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2019 年度 実施状況報告書

橋結合腕傍核による眠気・覚醒度制御機構の解明:リハビリ効率向上のための基礎的検討

研究課題

研究課題/領域番号 19K11367
研究機関島根大学

研究代表者

横田 茂文  島根大学, 学術研究院医学・看護学系, 准教授 (50294369)

研究分担者 武田 湖太郎  藤田医科大学, 保健学研究科, 准教授 (50618733)
濱 徳行  島根大学, 学術研究院医学・看護学系, 助教 (60422010)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード孤束核 / 結合腕傍核 / 視床下部脳弓周囲領域 / 延髄腹外側部 / CGRP / 睡眠時無呼吸症
研究実績の概要

本研究では、リハビリテーションの施行時に障害となる眠気について理解するために、睡眠障害の一つである睡眠時無呼吸や疼痛が、いかに覚醒や呼吸喚起を生じさせるかを機能形態学的および生理学的に追求することを目的とした。
令和元年度は、睡眠時無呼吸の結果生じる血中の酸素分圧低下情報を覚醒中枢である視床下部脳弓周囲領域や呼吸中枢である延髄腹外側部へ伝達する神経路について形態学的に解析した。血中低酸素情報は頚動脈小体で感受され、孤束核へ送られる。そこでまず、睡眠時無呼吸のモデルである間欠低酸素刺激をマウスに与え、活性化マーカーであるFosタンパクの発現を孤束核で解析した。その結果、多くのグルタミン酸作動性ニューロンにFosタンパクの発現が認められた。次にVGLUT2-Creマウスを用いた選択的神経路標識法により、結合腕傍核において、孤束核グルタミン酸作動性ニューロンの投射線維が視床下部脳弓周囲領域および延髄腹外側部へ投射するニューロンと連絡することを確認した。また、逆行性標識法とFosタンパク検出法の併用により、視床下部脳弓周囲領域および延髄腹外側部へ投射する結合腕傍核ニューロンは、間欠低酸素刺激によって活性化し、Fosタンパクを発現することを確認した。
同様の解析を、覚醒に関与する結合腕傍核CGRPニューロンへ行った結果、孤束核グルタミン酸作動性ニューロンは結合腕傍核CGRPニューロンへ連絡し、低酸素情報を伝達することが示唆された。
以上の結果から、睡眠時無呼吸による血中酸素レベルの低下による覚醒と呼吸喚起の神経路の一端が解明できたと考えられる。

現在までの達成度 (区分)
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

当初は持続的低酸素刺激を予定していたが、睡眠時無呼吸のモデルとして多くの研究に使用されている間欠低酸素刺激を採用する事により、持続的低酸素刺激と比較して対照群との間に顕著な差が認められた。
次年度以降に実施予定の血中炭酸ガスレベルの上昇による覚醒および呼吸喚起の神経路の解析に必要なPhox2b-Creマウスを導入し、実験に必要な個体数の確保に向けて繁殖中である。

今後の研究の推進方策

令和2年度は、引き続き低酸素による覚醒と呼吸喚起の神経メカニズムを明らかにするために、結合腕傍核に認められる孤束核グルタミン酸作動性ニューロンの投射神経終末をオプトジェネティクスにより活性化し、睡眠・覚醒状態や呼吸の変化について解析する。また、睡眠時無呼吸による血中炭酸ガスレベルの上昇による覚醒および呼吸喚起の神経メカニズムの解明に向けて、後台形体核に存在する中枢性化学受容細胞がPhox2bを特異的に発現する性質を利用し、中枢性化学受容器から視床下部へ至る神経路を解析し、さらに、血中炭酸ガスレベルの情報が結合腕傍核を介して覚醒中枢や呼吸中枢へ伝達されることを明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

当初、Phox2b-Creマウスを米国から購入する予定で計画していたが、国内共同研究者が作製していた動物を譲渡できることとなったため、また、コロナウイルスによる学会の誌上開催への変更により、成果発表に必要な旅費が不要となったために次年度使用額が生じることとなった。令和2年度の研究に必要な消耗品に当てる予定である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Blockade of astrocytic activation delays the occurrence of severe hypoxia‐induced seizure and respiratory arrest in mice2020

    • 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] The Role of the Hypothalamus in Modulation of Respiration2019

    • 著者名/発表者名
      Fukushi Isato、Yokota Shigefumi、Okada Yasumasa
    • 雑誌名

      Respir Physiol Neurobiol

      巻: 265 ページ: 172-179

    • DOI

      10.1016/j.resp.2018.07.003.

    • 査読あり
  • [学会発表] 血中低酸素情報を伝達する孤束核から結合腕傍核を介して視床下部へ至る神経路2020

    • 著者名/発表者名
      横田茂文、濱 徳行、武田湖太郎、藤谷昌司
    • 学会等名
      第125回日本解剖学会総会・全国学術集会(誌上開催)
  • [学会発表] The pathway transmitting hypoxia information from the solitary nucleus to the hypothalamus.2020

    • 著者名/発表者名
      Yokota S, Hama N, Takeda K, Fujitani M
    • 学会等名
      第97回日本生理学会大会, 大分, 2020年 3/17-19(誌上開催)
  • [学会発表] A dual orexin receptor blocker suvorexant inhibits hypercapnic ventilatory augmentation.2020

    • 著者名/発表者名
      Fukushi F,Yokota S,Takeda K,Terada J,Okada Y.
    • 学会等名
      第97回日本生理学会大会, 大分, 2020年 3/17-19(誌上開催)
  • [学会発表] Decrease in the expiratory duration induced by the photostimulation of inhibitory neurons within the lateral solitary nucleus during inspiration.2020

    • 著者名/発表者名
      Hama H Yokota S,Fujitani M,Okada Y, Koshiya N,Koizumi H.
    • 学会等名
      第97回日本生理学会大会, 大分, 2020年 3/17-19(誌上開催)
  • [学会発表] Dual blockade of orexin receptors does not affect ventilation in mice.2019

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Yokota S, Takeda K, Terada J, Okada Y.
    • 学会等名
      The 24th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology (APSR 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Dual orexin receptor antagonism and ventilatory function in mice.2019

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Yokota S, Takeda K, Terada J, Okada Y.
    • 学会等名
      The 48th Annual Meeting Society for Neuroscience, Chicago
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of suvorexant (Belsomra(R)) on ventilation in mice.2019

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Yokota S, Takeda K, Okazaki S, Terada J, Okada Y.
    • 学会等名
      第59回日本呼吸器学会学術講演会
  • [学会発表] Effects of a dual orexin receptor blocker suvorexant on breathing.2019

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Yokota S, Takeda K, Terada J, Okada Y.
    • 学会等名
      第42回神経科学大会
  • [学会発表] The diencephalon augments respiration in the isolated diencephalon-lower brainstem-spinal cord preparations of newborn rats.2019

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Kono Y, Yokota S, Takeda K, Yazawa I, Onimaru H, Okada Y.
    • 学会等名
      The 6th Conference of Japanese Society of Respiratory Physical Therapy
  • [学会発表] ラット外側結合腕傍核は脳幹覚醒調節領域へ投射する視床下部オレキシン産生ニューロンを支配する2019

    • 著者名/発表者名
      有馬陽介、横田茂文、藤谷昌司
    • 学会等名
      日本解剖学会第74回中国・四国支部学術集会
  • [学会発表] 孤束核グルタミン酸作動性ニューロンによる呼吸循環調節機構の機能的・形態学的解析2019

    • 著者名/発表者名
      横田茂文、武田湖太郎、濱 徳行、有馬陽介、藤谷昌司、岡田泰昌
    • 学会等名
      日本解剖学会第74回中国・四国支部学術集会
  • [学会発表] 孤束核抑制性投射ニューロンによる呼息相の短縮2019

    • 著者名/発表者名
      濱 徳行、横田茂文、藤谷昌司、岡田泰昌、越谷直弘、小泉英彦
    • 学会等名
      日本生理学会 第71回中国四国地方会

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公開日: 2021-01-27  

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