2014 Fiscal Year Annual Research Report
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26292164
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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) |
山本 欣郎 岩手大学, 農学部, 教授 (10252123)
古江 秀昌 生理学研究所, 生体情報研究系・神経シグナル研究部門, 准教授 (20304884)
平山 晴子 岡山大学, 自然生命科学研究支援センター, 助教 (40635257)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生理学 / 消化管 / 排便 / 脊髄 / 大腸運動 / グレリン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、中枢神経による消化管運動の制御機構を解明し、下痢や便秘に対する新たな治療戦略を構築することである。
本年度は、脊髄排便中枢に作用して大腸運動を促進するグレリンについて詳細な検討を行った。神経の電位依存性ナトリウムチャネルを阻害するテトロドトキシンを排便中枢に微量投与しておくと、グレリンの作用が消失した。このことはグレリンのターゲットが神経であることを示している。グレリン作働性神経は視床下部に存在しているので、脊髄におけるグレリン作働性神経と比較した。レプチンによる拮抗作用がない、AMPキナーゼを介する活性化機構がない、ニューロペプチドYの関与がないという点で脊髄のグレリン作働性神経は視床下部にある神経とは異なっていた。また、グレリン以外に排便中枢に作用する生理活性物質が存在するかを検索する実験から、中枢からのノルアドレナリンが重要であることが新たに判明した。ノルアドレナリンは下降性疼痛抑制経路のメジャーな神経伝達であり、脊髄のレベルで過剰な痛みの情報を抑制するシグナルが、大腸運動を変化させるという新規のセオリーを提唱するに至った。従来から、過敏性腸症候群において腹部の痛みや不快感と大腸運動の異常（下痢や便秘）が同時に発生することが知られていたが、この２つの症状が共存する理由については不明であった。本研究の成果により、痛みと運動障害が同時に発生することについて科学的な論拠が与えられたことになり、今後治療戦略を構築する上で大きな一歩となるものと考えられる。
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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
本研究では（１）大腸運動制御に関与する脊髄の排便中枢の成り立ち（構成する神経）を明らかにする、（２）排便中枢への入力情報を同定し、大腸運動を調節する反射弓を解明する、（３）脳神経疾患やストレスに伴う下痢や便秘が、排便中枢の異常に起因するか解明する、（４）排便中枢をターゲットとした大腸運動の調整効果を立証する、という４つの目的を掲げている。本年度は、主に（１）と（２）の課題に焦点を絞り研究を進めた。
（１）の課題については、グレリンの作用機序を詳細に検討し、視床下部に存在するグレリン作働性神経とは性質の異なる神経が脊髄の排便中枢に存在することを明らかにした。また、ノルアドレナリンも脊髄排便中枢で作用する神経伝達物質であることが新たに見出された。ノルアドレナリンの作用が明らかになったことで、（２）の課題も進展させることができた。当初、この課題が一番大きな壁となることが予想されたが、脊髄で機能するノルアドレナリンの由来は、延髄に細胞体のあるアドレナリン作働性神経であることが予想された。この神経は下降性疼痛抑制経路を構成するものであり、活性化するシグナルは腹部臓器からの痛み情報である。つまり、腹部臓器からの痛み情報が脊髄を経由して中枢に到達し、痛みを誘発するという流れを入力とし、下降性疼痛抑制経路の活性化とそれに続く脊髄での骨盤神経の活性化という出力が駆動するという一種の反射弓が示唆されたことになる。反射弓を解明することが、３年間の研究期間で遂行する実験全体で最も重要なポイントであったため、初年度にこれに関する成果が挙がったことは目標を上回って成果が挙がったと判断できる。ただし、脊髄の神経の特徴についてスライス標本を用いて検討する実験と免疫組織化学的手法によって検討する実験では十分な成果が挙がらなかった。このような進捗状況を考慮し、おおむね順調に進展していると自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は申請書に記載した計画とともに、新たに見出された下降性疼痛抑制経路と排便制御の関連性を追究する実験を進める予定である。これまでの研究において、中枢からのアドレナリン作働性神経が脊髄排便中枢に作用して、大腸運動を亢進させることが明らかとなった。アドレナリン作働性神経と同様に、下降性疼痛抑制経路を構成するドパミン作働性神経、セロトニン作働性神経にも同様の作用があるか否か検証する。これらの実験を推進することによって、本研究の３つ目の目標、すなわち「脳神経疾患やストレスに伴う下痢や便秘が排便中枢の異常に起因するか解明する」ことにつながると考えられる。具体的には、in vivoで大腸運動を評価する実験系を用いて、排便中枢のある腰仙髄部にドパミンやセロトニンを微量投与し、大腸運動の変化を調べる。
これらの伝達物質が脊髄の腰仙髄部で機能していることを証明するために、免疫組織化学的に伝達物質を含む神経が排便中枢に存在するか確かめる。また、逆行性トレーサーを大腸に適用し、脊髄内で大腸と連絡する神経（脊髄副交感神経核ニューロンなど）を染め出した後、その神経に受容体が発現しているか調べる。抗体による検出が困難な場合は、RT-PCR及びin situハイブリダイゼーション法を用いる。スライス標本を作製し、パッチクランプ法あるいはマイクロエレクトロード法によって、排便中枢の神経活動やシナプス応答を記録する実験も並行して進める予定である。
大腸に痛みが加わったときに、これらの仕組みが働いて大腸運動が亢進することを確かめるために、大腸内にカプサイシンを投与して大腸運動の変化を調べる。大腸運動が亢進した場合には、胸部脊髄の切断を施し、下降性疼痛抑制経路が関与していることを証明する。中枢の電気刺激により大腸運動が変化することを確かめた後、排便中枢に阻害剤を投与して、下降性疼痛抑制経路の関与を証明する。
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