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肥満男性における食習慣改善および有酸素性運動が血中アミノ酸に及ぼす影響

妙圎園, 香苗 筑波大学 DOI:10.15068/00160607

2020.07.27

概要

1-1 本研究の背景
　医学誌Lancetに掲載された報告によると、「現在、世界人口の約3分の1である21億人が、過体重または肥満であり、過去30年間で減量に成功した国はない」ということが述べられている(Ng et al., 2014)。我が国においても過去40年間で肥満者の割合は増加し続けており、現在も女性の5人に1人、男性の3人に1人が肥満であるとされている(厚生労働省, 2017)。肥満は、太りやすさなどの遺伝的要因に加えて、食習慣の乱れや運動不足、喫煙などの生活習慣の悪化により、糖尿病、脂質異常症、高血圧などの生活習慣病の発症・進行につながることが報告されている(Hamano et al., 2017; Lamon-Fava et al., 1996; Matsuzawa et al., 2011; 厚生労働省, 2011; 三浦, 2012)。さらに、生活習慣病は動脈硬化を促進し、その後の脳卒中、心筋梗塞などの心血管疾患の原因であることが明らかにされていることから(Hubert et al., 1983; Manson et al., 1990)、重篤な疾患に罹患する前に、肥満を予防・改善することが我が国における喫緊の課題である。
　肥満に対する減量方法として、外科的手術による減量と生活習慣改善による減量がある(日本肥満学会, 2016)。外科的手術は、BMI(body mass index)≥35kg/m2の高度肥満者、もしくは、BMI≥32kg/m2かつ糖尿病または糖尿病以外に二つ以上の肥満関連障害を有する者が適応となる方法である。内科的治療による減量とその維持が極めて難しい場合に、胃バインディング術や胃バイパス術などの術式を実施することにより、減量に対して高い効果があるというコンセンサスが得られている。一方、生活習慣改善による減量は主に食習慣改善と有酸素性運動が有効であるとされている。肥満症治療ガイドライン2016では、肥満症の治療は食事療法（食習慣改善）を基本としており、食事療法を実施することで内臓脂肪の減少が得られ、肥満に伴う健康障害の改善が期待できることが記されている。また、運動療法（主に有酸素性運動）も減量および肥満予防に有用であること、減量後の体重の維持に有用であることが記されている(日本肥満学会, 2016)。体重の減少を目的とした場合、エネルギー収支のマイナスが大きい食習慣改善が減量方法の第一選択となることが通例である。我々のグループの先行研究においても、同一期間での食習慣改善と有酸素性運動における体重減少量を比較すると、有酸素性運動よりも食習慣改善の方が大きいこと、両者を併用することで相加的に体重減少できることを報告している(Maeda et al., 2015; 膳法ら, 2014)。しかしながら、筋量に着目すると、多くの先行研究で、食習慣改善に伴い筋量が減少することが報告されている一方で、有酸素性運動では筋量が維持できる可能性が報告されている(Kim et al., 2017; Ross et al., 2004)。これらの違いを説明する要因として体タンパク質分解が関与している可能性がある。エネルギー制限を伴わない有酸素性運動では、エネルギー不足が生じにくい一方で、食習慣改善では、必要エネルギー不足により、体タンパク質を分解し、糖新生によりエネルギーを補填しているため筋量が減少すると考えられる。しかしながら、先行研究の多くは、DEXA(dual-energy X-ray absorptiometry)法やインピーダンス法により筋量が減少していることを報告しているものが多く、体タンパク質分解が生じているか否かまでは言及されていない(Kim et al., 2017; Ross et al., 2004)。根本的な代謝異常状態を改善するためには、体タンパク質分解を抑制することが重要であると考えられる。
　ヒトのタンパク質を構成しているのはアミノ酸である。食事性のタンパク質は消化吸収されアミノ酸となり、細胞や血液中に存在するアミノ酸プールへ蓄えられる。蓄えられたアミノ酸は、体タンパク質合成と体タンパク質分解を繰り返し、不要なタンパク質は排泄される。この生体機能により、ヒトのアミノ酸バランスは一定にコントロールされていることが明らかにされている(Nishioka et al., 2013)。早朝空腹時では、採血日が異なっても、同一アミノ酸であればその濃度にほとんど変化はなく、高い恒常性が維持されていることが知られている(安藤, 2007)。しかしながら、疾患に罹患することで代謝、免疫、生体調節機能の変化が生じ、消費されるアミノ酸や多く生成されるアミノ酸が存在するため、血液中のアミノ酸濃度バランスが変動する。実際に、肝疾患や糖尿病など様々な疾患において、分岐鎖アミノ酸や芳香族アミノ酸などの血中アミノ酸濃度が変動することが報告されている(Hong et al., 1998; Plauth et al., 1990; Watanabe et al., 1984; Wang et al., 2011; Weinlich et al., 2007)。この疾患に伴う血中アミノ酸の病態特定的な変化を見ることで、現在の健康状態や病気の可能性を明らかにできることが報告されている(Noguchi et al., 2006)。このことから、血中アミノ酸濃度は、代謝異常を反映するバイオマーカーとして広く用いられている。
　血中アミノ酸濃度が増加する体タンパク質分解のトリガーは、糖取り込み障害であることが明らかにされている。特に健常人と比較してインスリン抵抗性の者で、骨格筋における糖取り込み量が半減していることが示されていることから、骨格筋におけるインスリン抵抗性の進展を抑制することにより、体タンパク質分解が抑制でき、血中アミノ酸濃度の変動を抑制できる可能性がある。また、多くのアミノ酸は肝臓で代謝されるが、分岐鎖アミノ酸(branched-chain amino acid:BCAA)の主要代謝臓器は骨格筋である。BCAAの代謝酵素はその多くが骨格筋で発現し、BCAAは主に骨格筋で代謝されるため、骨格筋機能と関連する。このBCAAは、標準体重者と比較して肥満者において高値を示すことが報告されている(Kamaura et al., 2010; Newgard et al., 2009; Yamakado et al., 2012; Zhou et al., 2013)。また、Wang et al.(2011)は、肥満者における12年間の追跡調査から、ベースラインにおける血中BCAA濃度が高値の者（第4四分位）は、それらの血中濃度が低値の者（第1四分位）と比較して、2型糖尿病の発症リスクが約3倍高いことを報告している(Wang et al., 2011)。さらに、この関係は空腹時血糖値やHOMA-IR(homeostasis model assessment for insulin resistance)など、その他の交絡因子に独立して得られていることから、BCAAの血中濃度の上昇は、2型糖尿病発症の重要な予測因子であると考えられている。加えて、BCAAの一種であるバリンの中間代謝物である3-HIB(3-hydroxyisobityrate)は、バリン分解経路にて産生され、その一部が血中に放出される(Jang et al., 2016)。BCAAおよび3-HIBは体タンパク質分解経路が亢進するインスリン抵抗性を反映して血中で高値を示すこと、さらに、3-HIB自体がインスリン抵抗性の進展に関与する骨格筋内への脂肪酸取り込みを促進する作用を持つことも明らかにされている(Jang et al., 2016)。これらのことから、血中BCAA濃度および血中3-HIB濃度の上昇は、体タンパク質分解を反映し、さらに、血中3-HIB濃度の上昇はインスリン抵抗性と関連すると考えられる。このことから、肥満者において血中アミノ酸濃度を評価し、代謝機能を網羅的に把握することは、のちの様々な疾患リスクを評価し、予防するために重要であると考えられる。
　これまでに、高度肥満者（BMI≥35kg/m2）を対象とした外科的手術（胃バイパス術など）による減量後に、血中アミノ酸濃度は変動することが報告されている(Laferrere et al., 2011; Lips et al., 2014; Magkos et al., 2013; Tan et al., 2016)。生活習慣病リスクの高い肥満者の生活習慣病予防法の基本として推奨されているのは、食習慣改善や定期的な有酸素性運動であるが(日本肥満学会, 2016)、そのような生活習慣の改善介入が肥満者の血中アミノ酸濃度に及ぼす影響に関しては、介入期間や介入方法の相違により一定の見解が得られていない(Kamaura et al., 2010; Tochikubo et al., 2016)。さらに、食習慣改善と有酸素性運動のそれぞれが血中アミノ酸に及ぼす影響を検討した報告は少なく、どの介入方法が血中アミノ酸の変動を改善するために効果的であるか、効果に違いがあった場合、違いを生じさせる要因が何であるかは全く明らかにされていない。したがって、本研究では、我々のグループの先行研究において、高い減量効果が認められている食習慣改善や有酸素性運動が血中アミノ酸に及ぼす影響を検討することとした。

1-2 本研究の仮説
　本研究では、「肥満男性における食習慣改善および有酸素性運動による生活習慣改善により血中アミノ酸濃度は変動する。さらに、有酸素性運動単独介入で血中BCAAおよび3-HIB濃度は低下する。」と仮説を立てた。


1-3 本研究の目的
　本研究では、肥満男性における食習慣改善および有酸素性運動の併用介入、またはそれぞれの単独介入が血中アミノ酸に与える影響を検討することを目的とした。

1-4 本研究の意義
　食習慣改善および有酸素性運動の併用介入および各単独介入が肥満者における血中アミノ酸に与える影響を明らかにすることは、肥満者を対象とした科学的根拠に基づく食事療法や運動療法の確立に貢献すると考えられる。さらに、血中アミノ酸に着目して介入効果を検証することは、これまでに例がなく、生活習慣改善の効果に新たな側面を提示することが期待される。

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