呼吸リズム形成に関わる延髄アストロサイトの周期性自発活動機構の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K08559
• 研究機関: 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)
• 研究代表者: 岡田 泰昌 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, 客員研究員 (80160688)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 呼吸リズム / 延髄 / 低酸素換気応答 / 二酸化炭素換気応答 / 摘出脳幹脊髄標本 / ニューロン / アストロサイト / 呼吸中枢

研究実績の概要

生命の維持には自律的な呼吸リズムの絶え間ない形成・維持が必要であるが、呼吸リズム形成の機序は、十分には解明されていない。本研究では、in vitro環境下でも脳幹部ネットワーク機構が温存されている標本の呼吸リズム形成機構におけるアストロサイトの役割の解明を目的とした。実験は、新生ラット摘出脳幹脊髄標本にカルシウムイメージング法を応用して行った。計測は、頚髄前根より呼吸神経出力をモニターしつつ行った。その結果、延髄preBotC領域において、呼吸リズムと同期した活動を呈するニューロンおよびアストロサイトが見出された。そして、TTX存在下では、これらのニューロン活動は消失するが、アストロサイトの活動は維持されることが確認され、アストロサイトの活動はニューロン活動に依存しない自律性なものであることが示され、延髄アストロサイトはニューロンと協調しつつ呼吸リズム形成に密接に関与しているものと考えられた。ところで、生体は低酸素状態になると生体は酸素化状況を改善するため呼吸を増強させる。すなわち、低酸素は呼吸について増強性に作用するが、低酸素の程度が強くなると脳機能が障害され、脳内呼吸神経機構が減弱する。標本を低酸素に曝露させた際の呼吸リズム形成機構の変化を明らかにするため、低酸素負荷時のアストロサイトサイトの挙動をカルシウムイメージング法により解析した。その結果、preBotC領域のアストロサイトは低酸素興奮性を有し、低酸素時の呼吸リズムの形成および調節において重要な働きをしていることが明らかとなった。さらに、一部のアストロサイトは、低酸素のみでなく二酸化炭素によっても興奮することが確かめられ、低酸素血症および高二酸化炭素血症を呈するCOPD等の呼吸器疾患症例における呼吸調節機構において重要な役割を果たしている可能性が示唆された。これらの研究成果は、国際的な学術誌に報告した。

研究成果

• [雑誌論文] Substantial involvement of TRPM7 inhibition in the therapeutic effect of Ophiocordyceps sinensis on pulmonary hypertension (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiraishi Keizo、Kurahara Lin Hai、Feng Jianlin、Yamamura Aya、Cui Yuanyuan、Yahiro Eiji、Yokomise Hiroyasu、Go Tetsuhiko、Ishikawa Kaori、Yokota Naoya、Fujiwara Atsushi、Onitsuka Miki、Abe Kohtaro、Ohga Shoji、Satoh Toru、Okada Yasumasa、Yue Lixia、Inoue Ryuji、Hirano Katsuya
  • 雑誌名: Translational Research 巻: S1931-5244 ページ: 00054-2
  • DOI: 10.1016/j.trsl.2021.03.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Calcium Imaging Analysis of Cellular Responses to Hypercapnia and Hypoxia in the NTS of Newborn Rat Brainstem Preparation (2021)
  • 著者名/発表者名: Onimaru Hiroshi、Yazawa Itaru、Takeda Kotaro、Fukushi Isato、Okada Yasumasa
  • 雑誌名: Frontiers in Physiology 巻: 12 ページ: 645904
  • DOI: 10.3389/fphys.2021.645904
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanisms underlying the sensation of dyspnea (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukushi Isato、Pokorski Mieczyslaw、Okada Yasumasa
  • 雑誌名: Respiratory Investigation 巻: 59 ページ: 66～80
  • DOI: 10.1016/j.resinv.2020.10.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Blockade of astrocytic activation delays the occurrence of severe hypoxia‐induced seizure and respiratory arrest in mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukushi Isato、Takeda Kotaro、Uchiyama Makoto、Kurita Yuki、Pokorski Mieczyslaw、Yokota Shigefumi、Okazaki Shuntaro、Horiuchi Jouji、Mori Yasuo、Okada Yasumasa
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 528 ページ: 1257～1264
  • DOI: 10.1002/cne.24828
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of time courses of agreement between minutely obtained transcutaneous blood gas data and the gold standard arterial data from spontaneously breathing Asian adults, and various subgroup analyses (2020)
  • 著者名/発表者名: Umeda Akira、Ishizaka Masahiro、Tasaki Masamichi、Yamane Tateki、Watanabe Taiji、Inoue Yasushi、Mochizuki Taichi、Okada Yasumasa、Kesler Sarah
  • 雑誌名: BMC Pulmonary Medicine 巻: 20 ページ: 151
  • DOI: 10.1186/s12890-020-01184-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural and functional connectivity from the dorsomedial hypothalamus to the ventral medulla as a chronological amplifier of sympathetic outflow (2020)
  • 著者名/発表者名: Kono Yosuke、Yokota Shigefumi、Fukushi Isato、Arima Yosuke、Onimaru Hiroshi、Okazaki Shuntaro、Takeda Kotaro、Yazawa Itaru、Yoshizawa Masashi、Hasebe Yohei、Koizumi Keiichi、Pokorski Mieczyslaw、Toda Takako、Sugita Kanji、Okada Yasumasa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 13325
  • DOI: 10.1038/s41598-020-70234-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] O2-Dependent Protein Internalization Underlies Astrocytic Sensing of Acute Hypoxia by Restricting Multimodal TRPA1 Channel Responses (2020)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Makoto、Nakao Akito、Kurita Yuki、Fukushi Isato、Takeda Kotaro、Numata Tomohiro、Tran Ha Nam、Sawamura Seishiro、Ebert Maximilian、Kurokawa Tatsuki、Sakaguchi Reiko、Stokes Alexander J.、Takahashi Nobuaki、Okada Yasumasa、Mori Yasuo
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 30 ページ: 3378～3396.e7
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.06.047
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of Normoxic Recovery on Intima-Media Thickness of Aorta and Pulmonary Artery Following Intermittent Hypoxia in Mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Umeda Akira、Miyagawa Kazuya、Mochida Atsumi、Takeda Hiroshi、Takeda Kotaro、Okada Yasumasa、Gozal David
  • 雑誌名: Frontiers in Physiology 巻: 11 ページ: 583735
  • DOI: 10.3389/fphys.2020.583735
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intermittent hypoxia, energy expenditure, and visceral adipocyte recovery (2020)
  • 著者名/発表者名: Umeda Akira、Miyagawa Kazuya、Mochida Atsumi、Takeda Hiroshi、Takeda Kotaro、Okada Yasumasa、Gozal David
  • 雑誌名: Respiratory Physiology & Neurobiology 巻: 273 ページ: 103332～103332
  • DOI: 10.1016/j.resp.2019.103332
  • 査読あり / 国際共著
• [図書] Structure Function Relationships in Various Respiratory Systems - Connecting to the Next Generation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasumasa Okada, Shigefumi Yokota, Isato Fukushi
  • 総ページ数: 294
  • 出版者: Springer Nature
  • ISBN: 978-981-15-5595-4
• [備考] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/yasumasa-okada