運動時の脳グリコゲン代謝を支える分子基盤の解明

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低血糖を伴う長時間運動時に皮質、海馬、視床下部、小脳、脳幹など運動に関与するとされる脳部位のグリコゲンが約50%減少し、それは運動時の中枢疲労の要因となる（Matsuiら、J Physiol、2011; 2012）。しかしながら、運動時の脳グリコゲン分解の分子基盤は不明のままである。低血糖はそれ自体が脳グリコゲン減少を引き起こすことから、低血糖を伴う長時間運動は運動時の脳グリコゲン利用の分子基盤を検討する実験モデルとしては適さない。そこで本研究では、低血糖を伴わないラット運動モデルを用いることで、運動時の脳グリコゲン利用の分子基盤を明らかにすることを目的とした。その結果、低血糖を伴わない30分間の低強度運動時に海馬グリコゲンが減少し、同時に増加した海馬のドーパミン神経活動と負の相関を示した。これは、運動時の脳では低血糖と無関係にドーパミン作動性機構を介してグリコゲン利用が生じる可能性を示唆する。しかしながら、ドーパミンが哺乳類の脳でグリコゲン分解に関与することは知られていない。そこでドーパミンをラット海馬に直接投与したところ、濃度依存的に海馬グリコゲンが減少した。これは、ラットのアストロサイト一次培養モデルでも再現された。最後に、低強度運動時のラット海馬にドーパミン受容体阻害薬を投与したところ、D2受容体拮抗薬が運動によるグリコゲン減少を完全に阻害した。これらの結果は、運動時の海馬はドーパミン神経の活性化を通してグリコゲンを利用することを初めて示唆する。