一般社団法人日本科学飼料協会及びその会員は、「私的独占の禁止及び公正取引の確保に関する法律」等のコンプライアンス（法令順守）の重要性を認識し、こ

れを推進してまいります。

第 462 回月例研究会資料

発達初期の栄養による生涯にわたる影響：DOHaD とエピジェネティクス 講演の概要

低体重で生まれた子供は成人後に心血管障害で死亡する率が高いというデータが示されて以来、「胎芽期・胎生期から出生後の発達期にお

ける種々の環境因子が、成長後の健康や種々の疾病発症リスクに影響を及ぼす」という概念、すなわち Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD)仮説に対する多くの証拠が蓄積されてきました。ヒトでの証拠に加えて様々な動物モデルでの実証も行われて、そ

のメカニズムの解析も進んでいます。DOHaD の主要な機構のひとつは染色体の修飾、すなわちエピジェネティックな変化と考えられて

います。今回は、まず DOHaD の概念が形成された過程や確立されてきた状況を概説します。さらに私たちが取り組んできた DOHaD モ

デルとして、妊娠中の母ラットが低タンパク質食を摂取した際に仔に生じる血圧の上昇（食塩感受性上昇）のメカニズムなどについて紹

介します。その中で、ゲノムワイドな DNA メチル化解析の結果なども併せて紹介します。また、授乳期にアルギニンを過剰に摂取した

場合の仔は、高脂肪食摂取に対して脂肪蓄積が増加する現象も発見しました。 後半では、この DOHaD の現象を畜産においてどのように活用することが考えられるかについても議論したいと思います。畜産分野で

DOHaD の負の側面が発現しないようにすることも重要ですが、逆に積極的に活用してポジティブな効果を引き出すことも可能と考えら

れます。

令和元年 9 月 26 日

国立大学法人東京大学大学院 農学生命科学研究科 特任教授 加藤久典

加藤久典東京大学大学院農学生命科学研究科

1

2019年9月26日

第462回月例研究会

日本科学飼料協会

Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD)とは、胎芽期・胎生期から

出生後の発達期における種々の環境因子が、成長後の健康や種々の疾病発症リスクに影響を及ぼすという概念

DOHaDについて

出生時体重 (ポンド）

虚血

性心

疾患

によ

る死

亡率

女 性 男 性

Osmond C, Barker DJP. et al. BMJ. 1993;307:1519-24.

2500g

重い

2500g

出生体重と虚血性心疾患による死亡率の関係

Painter, R. C.,T. J. Roseboom and O. P. Bleker. Repro Toxicol, 20, 345-352 (2005).

オランダ飢餓の冬事件からわかったこと

妊娠中の各時期における飢餓が長期にわたって子に及ぼす影響

飢餓への暴露の時期

妊娠初期 妊娠中期 妊娠後期

糖代謝異常 糖代謝異常 糖代謝異常

脂質代謝異常 腎機能異常

血液凝固 閉塞性気道疾患

肥満（女性）

ストレス過敏

冠動脈性心疾患

乳ガン

生活習慣病高 血 圧糖 尿 病

肥 満

<胎児期> <乳幼児期><成人期>

David Barker博士

遺伝的要因

高脂肪食、食塩過剰食、運動不足などの生活習慣

母体の栄養摂取

母体の構成成分

胎 盤

心血管障害

Developmental Origins of Adult Health & Disease (DOHaD)

（当初は「成人病の胎児期発症起源説」）

プログラミングエピジェネティックな変化

出典）http://www2.ttcn.ne.jp/~honkawa/2246.html

低出生体重児の増加

妊娠中の栄養管理について

出産までの体重の増加が大きすぎると、妊娠中毒症や妊娠糖尿病のリスク増加

８ｋｇ増程度に抑えるべき（？） 「小さく産んで大きく育てる」

低体重児の増加（1993年6.8％→2003年9.1％）

低体重児→肥満、高血圧、糖尿病のリスク増

2006年厚労省「妊産婦のための食生活指針」（「やせ」の人で9～12kg、「ふつう」の人で7～12kgを推奨）

妊婦さんのスリム嗜好

子宮内胎児発育遅延ラット (Diabetes, 50, 2279-86, 2001)

２ 胎生期の低栄養環境と仔の肥満

３ 低タンパク曝露による高血圧の発症

１ 妊娠期間中の栄養制限と仔ラットの耐糖能異常

４ 低タンパク曝露と食塩感受性（SHRSP)

栄養と胎児期プログラミング動物実験からの証明の例

栄養制限（妊娠後期） （Cell Metabolism, 1, 371-8, 2005）

（Clin.Sci.(Lond), 86, 217-22, 1994）

(J. Nutr. Biochem. 23, 892-9, 2012)・・・

虚血性心疾患

Ⅱ型糖尿病

本態性高血圧

肥満脳梗塞

脂質異常症

血液凝固能亢進

神経発達障害

低出生体重との関連性が強い疾患

このようなことが｢何故｣おこるのか

妊娠中 出生後

低栄養

低タンパク質

飽食 (過栄養)

高エネルギー食, 脂肪, 食塩

倹約型のプログラミング

胎児期に形成された代謝系に適応できない

肥満, 糖尿病, 高血圧

DNA

ヒストン

DNA修飾（メチル化）

ヒストン修飾（メチル化、アセチル化リン酸化）

遺伝子発現の変化

食

エピジェネティクスについて

11

Epigeneticsとは？

Epi = 「上」、「外がわ」、「間」、「追加して」

Genetics = 遺伝学

Epi?

エピパン麦の穂

例：エピネフリン = 腎臓の上の臓器（副腎）から出るもの

「上」：epidermis、epilogue「間」：episode、epidemic

CH

HH

CH

HH

C O

POH

OHO

O

DNAやヒストンを修飾する主な“基”

メチル基 アセチル基 リン酸基

Ｍｅ

Me化シトシン

DNAとシトシンのメチル化

CGと並んでいる場合にCがメチル化され得る

ヒドロキシメチル化シトシン

Guo et al., Gene 570, 17 (2015)

Nature Structural & Molecular Biology 14, 1008 - 1016 (2007)

H3K9 Me →転写抑制

H3K4 Me →転写促進例

ヒストンの修飾

New York Academy of Science, Meeting Report 2011

クロマチンの開いた構造と閉じた構造

転写が行われやすい 転写が行われにくい17

18

ヒストンのアセチル化と脱アセチル化

Shneider et al, Neurotherapeutics, 10, 568 (2013)

メチル基供与と硫黄転移サイクル

S-アデノシルメチオニンテトラヒドロ葉酸

Langley and Jackson, Clinical Science 86, 217 (1994)

妊娠期間の摂取タンパク質レベル

18％ 12％ 9％ 6％仔ラットの血圧（９週齢）

137mmHg 152mmHg 153mmHg 159mmHg

妊娠中のWistarラットにタンパク質が少ない餌を与えた際の仔ラットの血圧

脳卒中易発症性高血圧自然発症ラットSpontaneously Hypertensive Stroke Prone Rat

週 齢

120

160

200

240

280

320

360

4 8 12 16 20 24

血圧

(mm

Hg)

WKY

SHRSP

SHR

SHRSP

１６０

１２０

２００

２４０

２８０

３２０

３６０

４ ８ １２ ２０１６ ２４

血圧

（m

mHｇ）

週齢

血圧

(mm

Hg)

*p<0.05 vs.対照群

* *

*

0

25

50

75

100

0 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

生存

率(%

)

対照群平均寿命 : 135日

低タンパク質群平均寿命 : 113日

妊娠中の低タンパク質食摂取が仔ラットの食塩感受性と寿命に及ぼす影響

実験スケジュール対照群（通常食）

妊娠期間中

低タンパク食群

水道水

妊娠 出生

食塩水

11週齢

年齢（週） 年齢（週）

22

遺伝子

タンパク質

ゲノミクスエピゲノミクス

トランスクリプトミクス

プロテオミクス

メタボロミクス

転写産物

転写

代謝産物

酵素反応

翻訳、修飾

（RNA）

食品

２万数千種の遺伝子

遺伝子多型（SNP）DNAの修飾

mRNA, ncRNA（miRNA等）

タンパク質の量、構造、活性タンパク質間相互作用など

各種代謝物の総合的状態

食品の機能の徹底的解明

栄養素や非栄養成分・それらの相互作用 腸内細菌 メタゲノミクス

腸内(非腸内）細菌叢

生体内の分子・情報

各オミクス

ニュートリゲノミクス食べ物の影響を網羅的に調べる

Gene Symbol Gene Title

Slco1a1 solute carrier organic anion transporter family, member 1a1

Atp1a1 ATPase, Na+/K+ transporting, alpha 1 polypeptide

Fga fibrinogen, alpha polypeptide

Kng1 / Kng2 kininogen 1 / 2

Npas2 neuronal PAS domain protein 2

母および祖母タンパク質制限群で共通して変動した遺伝子

遺伝子リスト

水道水

MPR854

GPR1045

335

vs. 水道水摂取Cont

MPR4っっｚ64

GPR421

141

vs. 食塩水摂取Cont

食塩水

1415335

アンジオテンシン変換酵素（ACE）

アンジオテンシンI

アンジオテンシンII

アンジオテンシノーゲン

受容体type2(AT2)

受容体type1(AT1)

キニン

キニノーゲンレニン前駆体

ブラジキニン受容体

キニン代謝物PKC活性化NO、PGｓ放出

血管拡張Na排泄

レニン

カリクレイン

血管収縮

Na再吸収促進

アルドステロン分泌

血管弛緩

心肥大抑制

臓器障害（腎）で発現上昇

レニン-アンジオテンシン系（RAAS）とカリクレイン-キニン系(KKS)

MPR MPR MPR MPR

アンジオテンシン受容体２の量の検討

•腎臓DNAをバイサルファイト反応に供す

ＣＧ ＵＧ ＣＧ ＣＧ

•PCRによりAgtr2プロモーター領域を増幅

ＭｅＭｅ

Agtr2プロモーター領域のメチル化解析

Agtr2 ＋1 ＋41 ＋199 ＋259

－266 －62 ＋73

Ｃ Ｇ Ｃ ＧＣ Ｇ

＋1

Ｃ Ｇ

(N=3)

• PCR増幅断片をクローニング（n=10-15）

• 各クローンをシークエンス

• QUMA（QUantification tool for Methylation Analysis ）を用いメチル化されたシトシンの割合を算出

http://quma.cdb.riken.jp/top/quma_main_j.html

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Water Salt0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1 2

腎臓におけるＡＴ2Ｒタンパク質発現

**

*

100

80

60

40

20

120

140

160

180

0

(n=4-6) *p＜0.01 means+S.D.

メチル化の割合（－266）

60

50

40

30

20

70

80

90

100

10

0

Me化

割合

（％

）

(n=3) means+S.D.

Agtr2のメチル化と受容体量の関係

メチル化によりAT2R発現が抑制ではなく活性化される可能性を示す

Rela

tive

Val

ue

Cont MPR Cont MPR

Water Salt

Cont MPR Cont MPR

Water Salt

解析対象となったCpG箇所の総数＝33,930,370 ↓

CpG island領域毎にCのメチル化レベルをもとに統計的（ P<0.01）な基準で抽出＝5336↓

メチル化度合に２５％以上差がある箇所＝1025（近傍には23遺伝子）

CpG island領域毎に統計的に解析

GENEmRNA

CDSCpG island

メチル化状態(20C群)

メチル化状態(９C群)

メチル化割合(20C群)

メチル化割合(９C群)

メチローム解析

No. Chr. Feature Description Orientation #1 1 Irx2 Iroquois related homeobox 2 overlapping 362 1 Zfp787 zinc finger protein 787 overlapping 393 1 Nkpd1 Protein Nkpd1 overlapping 114 1 Clasrp CLK4-associating serine/arginine rich protein overlapping 365 1 RYR1 Ryanodine receptor 1 overlapping 276 1 Olr1768 olfactory receptor Olr1768 upstream 1207 1 Dusp8 dual specificity protein phosphatase 8 overlapping 338 3 Sdccag3 serologically defined colon cancer antigen 3 overlapping 69 3 Inpp5e Protein Sec16a upstream 3

10 3 Pmpca mitochondrial-processing peptidase subunit alpha overlapping 111 3 Kcns1 Potassium voltage-gated channel subfamily S member 1 overlapping 7412 5 Dmrta2 doublesex- and mab-3-related transcription factor A2 overlapping 2113 6 Pomc pro-opiomelanocortin precursor overlapping 814 6 Bcl11b B-cell lymphoma/leukemia 11B overlapping 6

15 7 Lingo3 leucine-rich repeat and immunoglobulin-like domain-containing nogo receptor-interacting protein 3 precursor overlapping 46

16 7 Fam108a1 Abhydrolase domain-containing protein FAM108A overlapping 2217 7 Cacng2 Voltage-dependent calcium channel gamma-2 subunit upstream 2918 9 RGD1561662 Protein RGD1561662 overlapping 1319 14 Gal3st1 galactosylceramide sulfotransferase overlapping 4420 19 Ptger1 Prostaglandin E2 receptor EP1 subtype overlapping 1821 19 Chst5 carbohydrate sulfotransferase 5 overlapping 2022 20 Foxo3 forkhead box protein O3 overlapping 2023 X Dmrtc1b No description upstream 8

#：抽出されたCpG部位の数を示している。*： CN-S個体と比較して、LP-S個体でメチル化割合が増加していた（↑）、または減少していた（↓）かを示した。

31

腎臓を用いたメチローム解析より絞り込んだ候補遺伝子

腎臓でNa＋保持に関与するプロスタグランジンE2レセプターをコードしている

Ptger1遺伝子内の変化が含まれていた

ヒストン修飾の解析法

（DOJINDO社カタログ）小社では、特に遺伝子発現の促進・抑制に関わる5 種の修飾ヒストンを検出するためのキットをご用意しました。

胎児期 新生児期 成人期

誕生 離乳

幼児期

低タンパク質食

アンジオテンシン受容体（副腎）摂食調節ホルモン（脳）レプチン（脂肪組織）LXR（肝臓）HNFR, PPAR, GR（肝臓）

高脂肪食

ドーパミン（脳）Cdkn1a（肝臓）

低栄養

IL10、ABCA1、IGF2などHNF4RXRα、eNOSPdx1（膵臓）Glut4（筋肉）IGF1（肝臓）PPARγ （肺）

過栄養

摂食調節ホルモンPOMC（脳）レプチン（脂肪組織）インスリン受容体（脳）TACSTD2

高脂肪食

神経伝達システムの遺伝子（脳）孫での様々な遺伝子（膵臓）

カロリー制限

RUNXATP10A、WT1、TNFα

（脂肪組織）hTERTSirt1関連の変化；FOXO、

PGC1a, HDAC1

緑色はメチル化の変化紫色はヒストン修飾の変化

下線はヒト（白血球など）での結果、それ以外は実験動物

特定の時期の栄養によるエピジェネティックな変化が報告されている遺伝子の例

Jiménez-Chillarón他、Biochimie 94, 2242-2263 (2012)より改変

アルギニンの生理作用

・一酸化窒素（NO）の前駆体・インスリン分泌刺激・ポリアミンの合成

・クレアチンの合成

・免疫機能の改善

・成長ホルモン分泌促進

J Nutr. 2004;134:625-30.

ミルクへのアルギニン添加が子豚の成長に及ぼす影響

アルギニンによる成長促進作用

アルギニンは授乳期の子豚の成長を促進させる

授乳期のアルギニン添加食の給餌は内臓脂肪量を増加させた

CN Arg高脂肪食

CN Arg通常食

***

Visc

eral

fat w

t.(g)

内臓脂肪重量

3wks

15%タンパク質食15%タンパク質食

出生 6wks 12wks

２％アルギニン添加食

対照群（CN)高脂肪食群（HF)アルギニン群（Arg)

アルギニン‐高脂肪食群(Arg-HF)

<授乳期> <成人期>

高脂肪食

肥満高血糖

<妊娠期>

肥満やインスリン抵抗性を発症しやすい体質が授乳期にプログラムされ、その影響は成長後も続いた

授乳期にアルギニン強化飼料をラットに与えると、成長後に肥満やインスリン抵抗性が生じた

アルギニン添加食

肥満インスリン抵抗性が

プログラム