JP6388786B2 - Evaluation method, screening method, and production method of prophylactic / therapeutic agent for type 2 diabetes using hyperglycemic silkworm - Google Patents
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Description
本発明は、「高血糖カイコ」を用いたII型糖尿病に対する予防・治療薬の評価方法、スクリーニング方法、及び、製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for evaluating, screening and producing a prophylactic / therapeutic agent for type II diabetes using “hyperglycemic silkworm”.
糖尿病は慢性の高血糖状態の持続、及び耐糖能の異常を示す疾患であり、腎症、末梢神経障害、網膜症等の様々な臓器障害を引き起こす原因となる(非特許文献1)。ペプチド性ホルモンであるインスリンは、顕著な血糖降下作用を示し、糖尿病治療薬として使われてきた。
しかし、近年、先進諸国において、インスリン抵抗性が原因となるII型糖尿病の患者数が増加傾向にある。ヒト、ラット、マウス等の哺乳動物では、高カロリーの食事を長期間摂食することにより肥満となり、II型糖尿病が発症するとされている(非特許文献1)。インスリン抵抗性改善作用により血糖値を低下させる医薬品がII型糖尿病の治療に用いられているが、薬剤抵抗性や副作用を引き起こすという問題があり、新たな治療薬の開発が望まれている。
Diabetes mellitus is a disease that shows a chronic hyperglycemic state and abnormal glucose tolerance, and causes various organ disorders such as nephropathy, peripheral neuropathy, and retinopathy (Non-patent Document 1). Insulin, which is a peptide hormone, has a remarkable hypoglycemic effect and has been used as a therapeutic drug for diabetes.
In recent years, however, the number of patients with type II diabetes caused by insulin resistance has been increasing in developed countries. In mammals such as humans, rats, and mice, it is said that they become obese by eating a high-calorie diet for a long period of time, and type II diabetes develops (Non-patent Document 1). Drugs that lower blood sugar levels by improving insulin resistance have been used for the treatment of type II diabetes, but have the problem of causing drug resistance and side effects, and the development of new therapeutic drugs is desired.
血糖値は、全身の組織における糖の取り込み、並びに代謝により維持されている。従って、糖尿病治療薬の効果を評価するためには、血糖値が定量的に測定できる動物を用いた病態モデルの構築が必要である。従来、マウスやラット等の哺乳動物による糖尿病の病態モデルを用いた糖尿病治療薬の開発が行われてきた。しかし、多数の哺乳動物を犠牲にすることは、高い飼育コストばかりでなく、動物愛護の観点からも問題があると指摘されて、治療薬開発の制限要因(limiting factor)となっている。 Blood glucose levels are maintained by sugar uptake and metabolism in systemic tissues. Therefore, in order to evaluate the effects of antidiabetic drugs, it is necessary to construct a disease state model using animals that can quantitatively measure blood glucose levels. 2. Description of the Related Art Conventionally, diabetes therapeutic drugs using diabetes pathological models by mammals such as mice and rats have been developed. However, sacrificing a large number of mammals has been pointed out to be problematic from the viewpoint of animal welfare as well as high rearing costs, and has become a limiting factor for therapeutic drug development.
昆虫等の無脊椎動物においても哺乳動物と共通したインスリン伝達経路があり、血糖値が調節されていることが知られている。カイコにおいては、ボンビキシンというインスリンと相同性を有するペプチドホルモンが血糖値を低下させると考えられている。
本発明者らは、高グルコース餌を短時間与えて高血糖となったカイコを用いて、糖尿病治療薬であるヒトインスリンの血糖降下作用を評価できることを報告している(特許文献1、2、非特許文献2)。すなわち、高血糖カイコを用いて、ヒトインスリン等の即時的に血糖降下作用を示す化合物の評価ができる。カイコは動物愛護の問題が少なく、安価で狭いスペースで大量に飼育ができるという利点を有している。
It is known that invertebrates such as insects also have insulin transmission pathways common to mammals, and blood glucose levels are regulated. In silkworms, it is believed that a peptide hormone called insulin, which is homologous to insulin, lowers blood glucose levels.
The present inventors have reported that the hypoglycemic action of human insulin, which is a therapeutic agent for diabetes, can be evaluated using silkworms that have been hyperglycemic by giving a high glucose diet for a short time (Patent Documents 1, 2, Non-patent document 2). That is, using hyperglycemic silkworms, it is possible to evaluate compounds such as human insulin that have an immediate hypoglycemic effect. Silkworms have the advantage that they can be raised in large quantities in a small, inexpensive space with few problems of animal welfare.
また、本発明者らは、カイコの感染モデルを用いて、細菌感染症治療薬、及びウイルス感染症治療薬の評価を行えること、及び抗生物質の体内動態において哺乳動物とカイコで共通した面があることを報告している(特許文献3、非特許文献3)。カイコは線虫やショウジョウバエのような小型無脊椎動物では困難な注射器を用いた定量的な薬物の血液内注射が容易に実施できるという特長を有している。また、カイコから血液を採取し、血糖値の測定等の体液中の生化学的性状解析を行うことが容易である。
更に、本発明者らは、多数の個体を用いて簡便に実験が行えるという高血糖カイコの利点を生かして、生薬であるジオウから糖尿病マウスにも効果を示す血糖降下物質の同定に成功した(特許文献1、2、非特許文献2)。
In addition, the present inventors have been able to evaluate a therapeutic agent for bacterial infections and a therapeutic agent for viral infections using a silkworm infection model, and have aspects common to mammals and silkworms in the disposition of antibiotics. It has been reported (Patent Document 3, Non-Patent Document 3). Silkworms are characterized by the ability to easily perform quantitative intra-blood injection of drugs using a syringe, which is difficult for small invertebrates such as nematodes and fruit flies. It is also easy to collect blood from silkworms and analyze biochemical properties in body fluids such as measuring blood sugar levels.
Furthermore, the present inventors have succeeded in identifying a hypoglycemic substance that has an effect on a diabetic mouse from a herbal medicine, taking advantage of a hyperglycemic silkworm that can be easily experimented with a large number of individuals ( Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Document 2).
一方、高グルコース餌を短時間与えて高血糖となったカイコにII型糖尿病治療薬であるピオグリタゾンを投与しても即時的な血糖値の低下は見られなかった。これは、短時間の高グルコース餌の摂食によるカイコの高血糖モデルが、インスリン投与により血糖値が低下すること及び高グルコース餌投与後、絶食開始数時間で血糖値が低下することから、ヒトのII型糖尿病モデルを模擬していないことが原因であると考えられる。 On the other hand, even when pioglitazone, a therapeutic agent for type II diabetes, was administered to silkworms that became hyperglycemic by giving a high glucose diet for a short time, no immediate decrease in blood glucose level was observed. This is because the hyperglycemia model of silkworms by feeding a high glucose diet for a short time decreases the blood glucose level by insulin administration, and the blood glucose level decreases several hours after the start of fasting after administration of the high glucose diet. It is thought that this is caused by not simulating the type II diabetes model.
近年、ヒトのII型糖尿病の予防剤又は治療剤への要求は、ますます高くなってきており、従来の評価方法やスクリーニング方法、及びそれらを使用した製造方法では充分ではなく、更なる改善が望まれていた。 In recent years, there has been an increasing demand for preventive or therapeutic agents for human type II diabetes, and conventional evaluation methods, screening methods, and production methods using them are not sufficient, and further improvements have been made. It was desired.
本発明は上記背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、II型糖尿病治療薬を評価するための、倫理的な問題の少ないモデル動物を構築し、被験物質がヒトのII型糖尿病を予防又は治療する候補物質であるか否かを評価する方法を提供することにある。
また、該モデル動物を用いた、ヒトのII型糖尿病を予防又は治療する物質をスクリーニングする方法、及び、ヒトのII型糖尿病を予防又は治療する薬剤を製造する方法を提供することである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned background art, and its task is to construct a model animal with few ethical problems for evaluating a therapeutic agent for type II diabetes, and the test substance is human type II diabetes It is an object of the present invention to provide a method for evaluating whether a substance is a candidate substance for preventing or treating.
Another object of the present invention is to provide a method for screening a substance for preventing or treating human type II diabetes using the model animal, and a method for producing a drug for preventing or treating human type II diabetes.
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、グルコースを添加した餌を一定期間食べさせて血糖値を上昇させたカイコでは、(i)空腹時における血糖の異常、(ii)個体レベルでの耐糖能の低下、(iii)脂質代謝の異常、(iv)脂肪体のインスリン抵抗性の上昇という、ヒトのII型糖尿病患者が呈する症状を示すようにできることを初めて見出した。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has developed (i) an abnormality of blood sugar during fasting, It was found for the first time that the symptoms of human type II diabetic patients can be exhibited, such as ii) decreased glucose tolerance at the individual level, (iii) abnormal lipid metabolism, and (iv) increased fat body insulin resistance. .
また、本発明者らは、上記カイコに、II型糖尿病治療薬であるピオグリタゾンやメトホルミンを投与すると、空腹時の血糖値が低下することを見出した。すなわち、無脊椎動物を用いて初めて、II型糖尿病治療薬の血糖降下作用を評価できることを見出したことに基づき、本発明をするに至った。 The present inventors have also found that fasting blood glucose levels are reduced when pioglitazone or metformin, which is a therapeutic agent for type II diabetes, is administered to the silkworm. That is, for the first time using an invertebrate, the present inventors have found that it is possible to evaluate the hypoglycemic effect of a therapeutic agent for type II diabetes.
すなわち、本発明は、被験物質がヒトのII型糖尿病の予防又は治療する候補物質であるか否かを評価する方法であって、
(a)カイコに、糖(A)を摂取させることにより、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にする工程、
(b)上記工程(a)で得られた、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にされたカイコに、上記被験物質を投与する工程、
(c)上記被験物質を投与したカイコを絶食させる工程、
(d)上記絶食させたカイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を測定する工程、
を有することを特徴とする方法を提供するものである。
That is, the present invention is a method for evaluating whether a test substance is a candidate substance for preventing or treating human type II diabetes,
(A) by allowing the silkworm to ingest sugar (A), to at least one state selected from the group consisting of fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality;
(B) In the silkworm obtained in the step (a), at least one silkworm selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality, Administering a test substance;
(C) fasting a silkworm administered with the test substance,
(D) a step of measuring the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the fasted silkworm,
To provide a method characterized by comprising:
また、本発明は、ヒトのII型糖尿病の予防又は治療する物質をスクリーニングする方法であって、
(a)カイコに、糖(A)を摂取させることにより、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にする工程、
(b)上記工程(a)で得られた、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にされたカイコに、上記被験物質を投与する工程、
(c)上記被験物質を投与したカイコを絶食させる工程、
(d)上記絶食させたカイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を測定する工程、
(e)上記被験物質の中から、該カイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を低下させる物質を選択する工程、
を有することを特徴とする方法を提供するものである。
Further, the present invention is a method for screening a substance for preventing or treating human type II diabetes,
(A) by allowing the silkworm to ingest sugar (A), to at least one state selected from the group consisting of fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality;
(B) In the silkworm obtained in the step (a), at least one silkworm selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality, Administering a test substance;
(C) fasting a silkworm administered with the test substance,
(D) a step of measuring the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the fasted silkworm,
(E) selecting a substance that reduces the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the silkworm from the test substance,
To provide a method characterized by comprising:
また、本発明は、ヒトのII型糖尿病の予防又は治療剤を製造する方法であって、
(a)カイコに、糖(A)を摂取させることにより、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にする工程、
(b)上記工程(a)で得られた、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にされたカイコに、上記被験物質を投与する工程、
(c)上記被験物質を投与したカイコを絶食させる工程、
(d)上記絶食させたカイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を測定する工程、
(e)上記被験物質の中から、該カイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を低下させる物質を選択する工程、
(f)上記工程(e)で選択された物質と製薬上許容される担体を混合する工程、
を有することを特徴とする方法を提供するものである。
Further, the present invention is a method for producing a prophylactic or therapeutic agent for human type II diabetes,
(A) by allowing the silkworm to ingest sugar (A), to at least one state selected from the group consisting of fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality;
(B) In the silkworm obtained in the step (a), at least one silkworm selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality, Administering a test substance;
(C) fasting a silkworm administered with the test substance,
(D) a step of measuring the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the fasted silkworm,
(E) selecting a substance that reduces the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the silkworm from the test substance,
(F) mixing the substance selected in step (e) with a pharmaceutically acceptable carrier;
To provide a method characterized by comprising:
本発明によれば、前記問題点や前記課題を解決し、コスト的に有利であり、倫理的な問題が少なく、飼育も容易であるカイコを用い、「II型糖尿病に対して治療有効性を示す候補物質に関する検討・評価」や「種々の薬理実験」等が、容易に、安価に、効率的に、正確・適切にできる。 According to the present invention, silkworms that solve the above-mentioned problems and the above-mentioned problems, are advantageous in terms of cost, have few ethical problems, and are easy to breed are used. The “examination / evaluation on the candidate substances to be shown” and “various pharmacological experiments” can be easily, inexpensively, efficiently, accurately and appropriately.
高グルコース餌を与えて高血糖状態になったカイコを用いた「哺乳動物における血糖降下物質の評価方法やスクリーニング方法」については、本発明者らによって既に報告されている(特許文献1)。しかし、このような「高血糖状態になったカイコ」は、出願後に鋭意検討を重ねた結果、II型糖尿病治療薬であるピオグリタゾンを投与しても即時的な血糖値の低下は見られなかった。すなわち、これまでの評価方法に用いていたカイコでは、哺乳動物の、空腹時における血糖異常の改善、耐糖能低下抑制、インスリン抵抗性改善、II型糖尿病予防・治療、慢性的な糖代謝障害の予防・治療等をするための候補物質になるか否かを正しく評価することができず、少なくとも、上記した症状の予防・治療等の評価に用いられるとは考えられていなかった。 About the "evaluation method and screening method of a hypoglycemic substance in mammals" using a silkworm that has become hyperglycemic by giving a high glucose diet, the present inventors have already reported (Patent Document 1). However, as a result of extensive studies after filing for such a “hyperglycemic silkworm”, no immediate decrease in blood glucose level was observed even when pioglitazone, a type II diabetes treatment, was administered. . In other words, in silkworms used in the previous evaluation methods, mammals improved fasting blood glucose abnormalities, suppressed glucose tolerance, improved insulin resistance, type II diabetes prevention / treatment, chronic glucose metabolism disorders Whether or not it becomes a candidate substance for prevention / treatment can not be correctly evaluated, and it has not been considered to be used for evaluation of at least prevention / treatment of the above-mentioned symptoms.
しかし、本発明の評価方法により初めて、ヒトのII型糖尿病治療薬として知られているピオグリタゾン及びメトホルミンの両方で、血糖値が低下することを確認した。従って、本発明により初めてカイコを用いてヒトのII型糖尿病の予防又は治療する物質をスクリーニングすることができる。
また、本発明で用いるカイコでは、空腹時における血糖異常、耐糖能低下、インスリン抵抗性、脂質異常の状態になっていることを確認し、すなわちヒトのII型糖尿病様症状が現れていることを確認している。従来使用されていたカイコでは、インスリン投与により血糖値が低下すること及び高グルコース餌投与後、絶食開始数時間で血糖値が低下することから、ヒトのII型糖尿病モデルを模擬していない。
すなわち、従来の評価方法等で使用されているカイコと本発明の評価方法等で使用されているカイコとは異なり、本発明の評価方法等は、従来の評価方法等と比べて新規性及び進歩性を有する。
However, for the first time by the evaluation method of the present invention, it was confirmed that the blood glucose level decreased with both pioglitazone and metformin, which are known as human type II diabetes therapeutic agents. Therefore, for the first time according to the present invention, a silkworm can be used to screen a substance for preventing or treating human type II diabetes.
In addition, the silkworm used in the present invention is confirmed to be in a state of abnormal blood glucose, impaired glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality in the fasting state, that is, that human type II diabetes-like symptoms appear. I have confirmed. Silkworms that have been used conventionally do not simulate a human type II diabetes model because the blood glucose level decreases due to insulin administration and the blood glucose level decreases several hours after the start of fasting after administration of high glucose diet.
That is, unlike the silkworm used in the conventional evaluation method and the silkworm used in the evaluation method of the present invention, the evaluation method of the present invention is novel and advanced compared to the conventional evaluation method and the like. Have sex.
また、マウスでII型糖尿病様の症状を示すためには、高脂肪食を2週間以上与える必要があるとされている。一方、II型糖尿病モデルカイコは、II型糖尿病モデルマウスに比べて簡易及び短期間で構築することができる。
また、病態モデル動物として使われている線虫やショウジョウバエでは血液のサンプリングが容易でないため、血糖値の測定が困難である。一方、カイコは、血液のサンプリング及び血糖値の測定が容易であるため、II型糖尿病モデル動物に適する。
Moreover, it is said that it is necessary to give a high fat diet for 2 weeks or more in order to show type II diabetes-like symptoms in mice. On the other hand, a type II diabetes model silkworm can be constructed in a simpler and shorter period than a type II diabetes model mouse.
In addition, nematodes and Drosophila used as pathological model animals are difficult to measure blood glucose because blood sampling is not easy. On the other hand, silkworms are suitable for type II diabetes model animals because blood sampling and blood sugar level measurement are easy.
以下、本発明について説明するが、本発明は、以下の具体的態様に限定されるものではなく、技術的思想の範囲内で任意に変形することができる。 Hereinafter, the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following specific embodiments, and can be arbitrarily modified within the scope of the technical idea.
[II型糖尿病モデルカイコを用いたII型糖尿病の予防又は治療する候補物質の評価方法]
本発明の評価方法は、被験物質がヒトのII型糖尿病の予防又は治療する候補物質であるか否かを評価する方法であって、
(a)カイコに、糖(A)を摂取させることにより、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にする工程、
(b)上記工程(a)で得られた、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にされたカイコに、上記被験物質を投与する工程、
(c)上記被験物質を投与したカイコを絶食させる工程、
(d)上記絶食させたカイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を測定する工程、
を有することを特徴とする方法である。
[Method of evaluating candidate substances for preventing or treating type II diabetes using a type II diabetes model silkworm]
The evaluation method of the present invention is a method for evaluating whether or not a test substance is a candidate substance for preventing or treating human type II diabetes,
(A) by allowing the silkworm to ingest sugar (A), to at least one state selected from the group consisting of fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality;
(B) In the silkworm obtained in the step (a), at least one silkworm selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality, Administering a test substance;
(C) fasting a silkworm administered with the test substance,
(D) a step of measuring the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the fasted silkworm,
It is the method characterized by having.
上記評価方法は、必要に応じて更にその他の工程を含んでいてもよい。以下、工程(a)、(b)、(c)、(d)について順に説明する。 The evaluation method may further include other steps as necessary. Hereinafter, steps (a), (b), (c), and (d) will be described in order.
<工程(a)>
工程(a)においては、まず、カイコに糖(A)を摂取させ、該カイコを空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にする。
<Process (a)>
In the step (a), first, the silkworm is ingested with the sugar (A), and the silkworm is at least one selected from the group consisting of fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality. To the state.
本発明で用いるカイコは、以下の利点を有するものである。
(1)カイコ自体の入手が容易である。
(2)カイコを飼育する方法が既に確立されており、更に飼育に利便性がある。
(3)ヒト等の哺乳動物の内臓・器官と類似する性質が、これまでの研究で、ある程度分かっている。
(4)遺伝系統が確立されており、遺伝的均一性の維持ができている。
(5)比較的大型で、動きが緩慢であり、実質上無毛なので、定量的に注射できる等、薬物の投与が容易である。
(6)脂肪体を有しており、脂肪体を取り出して、含有する物質の定量が可能である。
(7)マウス、ラット等に比べると安価で、狭いスペースで多数この個体を飼育でき、倫理的な問題も少ないため、スクリーニング的な評価を行うことが容易である。
(8)被験物質が少量しかない場合でも評価を行うことができる。
(9)齢を揃える等、同じ状態の個体を揃えることが容易である。
(10)体液を採取して、糖、脂質、酵素等の成分を解析することが可能である。
The silkworm used in the present invention has the following advantages.
(1) It is easy to obtain silkworms themselves.
(2) A method for rearing silkworms has already been established, and it is convenient for rearing.
(3) Properties similar to the internal organs and organs of mammals such as humans have been known to some extent in previous studies.
(4) Genetic lines have been established and genetic homogeneity has been maintained.
(5) Since it is relatively large, slowly moving, and substantially hairless, it is easy to administer drugs, such as being able to inject quantitatively.
(6) Having fat bodies, the fat bodies can be taken out and the contained substances can be quantified.
(7) It is cheaper than mice, rats, etc., and many individuals can be bred in a small space, and there are few ethical problems, so it is easy to perform screening evaluation.
(8) Evaluation can be performed even when there is only a small amount of the test substance.
(9) It is easy to align individuals in the same state, such as aligning ages.
(10) It is possible to collect body fluids and analyze components such as sugars, lipids and enzymes.
上記カイコは、糖(A)の摂取させやすさ、被験物質の投与のしやすさ、血液(体液)や脂肪体の採取のしやすさ等の観点から、大型のカイコであることが好ましい。ここで「大型のカイコ」とは、体長が1cm以上であるカイコであり、好ましくは、1.5cm以上15cm以下であり、特に好ましくは、2cm以上5cm以下である。また、4齢〜5齢のカイコが好ましく、5齢の幼虫が特に好ましい。 The silkworm is preferably a large silkworm from the viewpoint of ease of intake of sugar (A), ease of administration of the test substance, ease of collection of blood (body fluid) and fat body, and the like. Here, the “large silkworm” is a silkworm having a body length of 1 cm or more, preferably 1.5 cm or more and 15 cm or less, particularly preferably 2 cm or more and 5 cm or less. Further, silkworms of 4th to 5th instars are preferable, and 5th instar larvae are particularly preferable.
糖(A)の摂取の方法としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。具体的には、例えば、血液中への注射、飼料(餌)への添加等による経口摂取、腸内への注入等が挙げられ、簡便である点、及びヒトの臨床との対応という点で、腸管内部への注射、飼料(餌)への添加等による経口摂取が好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as a method of ingesting sugar (A), According to the objective, it can select suitably. Specifically, for example, injection into blood, oral ingestion by addition to feed (food), injection into the intestine, etc. are mentioned, and in terms of simplicity and correspondence with human clinical practice. Oral ingestion by injection into the intestinal tract, addition to feed (food) or the like is preferable.
糖(A)としては、糖(A)を摂取することにより、カイコが空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態を引き起こさせるものであれば、糖(B)と同じものである必要はなく特に限定はないが、例えば、グルコース、ヘプトース、ヘキソース、ペントース、テトロース、トリオース等の単糖類;トレハロース、マルトース、ラクトース、スクロース、セロビオース、ニゲロース、ソホロース等の2糖類;フルクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、乳果オリゴ糖等のオリゴ糖;デンプン、グリコーゲン、セルロース、ペクチン、グルコマンナン等の多糖類;デオキシ糖;ウロン酸等の糖の酸化生成物;ソルビット、アラビット等の糖アルコール等が挙げられる。このうち、グルコース、スクロース又はでんぷんが、カイコに摂取させることにより、該カイコに空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態を引き起こさせ、ヒト臨床との対応の点で特に好ましく、更に好ましくはグルコースである。これらは1種を用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 As sugar (A), by ingesting sugar (A), silkworm has at least one state selected from the group consisting of fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality. As long as it is caused, it is not necessary to be the same as sugar (B) and is not particularly limited. For example, monosaccharides such as glucose, heptose, hexose, pentose, tetrose, triose; trehalose, maltose, lactose, sucrose Disaccharides such as cellobiose, nigerose and sophorose; oligosaccharides such as fructooligosaccharides, galacto-oligosaccharides and dairy oligosaccharides; polysaccharides such as starch, glycogen, cellulose, pectin and glucomannan; deoxy sugars; sugars such as uronic acid Oxidation products; sugar alcohols such as sorbit and arabit Among these, when glucose, sucrose or starch is ingested by silkworm, at least one state selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality in the silkworm And is particularly preferable in terms of correspondence with human clinical practice, and more preferably glucose. These may be used alone or in combination of two or more.
摂取量としては、特に制限はなく、摂取させる物質、摂取方法等に応じて適宜選択することができる。本発明において摂取させる物質を飼料(餌)に添加して与える場合の糖(A)の含有割合は、飼料(餌)と糖(A)の合計量に対して、糖(A)を2質量%〜30質量%が好ましく、5質量%〜25質量%がより好ましく、8質量%〜12質量%が特に好ましい。含有割合が少な過ぎる場合は、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、又は、脂質異常の状態を引き起こすことができない場合があり、一方、多すぎる場合は、上記に示した状態以外の障害を与える場合がある。 There is no restriction | limiting in particular as an ingestion amount, According to the substance to ingest, an ingestion method, etc., it can select suitably. In the present invention, when the substance to be ingested is added to the feed (feed), the content ratio of sugar (A) is 2 mass of sugar (A) with respect to the total amount of feed (feed) and sugar (A). % To 30% by mass is preferable, 5% to 25% by mass is more preferable, and 8% to 12% by mass is particularly preferable. If the content is too small, it may not be possible to cause fasting blood glucose abnormalities, glucose tolerance abnormalities, insulin resistance, or lipid abnormalities. May cause disability.
また、摂取期間は、カイコを空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にすることができれば特に限定はないが、5時間〜5日間が好ましく、10時間〜3日間がより好ましく、15時間〜24時間が特に好ましい。摂取時間が短過ぎる場合は、カイコは上記少なくとも1つ以上の状態にならない場合があり、一方、長過ぎる場合は、カイコが蛹に成長してしまう場合がある。 The ingestion period is not particularly limited as long as the silkworm can be brought into at least one state selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality. Time to 5 days are preferable, 10 hours to 3 days are more preferable, and 15 hours to 24 hours are particularly preferable. If the intake time is too short, the silkworm may not be in at least one of the above states, whereas if it is too long, the silkworm may grow into cocoons.
飼料(餌)としては、クワの葉、人工飼料(シルクメイト2S、日本農産工業社製)等が好ましく、このうち人工飼料を用いた時には、人工飼料に含まれている糖と糖(A)の合計量に対して、糖(A)を5質量%〜25質量%の割合で混合して含有させることが好ましく、8質量%〜20質量%の割合で含有させることが特に好ましい。また、摂取期間は10時間〜5日間が好ましく、15時間〜24時間が特に好ましい。 As the feed (food), mulberry leaves, artificial feed (Silk Mate 2S, manufactured by Nippon Agricultural Industry Co., Ltd.) and the like are preferable. Among these, when artificial feed is used, sugar and sugar (A) contained in the artificial feed It is preferable to mix and contain sugar (A) in the ratio of 5 mass%-25 mass% with respect to the total amount of, and it is especially preferable to make it contain in the ratio of 8 mass%-20 mass%. The intake period is preferably 10 hours to 5 days, particularly preferably 15 hours to 24 hours.
工程(a)においては、カイコを空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にすることが必須である。 In the step (a), it is essential to set the silkworm to at least one state selected from the group consisting of fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality.
II型糖尿病は、標的細胞でのインスリン作用不全(インスリン抵抗性)の結果生じる疾患であって、空腹時血糖異常、耐糖能異常、脂質代謝異常(脂質異常)、酸化ストレスの上昇(活性酸素の増加)、肝機能の低下、及び腎機能の低下等の生理機能の異常を引き起こす。 Type II diabetes is a disease that results from impaired insulin action (insulin resistance) in target cells, including fasting blood glucose abnormalities, impaired glucose tolerance, lipid metabolism abnormalities (lipid abnormalities), increased oxidative stress (reactive oxygen levels) Increase), a decrease in liver function, and a decrease in kidney function.
ヒトの空腹時血糖異常とは、空腹時の血糖の値に異常がある状態をいう。糖代謝機能の検査指標で、糖尿病等の診断指標の1つである。
ヒトの耐糖能異常とは、通常血液中に負荷されたグルコースは一定の期間内に血中より除去されるが、血中グルコース濃度が一定期間高値を持続することをいう。耐糖能異常の状態であるか否かは、ヒトのグルコース負荷試験等により確認することができる。
ヒトのインスリン抵抗性とは、インスリンが分泌又は投与されたにも関わらず、血中グルコース濃度が低下しないことをいう。
ヒトの脂質異常とは、血液中の脂質(コレステロールやトリグリセリド、遊離脂肪酸等)の値に異常がある状態をいう。
Human fasting blood glucose abnormality refers to a condition in which there is an abnormality in the value of fasting blood glucose. It is a test index for glucose metabolism function and is one of diagnostic indexes for diabetes and the like.
The abnormal glucose tolerance in humans means that glucose loaded in the blood is normally removed from the blood within a certain period, but the blood glucose concentration remains high for a certain period. Whether or not the glucose tolerance is abnormal can be confirmed by a human glucose tolerance test or the like.
Human insulin resistance refers to the fact that blood glucose concentration does not decrease despite insulin being secreted or administered.
Human lipid abnormality refers to a condition in which the value of lipids (cholesterol, triglycerides, free fatty acids, etc.) in blood is abnormal.
実施例に示した結果等より、カイコにおいても哺乳動物と同様に、高グルコース餌を食べることにより、脂肪体中のトリグリセリド量が増加し、それに伴って、体液中の遊離脂肪酸量が増加したと考えられる。その遊離脂肪酸が脂肪体細胞におけるAktのリン酸化を誘導し、インスリン抵抗性が引き起こされ、最終的には、脂肪体の耐糖能の低下を引き起こしたと考えられる。 From the results shown in the Examples, and the like, in mammals as well as mammals, eating a high glucose diet increased the amount of triglycerides in the fat body and accordingly increased the amount of free fatty acids in body fluids. Conceivable. It is thought that the free fatty acid induced phosphorylation of Akt in fat body cells, causing insulin resistance, and ultimately causing a decrease in glucose tolerance of the fat body.
本発明において、「カイコの空腹時血糖異常の状態」とは、実施例に示した内容の通りである。すなわち、一定期間絶食させたカイコの血糖値が、通常のカイコに比べて、高い値を示す状態をいう。 In the present invention, “the state of abnormal fasting blood glucose in silkworms” is as described in the examples. That is, it means a state in which the blood sugar level of a silkworm fasted for a certain period of time is higher than that of a normal silkworm.
本発明において、「カイコの耐糖能異常の状態」とは、実施例に示した内容の通りである。すなわち、カイコの血液中にグルコースを投与(負荷)することにより、血液中の総糖濃度又はグルコース濃度が一定期間高値を持続する状態をいう。
また、「カイコのインスリン抵抗性の状態」とは、実施例に示した内容の通りである。すなわち、カイコの脂肪体中のAktが、インスリンを投与してもリン酸化が誘導されない状態をいう。
また、「カイコの脂質異常の状態」とは、実施例に示した内容の通りである。すなわち、カイコの脂肪体中のトリグリセリド濃度、体液中の遊離脂肪酸濃度、及び、体液中のトリグリセリド濃度のうち少なくとも1つの濃度が通常時と比べて上昇している状態をいう。
In the present invention, “the state of abnormal glucose tolerance in silkworms” is as described in the examples. That is, it refers to a state in which the total sugar concentration or glucose concentration in blood maintains a high value for a certain period by administering (loading) glucose into the blood of silkworms.
In addition, the “insulin resistance state of silkworm” is as described in the examples. That is, Akt in the silkworm fat body is a state in which phosphorylation is not induced even when insulin is administered.
Further, “the state of abnormal lipid in silkworm” is as described in the examples. That is, it means a state in which at least one of the triglyceride concentration in the fat body of silkworm, the free fatty acid concentration in the body fluid, and the triglyceride concentration in the body fluid is increased compared to the normal time.
本発明で用いるカイコは、マウス等の哺乳類に比較して定量的な扱いが容易である。すなわち、マウス等の哺乳類に対して、II型糖尿病様の症状を引き起こすためには、高脂肪食を2週間以上与える必要があるとされている。これに対して、本出願の実施例より、II型糖尿病モデルカイコを容易に作製することを見出した。この点でも、マウス等の哺乳類に比較して、カイコ等の無脊椎動物は、評価動物として優れている。 Silkworms used in the present invention are easy to handle quantitatively compared to mammals such as mice. That is, in order to cause a type II diabetes-like symptom to mammals such as mice, it is necessary to give a high fat diet for 2 weeks or more. On the other hand, it was found from the examples of the present application that a type II diabetes model silkworm can be easily produced. Also in this respect, invertebrates such as silkworms are superior as evaluation animals compared to mammals such as mice.
<工程(b)>
工程(b)では、上記工程(a)で得られた「空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にされたカイコ」に対して被検物質を投与する。
<Step (b)>
In the step (b), at least one silkworm in the state selected from the group consisting of “fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality” obtained in the step (a) is obtained. The test substance is administered.
被検物質を投与する方法としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。具体的には、例えば、血液中への注射、飼料(餌)への添加等による経口摂取、腸内への注入等が挙げられる。簡便である点、ヒトの臨床との対応という点で、腸管内部への注射、経口摂取が好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as a method of administering a test substance, According to the objective, it can select suitably. Specifically, for example, injection into blood, oral intake by addition to feed (food), injection into the intestine, and the like can be mentioned. In terms of simplicity and compatibility with human clinical practice, injection into the intestinal tract and oral ingestion are preferred.
被検物質の投与量としては特に制限はなく、投与する物質、投与方法等に応じて適宜選択することができる。また、ヒトでの体重当たりの投与量を、投与するカイコの重さに換算して投与することも好ましい。また、その換算値に所定の倍率を乗じた量を投与することも好ましい。また、被検物質は、生理食塩水、水等で希釈して投与させることも好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as a dose of a to-be-tested substance, According to the substance to administer, administration method, etc., it can select suitably. It is also preferable to administer the dose per human body weight in terms of the weight of the silkworm to be administered. It is also preferable to administer an amount obtained by multiplying the converted value by a predetermined magnification. It is also preferable to administer the test substance diluted with physiological saline, water or the like.
被検物質の投与時期は特に限定はなく、工程(a)において糖(A)を摂取させ終えた直後、該カイコにおいて、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態になった時点等が挙げられるが、該カイコにおいて、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態になった時点が、実験結果の再現性を得るという点で好ましい。具体的には、例えば、「糖(A)を摂取させ終えた直後」から「糖(A)を摂取させ終えてから24時間経過後」の間が好ましく、「糖(A)を摂取させ終えた直後」から「糖(A)を摂取させ終えてから6時間経過後」までの間がより好ましく、「糖(A)を摂取させ終えた直後」が特に好ましい。 The administration time of the test substance is not particularly limited. Immediately after the intake of sugar (A) in step (a), in the silkworm, fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality At least one state selected from the group, and the silkworm is selected from the group consisting of fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality The point in time when at least one state is reached is preferable in terms of obtaining reproducibility of the experimental results. Specifically, for example, a period between “immediately after completing the intake of sugar (A)” and “after 24 hours from the completion of intake of sugar (A)” is preferable, and “after completing the intake of sugar (A)” The period from “immediately after the intake of sugar (A) to 6 hours after the completion of intake of sugar (A)” is more preferable, and “immediately after the completion of intake of sugar (A)” is particularly preferable.
また、投与期間は、被検物質による「脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度」の減少が測定できれば特に限定はないが、1回に全量投与、あるいは継続的な投与が簡便性の点で好ましい。 The administration period is not particularly limited as long as the decrease in “concentration of sugar (B) in fat body or blood” by the test substance can be measured, but it is convenient to administer the whole dose at once or continuous administration. This is preferable.
<工程(c)>
工程(c)では、上記工程(b)で、被検物質を投与されたカイコを絶食させる。具体的には、飼育容器からの餌の除去、餌が存在しない別の飼育容器へ該カイコを移動させること等が挙げられる。
<Step (c)>
In the step (c), the silkworm administered with the test substance in the step (b) is fasted. Specifically, removal of food from the breeding container, movement of the silkworm to another breeding container in which no food is present, and the like can be mentioned.
絶食させる期間は特に限定はなく、工程(b)において被験物質を投与した直後から、糖(A)の消化が終了するまでの期間から選択すればよい。具体的には、空腹時の血糖値を測定できればよく、例えば、被験物質が投与された時点から3時間〜4日が好ましく、10時間〜3日がより好ましく、12時間〜2日が好ましい。絶食期間が短すぎる場合は、糖(A)の消化が終了していない場合があり、一方、長すぎる場合は、II型糖尿病様の症状以外の障害を与える場合がある。 The period for fasting is not particularly limited, and may be selected from the period immediately after administration of the test substance in step (b) until the digestion of sugar (A) is completed. Specifically, it is sufficient if the fasting blood glucose level can be measured. For example, 3 hours to 4 days are preferable from the time when the test substance is administered, 10 hours to 3 days are more preferable, and 12 hours to 2 days are preferable. If the fasting period is too short, sugar (A) digestion may not be completed, while if it is too long, it may cause a disorder other than type II diabetes-like symptoms.
<工程(d)>
工程(d)では、上記工程(c)で、絶食させたカイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を測定する。測定試料の採取方法は脂肪体に関しては、解剖して採取することが好ましく、血液に関しては、切り傷を付けてそこから採取する方法が好ましい。
<Step (d)>
In the step (d), the concentration of the sugar (B) in the fat body or blood of the silkworm fasted in the step (c) is measured. As for the method of collecting the measurement sample, it is preferable to dissect and collect the fat body, and for blood, the method of collecting from a cut is preferable.
糖(B)の濃度の測定方法としては、糖の定量方法は特に限定はないが、例えば、全ての糖類の定量にはフェノール硫酸法、アンスロン硫酸法、カルバゾール硫酸法等;グルコースの定量にはグルコースオキシダーゼ法等が挙げられる。脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度の測定をする時期については特に限定はなく、工程(b)において被検物質が投与された直後(工程(c)において絶食を開始した直後)から、被検物質による糖(B)の濃度の減少の効果が見られなくなるまでの期間から選択すればよい。具体的には、例えば、被検物質が投与された時点から3時間〜4日が好ましく、10時間〜3日がより好ましく、12時間〜2日が特に好ましい。 As a method for measuring the concentration of sugar (B), there is no particular limitation on the method for determining sugar. For example, the phenol sulfate method, the anthrone sulfate method, the carbazole sulfate method, etc. are used for the determination of all sugars; Examples include glucose oxidase method. There is no particular limitation on the time when the concentration of sugar (B) in the fat body or blood is measured, and immediately after the test substance is administered in step (b) (immediately after the start of fasting in step (c)). From the period until the effect of decreasing the concentration of sugar (B) by the test substance is no longer observed. Specifically, for example, 3 hours to 4 days from the time of administration of the test substance is preferable, 10 hours to 3 days are more preferable, and 12 hours to 2 days are particularly preferable.
糖(B)の濃度の測定に際しては、被検物質を投与していない、「空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態になったカイコ」を対照として用いることが好ましい。対照には、例えば、生理食塩水を同量だけを投与することが好ましい。対照に比較して、被検物質を投与したもので、糖(B)の濃度がどれくらい減少していたかによって、被検物質を評価する。 In measuring the concentration of sugar (B), at least one or more selected from the group consisting of “fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality” is not administered. It is preferable to use “infested silkworm” as a control. For the control, for example, it is preferable to administer only the same amount of physiological saline. The test substance is evaluated according to how much the concentration of the sugar (B) is decreased in the test substance administered as compared with the control.
被検物質としてピオグリタゾン、メトホルミンを用いたところ、何れも、糖(B)の濃度の減少が見られた。本発明であるII型糖尿病モデルカイコを用いたII型糖尿病の予防又は治療する候補物質の評価方法は、コスト的、倫理的に問題なく、ある物質にヒトのII型糖尿病を予防又は治療する作用があるか否かを評価できる方法である。 When pioglitazone and metformin were used as the test substances, a decrease in the sugar (B) concentration was observed. The method for evaluating a candidate substance for preventing or treating type II diabetes using the type II diabetes model silkworm of the present invention has an effect of preventing or treating human type II diabetes on a certain substance without any cost or ethical problem. It is a method that can evaluate whether or not there is.
上記ヒトのII型糖尿病の予防又は治療する候補物質は、ヒトの空腹時血糖異常を改善する候補物質、耐糖能低下を抑制する候補物質、インスリン抵抗性を改善する候補物質、慢性的な糖代謝障害を予防・治療する候補物質等ともなる。 Candidate substances for preventing or treating human type II diabetes include candidate substances for improving fasting blood glucose abnormalities in humans, candidate substances for suppressing impaired glucose tolerance, candidate substances for improving insulin resistance, chronic glucose metabolism It is also a candidate substance for preventing and treating disorders.
[II型糖尿病モデルカイコを用いたII型糖尿病の予防又は治療する物質のスクリーニング方法]
本発明のスクリーニング方法は、ヒトのII型糖尿病の予防又は治療する物質をスクリーニングする方法であって、
(a)カイコに、糖(A)を摂取させることにより、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にする工程、
(b)上記工程(a)で得られた、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にされたカイコに、上記被験物質を投与する工程、
(c)上記被験物質を投与したカイコを絶食させる工程、
(d)上記絶食させたカイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を測定する工程、
(e)上記被験物質の中から、該カイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を低下させる物質を選択する工程、
を有することを特徴とする方法である。
[Screening method for substances that prevent or treat type II diabetes using type II diabetes model silkworm]
The screening method of the present invention is a method for screening a substance for preventing or treating human type II diabetes,
(A) by allowing the silkworm to ingest sugar (A), to at least one state selected from the group consisting of fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality;
(B) In the silkworm obtained in the step (a), at least one silkworm selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality, Administering a test substance;
(C) fasting a silkworm administered with the test substance,
(D) a step of measuring the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the fasted silkworm,
(E) selecting a substance that reduces the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the silkworm from the test substance,
It is the method characterized by having.
本発明のスクリーニング方法は、必要に応じて更にその他の工程を含んでいてもよい。工程(a)、(b)、(c)及び(d)については、上記評価方法と同様である。 The screening method of the present invention may further include other steps as necessary. Steps (a), (b), (c) and (d) are the same as in the evaluation method.
<工程(e)>
工程(e)において、上記工程(a)、(b)、(c)及び(d)によって使用された被検物質の中から、該カイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を低下させる物質を選択する。対照に比較して、被検物質を投与したもので、糖(B)の濃度がどれくらいまでに減少した場合に有意差と判定してその被検物質を選択するかについては、用いたカイコの数にも依存し特に限定はないが、ビオグリタゾンで70%にまで減少、メトホルミンで80%にまで減少(実施例5)した。
<Process (e)>
In the step (e), the concentration of the sugar (B) in the fat body or blood of the silkworm from the test substances used in the steps (a), (b), (c) and (d). Select a substance that lowers. Compared to the control, the test substance was administered. When the sugar (B) concentration was reduced to what extent, the test substance was selected as a significant difference. Although it depends on the number and is not particularly limited, it decreased to 70% with bioglitazone and decreased to 80% with metformin (Example 5).
1条件に用いるカイコの数については特に限定はないが、1個〜200個が好ましく、2個〜10個が特に好ましい。この範囲であると、薬学的にも統計学的にも正しい選択が可能である。 The number of silkworms used in one condition is not particularly limited, but is preferably 1 to 200, and particularly preferably 2 to 10. Within this range, pharmacologically and statistically correct selection is possible.
本発明のスクリーニング方法によって、コスト的に有利に、倫理的にも問題がない方法で、インスリン分泌低下によらない「ヒトのII型糖尿病を予防又は治療する物質」のスクリーニングが可能である。すなわち、II型糖尿病の病態である空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、又は脂質異常を予防又は治療する物質のスクリーニングが可能である。 According to the screening method of the present invention, it is possible to screen for “substances for preventing or treating human type II diabetes” that do not depend on a decrease in insulin secretion, in a cost-effective manner and with no ethical problem. That is, it is possible to screen for substances that prevent or treat fasting blood glucose abnormalities, glucose tolerance abnormalities, insulin resistance, or lipid abnormalities that are pathological conditions of type II diabetes.
上記ヒトのII型糖尿病の予防又は治療する物質は、ヒトの空腹時の血糖異常を改善する物質、耐糖能低下を抑制する物質、インスリン抵抗性を改善する物質、慢性的な糖代謝障害を予防・治療をする物質等ともなる。 Substances that prevent or treat human type II diabetes include substances that improve fasting blood glucose abnormalities, substances that suppress impaired glucose tolerance, substances that improve insulin resistance, and prevent chronic glucose metabolism disorders・ It becomes a substance to treat.
[II型糖尿病モデルカイコを用いたヒトのII型糖尿病を予防又は治療する薬剤を製造する方法]
本発明の血糖値を降下させる薬剤を製造する方法は、ヒトのII型糖尿病の予防又は治療剤を製造する方法であって、
(a)カイコに、糖(A)を摂取させることにより、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にする工程、
(b)上記工程(a)で得られた、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にされたカイコに、上記被験物質を投与する工程、
(c)上記被験物質を投与したカイコを絶食させる工程、
(d)上記絶食させたカイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を測定する工程、
(e)上記被験物質の中から、該カイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を低下させる物質を選択する工程、
(f)上記工程(e)で選択された物質と製薬上許容される担体を混合する工程、
を有することを特徴とする方法である。
[Method for producing a drug for preventing or treating human type II diabetes using a type II diabetes model silkworm]
The method for producing a drug for lowering blood glucose level according to the present invention is a method for producing a prophylactic or therapeutic agent for human type II diabetes,
(A) by allowing the silkworm to ingest sugar (A), to at least one state selected from the group consisting of fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance, and lipid abnormality;
(B) In the silkworm obtained in the step (a), at least one silkworm selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality, Administering a test substance;
(C) fasting a silkworm administered with the test substance,
(D) a step of measuring the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the fasted silkworm,
(E) selecting a substance that reduces the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the silkworm from the test substance,
(F) mixing the substance selected in step (e) with a pharmaceutically acceptable carrier;
It is the method characterized by having.
本発明の血糖値を降下させる薬剤を製造する方法は、必要に応じて更にその他の工程を含んでいてもよい。工程(a)、(b)、(c)、(d)及び(e)については、上記スクリーニング方法と同様である。 The method for producing a drug for lowering blood glucose level according to the present invention may further include other steps as necessary. Steps (a), (b), (c), (d) and (e) are the same as in the above screening method.
<工程(f)>
工程(f)は、上記工程(e)で選択された物質と製薬上許容される担体とを混合する工程である。
<Step (f)>
Step (f) is a step of mixing the substance selected in step (e) and a pharmaceutically acceptable carrier.
本発明の、評価方法、スクリーニング方法によって見出された「ヒトのII型糖尿病を予防又は治療する物質」は、それを含有させて薬剤が製造される。該薬剤の剤型については特に限定はないが、経口投与のための製剤としては、錠剤、丸剤、顆粒剤、カプセル剤、散剤、液剤、懸濁剤、シロップ剤、舌下剤等が挙げられ、また、非経口投与のための製剤としては、注射剤、経皮吸収剤、吸入剤、坐剤等が挙げられる。 The “substance for preventing or treating human type II diabetes” found by the evaluation method and the screening method of the present invention is used to produce a drug. There are no particular limitations on the dosage form of the drug, but preparations for oral administration include tablets, pills, granules, capsules, powders, solutions, suspensions, syrups, sublinguals, etc. Examples of the preparation for parenteral administration include injections, transdermal absorption agents, inhalants, suppositories and the like.
製剤化に際しては、製薬上許容される担体を混合することが可能である。担体の種類及び組成は、投与経路や投与方法によって適宜決定することができる。例えば、液状担体としては、水、アルコール、食用油等を用いることができる。固体担体としては、リジン等のアミノ酸類、シクロデキストリン等の多糖類、ステアリン酸マグネシウム等の有機酸塩類、ヒドロキシルプロピルセルロース等のセルロース誘導体等を用いることができる。 In formulating, a pharmaceutically acceptable carrier can be mixed. The type and composition of the carrier can be appropriately determined depending on the administration route and administration method. For example, water, alcohol, edible oil, or the like can be used as the liquid carrier. As the solid carrier, amino acids such as lysine, polysaccharides such as cyclodextrin, organic acid salts such as magnesium stearate, cellulose derivatives such as hydroxylpropylcellulose, and the like can be used.
上記工程(e)で選択された物質には、更に、等張化剤、防腐剤、湿潤剤、乳化剤、分散剤、安定化剤、溶解補助剤、賦形剤、結合剤、崩壊剤、希釈剤、緩衝剤、着色剤、着香剤等の各種医薬用添加剤を配合することができる。注射剤の場合には適当な担体と共に滅菌処理を行なって薬剤とする。 The substance selected in the above step (e) further includes isotonic agents, preservatives, wetting agents, emulsifiers, dispersants, stabilizers, solubilizers, excipients, binders, disintegrants, dilutions. Various pharmaceutical additives such as an agent, a buffer, a coloring agent, and a flavoring agent can be blended. In the case of injections, sterilization is performed together with a suitable carrier to obtain a drug.
上記ヒトのII型糖尿病を予防又は治療する薬剤は、ヒトの空腹時血糖異常、ヒトの耐糖能異常、ヒトのインスリン抵抗性、及び、ヒトの脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の症状の予防又は治療剤として使用することができる。
また、上記ヒトのII型糖尿病を予防又は治療する薬剤は、ヒトの空腹時血糖異常改善剤、ヒトの耐糖能低下抑制剤、ヒトのインスリン抵抗性改善剤、ヒトの慢性的な糖代謝障害の予防・治療剤等ともなる。
The agent for preventing or treating human type II diabetes is at least one selected from the group consisting of human fasting blood glucose abnormality, human glucose tolerance abnormality, human insulin resistance, and human lipid abnormality It can be used as a preventive or therapeutic agent for the symptoms.
In addition, the above-mentioned drugs for preventing or treating human type II diabetes are human fasting blood glucose abnormality improving agent, human glucose tolerance lowering inhibitor, human insulin resistance improving agent, human chronic glucose metabolism disorder Also serves as a preventive / therapeutic agent.
哺乳動物を用いた実験は、国際原則である3R、すなわちReplacement(代替法の開発)、Reduction(動物数の削減)、Refinement(動物の苦痛の削減)に従って実験を行わなければならない(Russell and Burch(1959))。多数の哺乳動物を犠牲にして、糖尿病治療薬の候補をスクリーニングすることは倫理的な視点から、問題があると指摘されている。 Experiments with mammals must be conducted according to the international principles 3R: Replacement (development of alternative methods), Reduction (reduction of animal numbers), Refinement (reduction of animal pain) (Russell and Burch (1959)). From the ethical point of view, it has been pointed out that screening diabetes drug candidates at the expense of many mammals is problematic.
本発明により開発したカイコによるII型糖尿病モデルは、3RのひとつであるReplacementの考えと合致する。また、カイコは、病態モデル動物として、しばしば使われている線虫やショウジョウバエでは困難な、血液(体液)のサンプリング、及び血糖値の測定が容易である。従って、本発明で用いるII型糖尿病モデルカイコは、これらの小型無脊椎動物に比べ、高血糖モデル動物として優れた利点がある。
更に、これまでの研究により、カイコにおける薬物動態が哺乳動物と共通していることを明らかにしている(Hamamoto H et,al.,Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol.2009)。よって、カイコは、新規糖尿病治療薬の探索系として有用な新しいモデル生物であると期待される。
The silkworm type II diabetes model developed by the present invention is consistent with the idea of Replacement, one of the 3Rs. Also, silkworms are easy to sample blood (body fluids) and measure blood sugar levels, which are difficult for nematodes and Drosophila often used as disease model animals. Therefore, the type II diabetes model silkworm used in the present invention is superior to these small invertebrates as a hyperglycemic model animal.
Furthermore, previous studies have revealed that pharmacokinetics in silkworms is common to mammals (Hamamoto H et al., Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol. 2009). Therefore, silkworms are expected to be a new model organism useful as a search system for new antidiabetic drugs.
[作用]
上記工程(a)〜(e)を含む工程で、ヒトのII型糖尿病の予防又は治療する候補物質をスクリーニングできる作用・原理は明らかではないが、以下のことが考えられる。
これまでに、カイコは血糖値の恒常性を維持する機構を有していることが報告されている。また、カイコは筋肉及びヒトの肝臓に相当する脂肪体に糖を貯蔵でき、インスリン様ペプチドホルモンであるボンビキシンを有しており、ボンビキシンの下流には、ヒトの場合と同様なMAPKシグナル伝達経路を含むインスリンシグナル伝達経路が存在することも報告されている。更に、組み換え型ヒトインスリンがPI3キナーゼの活性化を介して、カイコの脂肪体の糖の取り込みを亢進させる作用を有し、インスリンシグナル伝達経路以外の経路であるAMPキナーゼの活性化により、カイコの血糖値は低下する。
[Action]
Although the action and principle of screening a candidate substance for preventing or treating human type II diabetes in the steps including the steps (a) to (e) are not clear, the following may be considered.
So far, silkworms have been reported to have a mechanism for maintaining homeostasis of blood glucose levels. In addition, silkworms can store sugar in fat bodies corresponding to muscles and human liver, and have ombibixin, an insulin-like peptide hormone, and downstream of bombyxin, a MAPK signaling pathway similar to that in humans is provided. It has also been reported that insulin signaling pathways exist. Furthermore, recombinant human insulin has an action of enhancing the uptake of sugar in the fat body of silkworm through the activation of PI3 kinase, and by the activation of AMP kinase, which is a pathway other than the insulin signaling pathway, The blood sugar level decreases.
ヒトにおいて高カロリー食の慢性的な摂食による耐糖能異常(耐糖能の低下)の原因の1つとして、インスリン抵抗性による血糖調節機構の破綻が挙げられる。糖尿病マウスや糖尿病ラットにおいて、肝臓や脂肪組織がインスリンによる刺激に応答しなくなることが知られている。上記した通り、カイコの血糖調節機構は、ヒトと類似した機構を有することは明らかになっているが、その他の代謝調節機構については不明な点が多い。
本発明の実施例により、一定期間高グルコース餌を与えて高血糖としたカイコでは、個体レベルでの空腹時血糖異常、耐糖能の低下、インスリン抵抗性、及び脂質異常を示すことが分かった。これらの症状は、ヒトのII型糖尿病の症状と一致している。上述したように、カイコにはヒトの血糖調節機構と同様な機構がある他に、カイコの脂質調節機構等の他の代謝調節機構がヒトと類似していることからこれらの効果が表れたと考えられる。
One of the causes of abnormal glucose tolerance (decrease in glucose tolerance) due to chronic feeding of a high-calorie diet in humans is the failure of the blood glucose regulation mechanism due to insulin resistance. It is known that in diabetic mice and diabetic rats, the liver and adipose tissue do not respond to insulin stimulation. As described above, it has been clarified that the blood glucose control mechanism of silkworms has a mechanism similar to that of humans, but there are many unclear points regarding other metabolic control mechanisms.
According to the examples of the present invention, it was found that silkworms that were hyperglycemic by giving a high glucose diet for a certain period showed abnormal fasting blood glucose, decreased glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormalities at the individual level. These symptoms are consistent with the symptoms of human type II diabetes. As described above, silkworms have similar mechanisms to human blood glucose regulation, and other metabolic regulation mechanisms such as silkworm lipid regulation mechanisms are similar to those of humans. It is done.
[従来のカイコを用いたヒトの血糖値を降下させる物質の評価方法等の違い]
従来の評価方法では、高グルコース含有餌をカイコに1時間投与後、被験物質を投与し、被験物質を投与してから6時間後に該カイコの血糖値を測定することによって、被験物質がヒトの血糖値を降下させる物質であるか否かを評価していた(特許文献1の実施例4、5、10)。
[Differences in methods for evaluating substances that lower blood sugar levels in humans using conventional silkworms]
In a conventional evaluation method, a high glucose-containing food is administered to a silkworm for 1 hour, a test substance is administered, and a blood glucose level of the silkworm is measured 6 hours after the test substance is administered. It was evaluated whether or not it was a substance that lowers blood glucose levels (Examples 4, 5, and 10 of Patent Document 1).
従来の評価方法は、短時間で被験物質がヒトの血糖値を降下させる物質の評価をすることができるという利点を有している一方で、II型糖尿病治療病薬である例えばピオグリタゾンは評価することができなかった(かかる物質は候補物質として捕捉(評価)できず、またスクリーニングもできなかった)。
その原因は、短時間の高グルコース餌の摂食によるカイコの高血糖モデルがヒトのII型糖尿病モデルを模擬していないことが原因であると考えられる。
The conventional evaluation method has the advantage that the test substance can evaluate a substance that lowers the blood glucose level of a human in a short time, while pioglitazone, which is a therapeutic agent for type II diabetes, evaluates it. (The substance could not be captured (evaluated) as a candidate substance and could not be screened).
The cause of this is thought to be that the hyperglycemia model of silkworms due to short-term intake of high-glucose diet does not simulate the human type II diabetes model.
そこで、本発明は、ヒトのII型糖尿病の原因の1つとして考えられている「過食」に注目し、従来の評価方法よりも長時間高グルコース含有餌を与えることにより、カイコにおいてもヒトのII型糖尿病様の症状が現れるのではないかという仮説に基づいて検討を行った結果、一定期間高グルコース含有餌を与え、その後一定期間絶食させたカイコにおいて、ヒトのII型糖尿病様の症状(空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、脂質異常)が出ることが確認された。
従来の評価方法で用いていた「高グルコース含有餌を1時間与えたカイコ」においては、インスリン投与により血糖値が低下したことから、インスリン抵抗性になっていないことが示唆される(特許文献1の実施例4)。また、1時間高グルコース含有餌を与えてから、2時間、5時間、8時間絶食させたときの血糖値を測定した結果、絶食開始2時間後から血糖値が低下し、空腹時血糖異常が引き起こされていないことが示唆される(特許文献1の実施例7)。
これらの結果から、「高グルコース含有餌を1時間与えたカイコ」においては、II型糖尿病様症状が現れていないことが考えられる。
Therefore, the present invention pays attention to “overeating” which is considered as one of the causes of human type II diabetes, and by giving a high glucose-containing diet for a longer time than the conventional evaluation method, As a result of the examination based on the hypothesis that type II diabetes-like symptoms may appear, human type II diabetes-like symptoms in silkworms fed with high glucose-containing food for a certain period and then fasted for a certain period ( Abnormal fasting blood glucose, glucose tolerance, insulin resistance, lipid abnormalities) were confirmed.
In “the silkworm fed with a high-glucose-containing diet for 1 hour” used in the conventional evaluation method, it was suggested that insulin resistance was not achieved because the blood glucose level was reduced by insulin administration (Patent Document 1). Example 4). Moreover, as a result of measuring the blood glucose level when fasted for 2 hours, 5 hours, and 8 hours after feeding with a high glucose-containing food for 1 hour, the blood glucose level decreased after 2 hours from the start of fasting, and fasting blood glucose abnormality It is suggested that it is not caused (Example 7 of Patent Document 1).
From these results, it is considered that type II diabetes-like symptoms do not appear in “the silkworm fed with a high glucose-containing diet for 1 hour”.
また本発明の評価方法と、従来の評価方法との違いは、被験物質を投与してから血糖値を測定するまでの工程である。従来の評価方法で、上述したとおり、被験物質を投与してから6時間後に血糖値の測定をしているのに対し、本発明では、「上記被験物質を投与したカイコを絶食させる工程」を経て、血糖値を測定している。
絶食状態にさせる理由は、空腹時の血糖値を測定するためである。ヒトのII型糖尿病患者では、空腹時の血糖値が高いことが知られており、この空腹時の血糖値の上昇が、II型糖尿病の症状である、インスリン抵抗性や糖代謝、脂質代謝異常等に起因している。
カイコもヒトと同様に、空腹時の血糖値を測定することによって、II型糖尿病様の症状を有しているか否かの判断材料になるのではないかという仮説に基づいて検討を行った結果、本発明が完成した。よって、従来の評価方法から、「上記被験物質を投与したカイコを絶食させる工程」を容易に想到することができない。
Further, the difference between the evaluation method of the present invention and the conventional evaluation method is the process from the administration of the test substance to the measurement of the blood glucose level. In the conventional evaluation method, as described above, the blood glucose level is measured 6 hours after administration of the test substance, whereas in the present invention, the “step of fasting the silkworm administered with the test substance” is performed. After that, blood sugar level is measured.
The reason for fasting is to measure the fasting blood glucose level. It is known that fasting blood glucose levels are high in human type II diabetics, and this increase in fasting blood glucose levels is a symptom of type II diabetes, such as insulin resistance, glucose metabolism, and abnormal lipid metabolism. It is caused by etc.
The results of an examination based on the hypothesis that silkworms, like humans, can be used to determine whether or not they have type II diabetes-like symptoms by measuring fasting blood glucose levels. The present invention has been completed. Therefore, from the conventional evaluation method, the “step of fasting a silkworm administered with the test substance” cannot be easily conceived.
以下、実施例及び試験例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例等の具体的範囲に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example and a test example, this invention is not limited to specific ranges, such as a following example.
<カイコの種類、飼育条件、注射条件>
カイコの受精卵(交雑種ふ・よう×つくば・ね)は愛媛養蚕株式会社から購入した。孵化した幼虫は室温で人工飼料シルクメイト2S(日本農産工業株式会社)を与えて5齢幼虫まで育てた。飼育容器は卵から2齢幼虫までを角型2号シャーレ(栄研器材)、それ以降をディスポーザブルのプラスチック製フードパック(フードパックFD大深、中央化学株式会社)を用いた。飼育温度は27℃とした。特に記載がない限り、実験には4齢眠以後絶食させた5齢1日目の幼虫を用いた。
糖添加試料は、人工飼料シルクメイト2S(日本農産工業株式会社)に、種々の重量比でD−Glucoseを混合して調製した。
カイコの注射実験では、5齢幼虫の第5体節の模様がある体節に0.05mLの試料を注射した。注射筒(1mL)と注射針(27G×3/4)はテルモ株式会社より購入した。
<Type of silkworm, breeding conditions, injection conditions>
Silkworm fertilized eggs (Hybrid Fuyuyo × Tsukuba Ne) were purchased from Ehime Yoro Co., Ltd. The hatched larvae were given artificial feed silk mate 2S (Nippon Nosan Kogyo Co., Ltd.) at room temperature and grown to 5th instar larvae. As the breeding container, a square type No. 2 petri dish (Eiken Equipment Co., Ltd.) was used from the egg to the 2nd instar larva, and the disposable plastic food pack (Food Pack FD Oduka, Chuo Chemical Co., Ltd.) was used thereafter. The breeding temperature was 27 ° C. Unless otherwise specified, larvae on the first day of the fifth instar, fasted after the fourth instar sleep, were used in the experiments.
The sugar-added sample was prepared by mixing D-Glucose with artificial feed silk mate 2S (Nippon Nosan Kogyo Co., Ltd.) at various weight ratios.
In the silkworm injection experiment, 0.05 mL of a sample was injected into a somatic segment having the pattern of the fifth somatic larvae. The syringe barrel (1 mL) and the injection needle (27G × 3/4) were purchased from Terumo Corporation.
<カイコの血糖値の定量法>
血液(20μL)は第一腹肢(first proleg)にはさみでつけた切り傷から採取し、タンパク質を沈殿させるために9倍量の0.6N過塩素酸と混合した。3,000rpmで10分間遠心分離し、上清を体液抽出液(hemolymph extract)とした。
カイコ血液中の総糖量はフェノール硫酸法(Hodge et al)により定量した。蒸留水で適当な濃度に希釈した体液抽出液100μLと5%(w/v)フェノール水溶液100μLを混合し、濃硫酸500μLを加えて激しく撹拌し、室温で20分間静置した後、490nmにおける吸光度を測定した。グルコース水溶液を標準糖溶液とした。
血中グルコース濃度はグルコースオキシダーゼ法により定量された。蒸留水で適当な濃度に希釈した体液抽出液を20μLと酵素反応液(0.12M Na-phosphate buffer(pH7.4)、4units/mL of glucose oxidase、3units/mL of peroxidase、9mM o-dianisidine)400μLを混合し室温で40分放置した。その後、70%濃硫酸100μLを加えて激しく撹拌し、530nmにおける吸光度を測定した。グルコース水溶液を標準糖溶液とした。
<Method for quantifying blood sugar level in silkworm>
Blood (20 μL) was taken from a scissor cut on the first proleg and mixed with 9 volumes of 0.6 N perchloric acid to precipitate the protein. Centrifugation was performed at 3,000 rpm for 10 minutes, and the supernatant was used as a body fluid extract (hemolymph extract).
The total amount of sugar in silkworm blood was quantified by the phenol sulfate method (Hodge et al). 100 μL of bodily fluid extract diluted to an appropriate concentration with distilled water and 100 μL of 5% (w / v) phenol aqueous solution were mixed, 500 μL of concentrated sulfuric acid was added, and the mixture was vigorously stirred and allowed to stand at room temperature for 20 minutes, followed by absorbance at 490 nm. Was measured. A glucose aqueous solution was used as a standard sugar solution.
Blood glucose concentration was quantified by the glucose oxidase method. 20 μL of body fluid extract diluted to an appropriate concentration with distilled water and 400 μL of enzyme reaction solution (0.12 M Na-phosphate buffer (pH 7.4), 4 units / mL of glucose oxidase, 3 units / mL of peroxidase, 9 mM o-dianisidine) Were mixed and left at room temperature for 40 minutes. Thereafter, 100 μL of 70% concentrated sulfuric acid was added and stirred vigorously, and the absorbance at 530 nm was measured. A glucose aqueous solution was used as a standard sugar solution.
<カイコの脂肪体、及び体液中のトリグリセリドと遊離脂肪酸の定量>
カイコに18時間、通常の餌、又は、10%グルコース含有餌を摂食させた。その後、それぞれの群のカイコの脂肪体、及び体液を採取した。採取したサンプルのトリグリセリド、及び遊離脂肪酸量を酵素法により定量した。トリグリセリドについては、トリグリセリド E−テストワコー(和光純薬、大阪、日本)を用い、遊離脂肪酸については、NEFA C−テストワコー(和光純薬、大阪、日本)を用いて定量した。
<Determination of triglycerides and free fatty acids in silkworm fat bodies and body fluids>
Silkworms were fed normal food or 10% glucose-containing food for 18 hours. Thereafter, fat bodies and body fluids of silkworms of each group were collected. The amount of triglyceride and free fatty acid in the collected sample was quantified by an enzymatic method. Triglyceride E-Test Wako (Wako Pure Chemicals, Osaka, Japan) was used for triglycerides, and free fatty acids were quantified using NEFA C-Test Wako (Wako Pure Chemicals, Osaka, Japan).
<試薬>
組換え型ヒトインスリンはSigmaより購入し、0.1%酢酸を含む生理食塩水(0.9%NaCl)に溶解して用いた。ピオグリタゾンはLKT Laboratories,Incより購入した。5mgのピオグリタゾンを100μLの0.1MHClで懸濁し、4分煮沸し溶解させた。PBSを900μL加えvortexしたものを用いた。メトホルミン(1,1-Dimethylbiguanide Hydrochloride)は和光純薬より購入し、生理食塩水に溶解して用いた。
<Reagent>
Recombinant human insulin was purchased from Sigma and dissolved in physiological saline (0.9% NaCl) containing 0.1% acetic acid. Pioglitazone was purchased from LKT Laboratories, Inc. 5 mg of pioglitazone was suspended in 100 μL of 0.1M HCl and boiled for 4 minutes to dissolve. What was vortexed with 900 μL of PBS was used. Metformin (1,1-Dimethylbiguanide Hydrochloride) was purchased from Wako Pure Chemical and dissolved in physiological saline.
<脂肪体のAkt、及びJNKのリン酸化の検出>
カイコから摘出した脂肪体を、Insect saline(130mM NaCl、5mM KCl、1mM CaCl2)で洗浄した後、NP−40 lysis buffer(10mM Tris/HCl(pH7.5)、150mM NaCl、0.5mM EDTA、1mM DTT、1%NP−40、10mM NaF、1mM Na3VO4)250μLの溶液と混合し、5秒間、超音波処理した。その後、TCA沈殿を行い、タンパク質をSDS電気泳動し、PVDFメンブレンに移行させた。抗Akt抗体、抗リン酸化Akt抗体、抗JNK抗体及び抗リン酸化JNK抗体を用いたウエスタンブロットを行った。
<Detection of fat body Akt and JNK phosphorylation>
A fat body excised from a silkworm was washed with Insect saline (130 mM NaCl, 5 mM KCl, 1 mM CaCl 2 ), and then NP-40 lysis buffer (10 mM Tris / HCl (pH 7.5), 150 mM NaCl, 0.5 mM EDTA, 1 mM DTT, 1% NP-40, 10 mM NaF, 1 mM Na 3 VO 4 ) was mixed with 250 μL of solution and sonicated for 5 seconds. Thereafter, TCA precipitation was performed, the protein was subjected to SDS electrophoresis, and transferred to a PVDF membrane. Western blotting using anti-Akt antibody, anti-phosphorylated Akt antibody, anti-JNK antibody and anti-phosphorylated JNK antibody was performed.
<カイコの脂肪体のOil Red O染色>
カイコに18時間、通常の餌又は10%グルコース含有餌を摂食させた。その後、それぞれの群のカイコの脂肪体を採取した。PBSで2回洗浄後、3.7%ホルマリン溶液に室温、30分浸した。PBSで2回洗浄後、60%イソプロパノールに1分浸し、Oil Red O染色液(最終濃度1.8mg/mL)に室温、20分浸した。その後、60%イソプロパノール溶液で5回洗浄し、写真を取った。水気を取った脂肪体サンプルの重量を測定後、脂肪体にキシレンを200μL加え、室温で30分撹拌した。そして、ソニケーター(Sonifier 450,Branson)でOPC(Out put control)2モードで30秒処理し、10,000rpmで3分間遠心した。遠心上清画分のOD490を測定し、一定重量の脂肪体当たりの吸光度を算出し、比較した。
<Oil Red O staining of silkworm fat body>
Silkworms were fed normal food or 10% glucose-containing food for 18 hours. Thereafter, fat bodies of silkworms of each group were collected. After washing twice with PBS, it was immersed in a 3.7% formalin solution at room temperature for 30 minutes. After washing twice with PBS, it was immersed in 60% isopropanol for 1 minute, and immersed in Oil Red O staining solution (final concentration 1.8 mg / mL) at room temperature for 20 minutes. Then, it was washed 5 times with a 60% isopropanol solution and photographed. After measuring the weight of the fat body sample from which water had been removed, 200 μL of xylene was added to the fat body and stirred at room temperature for 30 minutes. And it processed for 30 second by OPC (Out put control) 2 mode with the sonicator (Sonifier 450, Branson), and centrifuged for 3 minutes at 10,000 rpm. OD490 of the centrifugal supernatant fraction was measured, and the absorbance per fat body of a constant weight was calculated and compared.
実施例1
[一定期間グルコースを与えて高血糖としたカイコの空腹時血糖の異常及び耐糖能の低下]
これまでの研究により、カイコに高グルコース餌を1時間食べさせることにより、カイコの血糖値が上昇することを見出している(非特許文献2)。この高血糖カイコにヒトインスリンを投与すると血糖値が低下したが、II型糖尿病治療薬であるピオグリタゾンを投与しても血糖値の低下は見られなかった。II型糖尿病は、慢性的な高カロリー食の摂食により、耐糖能が低下し、インスリン抵抗性になることにより引き起こされる。そこでカイコの耐糖能が低下し、インスリン抵抗性となる条件を検討した。
Example 1
[Abnormal fasting blood glucose and decreased glucose tolerance in silkworms that were hyperglycemic by giving glucose for a certain period of time]
Research so far has found that the blood sugar level of silkworms is increased by feeding silkworms with a high glucose diet for 1 hour (Non-patent Document 2). When human insulin was administered to this hyperglycemic silkworm, the blood glucose level decreased, but even when pioglitazone, a therapeutic agent for type II diabetes, was administered, no decrease in blood glucose level was observed. Type II diabetes is caused by reduced glucose tolerance and insulin resistance due to chronic high-calorie diets. Therefore, the conditions under which the glucose tolerance of silkworms decreases and insulin resistance is examined.
ヒトにおいて、耐糖能が低下したと判定する基準としては、(1)食後血糖値が200mg/dL以上、(2)空腹時血糖が150mg/dL以上、(3)グルコース負荷試験において、グルコース負荷後30分において、血糖値が200mg/dL以上となることが挙げられる。更に、インスリン抵抗性であると判断する基準としては、インスリンによるインスリン伝達経路が誘導されないことが挙げられる(Ryan G.Holzer,et.al.,Cell,2011,173-184)。 In humans, the criteria for determining that glucose tolerance has decreased include (1) postprandial blood glucose level of 200 mg / dL or higher, (2) fasting blood glucose level of 150 mg / dL or higher, (3) in glucose tolerance test, after glucose load In 30 minutes, the blood glucose level is 200 mg / dL or more. Furthermore, as a criterion for determining insulin resistance, insulin transmission pathway by insulin is not induced (Ryan G. Holzer, et.al., Cell, 2011, 173-184).
まず、カイコにグルコースを含む高カロリーの餌を一定期間与えることによりカイコの空腹時血糖異常が起こるかを検討した。5齢1日目のカイコに対して、18時間、10%(w/w)グルコースを含む餌を与え、その後24時間絶食させた後に血中の糖濃度を測定した(図1A)。18時間給餌後において、高グルコース餌給餌群は、通常餌給餌群に比べ血糖値が2.4倍高かった(図1B)。その後餌を取り除いて、24時間絶食後においても、高グルコース餌給餌群は、通常餌給餌群に比べて高い血糖値を示した(図1C)。図1の結果は、一定期間高グルコース餌を与えて高血糖としたカイコにおいて、空腹時血糖異常が起こっていることを示唆している。 First, we examined whether fasting blood glucose abnormalities occur in silkworms by giving them high-calorie food containing glucose for a certain period of time. A 5 year old silkworm was fed a diet containing 10% (w / w) glucose for 18 hours and then fasted for 24 hours, and then the blood sugar concentration was measured (FIG. 1A). After feeding for 18 hours, the blood glucose level of the high glucose feed group was 2.4 times higher than that of the normal feed group (FIG. 1B). Thereafter, the food was removed, and even after fasting for 24 hours, the high glucose feed group showed a higher blood glucose level than the normal feed group (FIG. 1C). The results in FIG. 1 suggest that fasting blood glucose abnormalities occur in silkworms that have been hyperglycemic by giving a high glucose diet for a certain period of time.
次に、通常の餌を18時間摂食させた5齢1日目のカイコ(以下、「通常餌給餌カイコ」と略記する)と10%(w/w)グルコースを含む餌を18時間摂食させた5齢1日目のカイコ(以下、「高グルコース餌給餌カイコ」と略記する)それぞれについて24時間絶食後、グルコース負荷試験(GTT:glucose tolerance test)を行った(図2A)。
すなわち、24時間絶食後、カイコの血液中にグルコース溶液(75mg/mL)を100mL注射後、0、15、30、60、90、120分後の総糖濃度及びグルコース濃度を測定した。
Next, a 5-year-old day 1 silkworm (hereinafter abbreviated as “normal diet-fed silkworm”) fed with a normal diet for 18 hours and a diet containing 10% (w / w) glucose for 18 hours Each of the 5th day old silkworms (hereinafter abbreviated as “high-glucose-feeding silkworms”) was fasted for 24 hours and then subjected to a glucose tolerance test (GTT) (FIG. 2A).
That is, after fasting for 24 hours, 100 mL of a glucose solution (75 mg / mL) was injected into silkworm blood, and then the total sugar concentration and glucose concentration after 0, 15, 30, 60, 90, and 120 minutes were measured.
その結果、高グルコース餌給餌カイコは、通常餌給餌カイコに比べ、グルコース投与後、15、30、60、90、120分の血液中の総糖濃度がいずれも高い値を示すことが分かった(図2B)。通常餌給餌カイコの血液中にはグルコースは存在せず、二糖類であるトレハロースが存在している。これまでに、グルコース餌を与えるとカイコの体液中にグルコースとトレハロースが混在するようになることが分っている(非特許文献2)。
高グルコース餌給餌カイコは、通常餌給餌カイコよりグルコース投与後、15、30、60、90分の体液中のグルコース濃度も高い値を示した(図2C)。
図2の結果は、一定期間高グルコース餌を与えて高血糖としたカイコにおいては、耐糖能が低下していることを示唆している。
As a result, it was found that high glucose-feeding silkworms showed higher total sugar concentrations in the blood at 15, 30, 60, 90, and 120 minutes after glucose administration than normal-feeding silkworms ( FIG. 2B). Normally, there is no glucose in the blood of the feeding silkworm, and there is a disaccharide, trehalose. So far, it has been known that glucose and trehalose come to coexist in the body fluid of silkworms when fed with glucose (Non-patent Document 2).
High glucose-fed silkworms showed higher glucose concentrations in body fluids at 15, 30, 60, and 90 minutes after administration of glucose than normal feed-fed silkworms (FIG. 2C).
The result of FIG. 2 suggests that the sugar tolerance is reduced in silkworms that have been hyperglycemic by giving a high glucose diet for a certain period of time.
実施例2
[高グルコース餌給餌カイコにおけるインスリン抵抗性の亢進]
ヒトにおいて高カロリー食の慢性的な摂食による耐糖能の低下の原因の1つとして、インスリン抵抗性による血糖調節機構の破綻が挙げられる。糖尿病マウスや糖尿病ラットにおいて、肝臓や脂肪組織がインスリンによる刺激に応答しなくなることが知られている(Ryan G.Holzer,et.al.,Cell,2011,173-184)。
また、これまでの研究により、摘出したカイコの脂肪体のin vitroの組織培養系にインスリンを加えると脂肪体細胞でのAktのリン酸化、及び糖取り込みが亢進することを見出している(非特許文献2)。
Example 2
[Enhanced insulin resistance in silkworms fed with high glucose]
One of the causes of a decrease in glucose tolerance due to chronic feeding of a high-calorie diet in humans is the failure of the blood glucose regulation mechanism due to insulin resistance. In diabetic mice and diabetic rats, it is known that the liver and adipose tissue become unresponsive to insulin stimulation (Ryan G. Holzer, et. Al., Cell, 2011, 173-184).
In addition, studies to date have found that addition of insulin to the in vitro tissue culture system of isolated silkworm fat bodies enhances Akt phosphorylation and sugar uptake in fat body cells (non-patented). Reference 2).
そこで、一定期間グルコース餌を与えて高血糖としたカイコ、及び通常餌給餌カイコの脂肪体を摘出し、インスリンに対する応答性を比較した。すなわち、高グルコース餌給餌カイコ、通常餌給餌カイコそれぞれについて18時間給餌後に脂肪体を摘出し、Grace’s mediumに生理食塩水及び組換え型ヒトインスリン(0.7mg)を投与し、27℃で3時間培養後、抗リン酸化Akt抗体及び抗Akt抗体を用いたウエスタンブロットを行った。 Accordingly, the fat bodies of silkworms that were hyperglycemic by giving glucose feed for a certain period of time and the fat bodies of silkworms that were fed with normal food were extracted, and the response to insulin was compared. That is, for each of the high-glucose-feeding silkworms and the normal-feeding silkworms, fat bodies were removed after 18 hours of feeding, and physiological saline and recombinant human insulin (0.7 mg) were administered to Grace's medium at 27 ° C. After culturing for 3 hours, Western blotting using an anti-phosphorylated Akt antibody and an anti-Akt antibody was performed.
その結果、通常餌給餌カイコから摘出した脂肪体では、インスリンによりAktのリン酸化が亢進したが、高グルコース餌給餌カイコから摘出した脂肪体では、インスリンによるAktのリン酸化が起こらなくなっていることが判明した(図3)。この結果は、一定期間高グルコース餌を与えて高血糖としたカイコの脂肪体細胞は、インスリンに対する反応性が低下していることを示唆している。 As a result, Akt phosphorylation was enhanced by insulin in fat bodies extracted from normal feed-fed silkworms, but Akt phosphorylation by insulin was not caused in fat bodies extracted from high-glucose-fed silkworms. It became clear (FIG. 3). This result suggests that silkworm adipocytes that have been hyperglycemic by giving a high glucose diet for a certain period of time have reduced responsiveness to insulin.
実施例3
[高グルコース餌給餌カイコにおける血中及び脂肪体における脂質の蓄積]
II型糖尿病患者がインスリン抵抗性となる原因として、肝臓や脂肪組織等の臓器や血液中のトリグリセリド、遊離脂肪酸濃度の上昇が指摘されている。また、高脂肪食(High fat diet;HFD)を食べさせて糖尿病としたマウスは、肝臓におけるトリグリセリドやグリセロールの蓄積、及び血中の遊離脂肪酸の上昇等の肥満の症状を示す(Mark J.Czaja,Trends in Endocrinology and Metabolism,2010,707-713)。これらの脂質の蓄積はインスリン抵抗性を惹起する要因となると考えられている(Giovanni Tatantino and Armando Caputi, World journal of Gastroenterology,2011,3785-3794,Ryan G.Holzer,et.al.,Cell,2011,173-184)。
Example 3
[Liquid accumulation in blood and fat bodies in silkworms fed with high glucose]
As a cause of insulin resistance in type II diabetic patients, an increase in triglyceride and free fatty acid concentrations in organs such as liver and adipose tissue and blood has been pointed out. In addition, mice that are diabetic by eating a high fat diet (HFD) show symptoms of obesity such as accumulation of triglycerides and glycerol in the liver and an increase in free fatty acids in the blood (Mark J. Czaja). , Trends in Endocrinology and Metabolism, 2010, 707-713). Accumulation of these lipids is thought to cause insulin resistance (Giovanni Tatantino and Armando Caputi, World journal of Gastroenterology, 2011, 3785-3794, Ryan G. Holzer, et. Al., Cell, 2011). 173-184).
そこで高グルコース餌給餌カイコの体液及び脂肪体においても、脂質が蓄積しているかを検討した。すなわち、通常餌給餌カイコ、高グルコース餌給餌カイコそれぞれについて18時間給餌後に脂肪体及び体液中のトリグリセリド量及び遊離脂肪酸量を定量した。 Therefore, it was examined whether lipids accumulated in body fluids and fat bodies of silkworms fed with high glucose. That is, the amounts of triglycerides and free fatty acids in fat bodies and body fluids were quantified after feeding for 18 hours for silkworms fed with normal food and silkworm fed with high glucose.
その結果、Oil Red Oにより脂肪体細胞の脂肪滴を染色したところ、高グルコース餌給餌カイコの脂肪体は通常餌給餌カイコの脂肪体に比べて、より強く染色された(図4A)。更に、染色処理後の脂肪体からキシレンで色素を抽出し、色素量を定量した結果、両者には1.3倍の違いが認められた(図4B)。
更に、高グルコース餌給餌カイコの脂肪体のトリグリセリド量は、通常餌給餌カイコのそれより1.4倍上昇していた(図5A)。このとき、通常餌給餌カイコと高グルコース餌給餌カイコの脂肪体中の遊離脂肪酸量には有意な差はみられなかった(図5B)。
As a result, when fat droplets of fat body cells were stained with Oil Red O, the fat bodies of high-glucose-fed-feeding silkworms were stained more strongly than the fat bodies of normal-feeding-fed silkworms (FIG. 4A). Furthermore, as a result of extracting the pigment | dye with xylene from the fat body after dyeing | staining process and quantifying the pigment | dye amount, 1.3 times difference was recognized by both (FIG. 4B).
Furthermore, the amount of triglycerides in fat bodies of silkworms fed with high glucose was 1.4 times higher than that of silkworms fed with normal food (FIG. 5A). At this time, there was no significant difference in the amount of free fatty acids in the fat bodies of normal diet-fed silkworms and high glucose feed-fed silkworms (FIG. 5B).
一方、インスリン抵抗性となっている患者の血液中のトリグリセリド、及び遊離脂肪酸量が上昇していることが知られている。また、マウスを用いた研究から、血液中の遊離脂肪酸がインスリン抵抗性を惹起することも報告されている。そこで、高グルコース餌給餌カイコの体液において、トリグリセリドや遊離脂肪酸の濃度が上昇しているかを検討した。その結果、一定期間高グルコース餌を与えて高血糖としたカイコの体液中のトリグリセリド、及び遊離脂肪酸濃度は、何れも通常餌給餌カイコより上昇していることが判明した(図5C、D)。 On the other hand, it is known that the amount of triglycerides and free fatty acids in the blood of patients who are insulin resistant is increased. In addition, studies using mice have also reported that free fatty acids in blood cause insulin resistance. Therefore, it was examined whether the concentrations of triglycerides and free fatty acids were increased in the body fluid of silkworms fed with high glucose. As a result, it was found that the triglyceride and free fatty acid concentrations in the body fluids of silkworms that were hyperglycemic by giving a high glucose diet for a certain period of time were higher than those in the normal diet-fed silkworms (FIGS. 5C and D).
以上の結果は、一定期間高グルコース餌を与えて高血糖としたカイコは脂質異常の症状を呈していることを示唆している。また、体液中のトリグリセリド、及び遊離脂肪酸量が上昇したことにより、これらの濃度上昇によりインスリン抵抗性が惹起された可能性を示唆している。 The above results suggest that silkworms that are hyperglycemic by giving a high glucose diet for a certain period of time exhibit symptoms of lipid abnormalities. In addition, an increase in the amount of triglycerides and free fatty acids in the body fluid suggests that insulin resistance may be induced by the increase in these concentrations.
実施例4
[高グルコース餌給餌カイコの脂肪体におけるJNKのリン酸化の亢進]
血中の遊離不飽和脂肪酸は、様々な組織のJNK(c-Jun N-terminal kinase)のリン酸化を引き起こすことにより、インスリン抵抗性を惹起することが知られている(Ryan G.Holzer,et.al.,Cell,2011,173-184)。上述したように、高グルコース餌給餌カイコでは、血中の遊離脂肪酸量が増加しており、しかも脂肪体がインスリン抵抗性を示した。
Example 4
[Enhanced phosphorylation of JNK in fat bodies of silkworm fed with high glucose]
It is known that free unsaturated fatty acids in blood induce insulin resistance by causing phosphorylation of JNK (c-Jun N-terminal kinase) in various tissues (Ryan G. Holzer, et. Al., Cell, 2011, 173-184). As described above, in the silkworm fed with high glucose, the amount of free fatty acid in the blood increased, and the fat body showed insulin resistance.
そこで次に、この高グルコース餌給餌カイコで、脂肪体におけるJNKのリン酸化が亢進しているかを検討した。高グルコース餌給餌カイコ、及び通常餌給餌カイコそれぞれの脂肪体を給餌18時間後に摘出し、ウエスタンブロットにより脂肪体細胞におけるJNKのリン酸化のレベルを比較した。その結果、この高グルコース餌給餌カイコの脂肪体においては、通常餌給餌カイコのそれよりJNKのリン酸化が亢進していることが分った(図6)。 Then, next, it was investigated whether the phosphorylation of JNK in a fat body was increasing in this high glucose feed silkworm. The fat bodies of high-glucose-feeding silkworms and normal-feeding silkworms were excised 18 hours after feeding, and the levels of JNK phosphorylation in fat body cells were compared by Western blotting. As a result, it was found that JNK phosphorylation was enhanced in the fat body of this high-glucose-fed-feeding silkworm than that in the normal-fed-feeding silkworm (FIG. 6).
実施例5
[高グルコース餌給餌カイコの血糖値に対するピオグリタゾン、及びメトホルミンの投与の効果]
高グルコース餌給餌カイコを用いて、II型糖尿病治療薬であるピオグリタゾン、及びメトホルミンの評価を試みた(Cignarelli A.,et al Arch Physiol Biochem 2013 early online:1-11)。
高グルコース餌給餌カイコ、及び通常餌給餌カイコそれぞれについて、18時間給餌後にControl溶液(PBS+0.01MHCl)、又はピオグリタゾン(5mg/mL)を投与し、24時間の血中の糖濃度を測定した。
また、高グルコース餌給餌カイコ、及び通常餌給餌カイコそれぞれについて、18時間給餌後に生理食塩水(0.9%NaCl)、又はメトホルミン(4mg/mL)を投与し、24時間の血中の糖濃度を測定した。すなわち、カイコ1匹(約1.4g)当たり、ピオグリタゾンは0.25mg、メトホルミンは0.2mg投与されたことになる。
その結果、高グルコース餌給餌カイコにピオグリタゾン、又はメトホルミンを投与すると空腹時の血糖値が低下することが判明した(図7)。
Example 5
[Effect of administration of pioglitazone and metformin on blood glucose level of silkworm fed with high glucose]
An attempt was made to evaluate pioglitazone and metformin, which are drugs for treating type II diabetes, using silkworms fed with high glucose (Cignarelli A., et al Arch Physiol Biochem 2013 early online: 1-11).
For each of the high-glucose-feeding silkworms and the normal-feeding silkworms, the control solution (PBS + 0.01M HCl) or pioglitazone (5 mg / mL) was administered after feeding for 18 hours, and the blood sugar concentration was measured for 24 hours.
In addition, for each of the silkworms fed with high glucose and the silkworm fed with normal food, physiological saline (0.9% NaCl) or metformin (4 mg / mL) was administered after feeding for 18 hours, and the blood sugar concentration for 24 hours Was measured. That is, 0.25 mg of pioglitazone and 0.2 mg of metformin were administered per silkworm (about 1.4 g).
As a result, it was found that when pioglitazone or metformin was administered to high-glucose-fed silkworms, the fasting blood glucose level decreased (FIG. 7).
試験例1
[従来の評価方法等で使用していたカイコの血糖値に対するビオグリタゾン、及びメトホルミンの投与の効果]
5齢1日目のカイコに、10%(w/w)グルコース添加飼料を与え、27℃で1時間飼育後、生理食塩水、ピオグリタゾン(0.1mg/larva)、又はメトホルミン(0.1mg/larva)を投与した。投与から6時間後に血液を採取し、糖濃度を測定した。
結果を図8に示す。ピオグリタゾン(図8A)、メトホルミン(図8B)共に、生理食塩水を投与した時に比べて有意に血糖値が減少しなかった。
Test example 1
[Effect of administration of bioglitazone and metformin on the blood sugar level of silkworms used in conventional evaluation methods]
5th day old silkworms were fed a diet supplemented with 10% (w / w) glucose and raised at 27 ° C. for 1 hour, then saline, pioglitazone (0.1 mg / larva), or metformin (0.1 mg / larva) was administered. Blood was collected 6 hours after administration and the sugar concentration was measured.
The results are shown in FIG. Both pioglitazone (FIG. 8A) and metformin (FIG. 8B) did not significantly reduce blood glucose levels compared to when saline was administered.
実施例1〜2より、高グルコース餌給餌カイコでは、空腹時の血糖値の上昇、個体レベルでの耐糖能の低下、及びインスリン抵抗性を示すことが分かった。これらの症状は、ヒトのII型糖尿病の症状と一致している。実施例3より、この高グルコース餌給餌カイコでは脂肪体、及び体液中の脂質の量が上昇しており、脂質異常(高脂血)様の症状を示した。また、実施例4より、高グルコース餌給餌カイコから摘出された脂肪体では、試験管内組織培養系でのインスリン応答性が低下していた。更に、実施例5より、この高グルコース餌給餌カイコにピオグリタゾンやメトホルミンを投与すると血糖値の低下がみられた。これらの結果は、一定期間グルコース餌を与えて高血糖としたカイコがII型糖尿病モデルとして利用できることを示唆している。該モデルは、新規II型糖尿病治療薬の探索に有用であると期待される。 From Examples 1-2, it was found that high-glucose-feeding silkworms showed an increase in fasting blood glucose level, a decrease in glucose tolerance at the individual level, and insulin resistance. These symptoms are consistent with the symptoms of human type II diabetes. From Example 3, in this silkworm fed with high glucose, the amount of fat in the fat body and body fluid was increased, and a lipid abnormal (hyperlipidemic) -like symptom was shown. Moreover, from Example 4, the insulin responsiveness in the in vitro tissue culture system was reduced in the fat bodies extracted from silkworms fed with high glucose. Furthermore, from Example 5, when pioglitazone or metformin was administered to this high-glucose feed silkworm, a decrease in blood glucose level was observed. These results suggest that silkworms that have been hyperglycemic by giving glucose for a certain period can be used as a type II diabetes model. The model is expected to be useful for searching for novel type II diabetes therapeutics.
哺乳動物において高カロリー食の摂取により、肝臓のトリグリセリド量の増加や血中の遊離脂肪酸の量が増加することが報告されている。また、血中の遊離脂肪酸の上昇は、JNKのリン酸化を導き、それによりインスリン抵抗性が引き起こされる(Ryan G.Holzer,et.al.,Cell,2011,173-184,Mark J.Czaja,Trends in Endocrinology and Metabolism,2010,707-713,Giovanni Tatantino and Armando Caputi,World journal of Gastroenterology,2011,3785-3794)。カイコにおいても哺乳動物と同様に、高グルコース餌を食べることにより、脂肪体中のトリグリセリド量が増加し、それに伴って、体液中の遊離脂肪酸量が増加すると考えられる。その遊離脂肪酸が脂肪体細胞におけるAktのリン酸化を誘導し、インスリン抵抗性が引き起こされ、最終的には、脂肪体の耐糖能の低下を引き起こすと考えられる。 It has been reported that the intake of a high-calorie diet in mammals increases the amount of triglycerides in the liver and the amount of free fatty acids in the blood. In addition, an increase in blood free fatty acid leads to phosphorylation of JNK, which causes insulin resistance (Ryan G. Holzer, et. Al., Cell, 2011, 173-184, Mark J. Czaja, Trends in Endocrinology and Metabolism, 2010, 707-713, Giovanni Tatantino and Armando Caputi, World journal of Gastroenterology, 2011, 3785-3794). In silkworms, as in mammals, eating a high glucose diet increases the amount of triglycerides in the fat body, and accordingly increases the amount of free fatty acids in the body fluid. It is thought that the free fatty acid induces phosphorylation of Akt in fat body cells, causing insulin resistance, and ultimately causing a decrease in fat body glucose tolerance.
カイコやショウジョウバエ等の昆虫の体液中の糖の大部分は二分子のグルコースが結合したトレハロースである。昆虫は、グルコースによる毒性を緩和するために毒性の低いトレハロースに変換する制御機構を有していると考えられる。カイコは、このトレハロースに変換する制御機構の許容量を超える過剰なグルコースの摂取により、体液中のグルコース濃度が増加すると考えられる。 Most of the sugars in the body fluids of insects such as silkworms and fruit flies are trehalose combined with two molecules of glucose. Insects are thought to have a regulatory mechanism that converts to less toxic trehalose to mitigate the toxicity of glucose. Silkworms are thought to increase the concentration of glucose in body fluids by ingesting excess glucose that exceeds the tolerance of the control mechanism that converts to trehalose.
本発明により、カイコにグルコースを過剰に含む餌を一定時間与えればヒトのII型糖尿病様の症状を呈することを明らかにした。一方、マウスでは、血糖値の上昇等のII型糖尿病様の症状を示すためには、高脂肪食を2週間以上与える必要があるとされている。従って、カイコを用いれば、マウスを用いた場合に比べてはるかに短時間でII型糖尿病モデルを構築できることになる。 According to the present invention, it has been clarified that if a silkworm is fed with a diet containing excessive glucose for a certain period of time, it exhibits human type II diabetes-like symptoms. On the other hand, in mice, in order to show type II diabetes-like symptoms such as an increase in blood glucose level, it is said that it is necessary to give a high fat diet for 2 weeks or more. Therefore, using a silkworm, a type II diabetes model can be constructed in a much shorter time than when using a mouse.
また、本発明により、ピオグリタゾンやメトホルミンを投与することにより、一定期間高グルコース餌を与えて高血糖としたカイコの絶食時の血糖値が低下することを見出した。本発明は無脊椎動物を用いて、II型糖尿病の治療薬の血糖降下作用を評価した初めての例である。チアゾリジン誘導体薬であるピオグリタゾンは、転写因子PPARγ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ;ペルオキシゾーム増殖剤応答性受容体-γ)の作用を増強することによりインスリン抵抗性の改善に寄与すると考えられている(Hauner H:The mode of action of thiazolidinediones.Diabetes Metab.Res.Rev.,18:S10-S15,2002)。哺乳動物でPPARγは脂肪細胞で高発現している他、骨格筋や肝臓でも発現している。 In addition, the present invention has found that administration of pioglitazone or metformin decreases the blood glucose level during fasting of silkworms that have been given high glucose for a certain period of time to increase hyperglycemia. The present invention is the first example of evaluating the hypoglycemic effect of a therapeutic agent for type II diabetes using invertebrates. Pioglitazone, a thiazolidine derivative, is thought to contribute to the improvement of insulin resistance by enhancing the action of the transcription factor PPARγ (peroxisome proliferator-activated receptor-γ). (Hauner H: The mode of action of thiazolidinediones. Diabetes Metab. Res. Rev., 18: S10-S15, 2002). In mammals, PPARγ is highly expressed in adipocytes and also expressed in skeletal muscle and liver.
チアゾリジン誘導体薬は、各種臓器に作用し、血糖値の低下を引き起こすことが知られている。脂肪細胞に対してチアゾリジン誘導体薬は、インスリン感受性の小型脂肪細胞の数の増加、血糖調節に関わるアデイポネクチンの発現上昇、脂肪酸取り込みの増強を引き起こす。骨格筋細胞に対してチアゾリジン誘導体薬は、PPARγの発現上昇、糖取り込み、グリコーゲン合成の増強を引き起こす。肝臓細胞に対してチアゾリジン誘導体薬は、糖新生の抑制を引き起こす。
カイコのゲノム中にPPARγと相同性の高いタンパク質をコードする遺伝子が存在することをこれまでに見出している。その相同性の高いタンパク質のアミノ酸配列を配列番号1に示す。ピオグリタゾンは、カイコの各種臓器に作用し、PPARγの活性化を引き起こすと推測される。
Thiazolidine derivative drugs are known to act on various organs and cause a decrease in blood glucose level. Thiazolidine derivative drugs increase the number of insulin-sensitive small fat cells, increase the expression of adiponectin involved in blood glucose regulation, and enhance fatty acid uptake for adipocytes. A thiazolidine derivative induces increased PPARγ expression, sugar uptake, and enhanced glycogen synthesis against skeletal muscle cells. Thiazolidine derivative drugs cause suppression of gluconeogenesis on liver cells.
It has been found that a gene encoding a protein having high homology with PPARγ exists in the silkworm genome. The amino acid sequence of the highly homologous protein is shown in SEQ ID NO: 1. Pioglitazone is presumed to act on various organs of silkworms and cause activation of PPARγ.
一方、ビグアナイド薬であるメトホルミンは、哺乳動物の肝臓や骨格筋に作用し、AMP活性化プロテインキナーゼ(AMPK)を活性化することにより糖尿病症状の改善に寄与すると考えられている(Zhou G,et al.,:Role of AMP-activated protein kinase in mechanism of metformin action.J.Clin.Invest.,108:1167-1174,2001)。本発明者らはこれまでに、カイコにおいてもAMPKの活性化が血糖値の低下を導くことを報告している(非特許文献2)。メトホルミンは、カイコの各種臓器に作用し、AMPKの活性化を引き起こしていると考えられる。 On the other hand, metformin, which is a biguanide, acts on the liver and skeletal muscle of mammals and is thought to contribute to the improvement of diabetic symptoms by activating AMP-activated protein kinase (AMPK) (Zhou G, et al.,: Role of AMP-activated protein kinase in mechanism of metformin action, J. Clin. Invest., 108: 1167-1174, 2001). The present inventors have so far reported that activation of AMPK leads to a decrease in blood glucose level even in silkworms (Non-patent Document 2). Metformin is considered to act on various organs of the silkworm and cause activation of AMPK.
本発明である高血糖カイコを用いたII型糖尿病に対する治療薬の評価方法により、新規のII型糖尿病治療薬を探索することができるのみならず、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常が引き起こされるメカニズムを解明することが可能であるため、医薬開発分野等に広く利用されるものである。 According to the method for evaluating a therapeutic agent for type II diabetes using the hyperglycemic silkworm of the present invention, not only a novel type II diabetes therapeutic agent can be searched but also fasting blood glucose abnormality, glucose tolerance abnormality, insulin resistance Since it is possible to elucidate the mechanism that causes lipid abnormalities, it is widely used in the field of drug development and the like.
Claims (3)
(a)カイコに、糖(A)を少なくとも18時間以上摂取させることにより、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にする工程、
(b)上記工程(a)で得られた、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にされたカイコに、上記被験物質を投与する工程、
(c)上記被験物質を投与したカイコを少なくとも10時間以上絶食させる工程、
(d)上記絶食させたカイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を測定する工程、
を有することを特徴とする方法。 A method for evaluating whether a test substance is a candidate substance for preventing or treating human type II diabetes,
(A) At least one state selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality by allowing a silkworm to ingest sugar (A) for at least 18 hours The process of
(B) In the silkworm obtained in the step (a), at least one silkworm selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality, Administering a test substance;
(C) fasting silkworms administered with the test substance for at least 10 hours ,
(D) a step of measuring the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the fasted silkworm,
A method characterized by comprising:
(a)カイコに、糖(A)を少なくとも18時間以上摂取させることにより、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にする工程、
(b)上記工程(a)で得られた、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にされたカイコに、上記被験物質を投与する工程、
(c)上記被験物質を投与したカイコを少なくとも10時間以上絶食させる工程、
(d)上記絶食させたカイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を測定する工程、
(e)上記被験物質の中から、該カイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を低下させる物質を選択する工程、
を有することを特徴とする方法。 A method for screening a substance for preventing or treating human type II diabetes,
(A) At least one state selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality by allowing a silkworm to ingest sugar (A) for at least 18 hours The process of
(B) In the silkworm obtained in the step (a), at least one silkworm selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality, Administering a test substance;
(C) fasting silkworms administered with the test substance for at least 10 hours ,
(D) a step of measuring the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the fasted silkworm,
(E) selecting a substance that reduces the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the silkworm from the test substance,
A method characterized by comprising:
(a)カイコに、糖(A)を少なくとも18時間以上摂取させることにより、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にする工程、
(b)上記工程(a)で得られた、空腹時血糖異常、耐糖能異常、インスリン抵抗性、及び、脂質異常からなる群より選択される少なくとも1つ以上の状態にされたカイコに、上記被験物質を投与する工程、
(c)上記被験物質を投与したカイコを少なくとも10時間以上絶食させる工程、
(d)上記絶食させたカイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を測定する工程、
(e)上記被験物質の中から、該カイコの脂肪体中又は血液中の糖(B)の濃度を低下させる物質を選択する工程、
(f)上記工程(e)で選択された物質と製薬上許容される担体を混合する工程、
を有することを特徴とする方法。
A method for producing a prophylactic or therapeutic agent for human type II diabetes,
(A) At least one state selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality by allowing a silkworm to ingest sugar (A) for at least 18 hours The process of
(B) In the silkworm obtained in the step (a), at least one silkworm selected from the group consisting of abnormal fasting blood glucose, abnormal glucose tolerance, insulin resistance, and lipid abnormality, Administering a test substance;
(C) fasting silkworms administered with the test substance for at least 10 hours ,
(D) a step of measuring the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the fasted silkworm,
(E) selecting a substance that reduces the concentration of sugar (B) in the fat body or blood of the silkworm from the test substance,
(F) mixing the substance selected in step (e) with a pharmaceutically acceptable carrier;
A method characterized by comprising:
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