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2020 年度 実施状況報告書

腸内細菌叢は運動と成体海馬神経新生をつなぐミッシングリンクか?

研究課題

研究課題/領域番号 19K22812
研究機関九州大学

研究代表者

神野 尚三  九州大学, 医学研究院, 教授 (10325524)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2022-03-31
キーワード腸内細菌叢 / Lactobacillus casei / 成体海馬神経新生 / 短鎖脂肪酸 / 加齢 / ミクログリア
研究実績の概要

マウスにLactobacillus caseiを4週間投与し、成体海馬神経新生の変化を検討した。オプティカルダイセクター解析では、若齢マウスにおいては神経新生の明らかな促進効果は認められなかったが、加齢マウスにおいて、Lactobacillus caseiの投与によって神経前駆細胞と新生ニューロンの密度が増加する結果が得られた。Neurolucidaによる三次元再構築では、加齢マウスに対するLactobacillus caseiの投与によって、新生ニューロンの樹状突起の長さが伸展し、分岐の数が増加することが示された。これらの結果は腸内細菌叢の改変によって、加齢マウスで神経新生が促進される可能性を示唆している。また、行動解析によって、Lactobacillus caseiを投与した加齢マウスでは、新奇物体認知試験における記憶力が改善されていた。糞便中の特定の短鎖脂肪酸の濃度が上昇していることが明らかになったため、実験的に短鎖脂肪酸の投与を行ったところ、神経新生が促進することを確認した。
さらに、ミクログリアが腸脳相関のリンクの役割を果たしているとの仮説を検証する実験に取り組んだ。実験では、コロニー刺激因子1受容体(CSF1R)阻害剤であるPLX3397を加齢マウスに4週間投与し、ミクログリアを枯渇させた。Iba1に対する免疫染色を行った結果、海馬のミクログリアがほとんど消失していることが確認された。引き続いて、Lactobacillus caseiを4週間投与したところ、成体海馬神経新生の促進が認められなかった。また、PLX3397を投与加齢したマウスに、短鎖脂肪酸を投与したところ、成体海馬神経新生の促進作用が消失していた。これらの結果は、腸内細菌叢の改変による成体海馬神経新生の促進作用にはミクログリアを介したメカニズムが存在することを示唆している。

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

当該年度の実験では、コロニー刺激因子1受容体阻害剤であるPLX3397を用いたミクログリアを枯渇させる実験によって、腸内細菌叢と探査脂肪酸が成体海馬神経新生に作用するメカニズムにミクログリアが関わっていることを直接的に明らかにすることに成功している。これによって、運動と成体海馬神経新生をつなぐリンクにミクログリアを加えて新たな研究が進行中である。

今後の研究の推進方策

実験1:回し車で自発運動をさせたマウスとそうでないマウスに抗生物質のカクテルを飲水に加えて4週間投与し、腸内細菌叢を撹乱する。対照群のマウスは通常の飲水とする。
実験2:上記の実験群について、分子マーカーに基づき神経幹細胞や神経前駆細胞、新生ニューロン等の分布密度を計測する。さらに、新生ニューロンの3次元再構築とスパイン形態の解析を行う。これらから、神経新生の促進と抑制、新生ニューロンの成熟度を評価する。新規物体認識試験による参照記憶の評価に加えて、新たに導入したオペラント条件付け装置による学習機能の評価、高架式十字迷路試験とオープンフィールド試験による不安関連行動を評価する。
実験3:FACSを用いてミクログリアを分取し、自発運動、Lactobacillus caseiと抗生物質による腸内細菌叢の改変によって発現レベルが変動する遺伝子を捉える。
実験4:ミクログリアを介した神経新生の促進に関わり、自発運動、Lactobacillus caseiと抗生物質による腸内細菌叢の改変によって変動する中間代謝物 (SCFA) の候補 (物質X) を実験1-3の結果から絞り込む。さらに、物質Xをマウスに与えた場合、自発運動を行った場合と同様の神経新生の促進と認知・情動機能の改善、遺伝子発現変動、DNA修飾などが認められるかどうかを確認する。これらから、自発運動と成体海馬神経新生のリンクとしての腸内細菌叢とミクログリアの役割を明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

本年度は新たに導入したオペラント条件づけ装置のセットアップに時間を要した。このため、加齢マウスを用いた予備実験を中心に実験に取り組んだ。その結果、見込みよりも消耗品費がかからず、次年度使用額が生じた。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Subclass imbalance of parvalbumin-expressing GABAergic neurons in the hippocampus of a mouse ketamine model for schizophrenia, with reference to perineuronal nets2021

    • 著者名/発表者名
      Fujikawa Risako、Yamada Jun、Jinno Shozo
    • 雑誌名

      Schizophrenia Research

      巻: 229 ページ: 80~93

    • DOI

      10.1016/j.schres.2020.11.016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modulation of neuropathology and cognitive deficits by lipopolysaccharide preconditioning in a mouse pilocarpine model of status epilepticus2020

    • 著者名/発表者名
      Ohgomori Tomohiro、Jinno Shozo
    • 雑誌名

      Neuropharmacology

      巻: 176 ページ: 108227~108227

    • DOI

      10.1016/j.neuropharm.2020.108227

    • 査読あり
  • [学会発表] Promotion of adult hippocampal neurogenesis by memantine via enhancement of chondroitin sulfate proteoglycan expression in middle-aged mice2021

    • 著者名/発表者名
      Jun Yamada, Shouichiro Maeda, Kyoko Iinuma, Shozo Jinno
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • [学会発表] Involvement of hippocampal microglia in vulnerability and resistance to social defeat stress2021

    • 著者名/発表者名
      Risako Fujikawa, Shozo Jinno
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • [学会発表] Enhanced quiescence of neural stem cells in the hippocampus by short-term exposure to cuprizone, a mouse model for schizophrenia2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Ohgomori, Shozo Jinno
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • [学会発表] Dysfunction hippocampal oligodendrocytes in the mouse model for posttraumatic stress disorder2021

    • 著者名/発表者名
      Shozo Jinno
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • [学会発表] Olig2-positive astrocyte in the hippocampus of a mouse model of temporal lobe epilepsy2020

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Ohgomori, Shozo Jinno
    • 学会等名
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • [学会発表] Potential therapeutic effects of ketamine for cocaine addiction via promotion of adult hippocampal neurogenesis2020

    • 著者名/発表者名
      Jun Yamada, Shozo Jinno
    • 学会等名
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • [学会発表] Neuroinflammation in the hippocampus of female mice exposed to social defeat stress2020

    • 著者名/発表者名
      Risako Fujikawa, Jun Yamada, and Shozo Jinno
    • 学会等名
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • [図書] The Neuroscience of Aging 1st Edition2021

    • 著者名/発表者名
      Colin Martin, Victor Preedy, Rajkumar Rajendram
    • 総ページ数
      1500
    • 出版者
      Elsevier
    • ISBN
      978-0-128-18369-4

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公開日: 2021-12-27  

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