胎生期の物理的原因による脳発生異常の発現機序とその制御に関する研究

• 研究課題/領域番号: 04044099
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 塩田 浩平 京都大学, 医学部, 教授 (80109529)
• 研究分担者: GRAHAM J.M. カリフォルニア大学, 医学部, 教授 ; 森 千里 京都大学, 医学部, 助教授 (90174375) ; 山本 雅子 麻布大学, 獣医学部, 助教授 (50130901) ; 有嶋 和義 麻布大学, 獣医学部, 助教授 (10124265) ; WALSH D.A. シドニー大学, 獣医学部, 教授 ; SMITH M. ニューサウスウェルズ大学, 医学部, 上席講師 ; EDWARDS M.J. シドニー大学, 獣医学部, 教授 ; GRAHAM John M. University of California, Professor ; EDWARDS Marshall J. University of Sydney, Professor ; SMITY Murray University of New South Wales, Senior Lecturer ; D Walsh シドニー大学, 獣医学部, 研究員 ; M Smith ニューサウスウェルズ大学, 医学部, 上級講師 ; M J Edwards シドニー大学, 獣医学部, 教授
• 研究期間 (年度): 1992 – 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 6,800千円 (直接経費: 6,800千円); 1993年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 1992年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
• キーワード: 高温 / 脳発生異常 / 神経管奇形 / 熱ショック蛋白 / ヒト胎児 / モルモット / マウス / 発生異常 / 中枢神経 / 妊娠 / ヒト

研究概要

胎生期の高温環境による脳発生異常の発症メカニズムと高温に対する胎児組織の感受性を明らかにするため、実験動物(モルモット及びマウス)を用いた実験と、ヒトと実験動物胎児の比較胎生病理学的研究を行い、今年度に次記の成果を得た。
1.ヒトとモルモットにおける高温による脳発生異常の比較胎生病理学的研究
京都大学医学部付属先天異常標本解析センターに所蔵されるヒト胎児症例のうち、神経管奇形(無脳症,二分脊椎)をもち、その母親が妊娠初期に高熱疾患に罹患した既応を有する例を選び出し、うち約10例について全身の連続組織標本を作製した。これらの胎児の脳組織を光学顕微鏡的に観察したところ、神経上皮組織の層構築の乱れや空洞形成、神経上皮細胞の壊死像、ロゼット形成などが観察された。また、神経管閉鎖不全のために外反した脳組織内では、神経上皮細胞の有糸分裂像が増加しており、神経管閉鎖不全に伴って二次的に神経組織が過増殖すると考えられた。これらの異常組織像は、ニューロン増生期に高温を負荷されたモルモットに見られる所見と酷似しており、高温はヒトとモルモットの胎児脳組織を共通のメカニズムで障害すると推定された。モルモットは脳の組織発生がヒトに似ており、他の実験用小動物に比べて、脳がより成熟した状態で生まれてくるので、胎生期の脳障害を研究する上で、モルモットがすぐれたヒトのモデルになり得ることがわかった。
2.胎児組織における熱ショック蛋白の誘導と温度耐性の発現
妊娠9.5日の雌ラットから胎児をとり出しラット血清中で48時間回転培養すると、神経管が閉鎖し体軸の回転が起こる。培養開始数時間後に7.5分間、培地の温度を43℃に上昇させたところ、異常胎児が高率に発生し、その多くに神経管奇形が認められた。
次に、催奇形作用をもたない温度条件(42℃、10分間)で前処理した後に、上と同様の43℃、7.5分間の高温負荷を行ったところ、異常胎児の発生率が有意に低下し、ラット胎児がマイルドな加温により温度耐性を獲得することが明らかになった。
ラットの胎児組織には、成動物とは異なる熱ショック蛋白が存在し、その発現に組織および時期特異性が認められる。ラット胎児の神経外胚葉組織には、HSP88、73、71が有意に増加し、HSP73が減少した。こうした熱ショック蛋白発現の変化が、胎児の温度耐性獲得と関連していると考えられるので、現在更に詳細な解析を続けている。
3.胎生期の高温負荷による軸骨格のトランスフォーメーション
妊娠7、8、9日の雌マウスに7.5〜15分間43℃の高温を負荷し、妊娠末期に殺して、その胎児の骨格を軟骨・骨二重染色によって観察した。その結果、下位(尾方)の椎骨が上位(頭方)のそれの特徴をもつようになるanterior transformationと、逆に上位の椎骨が下位の特徴をもつようになるposterior transformationが、時期特異的、温度依存的に誘発された。このことから、胎生期の高温ストレスはホメオティック遺伝子の機能発現に影響を及ぼし、体節構造の分化を障害することが示唆された。
4.高温の催奇形性に及ぼすアシドーシスの影響
培養細胞は、培地のpHが低下すると高温に対して感受性が高くなることが知られている。我々は、妊娠マウスに高温(42または43℃)を負荷する1〜3時間前にacetazol amideを投与してアシドーシスを起こしたところ、高温の催奇形作用が有意に増強され、神経管奇形の発生が増加した。この結果から、in vivoにおいても、アシドーシスによって高温の催奇形作用が増強されることが明らかになった。
以上の結果から、胎生期の高温ストレスは胎児組織、特に胎児中枢神経系を障害し、脳発生異常の原因になり得ることが明らかになった。また、モルモットがヒトの脳発生のすぐれたモデルになることがわかった。高温による脳障害発現の分子メカニズムとその発症を制御するための条件を追求するため、分子生物学的・細胞生物学的研究を日豪共同で進めている。

研究成果

• [文献書誌] Smith,M.S.R.,Upfold,J.B.,Edwards,M.J.,Shiota,K.and Cadwell-Smith,J.: "The induction of neural tube defects by maternal hyperthermia:A Comparison of the guinea-pig and human" Neuropathology and Applied Neurobiology. 18. 71-80 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 塩田浩平: "ヒト胚子・胎児の発育と分化-正常と異常-" 日本新生児学会雑誌. 27. 778-788 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Arishima,K.,Yamamoto,M.,Takizawa,T.,Somiya,H.,Eguchi,Y and Shiota,K.: "Effect of acute maternal alcohol consumption on the fetal ductus arteriosus in the rat" Biology of the Neonate. 63. 40-43 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Smith,M.S.R.,Upfold,J.B.and Shiota,K.: "Neural tube defects in the parietal region of human embryos:Failure to close or closure-reopening?" Neuropathology and Applied Neurobiology. 19. 66-73 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Shiota,K.: "Teratothanasia:Natural prenatal scereening of abnormal human conceptuses and the prevalence of various malformations during gestation" Birth Defects:Original Article Series. 29. 183-193 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Shiota,K.,Smith,M.S.R.,Walsh,D.A.and Edwards,M.J.: "Heat-induced teratogenesis" Toxicology and Ecotoxicology News. (in press). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Moore,K.L.,Persaud,T.V.N.and Shiota,K.: "Color Atlas of Clinical Embryology" Sauders(Philadelphia), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Smith,M.S.R., Upfold,J.B., Edwards,M.J., Shiota,K., and Cadwell-Smith,J: "The induction of neural tube defects by maternal hyperthermia : A comparison of the guinea-pig and human" Neuropathology and Applied Neurobiology. 18. 71-80 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shiota,K.: "The development and differentiation of the human embryo and fetuses" Journal of Japanese Society of Neonatology. 27. 778-788 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Arishima,K., Yamamoto,M., Takizawa,T., Somiya,H., Eguchi,Y. and Shiota,K.: "Effect of acute maternal alcohol consumption on the fetal ductus arteriosus in the rat" Biology of the Neonate. 63. 40-43 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Smith,M.S.R., Upfold,J.B. and Shiota,K.: "Neural tube defects in the parietal region of human embryos : Failure to closure or closure-reopening" Neuropathology and Applied Neurobiology. 19. 66-73 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shiota,K.: "Teratothanasia : Natural prenatal screening of abnormal human conceptuses and the prevalence of various malformations during human gestation" Birth Defects : Original Article Series. 29. 183-193 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shiota,K., Smith,M.S.R., Walsh,D.A. and Edwards,M.J.: "Heat-induced teratogenesis" Toxicology and Ecotoxicology News. (in press). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Moore,K.L., Persaud,T.V.N. and Shiota,K.: Saunders (Philadelphia). Color Atlas of Clinical Embryology, (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Smith, M.S.R.et al.: "The induction of neural tube defects by maternal hyperthermia:a comparison of the guinea-pig and human" Neuropathology and Applied Neurobiology. 18. 71-80 (1992)
• [文献書誌] Smith, M.S.R.et al.: "A study of the pathogenetic mechanisms of neural tube defects(NTD)in human embryos." Teratology. 46. 21B (1992)
• [文献書誌] Smith, M.S.R.et al.: "The effects of maternal hyperthermia on the developing neuroectoderm of the day-12-14 (E12-14)guinea-pig embryos" Teratology. 46. 43B (1992)
• [文献書誌] Walsh, D.A.et al.: "Cell cycle regulation in the neural plate by heat shock genes." Teratology. 46. 21B (1992)
• [文献書誌] Smith, M.S.R.et al.: "Neural tube defects in the parietal region of human embryos:failure to close or closure-reopening?" Neuropathology and Applied Neurobiology. (1993)