2016 Fiscal Year Research-status Report
腎不全に伴う抑制性中枢神経系の機能変調機構の解明と抗不安鎮静薬の個別化処方設計
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15K08097
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
合葉 哲也 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 准教授 (00231754)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北村 佳久 岡山大学, 大学病院, 准教授 (40423339)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 個別化医療 / 投与設計 / 腎不全 / 中枢神経系 / PK/PD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
末梢臓器不全患者を始めとする重症重篤病症例では、治療標的組織の薬物感受性に変化が生じ、薬物の治療効果が変動する。こうした変動は薬物療法の個別化至適化を図る上でしばしば問題となるものの、そのメカニズムは現在まで不明であり、薬効変動の定量的把握も困難である。このため実臨床では、こうした治療効果の変動が考慮されることはなく、画一的な用法用量による治療が行われている。そこで申請者は、重症重篤病症に伴って組織の薬物感受性が変動するメカニズムの解明とこれに基づく薬物の至適投与設計法の構築を目的とする研究計画を立案し、計画初年度には研究の効率的遂行に必要な動物実験系の確立を行った。具体的には、重症重篤病症例として急性腎不全モデルを、また対象薬物として中枢神経系作用薬のフェノバルビタールを選択した上で、薬物の脳室内直接投与法を用いることで、薬物標的部位である中枢神経系の薬物感受性が重症重篤病症時に変化することを明らかにした。加えて、重症重篤病症例では薬物作用に密接に関係する大脳皮質のGABA-A受容体の発現量が変化するものの、この変化と感受性変化は無関係であることも示してきた。こうした知見に基づき研究計画２年目となる平成２８年度は、大脳皮質GABA-A受容体の機能変化に焦点をあてた研究展開を行った。ブメタニドの脳室内直接投与により、脳中枢組織における塩素イオン濃度平衡を変化させた結果、急性腎不全群では硬直性痙攣の誘発抑制が認められ、塩素イオン濃度の調節機構に変調が生じていることが強く示唆された。即ち、重症重篤病症時には神経細胞の塩素イオン輸送機構に機能的変化が生じ、細胞内の塩素イオン濃度が高い水準で維持されていると推定される。そしてこれにより、GABA-A受容体を介する塩素イオン流入量が僅かな場合でも、閾値を超えた塩素イオンの濃度上昇が生じ、中枢神経抑制機能が発現すると考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
急性腎不全モデル動物で中枢神経系作用薬の薬効増強が生じるメカニズムの解明研究では、研究計画の第１年度において薬物作用部位である大脳皮質のGABA-A受容体発現量が変化する可能性を検証した。その結果、GABA-A受容体発現量は急性腎不全群で予想に反し低下することが明らかとなった。こうしたことから本年度は、GABA-A受容体機能の質的変化に着目し、薬効変動メカニズムを検討した。GABA-A受容体はリガンドの結合によって塩素イオンを神経細胞内へ流入させる機能を有す。そしてこれにより神経細胞内の塩素イオン濃度が閾値以上に上昇することで、中枢神経系のインパルス伝達が抑制的に制御される。何らかの要因により、神経細胞内の塩素イオン濃度が通常の水準以上に上昇した状態が維持されている場合、僅かな塩素イオンの流入が閾値以上の濃度上昇をもたらし、結果、抑制性のインパルス伝達制御が引き起こされる。申請者は、実験動物を対象に塩素イオン輸送阻害剤ブメタニドの脳室内投与を行って、脳中枢神経系の塩素イオン濃度レベルが変化するような実験系を構築した。ブメタニドの投与効果を対照群と急性腎不全群で比較した結果、対照群では硬直性痙攣発作が惹起されたものの、急性腎不全群ではこの痙攣惹起は皆無であり、ブメタニドの効果に著しい差異が認められた。これは腎不全時には抑制性の中枢神経系機能が亢進していること、そしてその亢進には塩素イオンの調節機構の変調が深く関与していることを強く示唆するものである。研究計画の進捗状況は、このように、本年度において腎不全に伴う薬効増強機構の一端を明らかにできたことから、おおむね順調に進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画第３年度は、先ず、中枢神経細胞の塩素イオン調節機構が変調するメカニズムを詳細に検討する。中枢神経細胞では、塩素イオン輸送担体NKCC1並びにKCC2が細胞内の塩素イオン濃度調節を担っている。こうしたことから、対照群および腎不全群ラットより摘出脳組織切片を作成し、抗NKCC1抗体および抗KCC2抗体を用いる免疫二重染色の手法により、脳組織におけるこれら２つの輸送担体の発現量バランスを評価する。また脳領域毎に作成する組織切片を用いることで、発現量バランスの領域差をあわせて検討する。こうした一連の検討により、腎不全時に中枢神経細胞における塩素イオン輸送担体の発現量バランスが変化することを示し、これが、GABA-A受容体を介する抑制性中枢神経系作用薬の薬理効果の変動機構であることを明らかにする。更に、これまで未達であったミダゾラムを用いた薬効変動試験を完了する。ミダゾラムもフェノバルビタールと同様にGABA-A受容体への結合を介して薬理効果を発揮する。しかし、フェノバルビタールとは異なり腎不全に伴う薬効増強が従来の動物実験系では観察されない。そこで、現有の動物実験系を僅かに改変することで、ミダゾラムの主要薬理効果である鎮静作用を適切に評価できる実験系を構築する。そしてこれによりミダゾラムの場合にも薬効変動が認められることを示し、よって、腎不全時の薬効増強は、中枢神経系の塩素イオン調節機構の変調が一義的な原因であることを明らかにする。また、薬効変動に関する覚醒性神経系の関与を明らかにする実験に順次着手する他、共同研究者とともに、臨床での中枢神経系作用薬の処方状況と治療効果に関する遡及的解析を進め、研究目標の計画通りの達成を目指す。これらの研究成果は関連学会において適宜報告開示するとともに、学術専門誌上にて公表する。
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| Causes of Carryover |
研究計画初年度末から第２年度当初にかけて実験系の再検討再構築を行っており、この間の実験消耗品の購入額が減少した。またこれに伴い、予定していた学会参加１件が中止となった。単年度の使用額は計画額とほぼ同額であるが、こうした事由により、年度末時点で約30万円が未執行となった。なお、研究計画は年度後半からおおむね順調に推移しており、試薬や消耗品の購入額が計画を上回る状態が続いていることから、次年度の早い段階で、未執行額の相当分が執行済みとなる予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年度の配分研究費は当初計画通りに執行する予定である。
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