2017 Fiscal Year Research-status Report
大脳基底核神経回路動態に与える吸入麻酔薬の影響とその作用機序解析
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17K11061
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| Research Institution | Juntendo University |
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Principal Investigator |
西村 欣也 順天堂大学, 医学部, 教授 (80164581)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮嶋 雅一 順天堂大学, 医学部, 先任准教授 (60200177)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 吸入麻酔薬 / 電気生理学 / 線条体 / 基底核 / MSニューロン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳神経系では多数の神経細胞がネットワークを形成しており，我々麻酔科医が日常的に使用している吸入麻酔薬もこの神経ネットワーク活動に影響を与える可能性が高い．幼児期の吸入麻酔薬曝露が学習障害や行動異常を誘発する可能性が指摘され，その作用機序の中心に大脳皮質および海馬が取りあげられている．吸入麻酔薬は海馬の錐体細胞のみならず，発火パターンにおいて大脳皮質の神経細胞にも変化をもたらす．この変化が可逆性であることを考慮し，吸入麻酔薬曝露による影響の結果と捉えている．特に基底核のmedium spiny neuron（MSニューロン）における変化が著明であることから，GABAニューロンの関与が強く示唆される．基底核線条体には２種類のGABA抑制性インターニューロンが知られており，ひとつはCaバインディングプロテインのひとつであるparvalbuminを含有し，非常に早く減衰のないスパイク発射と深い後過分極を示すfast spiking cell（FS細胞）と，somatostatinをもつlow threshold spike cell（LTS細胞）である．これらの細胞はgap junctionで電気的に結合しており，相互に抑制性の情報伝達を行っているが，吸入麻酔薬がこのgap junction阻害によるGABA抑制性インターニューロンのネットワーク活動阻害に関与する可能性が示唆される．大脳皮質でのgap junctionの阻害は未だ証明されていないため，本研究での結果は注目に値する．また,線条体cholinergic interneuronの過分極活性化型陽イオン電流（Ih）は生体において様々な役割を担い，心臓組織や中枢・末梢神経で確認され，不整脈やてんかん，神経障害性疼痛との関連も指摘されており，近年注目を集めている．そこで本研究においてマウス線条体cholinergic interneuronにおけるIhを検出し，その日齢による絶対値の変化やsevoflurane投与によりどのような変化をきたすかを観察することもその目的とした．
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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
吸入麻酔薬の代表各であるセボフルランであるが，ATP感受性K⁺チャネル(以下KATPチャネル)を介して基底核線条体に多数存在するMSニューロン（medium sized spiny neuron：以下MS細胞)の神経活動に影響を与え，低酸素下での臓器保護効果を持つ可能性を始めて明らかにすることが出来た．加えて，吸入麻酔薬は臓器保護的なプレコンディショニング効果（虚血耐性獲得現象）を持つことが言われているが，その上で心筋での作用機序としてKATPチャネルが重要と言われ，数多く報告されているが，私たちはマウス脳スライスを使用してMS細胞においてセボフルランがKATPチャネルを介して膜電位維持に寄与していることを示すことが出来た．
すなわち，低酸素条件前にセボフルランを投与(4%，15分間)することでMS細胞が脱分極するまでの時間が延長し，KATPチャネル阻害薬グリベンクラミドを共に投与した場合にはその延長効果が消失した．ことからセボフルランの効果はKATPチャネルを介していることを明らかとなった．心臓で発見された虚血耐性獲得現象であるが,このように脳神経でも吸入麻酔薬により生じることを見つけることが出来た．
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| Strategy for Future Research Activity |
マウス線条体cholinergic interneuronにおけるIhの日齢による絶対値の変化とsevoflurane投与による影響：日齢(P)7～35日のマウス脳スライスを作成し，大脳基底核線条体：cholinergic interneuronからwhole-cell patch clamp法を用いて細胞内電流を測定する．その後電圧は0mV固定の上，人工脳脊髄液に灌流し，sevofluraneは灌流液中に添加する．さらに各種拮抗薬を添加し，その変化を観察・分析して検討する．
また，グリア細胞であるが，周辺組織の恒常性を維持するような比較的静的な役割を演じることでシグナル伝達に貢献すると考えられてきたが，近年になって多種多様な神経伝達物質の受容体が発現していること，受容体へのリガンド結合を経てグリア細胞自身もイオンを放出するなど，これまで神経細胞のみが担うとされてきたシグナル伝達などの動的な役割も果たしていることが，次々に示されてきている．その中で，私たちの研究ではぐリア細胞が強く関与する乳酸代謝において，この乳酸がMS細胞の膜電位維持に寄与していることを，乳酸輸送に関わるモノカルボン酸トランスポーター阻害薬4-CIN投与によってMS細胞が脱分極するまでの時間を有意に短縮させることから明らかにしてゆくことを研究目標にしていく．
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| Causes of Carryover |
グルコースは，ほとんどの細胞の代謝に不可欠な基質であり，グルコースの分子は極性を有するため，生体膜を通過するのには特別な膜輸送タンパク質を必要としていが，そこでグルコースを枯渇下でも調べたい．具体的にはグルコースをスクロースに置換した場合一部の細胞は持続的な脱分極状況を観察する．このようにスクロース条件下で行う実験で脱分極のパターンを検討したい．その上で吸入麻酔薬セボフルランを添付し，その影響を観察したい．吸入麻酔薬のもつ耐性獲得現象に対する新たな作用機序の解明に寄与できることが強く示唆される．このためにも本実験を継続したい．
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[Journal Article] Leucine-rich α2-glycoprotein overexpression in the brain contributes to memory impairment.2017
Author(s)
Akiba C, Nakajima M, Miyajima M, Ogino I, Miura M, Inoue R, Nakamura E, Kanai F, Tada N, Kunichika M, Yoshida M, Nishimura K, Kondo A, Sugano H, Arai H.
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Journal Title
Neurobiol Aging
Volume: 60
Pages: 11-19
Peer Reviewed
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