神経毒性蛋白排出障害による神経変性機序の解明と新規排出促進の理論基盤の確立

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K09398
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 中島 円 順天堂大学, 医学部, 准教授 (50317450)
• 研究分担者: 宮嶋 雅一 順天堂大学, 医学部, 教授 (60200177) ; 新井 一 順天堂大学, 医学部, 教授 (70167229)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 水頭症 / 脳脊髄液 / 脈絡叢 / 共輸送体

研究実績の概要

疾患動物モデルと患者を対象にしたトランスレーショナルリサーチを行なった。遺伝子改変により加齢にともない、脳室拡大を呈する複数の異なる成人慢性水頭症動物モデルを作製し、多次元イメージング、透明化脳標本を用いたコネクトーム解析を行い、形態学的特徴と高分子蛋白のクリアランスを検証した。また髄液検体、剖検脳標本から、髄液バイオマーカー、MRIによる髄液ダイナミクス解析、免疫染色、mRNA抽出により、実臨床で実証した。
【遺伝子操作による複数の異なる慢性水頭症動物モデルの作成に成功】
家族性正常圧水頭症の原因となるDNAH14遺伝子が、線毛運動に関与するダイニン内腕に発現し、その欠損が成人慢性水頭症の発症に関わっていることを発見した。さらに、脈絡上皮細胞でNa+-K+-2Cl- 共輸送体アイソフォーム1 (NNKCC1)の脱リン酸化に関与するプロテインチロシンフォスファターゼ非受容体タイプ20 (Ptpn20)の欠損が、長期間のリン酸化NKCC1の維持を誘導し、慢性水頭症を発症させることを初めて明らかにした。この慢性水頭症モデルでは、 脈絡叢での Ptpn20欠損が、共輸送体を介した水輸送による 膠質浸透圧の調整機能に影響したと推察された。
【脳脊髄液動態の停滞がβアミロイド凝集を促進】
脳脊髄液動態は、脳活動で産生された老廃物の排泄に重要な役割を担うことが明らかとなり、生理活性蛋白の脳内クリアランスが認知症疾患の発症と深いかかわりが推察される。我々は今回正常圧水頭症患者の脳脊髄液中のβアミロイド蛋白の測定データから、 βアミロイド凝集が亢進されていることを発見した。また、脳外科治療である脳脊髄液シャントは、 βアミロイド凝集に抑制的に働いている可能性を示した。本研究成果より、慢性水頭症の病態下では、脳脊髄液と共に生理活性タンパク質の排泄機能が低下していることを明らかとした。

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

DNAH14遺伝子欠損モデルとPtpn20欠損モデルの作製に成功し、双方とも形態的に慢性水頭症モデルとして一定の成果が得られたことから、本研究の進捗はおおむね順調に進展していると考えている。慢性水頭症モデルは加齢性変化に伴い発症するため、飼育期間が長期になり、検証に時間がかかることが今後の課題である。現在24週齢で野生型マウスと比較し、有意に脳室拡大を呈し、水頭症を発症していることが確認されており、24週、48週と経過観察機関を長くすることで、症状の変化を追うため、研究期間内に成果を出すためにはモデル動物を数多く作成する必要が生じている。

今後の研究の推進方策

2022年度はこれまで取り組んだ慢性水頭症モデルについて論文報告する。PTPN20欠損モデルは英科学雑誌 Fluids and Barriers of the CNS に投稿中であり、DNAH14KOマウスについても国際ジャーナルにて論文投稿を準備している.　さらにDNAH14欠損マウスおよびPTPN20欠損マウスと遺伝子組み換えにより作成されたアルツハイマー病モデルであるAPP ノックイン（KI）マウスを交配し、「加齢と共にアミロイドβが脳内に蓄積される脳脊髄液代謝の停滞した慢性水頭症動物モデル」の作成に成功した この新しく作成したモデルマウスについても解析を進め、論文発表へ進める予定である。
実験系では、新たに脳内クリアランス機構の障害の解明は、脳内に蛍光物質を注入し、In Vivo Imaging Systemを使用し、生体のまま蛍光シグナルを測定する．拡散の経過を観察することで脳内クリアランスの低下を証明する．注入する蛍光物質はアミロイドβ（4kDa）やリン酸化タウ蛋白と同程度（約50kDa）の分子量のものを使用し、脳内アミロイドβやタウ蛋白の排泄を仮想する。作成したモデルマウスの認知機能を行動実験とマルチ電極アレイによる海馬組織の長期増強(long-term potentiation：LTP）実験によるシナプス可塑性の評価によって、モデル動物におけるアミロイド蛋白の排泄障害と蓄積が、記憶・学習過程の障害を生じることを証明する。

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍による国際学会、国内学会への出張が、すべてweb会議による開催となったことから旅費に計上した予算は大幅に減算された。また、予定していた他施設での動物実験も中止となり、動物輸送費が減算された。試薬などの消耗品も、海外からの流通が途絶えた期間があった。今後徐々に流通が再開しており、試薬等は次年度分に計上する。

研究成果

• [国際共同研究] Kuopio University Hospital/National Institute for Health & Welfare/Helsinki University Hospital(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: Kuopio University Hospital/National Institute for Health & Welfare/Helsinki University Hospital
  • 他の機関数: 2
• [雑誌論文] Reconsidering Ventriculoperitoneal Shunt Surgery and Postoperative Shunt Valve Pressure Adjustment: Our Approaches Learned From Past Challenges and Failures (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamada Shigeki、Ishikawa Masatsune、Nakajima Madoka、Nozaki Kazuhiko
  • 雑誌名: Frontiers in Neurology 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fneur.2021.798488
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Water Diffusivity Changes Along the Perivascular Space After Lumboperitoneal Shunt Surgery in Idiopathic Normal Pressure Hydrocephalus (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuta Junko、Kamagata Koji、Taoka Toshiaki、Takabayashi Kaito、Uchida Wataru、Saito Yuya、Andica Christina、Wada Akihiko、Kawamura Kaito、Akiba Chihiro、Nakajima Madoka、Miyajima Masakazu、Naganawa Shinji、Aoki Shigeki
  • 雑誌名: Frontiers in Neurology 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fneur.2022.843883
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of comorbid Parkinson’s disease and Parkinson’s disease dementia on the course of idiopathic normal pressure hydrocephalus (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakurai Anri、Tsunemi Taiji、Shimada Tomoyo、Kawamura Kaito、Nakajima Madoka、Miyajima Masakazu、Hattori Nobutaka
  • 雑誌名: Journal of Neurosurgery 巻: Online ahead of print ページ: 1～8
  • DOI: 10.3171/2022.1.JNS212282
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neuropathological findings in possible normal pressure hydrocephalus: A post-mortem study of 29 cases with lifelines (2022)
  • 著者名/発表者名: Joni Hanninen, Madoka Nakajima, Aleksi Vanninen, Santtu Hytonen, Jaana Rummukainen, Anne M. Koivisto, Olli-Pekka Kamarainen, Juha E. Jaaskelainen, Hilkka Soininen, Anna Sutela, Ritva Vanninen, Mikko Hiltunen, Irina Alafuzoff, Ville Leinonen, Tuomas Rauramaa
  • 雑誌名: Free Neuropathology 巻: 3 ページ: 1～17
  • DOI: 10.17879/freeneuropathology-2022-3331
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 特集 水頭症-脳脊髄液動態への理解と治療に迫る Ⅱ特発性正常圧水頭症 特発性正常圧水頭症(iNPH)の診断 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中島 円、川村 海渡
  • 雑誌名: Neurological Surgery 脳神経外科 巻: 50 ページ: 298～308
  • DOI: 10.11477/mf.1436204558
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tap Test Can Predict Cognitive Improvement in Patients With iNPH Results From the Multicenter Prospective Studies SINPHONI-1 and 2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Madoka Nakajima, Shigei Yamada, Masakazu Miyajima, Kaito Kawamura, Cihiro Akiba, Hiroaki Kazui, Etsuro Mori, Masatsune Ishikawa, and The SINPHONI-2 Investigators
  • 雑誌名: Frontiers in Neurology 巻: 12 ページ: 1～10
  • DOI: 10.3389/fneur.2021.769216
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Differentiating comorbidities and predicting prognosis in idiopathic normal pressure hydrocephalus using cerebrospinal fluid biomarkers (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Madoka、Kawamura Kaito、Akiba Chihiro、Sakamoto Koichiro、Xu Hambing、Kamohara Chihiro、Ogino Ikuko、Karagiozov Kostadin、Tange Yuichi、Shimoji Kazuaki、Yamada Shinya、Kondo Akihide、Arai Hajime、Miyajima Masakazu
  • 雑誌名: Croatian Medical Journal 巻: 62 ページ: 387～398
  • DOI: 10.3325/cmj.2021.62.387
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Total transferrin in cerebrospinal fluid is a novel biomarker for spontaneous intracranial hypotension (2021)
  • 著者名/発表者名: Iijima Junko、Hoshi Kyoka、Ito Hiromi、Kanno Mayumi、Murakami Yuta、Takahashi Koichi、Matsumoto Kana、Yamaguchi Yoshiki、Nakajima Madoka、Miyajima Masakazu、Arai Hajime、Kanai Mitsuyasu、Kitazume Shinobu、Honda Takashi、Hashimoto Yasuhiro
  • 雑誌名: FUKUSHIMA JOURNAL OF MEDICAL SCIENCE 巻: 67 ページ: 64～70
  • DOI: 10.5387/fms.2020-19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cerebrospinal Fluid Amyloid-β Oligomer Levels in Patients with Idiopathic Normal Pressure Hydrocephalus (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawamura Kaito、Miyajima Masakazu、Nakajima Madoka、Kanai Mitsuyasu、Motoi Yumiko、Nojiri Shuko、Akiba Chihiro、Ogino Ikuko、Xu Hanbing、Kamohara Chihiro、Yamada Shinya、Karagiozov Kostadin、Ikeuchi Takeshi、Kondo Akihide、Arai Hajime
  • 雑誌名: Journal of Alzheimer's Disease 巻: 83 ページ: 179～190
  • DOI: 10.3233/JAD-210226
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Elevated CSF LRG and Decreased Alzheimer’s Disease Biomarkers in Idiopathic Normal Pressure Hydrocephalus (2021)
  • 著者名/発表者名: Vanninen Aleksi、Nakajima Madoka、Miyajima Masakazu、Rauramaa Tuomas、Kokki Merja、Musialowicz Tadeusz、Makinen Petra M.、Herukka Sanna-Kaisa、Koivisto Anne M.、Jaaskelainen Juha E.、Hiltunen Mikko、Leinonen Ville
  • 雑誌名: Journal of Clinical Medicine 巻: 10 ページ: 1105～1105
  • DOI: 10.3390/jcm10051105
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ependymal ciliary motion and their role in congenital hydrocephalus (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Koichiro、Nakajima Madoka、Kawamura Kaito、Nakamura Eri、Tada Norihiro、Kondo Akihide、Arai Hajime、Miyajima Masakazu
  • 雑誌名: Child's Nervous System 巻: 37 ページ: 3355～3364
  • DOI: 10.1007/s00381-021-05194-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] 《特集：認知症》《総説》実地医家が認知症をよりよく知るために 特発性正常圧水頭症（iNPH）診療ガイドライン第3版―解説 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島 円
  • 雑誌名: Medical Practice 巻: 38 ページ: 1160～1165
  • 査読あり
• [雑誌論文] 「特発性正常圧水頭症 Up to Date」わが国におけるiNPH診療ガイドライン作成のこれまで (2021)
  • 著者名/発表者名: 秋葉ちひろ，中島 円，宮嶋雅一
  • 雑誌名: 老年精神医学雑誌 巻: 32 ページ: 277～283
  • 査読あり
• [雑誌論文] 特集「認知症診療における精神科医の役割を再考する」 治療可能な認知症治療にかかわる脳神経外科医から精神科医への期待 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島 円
  • 雑誌名: 精神医学 巻: 63 ページ: 1247～1255
  • 査読あり
• [学会発表] LP shunts: Why and How (2021)
  • 著者名/発表者名: Madoka Nakajima
  • 学会等名: Hydrocephalus 2021. Virtual
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lumboperitoneal Shunt for idiopathic Normal Pressure Hydrocephalus (2021)
  • 著者名/発表者名: Madoka Nakajima
  • 学会等名: Hydrocephalus Society Global Webinar Series Series on iNPH Part 4: Treatment
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] LP shunt: What should I know (2021)
  • 著者名/発表者名: Madoka Nakajima
  • 学会等名: WFNS Foundation Asian Congress of Neurological Surgeons Autumn WEB Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] LP shunt for idiopathic Normal Pressure Hydrocephalus (2021)
  • 著者名/発表者名: Madoka Nakajima
  • 学会等名: Asian Congress of Neurological Surgeons Webinar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 治療可能な認知症（特発性正常圧水頭症：iNPH）. 特発性正常圧水頭症の診断と認知症状に対するシャント治療効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島 円
  • 学会等名: 第10回日本認知症予防学会
  • 招待講演
• [学会発表] 正常圧水頭症に対するシャント手術－VPシャントのトピックス (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島 円
  • 学会等名: 第41回日本脳神経外科コングレス総会 （The 41th Annual Meeting of The Japanese Congress of Neurological Surgeons
  • 招待講演
• [学会発表] Expression of the leucine-rich alpha2 glycoprotein in the hippocampus prevents decreased cognitive function after status epilepticus (2021)
  • 著者名/発表者名: Madoka Nakajima, Takuma Higo, Yasushi Iimura, Hiroharu Suzuki, Tetsuya Ueda, Hidenori Sugano
  • 学会等名: 日本てんかん学会
• [学会発表] 認知機能障害を有する特発性正常圧水頭症患者に対する シャント治療介入短期効果予測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島 円
  • 学会等名: 日本脳神経外科学会 第80回学術総会
• [学会発表] 認知機能障害を有する特発性正常圧水頭症患者に対するシャント治療介入短期効果予測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島 円
  • 学会等名: 第40回日本認知症学会学術集会
• [備考] University of Eastern Finland
  • URL: https://www.uef.fi/fi/artikkeli/ville-leinonen-ita-suomen-yliopiston-neurokirurgian-professoriksi