脳内異常蛋白質のGlymphatic系を介した排出経路と脳内播種の解明

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K07507
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 伊藤 義彰 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (90265786)
• 研究分担者: 安部 貴人 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 准教授 (30365233) ; 武田 景敏 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 講師 (90445015) ; 竹内 潤 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 医員 (20771819) ; 三野 俊和 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 病院講師 (60597566) ; 長谷川 樹 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 医員 (90793753) ; 木村 裕子 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 前期臨床研究医 (20815394) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: アストロサイト / ネットワーク / エンドフット / アミロイドベータ / アルツハイマー病 / 血管周囲腔

研究実績の概要

2019年度はアミロイドβ（Aβ）の伝播について、脳表投与後の動態を観察し、Aβが血管周囲アストロサイトのendfootに沿って脳実質に拡散していくことを報告した（脳循環代謝学会、脳卒中学会）。
これまでの仮説では血管周囲腔glymphaticsを介してAβが脳実質からくも膜下腔さらには硬膜リンパ管を介して頭蓋外へ排出されると考えられていた（Nedergaardら）。本年度の我々の研究では、Tie2-GFPマウスの脳表に滴下した50μM のAβ（HiLyte647-Amyloid β1-42 (AnaSpec, Inc.) ）は、皮質動脈周囲に移動、さらに穿通動脈を取り囲むアストロサイトのendfootを伝播することが初めて観察された。血管周囲のアストロサイトに取り込まれたAβはさらに深さ150μmの毛細血管周囲アストロサイトのendfootまでsyncytiumを介して伝播し、最終的には実質内のアストロサイトに移動することが確認された。
一方、脳表にMW2,000のTRITC-デキストランを投与した場合は、穿通動脈の血管周囲腔に流入した後、実質内毛細血管、静脈の血管周囲腔へ拡散した。こうした移動はその速度から、水流を介した能動的運搬ではなく、拡散と考えられた。また低分子のデキストランは血管周囲腔から脳実質に徐々に移行する様子も観察された。
Aβが高濃度にて描出される細胞の同定のため、SR101を腹腔内に投与したところ、早期には血管内が描出され、30分以降、緩徐に血管周囲のアストロサイトendfootが描出された。緑蛍光を発するHiLyte488-Amyloid β1-40 (AnaSpec, Inc.)を脳表に投与したところ、同様に血管周囲から脳実質にかけての細胞が描出され、これらの細胞はSR101とcolocalizeしていることを確認した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

アミロイドベータ（Aβ）の脳表から大脳皮質深部にかけての移動を二光子顕微鏡にて明らかにすることは成功した。またAβの移動経路がアストロサイトのシンシチウムを介していることは新たな発見であり、驚くべき結果であった。このアストロサイトの同定もSR101を用いて順調に行えた。
問題点としては、蛍光ラベルされたAβの細胞内移動が蛍光ラベルや溶剤によって影響を受けている可能性を除外する必要がある。すなわち蛍光ラベルが大きいため脂溶性が高くなり細胞内へ移行しやすくなった可能性を除外する必要がある。Aβは血液脳関門にてLRP1チャネルを介して内皮細胞から排出されることから、このチャネルを介してアストロサイトに取り込まれる経路が最も有力である。これに対する解決方法としては、蛍光ラベルを変えてAβの動態を追跡する方法があり、2020年度にかけて実施していく。
またアストロサイトのネットワークにはギャップジャンクションを介していることが知られており、今後はギャップジャンクションを構成するconnexinを阻害して、Aβの移動を評価する必要がある。
さらに脳実質内に投与したAβが周囲のアストロサイトに取り込まれるかを検討する必要もある。

今後の研究の推進方策

アミロイドベータ（Aβ）が、アストロサイトのシンシチウムを介して脳表から大脳皮質深部に搬送されることは予想外の驚くべき結果であった。
問題点としては、蛍光ラベルされたAβの細胞内移動が蛍光ラベルや溶剤によって影響を受けている可能性を除外する必要がある。すなわち蛍光ラベルが大きいため脂溶性が高くなり細胞内へ移行しやすくなった可能性を除外する必要がある。Aβは血液脳関門にてLRP1チャネルを介して内皮細胞から排出されることから、このチャネルを介してアストロサイトに取り込まれる経路が最も有力である。
これに対する解決方法としては、蛍光ラベルを変えてAβの動態を追跡する方法があり、2020年度にかけて実施していく。
またアストロサイトのネットワークにはギャップジャンクションを介していることが知られており、今後はギャップジャンクションを構成するconnexinを阻害して、Aβの移動を評価する必要がある。
さらに脳実質内に投与したAβが周囲のアストロサイトに取り込まれるかを検討する必要もある。

次年度使用額が生じた理由

次年度の物品費、旅費等に使用するため。

研究成果

• [雑誌論文] Amyloid-Negative Dementia in the Elderly is Associated with High Accumulation of Tau in the Temporal Lobes. (2019)
  • 著者名/発表者名: Jun Takeuchi, Takayuki Kikukawa, Haruna Saito, Itsuki Hasegawa, Akitoshi Takeda, Hiroyuki Hatsuta, Joji Kawabe, Yasuhiro Wada, Aya Mawatari, Ami Igesaka, Hisashi Doi, Yasuyoshi Watanabe, Hitoshi Shimada, Soichiro Kitamura, Makoto Higuchi, Tetsuya Suhara, Yoshiaki Itoh
  • 雑誌名: The Open Biomedical Engineering Journal. 巻: 13 ページ: 55-66
  • DOI: 10.2174/1874120701913010055
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Staging of tau distribution by positron emission tomography may be useful in clinical staging of Alzheimer disease． (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenta Aohara，Shinobu Minatani，Hiroko Kimura，Jun Takeuchi，Akitoshi Takeda，Joji Kawabe，Yasuhiro Wada，Aya Mawatari，Yasuyoshi Watanabe，Hitoshi Shimada，Makoto Higuchi，Tetsuya Suhara，Yoshiaki Itoh．
  • 雑誌名: Neurology and Clinical Neurocience 巻: 8 ページ: 61-7
  • DOI: 10.1111/ncn3.12366
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Age-Dependent Relationship Between Plasma Aβ40 and Aβ42 and Total Tau Levels in Cognitively Normal Subjects (2019)
  • 著者名/発表者名: Ming-Jang Chiu, Lih-Fen Lue, Ming-Chyi Pai, Ta-Fu Chen, Chaur-Jong Hu, Likai Huang, Wei-Che Lin, Chau-Chung Wu, Jiann-Shing Jeng, Kaj Blennow, Marwan N Sabbagh, Sui-Hing Yan, Pei-Ning Wang, Shieh-Yueh Yang, Hiroyuki Hatsuta, Satoru Morimoto, Akitoshi Takeda, Yoshiaki Itoh, Jun Liu, Haiqun Xie
  • 雑誌名: Frontiers in Aging Neuroscience 巻: 11 ページ: 222
  • DOI: 10.3389/fnagi.2019.00222
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatiotemporal dynamics of red blood cells in capillaries in layer I of the cerebral cortex and changes in arterial diameter during cortical spreading depression and response to hypercapnia in anesthetized mice． (2019)
  • 著者名/発表者名: Unekawa M, Tomita Y, Toriumi H, Osada T, Masamoto K, Kawaguchi H, Izawa Y, Itoh Y, Kanno I, Suzuki N, Nakahara J
  • 雑誌名: Microcirculation 巻: 26 ページ: e12552
  • DOI: 10.1111/micc.12552
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Relationship Turmoil and Emotional Empathy in Frontotemporal Dementia. (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeda A, Sturm VE, Rankin KP, Ketelle R, Miller BL, Perry DC
  • 雑誌名: Alzheimer Dis Assoc Disord 巻: 51 ページ: 1222-1232
  • DOI: 10.1097/WAD.0000000000000317.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] アルツハイマー病とGlymphatic系 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤義彰、平良庸子、澤田礼子、長谷川樹、安部貴人
  • 学会等名: 第44回日本脳卒中学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 死亡時９２歳の進行性核上性麻痺（PSP）生前同意剖検例 (2019)
  • 著者名/発表者名: 初田裕幸、武田景敏、伊藤義彰、桑江優子、大澤雅彦、松原知康、村山繁雄
  • 学会等名: 第19回日本神経病理学会近畿地方会
• [学会発表] In vivo dynamics of amyloid β in glymphatic system observed with multiphoton microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Hasegawa, Reiko Sawada, Shinobu Minatani, Takato Abe, Yoshiaki Itoh
  • 学会等名: BRAIN＆BRAIN PET 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Cerebral Microcirculation and Glymphatic System (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Itoh
  • 学会等名: The 44th Annual Meeting of Japanese Society for Microcirculation
  • 招待講演
• [学会発表] 進行性失語症患者における言語機能の神経基盤－FDG-PETの脳糖代謝低下部位との相関－ (2019)
  • 著者名/発表者名: 武田景敏、竹内潤、皆谷忍、水田秀子、東山滋明、河邉譲治、伊藤義彰
  • 学会等名: 認知症学会2019
• [学会発表] 磁化率強調画像（SWI）および病理学的に後頭葉の鉄沈着を確認しえた進行性多巣性白質脳症（PML）の一剖検例 (2019)
  • 著者名/発表者名: 初田裕幸、諸岡千暁、岡本光祐、武田景敏、大畑麻衣、大澤政彦、三木幸雄、伊藤義彰
  • 学会等名: 第20回日本神経病理学会近畿地方会
• [備考] 大阪市立大学大学院医学系研究科脳神経内科業績
  • URL: http://www.med.osaka-cu.ac.jp/Neurology/achievements.html