高酸素暴露刺激は運動性の記憶・学習機能向上効果を模倣する

Research Project

Project/Area Number	21K11388
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 59020:Sports sciences-related
Research Institution	Nagoya Institute of Technology
Principal Investigator	吉里秀雄名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40303721)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000) Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords	海馬 / 高酸素 / 神経栄養因子 / 酸化ストレス / 記憶関連因子 / 記憶学習機能 / 記憶・学習
Outline of Research at the Start	運動による記憶・学習機能向上の科学的根拠として、海馬の局所血流や組織酸素分圧が上昇すること（身体運動自体が海馬神経を興奮させる）や海馬における記憶・学習関連物質である神経栄養因子群が増加することなどが報告されている。最近我々は、海馬の組織酸素分圧を上昇させる刺激として高酸素曝露を見出し、このことから高酸素刺激が運動性の記憶・学習機能向上効果を模倣できるのではないかと考えた。本研究では、実験動物を用いて高酸素ガス（30%以上）刺激後の空間認知テスト評価と海馬組織における神経栄養因子群の発現変化および神経新生/細胞死の変化から高酸素刺激による記憶・学習機能向上効果について検討を行う。
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、身体運動による記憶・学習機能向上効果を酸素吸入刺激によって模倣できるかどうかについて検討することである。最近我々は、実験動物を用いて海馬の組織酸素分圧を上昇させる刺激として高酸素曝露を見出し、比較的マイルドな高酸素曝露刺激が運動性の海馬組織酸素分圧の上昇反応と極めて類似することを示す知見を得ている。そこで高酸素ガス(30%以上)曝露後の空間認知テスト評価と海馬組織における神経栄養因子群の発現変化および神経新生などの変化から高酸素曝露刺激による記憶・学習機能向上効果について検討を行った。その結果、海馬及び皮質におけるBDNF及びIGF-I遺伝子発現が30%酸素ガス暴露したグループに顕著に増加する傾向を捉えた。60, 100%酸素ガス曝露では変化が無く、むしろ低値を示す傾向が見られた。またアポトーシス促進因子であるBaxは、100%酸素カス曝露で増加し、アポトーシス抑制因子であるBcl-2は30%酸素ガス曝露により増加する傾向を示した。このことから30%程度(60%以下)の比較的マイルドな酸素ガス刺激は、脳内の記憶関連物質の増加を促し、学習・記憶機能を向上させる可能性があることが考えられた。しかしモリス水迷路テストによる空間認知テスト評価は、酸素ガス刺激によってBaxが抑制される場合でのみ上昇した。従って脳内の酸化ストレス状態が記憶関連因子の効果を左右することが予想された。2023年度はこの知見から脳組織中の過酸化脂質を測定することで酸化ストレス度を評価した。その結果、短期間の30%, 100%酸素ガス曝露は、脳組織中の過酸化脂質産生を抑制し、長期的な100％酸素ガス曝露は過酸化脂質産生を増加させることが明らかになった。しかし30％酸素ガスは長期的な曝露によっても脳組織中の過酸化脂質産生を増加させなかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 1年目の課題による成果として、2週間の高酸素刺激により運動刺激性の脳内記憶関連物質(BDNFやIGF-I)増加と類似した反応が得られることを示唆する結果を得ることができた。2年目はこの変化について、より短期的な反応と記憶能の変化について新しい知見が成果として得られた。またモリス水迷路テストによる学習・記憶能の評価方法を確立することが出来た。しかしながら3年目の2023年度では、諸事情により動物実験を実施することが出来ず、1,2年目に得られたサンプルを用いて組織中の過酸化脂質の測定を行い、酸化ストレス度を評価するのみとなってしまった。2023年度終了予定を延期し2024年度継続することとなった。
Strategy for Future Research Activity	推進方策としの実験方法の内容に関して、十分に確立されており問題はない。動物実験を行い上で補助員の確保が必要であるが、2024年４月１日の時点で人員確保が出来たので、特に問題はない。