2020 Fiscal Year Annual Research Report
中枢神経による大腸運動制御機構と排便異常に認められる性差のメカニズム解明
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20H03148
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
志水 泰武 岐阜大学, 応用生物科学部, 教授 (40243802)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山中 章弘 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (60323292)
内藤 清惟 鹿児島大学, 農水産獣医学域獣医学系, 准教授 (30794903)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 消化管 / 排便 / 脊髄 / 大腸運動 / 性差 / 下行性疼痛抑制経路 / ストレス / 下痢 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ストレスに起因する過敏性腸症候群（IBS）において、症状に性差が認められ、男性は下痢、女性は便秘が多いことが知られている。このような性差が認められる理由は不明である。研究代表者は、脊髄の排便中枢が大腸運動の制御に重要であること、脳と脊髄の連絡に下行性疼痛抑制経路が関与することを明らかにしてきた。これらの成果を基盤として、本研究ではストレス性の排便異常に明確な性差（男性は下痢、女性は便秘）が発生する機序を解明することを目的とする。この目的を達成するための課題として、１）正常な状態で、大腸運動を調節する神経回路に性差があるか解明する、２）痛覚過敏を誘発し、大腸運動制御系に起こる変化に性差があるか解明する、３）特定の神経の活性化/沈静化が、大腸運動異常を是正するか雌雄それぞれで明確にする、の３つを設定している。初年度は、主に１）の課題を追究した。
実験にはラットを用い、大腸運動の評価には研究代表者らが確立したin vivoの実験系を用いた。オスでは大腸内にカプサイシンを投与して痛み刺激を与えると、脳から脊髄に投射する下行性疼痛抑制経路が活性化され、脊髄に放出されるドパミンやセロトニンが骨盤神経を介して大腸運動を亢進さた。一方、メスでは同様の刺激を加えても大腸運動が亢進しなかった。この性差の機序を検討した結果、メスにおいて大腸への痛み刺激に応答する下行性神経は、セロトニン神経とGABA神経であることが明らかとなった。脊髄で放出されるGABAが骨盤神経を活性化するモノアミンの作用に拮抗するために、メスでは大腸運動の亢進に至らないことが示された。この結果は、アデノ随伴ウイルスベクターによるチャネルロドプシンあるいは人工受容体の導入実験によってもサポートされ、正常な状態で大腸運動を調節する神経回路に性差があることを証明できた。第１段階の目標が達成できたと言える。
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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
ラットを用いたin vivo実験により「正常な状態で大腸運動を調節する神経回路に性差があるか解明する」という第１段階の目標を達成することができた。研究成果をまとめた論文は、Journal of Physiology誌に受理されている。この成果に加えて、オスとメスで異なる下行性神経が活性化される背景を検討した。卵巣を摘出するとメスにおいてもGABA神経の寄与が消失し、オス型の反応を示した。一方、オスでは精巣を摘出した後にエストラジオールを投与すると、メスと同様にGABA神経が機能的になることが明らかとなった。この結果は、下行性疼痛抑制経路の神経成分は固定されたものではなく、状況により変化しうることを示すものである。本研究では、第２段階として「痛覚過敏を誘発し、大腸運動制御系に起こる変化に性差があるか解明する」ことを目標としているため、下行性疼痛抑制経路の神経成分が可塑的に変化することが明確となった実験成果は、極めて重要である。
本研究では、研究代表者が従来から活用している手技に加えて、光遺伝学的方法および薬理遺伝学的方法を新たに導入することを計画した。脊髄にCreリコンビナーゼを搭載した逆行性のアデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターを投与し、次に脳の特定の神経核にCre依存的に遺伝子発現させることのできるAAVベクターを注入することによって、脊髄に投射する下行性神経の起始部となる脳の神経核に人工受容体あるいはチャネルロドプシンを発現させた。このラットに人工受容体のリガンドであるCNOを投与した場合（チャネルロドプシンの場合は、光刺激した場合）に、大腸運動の亢進反応が確認できたため、実験系が確立できたと言える。
このように実験成果とその公表、次の実験へ展開するための成果、新しい手法の獲得等、研究は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究が計画通りに進んでいるため、申請書に記載した計画に大きな変更はない。本年度は、本研究で掲げた３つの課題のうち２つ目の「痛覚過敏を誘発し、大腸運動制御系に起こる変化に性差があるか解明する」という課題を主体とし、一部３つ目の「特定の神経の活性化/沈静化が、大腸運動異常を是正するか雌雄それぞれで明確にする」という課題にも取り組む。
大腸の痛覚過敏は、炎症からの回復モデルを活用する。ラットの大腸内に薬剤(TNBSやDDS)を投与して大腸炎を誘発後、１ヶ月ほど飼育し自然に回復させることで痛覚過敏が誘発される。Cross-organ sensitizationによる痛覚過敏を誘発するために、足底へのアジュバント投与するラット、脊髄へLPS投与するラットも作成する。痛覚過敏は、visceromotor responseを記録して確認する。大腸の痛覚過敏時に、痛み刺激に応答する神経核をFOSの免疫染色で確認する。また、脳の神経核を刺激して大腸運動が亢進するか検討する。痛覚過敏誘発ラットの大腸に痛み刺激を与え、スでも大腸運動が亢進するか検討する。これまでの実験に準じて、痛覚過敏モデルでGABA神経の関与が変化するか検証する。炎症を誘発するなど実験的に痛覚過敏を誘発する実験に加えて、慢性的なストレスを与える実験も行う。
上記の実験で痛覚過敏モデルで活性化している脳の神経核が明確になったところで、その部位に存在する神経に抑制性のチャネル／人工受容体を導入し、光刺激／人工リガンド投与により表現型（下痢あるいは便秘）が改善されるか検討する実験を行う。活動が低下している神経の場合は、神経活動を促進するチャネル／人工受容体を導入して同様の評価を行う。
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Research Products
(10 results)
