Hypothalamus and Respiratory Regulation: A Basic Study about the Mechanism of Respiratory Disorders in Pediatric Patients with Hypothalamic Disease

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K17386
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
• Research Institution: National Hospital Organization Murayama Medical Center
• Principal Investigator: Hasebe Yohei 独立行政法人国立病院機構村山医療センター(臨床研究部), 電気生理学研究室, 共同研究員 (90622374)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 小児 / 視床下部 / 呼吸循環調節 / アストロサイト

Outline of Final Research Achievements

I identified regions in the hypothalamus that are rhythmically active in synchrony with neural respiratory output using the diencephalon-lower brainstem-spinal cord preparation of rats. By histoanatomical analysis, I revealed neuronal connections between the paraventricular/dorsomedial nuclei of the hypothalamus and the rostral ventrolateral medulla that plays crucial roles in respiratory regulation. Secondly, we investigated the role of the astrocytic TRPA1 channels, a putative ventilatory hypoxia sensor, in post-hypoxic persistent respiratory augmentation (PHRA) using astrocyte-specific Trpa1 knockout mice, and clarified that astrocytic TRPA1 channels are not directly involved in PHRA, indicating that astrocytes mediate PHRA by mechanisms other than TRPA1 channels.

Free Research Field

小児循環器、自律神経

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

中枢性肺胞低換気症候群やROHHAD症候群など、原因不明の小児呼吸調節障害の病態が視床下部の機能不全である可能性が指摘されているが、その詳細は明らかでない。本研究では、この問題の解明に資する、視床下部と延髄呼吸中枢の機能的、解剖学的結合の詳細が示された。また、呼吸中枢における神経細胞の持続的な活動にアストロサイトやミクログリアの役割が重要視されているが、本研究では、小児呼吸器疾患を有する患者が遭遇する低酸素状態に注目し、実験による検討を行った結果、アストロサイトが低酸素曝露中および曝露後の呼吸応答を担っていることが示された。これらの成果は小児における呼吸調節の機序解明の一助になると考えられる。