2019 Fiscal Year Research-status Report

Novel kinesiotherapy for stroke based on epigenetic regulation

Research Project

Project/Area Number	18K19720
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	前島洋北海道大学, 保健科学研究院, 教授 (60314746)
Project Period (FY)	2018-06-29 – 2021-03-31
Keywords	脳卒中 / リハビリテーション / 運動療法 / エピジェネティクス
Outline of Annual Research Achievements	ヒストンアセチル化は脳卒中の機能回復に重要な脳内物質の発現を促し、運動療法効果を促進することが期待される。本年度はヒストンアセチル化を促進するヒストン脱アセチル化（ HDAC）阻害剤であるsodium butyrate (NaB）とトレッドミル運動の併用が運動機能、認知機能に関する行動評価と脳におけるHDAC活性、ヒストンアセチル化、更に神経栄養因子BDNF蛋白発現に与える影響について検証した。NaB投与とトレッドミル運動の２要因に基づく４群のICRマウスを対象に４週間の介入を行った。行動評価においてNaB投与による運動機能の影響は認められなかったが、NaB投与と運動による認知機能の改善が認められた。大脳皮質運動野におけるHDAC活性はNaB投与、運動の何れによっても減少したが、相乗効果は認められなかった。遺伝子発現に特に重要なヒストンH4のアセチル化はNaB投与、運動により増強されたが、運動単独による効果を超える増強は認められなかった。ヒストンH3のアセチル化もまたNaB投与、運動による増強が認められた。一方、代表的な神経栄養因子であるBDNF蛋白レベルはいずれの要因による影響は認められなかった。認知機能における介入効果が認めれたことから同上マウスの海馬を対象とする生化学的実験も追加したが、HDAC活性、ヒストンアセチル化レベルへの効果はか確認されなかった。一方、海場における最初期遺伝子であるc-fosのNaB投与による増強が確認された。以上より、NaB投与と運動の相乗効果には脳部位による差異は生じるものの機能回復に対するNaB投与による中枢性コンディショニングに対して肯定的な所見を得た。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 令和1年度までの目標として、成体マウスを対象にHDAC阻害剤sodium butyrate (NaB)投与及び走行運動の２要因（薬剤投与・運動）に基づく４群を設定した介入を行い、前年度同様の行動評価、生化学的を行い、HDAC阻害剤による運動療法効果に対する相乗作用を検証することであった。当初予定した回し車を用いた自走運動は個体間の走行距離の分散が顕著であったことから、中等度強度のトレッドミル走行運動を用いることにより運動強度、運動時間の管理を徹底して、以上の検証をおおむね終えた。その結果、HDAC阻害剤投与、運動による大脳皮質運動野におけるHDAC活性の抑制、ヒストンアセチル化、特にヒストンH4のアセチル化の増強を確認するに至った。以上より、本研究はおおむね順調に進呈している。
Strategy for Future Research Activity	令和1年度において、正常マウスを対象に４週間のHDAC阻害剤sodium butyrate (NaB)の腹腔内投与と走行運動により大脳皮質運動関連領野におけるHDAC活性の抑制、ヒストンアセチルレベルの増強が生じることを確認した。一方、両因子の相乗的効果は確認されなかった。これらの所見に基づき、令和２年度は脳卒中モデル動物を対象に両要因の効果について令和１年度と同様の介入研究を進める。脳卒中モデルとして、当初は脳梗塞片麻痺モデルを想定していたが、安定したモデル構築が可能な脳卒中モデルである脳出血片麻痺モデルを使用することにより、研究の遅延を回避する。脳卒中片麻痺による機能障害に対する介入効果について経時的に神経学的指標、運動機能、認知機能評価を精査し、HDAC阻害と運動による脳卒中機能回復に対する効果を検証する。介入後、全脳を採取し、損傷域の組織化学的解析に加え、皮質運動関連領野をはじめとする脳領域を対象に前年度同様のエピジェネティクス制御に関する生化学的分析、神経栄養因子、シナプス可塑性関連因子の発現について解析を進める。以上の行動分析、組織化学的・生化学的所見を統合し、脳卒中の機能回復におけるHDAC阻害に基づく運動療法の効果について検討する。