【研究領域課題番号】20K06929 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

オプトジェネティクス / 脳微小循環 / Neurovascular unit / 脳虚血 / 神経科学

【研究成果の概要】

脳内ではニューロン・グリア細胞・微小血管は神経血管連関（Neurovascular unit (NVU)）を形成し、相互に連絡を取り合っている。NVUを構成するニューロン、アストロサイト、血管平滑筋、ペリサイトなどの脳微小循環調節における役割を解明するため、オプトジェネティクス手法を用いてNVUを構成する特定の細胞種だけに光感受性膜タンパク質・チャネルロドプシン２(ChR2)を発現させたマウスを用い、非侵襲的に細胞特異的に光刺激を加えて細胞を賦活し、脳微小循環調節機序を詳細に検討することを目的とする。
ChR2をニューロンあるいはアストロサイトに発現させたマウスをウレタンで麻酔し、波長460nmのLEDを用いて直径0.5mmの範囲で頭蓋上に光照射することによって当該細胞のみを賦活化し、レーザースペックル血流計を用いて大脳半球表面の血流を連続的に記録した。光刺激によりいずれも光強度依存的に脳血流は増大し、照射部位より広範囲への伝播が認められた。一部の頭頂骨を除去して各種神経阻害薬を滴下、浸潤させることによる薬理学的手法を用いて、血流調節に関わる機序が異なることを明らかにした。次に、二光子顕微鏡を用いて脳微小血管の挙動を検討した。水銀ランプ(波長470～490nm)により脳表への光刺激を施し、脳表から深さ0-400μmの範囲で脳表軟膜動脈および実質内穿通動脈の刺激前後の口径を解析した。アストロサイト刺激時は脳表から実質内動脈で一様に拡張したが、ニューロン刺激時には脳表動脈と比較し実質内動脈でより顕著に拡張することを明らかにした。
次に血管平滑筋(PV-ChR2)あるいは血管平滑筋とペリサイト(NG2-ChR2)にChR2を発現したマウスを用い、光照射によって脳血流の低下とその伝播、動脈の顕著な収縮反応を確認した。その反応は血管の太さ、分岐レベルによって差異があることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】神経内科学

【研究領域課題番号】17K16129 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

血管透過性 / 血液脳関門 / タイトジャンクション / β1インテグリン / 脳血管障害 / 血管内皮細胞 / neurovascular unit / 脳出血 / 脳浮腫 / β１インテグリン / 内皮透過性 / シグナル伝達 / 神経科学 / 脳神経疾患 / 神経分子病態学

【研究成果の概要】

当研究は脳虚血モデルマウスを用い、血管透過性亢進メカニズムの解明を行った。虚血中心部においては、虚血後3時間以内に70kDa RITC dextranが血管外に漏出する可能性が示された。また、24時間の虚血暴露により、毛細血管だけでなく、径の大きい細小動脈においても血管透過性が亢進する様子が確認された。当研究と同時並行で行われた頭部MR(Myelin map)を用いた観察研究では、深部白質病変における髄鞘障害が確認された。過去の研究結果とあわせ、虚血が血管内皮細胞のβ1インテグリン介在性細胞内シグナルの変化を介して血管透過性を亢進させ、白質病変を含む実質障害を進行させる可能性が示された。

【研究の社会的意義】

脳梗塞、脳出血、脳血管性認知症、そのほか様々な神経疾患において、脳血管透過性の亢進がその発症・病状悪化に関与することが知られている。しかし、脳血管透過性亢進メカニズムは十分に解明されていない。当研究により、脳虚血が細小動脈・毛細血管レベルで、血管内皮細胞の細胞内シグナル変化により血管透過性を亢進させ、血漿タンパクの漏出を誘導し、髄鞘などの実質構造を障害するという機序（仮説）に矛盾しない結果が得られた。in vitroで特定されたβ１インテグリン介在性細胞内シグナルを標的とする血管透過性制御手法は、脳血管障害、血管性認知症、そのほか血管透過性亢進が関与する神経疾患の治療確立に応用が期待される。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)