生体には消化管が食餌成分を認識し、下垂体を初めとする種々の内分泌腺に情報を伝達する精巧なシグナル伝達機構が存在する（GI tract-endocrine axis）。離乳期の仔動物においては、食餌が液状のミルクから固形物へ変化する時期であり、消化管は顕著な物理的・化学的変化にさらされる。同時に、これらの変化に対応するための消化管機能や摂取する食餌成分の変化に対応した内分泌機能の変化が生じる。このような離乳期の複雑な消化管-下垂体機能調節系の変化は、GH分泌機能調節系に顕著に認められ、たとえば仔動物へのミルク給与はGH分泌を有意に増大するが、成獣での固形物の摂取は分泌を有意に低減することを明らかにした。

　離乳前後のこのような変化は、栄養の水準が変化しても変わることがない。また、ストレスと密接に関係しているホルモンであるACTHの分泌を刺激する因子は、反芻動物の場合バソプレッシンであり、ACTHのみならずGH分泌を刺激する効果を示すことも明らかにした。

家畜の体内で脂質蓄積、糖脂質代謝と内分泌ネットワークに重要な役割をするアディポカイン（Adipokine）とヘパトカイン（Hepatokine）について生体内で調節機構を明らかにし、黒毛和種牛と乳牛の栄養管理（健全性の向上）への新たな方向性を示す。

　反芻動物のルーメンは、ヒトやマウスなどの単胃動物と異なり、飼料の発酵に重要な役割を果たしている器官である。特に、仔牛の離乳前後における適切な栄養･飼養管理によるルーメン発達を促すことは重要であり、丈夫なルーメンづくりとは、その容積とともに筋肉層と上皮層（第一胃乳頭・絨毛）の両方を発育させることである。しかしながら、哺乳期と離乳後にルーメン絨毛（上皮層）の分化・形成のプロセスに関する詳細な機構は明らかにされてない。特に、反芻動物のルーメン（特にルーメン上皮組織）発達に関わる関連遺伝子の解析や外因的な因子による制御機構については殆ど研究がなされていない。 そこで、本研究は次世代シーケンサーを用いてウシのルーメン絨毛組織の形成・発達に関連する候補遺伝子を選別し、多様な飼養条件（エピジェネティクス制御）で得られたウシのルーメン絨毛組織において遺伝子の機能と解析を行うものである。これらの研究成果は反芻動物のルーメン絨毛組織の形成、増殖と成長に関する新しい科学的な知見を提供し、反芻動物のルーメン機能の発達が適切に促され、その後の健全な成長と生産性の向上に寄与することができる。

メタン排出量が多い肉用牛の生理的な特徴が明らかに | プレスリリース・研究成果 | 東北大学 -TOHOKU UNIVERSITY- 

①ウシ唾液に含まれる免疫グログリン（Ig）は口腔粘膜や第一胃微生物叢の恒常性に重要な役割を持っています。しかし、分娩後は初乳を介して多量のIgを母体から脆弱な子牛に移行させる必要があるため、乳腺のIg動員機能を優先させるべく、唾液Ig分泌機能をダウンレギュレーションさせる機序があると仮説を立てました。そこで、免疫状態が母子免疫にシフトする分娩前後に、繁殖牛から唾液を採取してIg濃度の変化を調べた結果、特にIgAクラスについて、分娩前に比して分娩後に著しく濃度が低下するという動態を発見して、我々の仮説を支持する結果を得ました。本結果はウシの母子免疫機序の全容解明に貢献する成果となります（Haga et al., 2022)。

②初乳の成分組成は常乳とは大きく異なっており、乳糖率が低く乳脂肪率が高いという特徴があり、この初乳合成機序に着目しました。乳糖および乳脂肪の代表的な前駆物質は、それぞれ、乳腺が取込む血中Glucoseおよびβ-hydroxybutyrate(BHBA)です。すなわち、乳脂肪を多く含む初乳を合成するには、分娩前の時期において、乳糖前駆物質であるGlucoseの取込みの活性化よりも先行して、乳脂肪前駆物質であるBHBA取込みの活性化が起きるのではないかと仮説を立てました。本研究では、周産期の乳牛を用いたin vivo実験によりその検討を試みました。周産期乳牛を供試し、連続微量乳腺バイオプシー法と動静脈濃度差法を用いて、ミルク成分の基質となる血中Glucose、酢酸および中性脂肪（TG）が乳腺に取り込まれる割合（乳腺取込率％）を分娩前後で算出・比較しました。その結果、分娩約1-2週前のGlucose取込率は分娩約8週前から変化がなく、分娩直後および6週後と比較して有意に低いことが分かりました。一方、分娩約1-2週前のBHBA取込率は分娩約8週前より有意に高く、分娩直後と有意差がありませんでした。乳腺組織の遺伝子発現では、GLUT1 mRNAおよびGLUT8 mRNA発現量は泌乳開始後に有意に高まりました。一方、MCT1 mRNA発現量は分娩約1-2週前より有意に発現が高まり、分娩6週後においても同等の発現レベルでした。また、乳腺組織中のTG蓄積量を測定したところ、分娩8週前より分娩約1-2週前において蓄積量が有意に増加し、初乳が分泌される分娩直後には、TG蓄積量が低下する傾向にありました。以上より、分娩前には、乳糖前駆物質の取り込みに先行して、乳脂肪前駆物質の取込みが活性化し、乳腺内において乳脂肪合成と一時的な蓄積が促進された後、初乳へと乳脂肪が分泌される結果、乳糖率が低く乳脂肪率が高い初乳が合成される可能性が示唆されました。以上から、特徴的な成分である初乳の合成には、厳密な経時的乳腺機能変化が関わっていると考えられます。

　持続的酪農に必要な乳用牛の長命連産性の向上には、その最大障壁「低産次除籍」の主因である周産期の疾病多発と繁殖障害を共に防ぐ革新的な飼養管理技術が必須です。我々はこれまで、肝機能を基軸に周産期疾病の要因解明と対策技術開発を推進してきましたが、更なる学術的・産業的展開には、周産期乳牛のカラダの中の臓器横断的な「免疫系と代謝系のクロストーク＝イムノメタボリズム」の制御機構の解明を要します。「細胞や臓器レベルで免疫系と代謝系がクロストークする」というイムノメタボリズムの制御機構の解明は、炎症や感染症に対する革新的な予防・治療技術を創成する期待が高く、新展開として周産期乳牛のイムノメタボリズム制御機構の解明を目指しています。