ヒト血中三大栄養素の濃度制御の解明に向けたシステム生物学的アプローチ

阐明人体血液中三种主要营养素浓度控制的系统生物学方法

• 批准号: 17J02672
• 负责人: 大橋 郁
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J02672/
• 关键词: システム生物学; 血糖値恒常性; 2型糖尿病; 数理モデル

本研究では、ヒトの生命維持に必要不可欠な三大栄養素（糖・アミノ酸・脂肪）の血中濃度恒常性の制御メカニズムを解析するものである。研究手法として、まずヒト被験者への臨床試験で血中栄養素濃度を経時的に測定し、次にその変動を再現できる数理モデルの構築と、臓器活動強度の推定を大規模シミュレーションと数理解析演算によって行う。これらにより、投与した栄養素の違いによる血中栄養素・ホルモンの変動の違い、またその違いの原因となる血中栄養素の濃度制御の構造と、各臓器作用・栄養素間の相互影響関係を明らかにする。本年度は、主に以下の3点を達成した：1. ヒト採血試験：健常被験者5名を募り、「糖」「アミノ酸」「糖＋アミノ酸」の3種類を、被験者につきそれぞれ投与し、採血を行った。本試験で得られた各被験者の各血中分子濃度の時間変化について、国内外の学会で発表を行った。2. 血中糖－インスリン濃度制御モデルの改良：以前私が報告した数理モデルでは、インスリン分泌の直後に肝が門脈血から除去するなど、肝の重要な作用が評価できなかった。そこで、インスリンと等モル分泌されるが肝で除去されない「C-peptide」の血中濃度を用いることで、数理モデルを改良し、肝の作用を詳細に評価する解析を行った。その結果、2型糖尿病の進行とともに、肝における血中インスリン除去能は上昇するが、末梢組織における血中インスリン除去能は減少するという、逆の変化を辿ることを初めて示した。この結果は一つの臓器の変化の違いが、システム全体に異なる影響を与えることを示すもので、論文を学術誌にて発表した3. 血中糖・アミノ酸・インスリン濃度制御モデルの新規構築：これまで世界でも発表されていない、血中三大栄養素濃度の同時動態制御モデルを考案、数値シミュレーションを可能にした。

This study aims to analyze the regulatory mechanism of blood concentration constancy of three essential nutrients (sugar, fatty acid and fat) for life support. Methods: To determine the concentration of serum nutrients in clinical trials of patients, to reproduce the changes in the secondary organs, to construct mathematical models, to estimate the intensity of organ activity, and to perform mathematical analysis on a large scale. The structure of nutrient concentration control, the interaction of various organs and nutrients are discussed. This year, the following three points were achieved: 1. Blood sampling test: 5 healthy subjects were recruited, 3 kinds of "sugar","acid" and "sugar + acid" were selected, and the subjects were selected. This study was conducted to investigate the time variation of blood molecule concentration in each subject, and to investigate the development of blood molecule concentration in both domestic and foreign societies. 2. The improvement of blood glucose concentration control system: previously reported mathematical model, liver portal blood removal, liver important role evaluation. C-peptide is secreted by the liver, and the function of the liver is evaluated in detail. The results of type 2 diabetes are as follows: 1. The results of this study are as follows: 1. The influence of the change of equipment on the whole system is different from that of the paper. A new method for controlling the concentration of glucose, vitamin and vitamin in the blood is proposed. It is possible to control the concentration of the three nutrients in the blood dynamically in the world.