湘南藤沢学会 2019年度 研究助成金 研究成果発表（学会発表）

Miami Winter Symposium 2020 ポスター発表

慶應義塾大学 環境情報学部 4年 髙橋春乃

1. 活動日程及び会場 日程：2020 年 1 月 26 日（日）〜29 日（水）

会場：Hyatt Regency Miami, Florida, United States of America

2. 活動の目的 今回のマイアミで開催される国際学会におけるポスター発表を通して，腸内細菌について最先端

の知識を有する研究者たちと直接ディスカッションすることで，フィードバックを自身の研究に活か

し，方向性をより明確にすることができると考える．今回のテーマは腸内細菌叢と人間の健康にお

ける分子メカニズムについてであり，腸内細菌叢の基礎研究から実践的な問題について，著名な

研究者たちと意見交換する機会が提供されている．本学会で得られた最新の情報は，自分自身の

研究に活かすだけでなく，研究室全体へのメリットにとっても大きな収穫となると考える．

3. 発表内容 今回は， “Investigation of the obesity onset in androgen receptor knockout mice”というタイトルでポ

スター発表を行った．背景として，内臓脂肪型の肥満や耐糖能異常などを主な病態とするメタボリ

ックシンドロームは，一般に男性において中高年以降に発症リスクが増大し，その背景としてテスト

ステロン量の低下が一因として関与する可能性が示唆されている．そこで，本研究ではテストステロ

ン作用不全モデルであるアンドロゲン受容体欠損（androgen receptor knockout; ARKO）マウスを用

い，テストステロンの作用不全が腸内細菌叢の変化を介して肥満を誘導する可能性について検討

し，動物試験を実施している．ARKO マウスではオス特異的に晩発性の肥満が見られることがすで

に報告されており，肥満発症の原因としては白色脂肪細胞における脱共役タンパク質 1 の発現量

の低下に伴うエネルギー消費の低下や，脂肪分解の抑制などが関与する可能性が示唆されてい

るが，詳細なメカニズム解明には至っていない．近年では腸内細菌叢が性ホルモンに影響を与え

る可能性も示唆されていることから，テストステロンの作用不全が腸内細菌叢の変化を介して肥満

を誘導している可能性が考えられる．本学会までに，8 週齢の野生型 C57BL/6J マウスおよび

ARKO マウスへの高脂肪摂食試験を実施し，その結果，ARKO マウスでは高脂肪食下で有意な

体重増加が観察され，耐糖能に異常が認められた．さらに，ARKO マウスの腸内細菌叢について，

16S メ タ ゲ ノ ム 解 析 を 用 い て 網 羅 的 に 解 析 し た と こ ろ ， Clostridiales, Ruminococcaceae,

Bacteroidales, Streptococcaceae, Erispelotrichaceae, Rikenellaceae の 6 つの細菌の相対存在量に

顕著な差が見られた．よってテストステロンがこれらの細菌を介して肥満を制御している可能性が

示唆された．

4. 成果および今後の展望 本学会を通じて，英語でのプレゼンテーションおよび議論の経験を得ることができ，自身のスキル

アップにつなげることができた．また，腸内細菌叢および分泌系疾患の研究に携わる有識者と直接

議論を交わすことができ，今後の研究方針への課題点やアドバイスを得ることができた．特に，

ARKO マウスにおける肥満は腸内細菌叢の変化が大きな原因ではなく，テストステロン不全による

代謝への影響の方が圧倒的に大きいのではないかという指摘や，購入した野生型マウスは飼育環

境が異なるため元々の腸内細菌叢素性が異なって当然なのではないかという指摘をいただいた．

これらの指摘は非常に有用であり，今後の実験計画に役立てたい．さらに，セッションでは TED

TALKS に出演経験のある Bonnie Bassler 氏や Rob Knight 氏などの口頭発表を聞くことができる，

またとない貴重な機会が提供されており，日々発展を遂げる技術開発や論文化されていない未発

表の最先端の成果を学ぶことができた．また，多くの有識者の口頭発表では，研究内容のみなら

ず，研究についていかに魅力的にオーディエンスを惹きつけるかというスキルについても学ぶこと

ができたと感じる．今後は，本学会で得た知識を自身の研究に十分に活かし，他の学生にも情報

を共有することで研究室全体としての発展を図る．

発表に使用したポスター

5. 謝辞 本国際学会参加に際して，資金面の援助をいただいた湘南藤沢学会に厚く御礼申し上げます．

Investigating the Relationships between Gut Microbiota and Obesity Onset in Androgen Receptor Knockout Mice○Haruno Takahashi1,2，Kazuki Tanaka1,3,4，Nao Takeuchi1,3，Nozomu Obana5，Masaru Tomita1,2,3, Shinji Fukuda1,3-6

1 Inst. Adv. Biosci., Keio Univ., 2 Environment & Info. Studies, Keio Univ., 3 Syst. Biol. Prog. Grad. Sch. Media & Governance, Keio Univ., 4 Intestinal Microbiota Project, KISTEC-KAST, 5 Transborder Medical Research Center, Univ. of Tsukuba , 6 JST ERATO

1. Abstract

The male hormone testosterone is implicated in the prevention of obesity and heart disease in men and lifestyle-related diseases in women [1]. In recent years, it has been suggested that gut microbiota may affect sex hormones, but the details are not clear. In this study, we aimed to test the hypothesis that testosterone dysfunction induces obesity through changes in the intestinal microbiota in androgen receptor deficient (ARKO) mice, a testosterone dysfunction model. A high-fat diet test was performed on 8-week-old male wild-type (WT) and ARKO mice, and the weight of ARKO mice significantly increased compared to WT mice from the first week after the test was started. In addition, abnormal glucose tolerance was observed in ARKO mice.

2. Background and the Aim of Study

1. Gut Microbiota・Approximately 40 trillion bacteria coexist in the intestinal tract and

secrete various metabolites・Significant effect on host physiology and is involved in various disorders

such as obesity, metabolic syndrome, autism and depression.

2. Testosterone and Obesity・Testosterone is a sex hormone that is made from the testis and adrenal

glands in men and from the ovaries, fat, and adrenal glands in women.・Lower endogenous testosterone has been suggested to contribute to

metabolic syndrome, which increases the risk of developing middle-aged and elderly people.

3. Androgen Receptor Knock Out (ARKO) Mice・Testosterone deficiency model・It is known that obesity is observed late in the male-specifically, is also

referred to as a pathological model of Visceral fat accumulation in middle aged population．

3. Results

High Fat Fed Experiment8-week-old ♂WT (C57BL / 6J) and ♂AR KO mice were fed high-fat diet (D12492; Research Diet). We amplified 16S rRNA gene of bacteria by PCR and analyzed by MiSeq (Illumina). Multivariate analysis was performed by Qiime.

ClostridialesLachnospiraceaeLactobacillaceaeRuminococcaceaeBacteroidaceaeS24-7ClostridiaceaeStreptococcaceaeRikenellaceaeBacteroidalesDeferribacteraceaePeptococcaceaeClostridialesUnassignedCoriobacteriaceaeVerrucomicrobiaceaeDehalobacteriaceaeF16RF33ChristensenellaceaeOther

Clostridiales

WT KO

24

68

1012

1416

Ruminococcaceae

Group

Rela

tive

Abun

danc

e(%

)

**

WT KO

1520

2530

3540

Clostridiales

Group

Rela

tive

Abun

danc

e(%

)

*

Ruminoccaceae

●

WT KO

05

1015

2025

Bacteroidales

Group

Rela

tive

Abun

danc

e(%

)

**

Bacteroidales

WT KO

05

1015

2025

Streptococcaceae

Group

Rela

tive

Abun

danc

e(%

)

**

Streptococcaceae

●

WT KO

05

1015

20

Erysperlotrichaceae

Group

Rela

tive

Abun

danc

e(%

)

**

Erispelotrichaceae

WT KO

12

34

56

Rikenellaceae

Group

Rela

tive

Abun

danc

e(%

)

**

Rikenellaceae

4. Discussion AcknowledgementsI am very grateful to Dr. Takafumi Sato (Gunma University), Ms. Yu Obana (University of Tsukuba) and Dr. Akima Kure (Juntendo University), and Ms. Mitsuko Komatsu of Keio University for their support during this research. This study has been carried out with the financial support fromTsuruoka City of Yamagata Prefecture in Japan.

・ARKO mice showed a significant increase in body weight on a high fat diet and abnormal glucose tolerance.・The composition of the gut microbiota was also greatly

different, suggesting that the six bacteria may be involved in controlling obesity.・In the future, a fecal transplantation test from ARKO mice

to germ-free mice will be conducted to verify the phenotype.

Data are expressed as mean �standard deviation (WT; n=6, KO; n=5).Wilcoxon test (*P < 0.05, **P < 0.01)

[1] Cross TL, Kasahara K, Rey FE. "Sexual dimorphism of cardiometabolic dysfunction: Gut microbiome in the play?" Mol Metab. 2018 Sep;15:70-81. [2] Sato T, Matsumoto T, Yamada T, Watanabe T, Kawano H, Kato S. Late onset of obesity in male androgen receptor-deficient (AR KO) mice. Biochem Biophys Res Commun. 2003 Jan

ARKO mice showed a significant increase in body weight, and abnormal glucose tolerance.

Bacteria which particularly differed in relative abundanceComparing WT and KO, there was a marked difference in the abundance of the following six bacteria.

Relative abundance of Gut Microbiota

Since dysbiosis in gut microbiota have been reported in ARKO mice, we investigate whether testosterone and AR may control

obesity through changes in the gut microbiota.Aim

Miami Winter Symposium 2020

Fecal Microbiota Transplantation Test

Male

Female

Testes

Adrenal Cortex

Ovary

Adrenal Cortex DHEATestosterone

DHEA

25

50

Rela

tive

Abun

danc

e (%

)

75

100

HFD WT HFD KO

Rela

tive

Abun

danc

e (%

)

Rela

tive

Abun

danc

e (%

)

Rela

tive

Abun

danc

e (%

)

Rela

tive

Abun

danc

e (%

)

Rela

tive

Abun

danc

e (%

)

Rela

tive

Abun

danc

e (%

)

HFD WT HFD KO HFD WT HFD KO HFD WT HFD KO HFD WT HFD KO HFD WT HFD KO HFD WT HFD KO

Nucleus