2020 Fiscal Year Annual Research Report
脳内免疫環境変化の解析によるアルツハイマー病の病態解明と治療への応用
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20H03569
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| Research Institution | Kyoto Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
高田 和幸 京都薬科大学, 薬学部, 教授 (10434664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石原 慶一 京都薬科大学, 薬学部, 准教授 (80340446)
西村 周泰 京都薬科大学, 薬学部, 助教 (90527889)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アルツハイマー病 / アミロイドβ / ミクログリア / 貪食 / TGF-β1 / 造血幹細胞 / 移植 / Smad2/3 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルツハイマー病の病態形成機序の解明と根本的治療法の開発が待たれる。脳免疫担当細胞ミクログリアは、アルツハイマー病の発症原因物質アミロイドβ（Aβ）を貪食し、病態に対して抑制的に働く一面がある。当研究者は、加齢や病態特異的な脳環境の変化によるミクログリアの性質変化が、アルツハイマー病の病態形成において本質的な役割を果たすと考えている。そこで、ミクログリアの性質変化、すなわち脳内免疫環境の変化を理解し、制御することがアルツハイマー病の本質的な治療に繋がると予想している。これまでに当研究者は、アルツハイマー病病態下の脳内免疫環境に変化をもたらすべく、造血幹細胞からミクログリア様細胞を作製して脳内に移植すると、モデルマウスでみられる認知機能障害が改善することを見出している。しかし、作用機序には不明な点が残されていた。
本研究では、移植細胞として用いた造血幹細胞由来ミクログリア様細胞の培養上清を初代培養ミクログリアに処置したところ、初代培養ミクログリアのAβ貪食機能が促進されることがわかった。そこで、サイトカインアレイ解析により培養上清を解析するとtransforming growth factor-β1（TGF-β1）が豊富に含まれており、一方で、リコンビナントTGF-β1を初代培養ミクログリアに処置すると、TGF-β1受容体を介してSmad2/3経路が活性化され、Aβ貪食機能が促進された。さらに、造血幹細胞由来ミクログリア様細胞を移植したアルツハイマー病モデルマウス脳内でも、TGF-β1が増加しており、内在性の脳内ミクログリアはTGF-β1受容体を発現していた。また、TGF-β1受容体阻害薬を処置すると、細胞移植による脳内Aβの減少が抑制されることがわかった。TGF-β1シグナル活性化による脳内免疫環境の制御がアルツハイマー病に対して抑制的な効果をもたらすことが期待される。
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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
2020年度において、アルツハイマー病病態における脳内免疫環境を変化させることのできる因子として、TGF-β1を見出すことができた。すなわち、TGF-β1を補充することで、内在性のミクログリアのTGF-β1受容体を介したSmad2/3経路が活性化して貪食機能が促進され、アルツハイマー病の原因物質Aβの脳内蓄積の軽減につながる可能性を見出した。このことは、今後、アルツハイマー病の脳病態の解明や新規治療法の開発を進める上で重要な手がかりとなる。しかしながら、脳内免疫環境に変化をもたらし得る因子はこれだけでなく、また、老化やアルツハイマー病病態が引き起こす脳内免疫環境変化についてはほとんどわかっていない。この解明には、RNAシーケエンスのような、網羅的解析が必要となる。そこで現在、マウスにミクログリアの生存に必須となるCSF1受容体の阻害薬を混ぜた餌を与えることで脳内のミクログリアを枯渇させ、このミクログリアの枯渇により変化する脳内環境について遺伝子発現レベルでRNAシーケンスにより網羅的に解析している。このミクログリアノックアウト状態も含め、正常、老化さらにはアルツハイマー病脳病態により引き起こされる脳免疫環境をより網羅的に解析していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の成果として、アルツハイマー病病態下において、脳内免疫環境を制御することで、モデルマウスでの脳内Aβ量が減少し、認知機能障害が改善することを見出した。この成果を発展させるべく、今後は、胎生期、発達期、成体期の正常状態と比較しながら、加齢やアルツハイマー病病態で引き起こされるミクログリアの性質変化、すなわち、脳内免疫環境の変化について、モデルマウスを用いてより網羅的に解析していく。さらに、当研究室でも、CSF1受容体の阻害薬を用いることで、脳内ミクログリア枯渇状態を作り出すことに成功していることから、ミクログリアノックアウト状態についても比較対象に含めて解析する。さらに、老化マウスやアルツハイマー病病態下のマウスの脳内ミクログリアを枯渇させ、ミクログリアの前駆細胞である胎生期の原始マクロファージをiPS細胞から作り出して移植することで入れ替え、脳内免疫環境のエビジェネティック変化をリセットした場合に、脳病態や認知機能がどのように変化するのか解析を進める。
以上について、新生仔期、成体期、老齢期の野生型マウスとアルツハイマー病モデルマウスを用い（1）認知機能は新規物体認識試験やY迷路、モリス水迷路により解析する。（2）免疫組織学的解析や画像解析によりミクログリアの総数や形態学的変化を解析する。（3）網羅的な遺伝子発現の解析は、ソーティングした細胞やダイセクションした脳組織を用いてRNAシークエンスで解析する。（4）他の免疫細胞（好中球、単球、T細胞など）とミクログリアの脳内構成比率についてはフローサイトメーターを用いて解析する。（5）各種脳内タンパク質量の変化はELISAやWestern Blottingによって解析する。
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[Journal Article] Mouse Bone Marrow-derived Microglia-like Cells Secrete Transforming Growth Factor-β1 and Promote Microglial Aβ Phagocytosis and Reduction of Brain Aβ.2020
Author(s)
Kuroda E, Nishimura K, Kawanishi S, Sueyoshi M, Ueno F, Toji Y, Abo N, Konishi T, Harada K, Satake S, Shima C, Toda Y, Kitamura Y, Shimohama S, Ashihara E, Takata K.
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Journal Title
Neuroscience
Volume: 438
Pages: 217-228
DOI
Peer Reviewed
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