床下部GLP-1シグナル伝達の喪失は、BAT熱発生を減少させ、脂肪率を増加させる。
Molecular Metabolism. 2018; 11: 33-46
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
フィリパトス T.D.
パナギオトプールー T.V.
エリサフM.S.
GLP-1受容体作動薬の副作用。
Rev Diabet Stud. 2014; 11: 202-230
記事で見る
スコープス (145)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
ディーム・J.D.
フェイバーC.L.
ペダーセンC.
ファン・B.A.
ラーセンS.A.
オギモト K.
ネルソン J.T.
ダミアン V．
トランM.A.
パルミターR.D.
カイヤラ・K.J.
スカーレット・J.M.
ブルチャスM.R.
シュワルツM.W.
モートンG.J.
寒冷による食欲亢進には、マウスのAgRPニューロンの活性化が必要である。
Elife. 2020; 9e58764
記事で見る
スコープス (13)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
フェールト M．
スケルド K.
ノールマンM.
スヴェンソンM.
フェニョD.
Andren P.E.
SwePep, 内在性ペプチドと質量分析のために設計されたデータベース。
Molecular & Cellular proteomics : MCP. 2006; 5: 998-1005
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
リッパート K．
ケデンコL.
アントニエッリL.
ケデンコ I．
ゲマイヤーC．
ライトナーM．
カウツキー・ウィラーA.
パウルウェバー B．
ハックルE.
高齢者の糖代謝障害やメタボリックシンドロームと関連する腸内細菌叢の異常。
有益な微生物。2017; 8: 545-556
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
ファン Y.
ペダーセンO.
ヒトの代謝の健康と病気における腸内細菌叢。
ネイチャーレビューマイクロバイオロジー。2021; 19: 55-71
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
クレメンセン C．
ミュラーT.D.
ウッズ S.C.
ベルトゥード H.-R.
シーリーR.J.
ツェップ M.H.
代謝制御における腸と脳のクロストーク。
Cell. 2017; 168: 758-774
記事で見る
スコープス (157)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
シュバリエC．
ストヤノヴィッチ O．
コリン・D.J.
スアレス＝ザモラーノN.
タラロ V．
ヴェイラット＝ドゥレベックス C．
リゴ D．
ファビアーノ S．
ステヴァノヴィッチ A．
ハーゲマン S．
モンテット X．
セインビルY.
ザンボーニ N．
ハプフェルマイヤー S．
トラジコフスキー M.
腸内細菌叢は寒冷時のエネルギーホメオスタシスを制御している。
Cell. 2015; 163: 1360-1374
記事で見る
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
Ziętak M.
コヴァチェヴァ＝ダッチャリーP.
マルキエヴィッチL.H.
ストールマンM.
コザックL.P.
Bäckhed F.
寒冷曝露により変化した微生物叢は、食事誘発性肥満の減少に寄与する。
Cell Metabolism. 2016; 23: 1216-1223
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
ペリー R.J.
ペン・L.
バリー・N.A.
クライン・G.W.
チャン・D.
カルドンR.L.
ピーターセン K.F.
キビー・R.G.
グッドマンA.L.
シュルマンG.I.
酢酸はマイクロバイオーム-脳-β細胞軸を媒介し、メタボリックシンドロームを促進する。
ネイチャー（Nature）。2016; 534: 213-217
記事で見る
スコープス (756)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
ハママ S．
コバサM.
腸内細菌叢は無菌マウスにおける中枢神経ペプチドの欠損を回復させる。
International journal of molecular sciences. 2022; 23
記事で見る
スコープス (1)
クロスリファレンス
グーグルシュラー
スヴェンソン M．
スケルドK.
スヴェンニングソン P．
アンドレン P.E.
ペプチドミクスに基づく新規神経ペプチドの発見.
ジャーナルオブプロテオームリサーチ。2003; 2: 213-219
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
グーグルシュラー
チェ・エフ・ワイ
リム J.
パン H.
ビスワスR.
フリッカー L.D.
マイクロ波照射マウス脳と下垂体の定量的神経ペプチドミクス。
Molecular & Cellular proteomics : MCP. 2005; 4: 1391-1405
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
マクレーン B．
トマゼラD.M.
シュルマンN．
チェンバース M．
フィニー G.L.
フルーエンB．
カーン R．
タッブD.L.
リーブラーD.C.
MacCoss M.J.
Skyline：標的プロテオミクス実験の作成と解析のためのオープンソースドキュメントエディタ。
Bioinformatics (Oxford, England). 2010; 26: 966-968
記事で見る
スコープス (2980)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
チャン・パ
ウー X.
Liang S.
シャオ X.
Wang Q.
チェン R．
Zhu W.
シャオ・C．
ジン F.
Jia C.
マウスペプタイドームの動態から、プロバイオティクスによる腸-脳軸の調節が明らかになった。
サイエンスシグナリング。2020; 13
記事で見る
クロスレフ
Google Scholar
マゴッチ T．
サルツバーグ S.L.
FLASH: ゲノムアセンブリを改善するためのショートリードの高速長さ調整。
Bioinformatics (Oxford, England). 2011; 27: 2957-2963
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
カポラソ J.G.
クチンスキーJ．
ストンボー J．
ビッティンガー K．
ブッシュマンF.D.
コステロE.K.
フィエラー N．
ペーニャ A.G.
グッドリッチ・J.K.
ゴードン・J.I.
ハットリG.A.
ケリー S.T.
ナイツ D．
ケーニッヒ J.E.
レイ・R.E.
ロズポーンC.A.
マクドナルド D．
ミュゲB.D.
ピルルング M．
リーダ J．
セビンスキーJ.R.
ターンボーP.J.
ウォルターズW.A.
ウィドマン J．
ヤツネンコ T．
ザネベルト J.
Knight R.
QIIMEでハイスループットなコミュニティシーケンスデータの解析が可能になった。
Nature methods. 2010; 7: 335-336
記事で見る
スコープス（24645）
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
クアスト C．
プルエッセE.
ユルマズP.
ゲルケン J．
シュヴェール T．
ヤルザ P．
ペプリーズ J．
Glöckner F.O.
SILVAリボソームRNA遺伝子データベースプロジェクト：データ処理とウェブベースのツールの改善。
Nucleic acids research. 2013; 41: D590-596
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
ロズポーンC．
ナイト R.
UniFrac：微生物群集を比較するための新しい系統樹的手法。
Applied and environmental microbiology. 2005; 71: 8228-8235
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
Burbach J.P.
神経ペプチドの概念からオンラインデータベースへ
Eur J Pharmacol. 2010; 626: 27-48
www.neuropeptides.nl
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
サウジーB.R.
アマーレA．
ジマーマン・T.A.
ロドリゲス＝ザスS.L.
Sweedler J.V.
NeuroPred: 神経ペプチド前駆体の切断部位を予測し、得られるペプチドの質量を提供するツール。
Nucleic Acids Research. 2006; 34: W267-W272
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
グーグルシュラー
キム・ヤー
バーク・S．
フック V．
バンデイラ N.
NeuroPedia：神経ペプチドデータベースとスペクトルライブラリ。
Bioinformatics (Oxford, England). 2011; 27: 2772-2773
記事で見る
パブコメ
グーグルシュラー
Zhang J.
Xin L.
Shan B.
Chen W.
Xie M.
Yuen D.
Zhang W.
チャン・Z.
ラジョアG.A.
Ma B.
PEAKS DB：高感度で正確なペプチド同定のためのde novoシーケンス支援型データベース検索。
Molecular & Cellular proteomics : MCP. 2012; 11 (M111.010587)
記事で見る
スコープス（680）
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
キース・フランクリン, G. P. (2008) The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates, 3rd Edition Ed., アカデミック出版社

記事で見る
Google Scholar
ウォードマン J.H.
ベレズニウクI．
ディ・エス
タスカー J.G.
フリッカー L.D.
ProSAAS由来ペプチドは神経ペプチドYと共局在し、食物摂取の制御における神経ペプチドとして機能する。
PloS one. 2011; 6e28152
記事で見る
スコープス (37)
パブコメ
クロスリファレンス
グーグルシュラー
バーク Y．
ハオ・リーC.
羊下垂体からの新規生理活性ペプチドの単離と性質.
ジャーナル・オブ・バイオロジカル・ケミストリー。1964; 239: 1048-1052
記事で見る
パブコメ
アブストラクト
全文PDF
グーグルシュラー
ロッキー S.H.
ヘップナー・K.M.
チャウダリーN.
シャベンヌJ.R.
モーガンD.A.
ヴェイラット・ドゥレベックスC．
アナンタクリシュナンG．
ローナー・ジャンレノー・F．
ドラッカーD.J.
ディマルキR．
ラフムーニ K．
オールドフィールド B.J.
ツェップ M.H.
ペレス-ティルベD.
中枢神経系グルカゴン様ペプチド-1受容体シグナルによる褐色脂肪組織熱産生の直接制御。
Diabetes. 2012; 61: 2753-2762
記事で見る
スコープス (166)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
ルートヴィヒ・D.S.
トリトスN.A.
マスタイティスJ.W.
クルカルニR.
コッコトゥー E.
エルムクイスト J．
ローウェル B．
フリアー J.S.
マラトス-フライアE.
メラニン濃縮ホルモン過剰発現トランスジェニックマウスは、肥満とインスリン抵抗性をもたらす。
J Clin Invest. 2001; 107: 379-386
記事で見る
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
マーシャル・J.B.
カプカラL.P.
マニングL.D.
マッカロー A.J.
ラット膵臓小葉単離におけるコルチコトロピン様中間葉ペプチドの膵外分泌機能への影響．
The Journal of Clinical Investigation. 1984; 74: 1886-1889
記事で見る
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
クレイマン B．
ウィリアムズG．
ガテイM.A.（Ghatei M.A.
ブルーム S.R.
グルカゴン様ペプチド-1 7-36：ヒトにおける生理的インクレチン。
Lancet (London, England). 1987; 2: 1300-1304
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
アブストラクト
グーグルシュラー
マイスターB．
ホーカンソン M.L.
[オレキシン--食欲を刺激する新しい視床下部ペプチド］。
Lakartidningen. 1998; 95: 5885-5887
記事で見る
パブコメ
グーグルシュラー
シュワルツ M.W.
オレキシンと食欲。エネルギー恒常性維持の全体像が少し大きくなった。
Nature Medicine. 1998; 4: 385-386
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
グーグルシュラー
カルラ S.P.
ドゥベ M.G.
サフ A.
フェルプスC.P.
Kalra P.S.
食欲増進に伴い、室傍核で神経ペプチドYの分泌が増加する。
米国科学アカデミー紀要。1991; 88: 10931-10935
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
グーグルシュラー
ナバーロ V.M.
ルイズ・ピノ F．
サンチェス-ガリード M.A.
ガルシア＝ガリアーノ D．
ホッブス S.J.
マンフレディ＝ロザノM．
レオン S．
サンギアオ＝アルバレロス S．
カステラーノ J.M.
クリフトンD.K.
ピニラL.
スタイナーR.A.
Tena-Sempere M.
女性の思春期の制御におけるニューロキニンBの役割と代謝状態によるその調節。
The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 2012; 32: 2388-2397
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
グーグルシュラー
ヤン J.Y.
リー Y.S.
キム Y.
リー・S.H.
Ryu S.
Fukuda S.
Hase K.
ヤン C.S.
イム H.S.
キム M.S.
キム・エイチ・エム
アン・S.H.
Kwon B.E.
Ko H.J.
Kweon M.N.
腸内常在菌Bacteroides acidifaciensはマウスの肥満を防止し、インスリン感受性を改善する。
Mucosal immunology. 2017; 10: 104-116
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
渡邉美樹
ホーテンS.M.
マタキ C．
クリストフォレイトM.A.
キム・B.W.
サトウ・エイチ
メサデク・N.
ハーニーJ.W.
エザキ O.
コダマ T．
シュンヤンス K.
ビアンコ A.C.
Auwerx J.
胆汁酸は細胞内甲状腺ホルモンの活性化を促進することにより、エネルギー消費を誘導する。
Nature. 2006; 439: 484-489
記事で見る
スコープス (1582)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
マルティネス I．
ペルディカーロ・ディアハン・J．
ブラウン・アンドリュー・W.
ハモンズ S．
カーデントレバー・J．
カーティモシー・P．
エスクリッジケント・M．
ウォルター J.
ハムスターの腸内細菌叢の構成に影響を及ぼす可能性のある宿主コレステロール代謝の食事誘発性変化。
応用・環境微生物学。2013; 79: 516-524
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
スペンサーM.D.
ハンプ T.J.
リード・R.W.
フィッシャー・L.M.（Fischer L.M.
ツァイゼル S.H.
フォドーA.A.
ヒト消化管マイクロバイオームの組成とコリン欠乏症による脂肪肝の発症との関連性.
Gastroenterology. 2011; 140: 976-986
記事で見る
スコープス (436)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
チョン J.J.
Park H.J.
チャ M.G.
Park E.
ウォン・S.M.
ガネサンR.
グプタ H．
ゲブル Y.A.
Sharma S.P.
リーS.B.
クオン・G.H.
Jeong M.K.
ミンB.H.
ヒョンJ.Y.
Eom J.A.
Yoon S.J.
Choi M.R.
キムD.J.
Suk K.T.
プロバイオティクスとしての乳酸菌(Lactobacillus): 肝疾患を中心に.
Microorganisms. 2022; 10: 288
記事で見る
スコープス (11)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
ペネファーザーJ.N.
レッチ A.
キャンデナスM.L.
パタック E．
ピント F.M.
マギー C.A.
タキキニンおよびタキキキニン受容体：成長する家族。
ライフサイエンス。2004; 74: 1445-1463
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
ナバーロ V.M.
キスペプチンとニューロキニンBの相互作用。
アドバンス・エクスプ・メド・バイオロジー 2013; 784: 325-347
記事で見る
スコープス (51)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
スクワート I.E.
ナガーカールR.
エドワーズ M.C.
ロドリゲス・パリV．
アフラトゥーニアン A．
ベルトルド M.J.
キャンベルR.E.
ギルクリストR.B.
ベッグD.P.
ハンデルスマンD.J.
パドマナバンV．
アンダーソン R.A.
ウォルターズK.A.
ニューロキニン3受容体拮抗作用は、高アンドロゲンPCOSマウスモデルにおける主要な代謝特性を改善する。
Endocrinology. 2021; 162: bqab020
記事で見る
スコープス (10)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
カノスキー・S.E.
グリル・H.J.
海馬の食物摂取制御への寄与。ニーモニック、神経解剖学的、内分泌学的メカニズム。
Biological psychiatry. 2017; 81: 748-756
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
カノスキー・S.E.
ヘイズ M.R.
グリーンワルドH.S.
フォーティンS.M.
ジアネッシ C.A.
ギルバート・J.R.
グリルH.J.
海馬のレプチンシグナルは食物摂取を減少させ、食物関連記憶処理を調節する。
Neuropsychopharmacology. 2011; 36: 1859-1870
記事で見る
スコープス (113)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
スウィーニーP.
ヤン・ヤー
摂食を抑制する興奮性腹側海馬-外側中隔回路。
Nature communications. 2015; 610188
記事で見る
スコープス (94)
クロスレフ
Google Scholar
カルボ・オチョア E．
アリアス C.
インスリンシグナル機能障害による海馬の細胞・代謝変化と加齢による認知障害およびアルツハイマー病との関連：動物モデルでの研究。
Diabetes/metabolism research and reviews. 2015; 31: 1-13
記事で見る
スコープス (0)
パブコメ
クロスレフ
Google Scholar
ソト M．
Cai W.
コニシ M.
Kahn C.R.
海馬と扁桃体におけるインスリンシグナルは、代謝と神経行動を制御する。
Proc Natl Acad Sci U S A. 2019; 116: 6379-6384.
記事で見る
スコープス (94)
パブコメ
クロスリファレンス
Google Scholar
バンデイラ N.
ドイチュ E.W.
コールバッハーO.
マルテンスL.
Vizcaíno J.A.
敏感なヒトプロテオミクスデータのデータ管理。現在の実践、推奨事項、および将来の展望。
Molecular & Cellular Proteomics. 2021; 20100071
記事で見る
パブコメ
アブストラクト
全文表示
全文PDF
Google Scholar
記事情報
出版履歴
受理されました。2023年3月1日
改訂版として受理された。2023年1月21日
受領しました。2022年10月8日
パブリケーションステージ
In Press Accepted Manuscript
フットノーツ
インブリーフステートメント

寒さに応答する脳内ペプチドと腸内微生物の相互作用を調べるため、寒冷曝露マウスモデルを用いて、脳内ペプチドームの領域分解可能な定量プロファイリングを実施した。ProSAAS由来のペプチドは、乳酸菌と正の相関を示した。視床下部-下垂体軸は、敏感な反応を示した。マウスに寒冷適応微生物群を介入させると、視床下部のニューロキニンBの量が減少し、その後、エネルギー消費の変化に寄与した。本研究は、寒冷曝露によるエネルギー恒常性調節機構を理解するためのデータ資源を提供するものである。

同定について
DOI: https://doi.org/10.1016/j.mcpro.2023.100525

著作権について
© 2023 the authors. 米国生化学・分子生物学会の委託によりエルゼビア社より発行された。
ユーザーライセンス
クリエイティブ・コモンズ表示（CC BY 4.0）｜情報アイコンを再利用するには？
サイエンスダイレクト
ScienceDirectでこの記事にアクセスする
数値
図のサムネイルfx1
グラフィカルアブストラクト
図版サムネイルgr1
図1寒冷曝露したマウスの表現型変化と脳内ペプチドの同定。(A)マウスを寒冷曝露した際のワークフロー。(B,C）体重と摂餌量。左のパネルは時間経過値、右のパネルは28日間の平均値または累積値を示す。統計解析は、左のパネルでは二元配置のANOVAを、右のパネルでは両側無対称のstudent t testを用いて行った。** p < 0.01, *** p < 0.001. 平均値±SD。(D）エネルギーホメオスタシス (E) 3つの領域における脳内ペプチドの分布。棒グラフは、各脳領域における同定ペプチド（上段）および成熟ペプチド（中段）の数を示している。複数の領域に存在するペプチドのサブセットは、マトリックス（下段）に記されている。円グラフは、1つ、2つ、3つの脳領域に局在する同定脳ペプチドのパーセンテージを表示する。詳細な情報は、Data file S1に記載されている。1ケージに2匹のマウス。RT、室温。ACE、急性寒冷曝露。CCE、慢性寒冷曝露。
図のサムネイルgr2
図2寒冷曝露により脳内ペプチドーム組成が変化する。(A)海馬、(B)視床下部、(C)下垂体のペプチドームの低温暴露下でのPCAプロット。(D) 各グループの中心値を示すペプチドームのみのPCAプロット。(E)海馬、(F)視床下部、(G)下垂体における存在量変化ペプチドの2層ボルカノプロット。Benjamini-Hochberg校正を用いた両側不同の学生t検定。(H) 寒冷暴露下で存在量が変化したペプチドの数を示すレーダー図 n = 9または10各グループ。詳細な情報はデータファイルS2に記載されている。CPON、NPYのCフランキングペプチド、MCH、メラニン濃縮ホルモン、GLP-1［7-36］、グルカゴン様ペプチド-1［7-36］。
図のサムネイルgr3
図3視床下部と下垂体における寒冷曝露によるペプチドームの変化。(A)視床下部および(B)下垂体において、慢性的な寒冷曝露により存在量が変化したペプチドを示すヒートマップ。CCE群で特異的に変化したペプチドをボックスで囲んだ。一元配置分散分析（One-way ANOVA）、p < 0.05. 詳細な情報は、データファイルS3に示す。(C) 視床下部と下垂体における上位5つのペプチドファミリー。(D)視床下部および(E)下垂体における、慢性低温曝露下で存在量が変化した成熟ペプチドのスクリーニング曲線（CCE/RTのp値は0.05未満）。Benjamini-Hochbergキャリブレーションを用いた両側対のない学生t検定。詳細な情報は、データファイルS4に示す。(F) 視床下部と下垂体における存在量変化ペプチドのスピアマンの相関係数（r）のマトリックスを示すヒートマップ、少なくとも1つのペプチドについてr < -0.6またはr > 0.6 n = 9または10各グループ。詳細情報はデータファイルS5に示す。
図のサムネイルgr4
図4寒冷曝露による腸内細菌叢の構成要素の変化。(A) 寒冷曝露による腸内細菌叢の変化を示す重み付けOTUに基づくPCoAプロット。(B)ファミリーおよび(C)属のレベルで、寒冷曝露によって変化したマイクロバイオームの相対的存在量を示す棒グラフ。寒冷曝露により変化した微生物を(D)科と(E)属のレベルで示す列散布図。両側無対称のstudent t test。* p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001. 平均値±SD。n = 9または10各グループ。
図のサムネイルgr5
図5乳酸菌は視床下部のペプチドの存在量を変化させる。(A）視床下部と下垂体の存在量が変化したペプチドと5つの変化した微生物属とのそれぞれのスピアマンの相関係数（r）の行列を示すヒートマップ。 r < -0.6 または r > 0.6 で5つの微生物属のうち少なくとも1つが変化した。詳細は、データファイルS5に示す。(B）ラクトバチルス属の相対的存在量に対するPEN18およびPEN19の存在量の関係を示す散布図である。(C) L. fermentum NS 9を1ヶ月間経口投与した後のPEN 18、PEN 19およびCLIPの強度を示すカラムプロットである。両側無対称のstudent t test, * p < 0.05. 平均値±SD。n＝7または8各群。
図のサムネイルgr6
図6糞便介入とニューロキニンB注射が代謝過程に及ぼす影響 RTマウスまたはCCEマウスから得られた糞便懸濁液で処理したマウスの（A）熱産生および（B）RERの値を示すカーブプロット。IGにより1匹あたり600μL。RT糞便処理ではn＝3、CCE糞便処理ではn＝4。(C）糞便介入後の視床下部における標的ペプチドの変化を示す列プロット。n＝5。詳細はデータファイルS6に示す。 D）ニューロキニンBまたは生理食塩水で処理したマウスの熱産生およびRERの値を示すカーブプロット。ICVにより動物あたり10μg。曲線図は反復測定二元配置ANOVA、列挙図は両側非対称学生t検定。* p < 0.05, ** p < 0.01, ns non-significant。平均値±SD、各群n = 6。RER、呼吸交換比。
図のサムネイルgr7
図7寒冷曝露に伴う神経ペプチドと微生物叢の相互作用を示す模式図。寒冷曝露により、マウスの寒冷適応腸内細菌叢の形成が促進され、その後、視床下部のニューロキニンBの発現が抑制され、エネルギー消費の燃料源が脂質からグルコースへと移行する影響を受ける。NKB、ニューロキニンB。
関連記事
ホーム
論文・書籍
プレスの論文
2021年問題
現在のボリューム
巻頭特集一覧
レビューとミニレビュー
特集
仮想問題
エディトリアル
INFO FOR
著者紹介
レビュアー
広告主様
パーミッション
原稿の提出
ガイドライン
プロテオーム同定
クリニカルプロテオミクス
グリコミック研究
ターゲットプロテオミクス
データ非依存型アクイジション
注釈付きスペクトルへのアクセスの提供
よくある質問
CONTACT US
お問い合わせ先
ジャーナル・インフォメーション
2023 メディアキット
雑誌について
オープンアクセスについて
オンラインアクセスを有効にする
編集委員会
リプリント
新着コンテンツアラート
研究論文
その他のASBMB出版物
ジャーナル・オブ・バイオロジカル・ケミストリー
脂質研究会誌
ASBMB Today
サブミット
アズビームアズビームアズビームアズビーム

プライバシーポリシー利用規約アクセシビリティエルゼビアのヘルプ＆コンタクト

RELX