高脂肪食ラットの小脳における脳由来の神経栄養因子とサイトカイン発現に対する身体活動とメラトニンの効果

Effects of physical activity and melatonin on brain-derived neurotrophic factor and cytokine expression in the cerebellum of high-fat diet-fed rats.

• Ai Sugiyama
• Hisashi Kato
• Hisashi Takakura
• Seita Osawa
• Yuki Maeda
• Tetsuya Izawa

抄録

研究テーマ:

肥満は脳由来神経栄養因子（BDNF）の発現を抑制し、炎症性サイトカインの発現を増加させる。ここでは、運動トレーニング（ET）、メラトニン投与（MT）、またはそれらの併用が高脂肪食（HFD）ラットの小脳におけるBDNFおよびサイトカインの発現に影響を与えるかどうかを検討した。

AIMS: Obesity suppresses brain-derived neurotrophic factor (BDNF) expression and increases the expression of pro-inflammatory cytokines. Herein, we assessed whether exercise training (ET), melatonin administration (MT), or their combination can affect the expressions of BDNF and cytokines in the cerebellum of high-fat diet (HFD)-fed rats.

方法:

ウィスターラット（4weeks old）を5つのグループに分けた：通常の食事（ND）を与えたコントロール（ND-SED）、HFDを与えたコントロール（HFD-SED）、HFDを与えたET（HFD-ET）、HFDを与えたMT（HFD-MT）、およびHFDを与えたMTプラスET（HFD-ETMT）グループ。ラットにはＮＤまたはＨＦＤを１７週間与えた。ラットは、食事介入を開始してから8週間後に9週間、ET（トレッドミル上で実行）および/またはMT（メラトニン5mg/kg体重、i.p.）を受けた。BDNFとサイトカイン発現レベルの変化は、免疫ブロッティングとサイトカインアレイを使用して決定した、それぞれ、ETの最後の試合後36時間。

METHODS: Wistar rats (4 weeks old) were divided into five groups: normal diet (ND)-fed control (ND-SED), HFD-fed control (HFD-SED), HFD-fed ET (HFD-ET), HFD-fed MT (HFD-MT), and HFD-fed MT plus ET (HFD-ETMT) group. The rats were fed ND or HFD for 17 weeks. Rats were subjected to ET (running on a treadmill) and/or MT (melatonin 5 mg/kg body weight, i.p.) for 9 weeks, 8 weeks after beginning the diet intervention. Changes in BDNF and cytokine expression levels were determined using immunoblotting and cytokine arrays, respectively, 36 hours following the last bout of ET.

結果:

どちらもHFD-ETとHFD-MTラットは、小脳のBDNFの発現が増加したが、HFD-ETMTラットは、他のものと比較してBDNFの発現の高いレベルを持っていた。BDNF受容体であるTrkBの発現は、HFD-ETラットではHFD-ETとHFD-MTラットよりも高かった。HFDはインターロイキン（IL）-1、IL-2、インターフェロン-γの発現を増強したが、IL-4、IL-6、およびIL13の発現を低下させた。ETとETプラスMTは、サイトカイン発現のこれらのHFD誘発変化を打ち消した。

RESULTS: Neither HFD-ET nor HFD-MT rats exhibited enhanced BDNF expression in the cerebellum, but HFD-ETMT rats had higher level of BDNF expression compared with the others. The expression of TrkB, a BDNF receptor, was higher in HFD-ETMT rats than in HFD-ET and HFD-MT rats. HFD enhanced the expression of interleukin (IL)-1, IL-2, and interferon-γ but reduced the expression of IL-4, IL-6, and IL13. ET and ET plus MT counteracted these HFD-induced changes in cytokine expressions.

結論:

メラトニンと組み合わせた運動は、BDNFを増加させ、小脳のサイトカインのHFD誘発性調節障害を改善するという潜在的な利益をもたらします。

CONCLUSION: Exercise in combination with melatonin confers the potential benefits of increasing BDNF and improving HFD-induced dysregulations of cytokines in the cerebellum.

© 2020 The Authors. Neuropsychopharmacology Reports published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of The Japanese Society of Neuropsycho Pharmacology.