2022 Fiscal Year Research-status Report
IBSのストレス性増悪因子としての直腸粘膜下血管機能異常
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19K08426
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
三井 烈 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 講師 (90434092)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | capillary / pericyte / prostaglandin I2 / endothelial cell / arteriole / vascular smooth muscle / sympathetic nerve / nitrergic nerve |
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| Outline of Annual Research Achievements |
過敏性腸症候群（IBS）の患者では急性ストレス負荷時の直腸粘膜血流の減少反応（虚血反応）が、健常者と比べて長引く。このことから、IBS患者の直腸血管を支配する交感神経による過剰収縮およびそれに伴う直腸粘膜虚血が示唆される。粘膜虚血による低酸素状態は、血管周囲の求心性神経を過剰に興奮させ、IBSの諸症状を引き起こしている可能性が考えられる。本課題では、直腸粘膜下細動脈の交感神経抑制機構としての一酸化窒素（NO）含有神経支配について検討するとともに、IBS様の病態を呈するwater avoidance stress（WAS）ラット直腸細動脈の交感神経・NO神経制御機構の異常について検討する。
【直腸粘膜下細動脈に関して】ラット直腸粘膜下細動脈周囲に投射する交感神経線維は、soluble guanylyl cyclase（NOシグナル経路の下流分子）を発現していたため、NO神経から放出されるNOは、近傍の交感神経の伝達物質放出を抑制するものと推察された。WASラットの直腸細動脈では、交感神経性収縮反応が亢進していた。薬理学的検討により、その一因がNO神経による交感神経抑制作用の減弱であると考えられた。
【直腸粘膜毛細血管に関して】マウス直腸粘膜毛細血管において、周皮細胞（ぺリサイト）間で同期して、自発的かつ周期的な細胞内Ca2+上昇がみられ、上流の毛細血管前細動脈への伝播も認められた。内皮細胞から常時放出されるプロスタグランジンI2は、ペリサイトの膜電位を低下させて過剰興奮を抑え、同期的自発活動の発生に寄与していた。以上の結果から、毛細血管ペリサイトは、毛細血管前細動脈の周期的な自発収縮を惹起するペースメーカー細胞であると考えられた。直腸微小血管は伸展時に虚血状態になりやすいため、毛細血管前細動脈の自発収縮は、虚血リスクの低下に寄与すると考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度までに、正常ラット直腸細動脈・毛細血管の制御機構の解明が進み、IBS様モデルラットにおける直腸細動脈の神経性制御異常に関しても一定の成果を得たため、「おおむね順調に進んでいる」と自己評価した。具体的な実験方法および、今年度の実験結果を以下に示す。
【方法】ラット直腸粘膜下層標本を作製し、標本内の細動脈をビデオカメラで撮影した。血管壁追跡ソフトを用いて血管径の変化を経時的に記録した。また、NG2-GCaMPマウス直腸粘膜・粘膜下層標本を作製し、ペリサイトの細胞内Ca2+イメージングを行った。
【結果】直腸細動脈周囲の交感神経線維にsoluble guanylyl cyclase免疫陽性反応が認められたことから、NO神経由来のNOは、交感神経に作用して神経伝達物質の放出を抑制していることが示唆された。WAS（1日あたり1時間、計10日間、周囲に水を張った島の上で身動きがとれなくなるストレス）を負荷したラットの直腸において、経壁電気刺激による交感神経性の細動脈収縮反応が亢進していた。この収縮反応は、対照群では神経性NOS特異的阻害剤で増強されたが、WASラットでは変化しなかった。このことから、WASラット直腸細動脈において交感神経の過剰興奮およびNO神経の機能低下が示唆された。
直腸毛細血管ペリサイト間で同期した自発的かつ周期的な細胞内Ca2+上昇がみられ、上流の毛細血管前細動脈への伝播も認められた。プロスタグランジンI2（PGI2）受容体拮抗剤やCOX阻害剤でペリサイトの細胞内Ca2+レベルが上昇し、周期的な細胞内Ca2+上昇が消失した。COX阻害剤存在下でPGI2を投与すると、自発活動が再び認められた。以上の結果から、内皮細胞からのPGI2放出がペリサイト間の同期的自発活動および毛細血管前細動脈での自発収縮の発生に寄与すると考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
Water avoidance stress（WAS）負荷によるIBS様モデルラットおよびその対照群を用いて、直腸細動脈の神経性制御異常に関する検討を進める。NO-cGMP経路を促進するcGMP分解酵素抑制剤（PDE5抑制剤）を用いて、WASおよび対照群での効果を調べる。また、アセチルコリンによる内皮依存性細動脈拡張作用や、テトロドトキシン存在下での交感神経伝達物質による細動脈収縮作用についても、両群で比較し、WAS負荷ラット直腸における内皮や血管平滑筋の機能異常の有無についても検討する。免疫染色により、両群の直腸細動脈に投射するNO神経の分布も観察する。
正常ラット直腸細動脈においては、あらかじめアドレナリンα受容体アゴニストで収縮させて、経壁神経刺激による血管拡張反応を誘発させ、NO神経の関与について検討する。交感神経伝達物質をguanethidineで枯渇させても、この血管拡張反応は認められるため、ここに神経性NOS特異的阻害剤を追加投与して拡張反応に対する効果を検討する。NO神経の標的細胞が、交感神経のみであるか、または血管平滑筋へも直接抑制作用を持つか、といった点が明らかになると考えられる。
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| Causes of Carryover |
Water avoidance stress（WAS）負荷によるIBS様モデルラットの作製に関して、ラットを入れる容器の大きさや、負荷する日数、負荷する環境（他の実験者がいるか否か等）についての条件検討が長引いたため、本格的な実験に入ることができず、次年度使用額が生じた。本年度は、各条件が決まったため、実験を開始し、一定の成果を得ることができた。次年度も引き続き、この条件下での検討を進展させてゆく予定である。
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