筋肉で生成されるBDNFは代謝柔軟性を制御する性的二形性のマイオカインである

Sci. Signal. 13 Aug 2019:
Vol. 12, Issue 594, eaau1468
DOI: 10.1126/scisignal.aau1468

Xiuying Yang^1,2,*, Daniel Brobst^1,*, Wing Suen Chan³, Margaret Chui Ling Tse⁴, Oana Herlea-Pana¹, Palak Ahuja³, Xinyi Bi³, Aung Moe Zaw^3,12, Zara Sau Wa Kwong³, Wei-hua Jia², Zhong-gou Zhang⁵, Ning Zhang⁶, Simon Kwoon Ho Chow⁶, Wing Hoi Cheung⁶, Jimmy Chun Yu Louie³, Timothy M. Griffin^1,7,8, Wenyan Nong⁹, Jerome Ho Lam Hui⁹, Guan-hua Du², Hye Lim Noh¹⁰, Suchaorn Saengnipanthkul¹⁰, Billy K. C. Chow³, Jason K. Kim¹⁰, Chi Wai Lee^4,†, and Chi Bun Chan^3,11,†

¹ Department of Physiology, University of Oklahoma Health Sciences Center, 940 Stanton L. Young Blvd., BMSB 634, Oklahoma City, OK 73104, USA.
² State Key Laboratory of Bioactive Substance and Function of Natural Medicines and Beijing Key Laboratory of Drug Target and Screening Research, Institute of Materia Medica of Peking Union Medical College, Beijing 100050, China.
³ School of Biological Sciences, The University of Hong Kong, 6N01 Kadoorie Biological Sciences Building, Pokfulam Road, Hong Kong.
⁴ School of Biomedical Sciences, Li Ka Shing Faculty of Medicine, The University of Hong Kong, Hong Kong.
⁵ Department of Colorectal Cancer Oncological Surgery, Large-Scale Data Analysis Center of Cancer Precision Medicine, Cancer Hospital of Chinese Medical University, Liaoning Provincial Cancer Institute and Hospital, Shenyang 110042, China.
⁶ Department of Orthopaedics and Traumatology, The Chinese University of Hong Kong, 5/F Lui Che Woo Clinical Sciences Building, Prince of Wales Hospital, Shatin, Hong Kong.
⁷ Aging and Metabolism Research Program, Oklahoma Medical Research Foundation, Oklahoma City, OK 73104, USA.
⁸ Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Oklahoma Health Sciences Center, Oklahoma City, OK 73104, USA.
⁹ School of Life Sciences, Chinese University of Hong Kong, Shatin, Hong Kong.
¹⁰ Program in Molecular Medicine, University of Massachusetts Medical School, Worcester, MA 01605, USA.
¹¹ State Key Laboratory of Pharmaceutical Biotechnology, University of Hong Kong, Hong Kong.
¹² Department of Chemical Engineering, University of Waterloo, ON N2L 3G1, Canada.

† Corresponding author. Email: chancb@hku.hk (C.B.C.); chiwai.lee@hku.hk (C.W.L.)

* These authors contributed equally to this work.

要約

骨格筋が代謝ストレス時にATP産生のために脂質とグルコースの酸化を切り替える能力は、全身のエネルギー恒常性の維持にきわめて重要であり、この代謝柔軟性の調節不全は、いくつかの代謝障害の主要原因である。しかし、筋肉における燃料選択を決定する分子機構は、十分に解明されていない。今回われわれは、脳由来神経栄養因子（BDNF）が、雌マウスにおいてAMPK/CREB/PGC-1α経路を介して代謝リプログラミングを制御する、飢餓誘導性マイオカインであることを報告する。BDNFを筋特異的に欠損したマウス（MBKOマウス）の雌は、飢餓時に炭水化物から脂肪酸に主要燃料源を切り替えることができず、筋肉のATP産生が低下した。雌MBKOマウスでは、飢餓誘導性の筋萎縮も損なわれ、これはオートファジー阻害の結果と考えられた。これらの変異マウスには、筋線維壊死、筋力の低下、移動運動量の減少、筋特異的なインスリン抵抗性が認められた。総合すると、われわれの結果からは、筋由来BDNFが性特異的に栄養欠乏時の代謝適応を促進すること、また、骨格筋におけるBDNF産生が不十分であると、代謝性ミオパチーおよびインスリン抵抗性の発生が助長されることが示されている。

Citation: X. Yang, D. Brobst, W. S. Chan, M. C. L. Tse, O. Herlea-Pana, P. Ahuja, X. Bi, A. M. Zaw, Z. S. W. Kwong, W.-h. Jia, Z.-g. Zhang, N. Zhang, S. K. H. Chow, W. H. Cheung, J. C. Y. Louie, T. M. Griffin, W. Nong, J. H. L. Hui, G.-h. Du, H. L. Noh, S. Saengnipanthkul, B. K. C. Chow, J. K. Kim, C. W. Lee, C. B. Chan, Muscle-generated BDNF is a sexually dimorphic myokine that controls metabolic flexibility. Sci. Signal. 12, eaau1468 (2019).