化学物質による神経伝達物質受容体を介した精神毒性発現機序の解明および行動評価方法の開発に関する研究

文献情報

• 文献番号: 201035011A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 化学物質による神経伝達物質受容体を介した精神毒性発現機序の解明および行動評価方法の開発に関する研究
• 課題番号: H20-化学・一般-011
• 研究年度: 平成22(2010)年度
• 研究代表者(所属機関): 鍋島 俊隆(名城大学 薬学部)

研究分担者(所属機関)

• 山田　清文(名古屋大学　医学部附属病院)
• 野田　幸裕(名城大学　薬学部)
• 永井　拓(名古屋大学　医学部附属病院)
• 間宮　隆吉(名城大学　薬学部)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 化学物質リスク研究
• 研究開始年度: 平成20(2008)年度
• 研究終了予定年度: 平成22(2010)年度
• 研究費: 21,290,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

脳神経系の発達がダイナミックに起こる周産期は化学物質に対して脆弱である。我々は、昨年度までに簡便かつ安価であるにも関わらず、再現性も高く、非常に有用な行動評価系を確立した。これら行動評価系を用いて、グルタミン酸受容体拮抗薬やアセチルコリン受容体作動薬が情動性、学習・記憶、認知機能などの化学物質に固有な精神発達障害を誘発することを明らかにした。また、化学物質により免疫系を介した精神発達障害が引き起こされることも明らかにした。本年度は、これら精神障害の発現機序について検討した。

研究方法

妊娠マウスにフェンシクリジン（PCP）またはニコチンを与え、その仔マウスが成体期に達した時点で神経化学的解析を行った。新生仔期polyI:C処置により誘発される神経発達障害について、マウス由来培養アストログリア細胞および培養神経細胞を用いて検討した。

結果と考察

胎生期にPCPを暴露したマウスの前頭皮質では、グルタミン酸トランスポーターの発現増加および高カリウム誘発性グルタミン酸遊離量の減少が観察されたことから、胎生期のPCP暴露はグルタミン酸作動性神経系の機能を障害すると考えられた。胎生期にニコチンを暴露したマウスの前頭皮質ではノルアドレナリン（NE）の代謝産物であるMHPG含量が低下しており、NE作動性神経系の機能低下が認められた。一方、マウス大脳由来培養アストログリア細胞にpolyI:Cを添加して培養した上清 (polyI:C-ACM) を初代培養海馬神経細胞に添加すると神経細胞の成長が抑制されたが、IFITM3遺伝子欠損マウス由来polyI:C-ACMには障害効果が認められなかった。さらに、セクレトーム解析の予備的検討を行いpolyI:C-ACM中に遊離されるタンパクが存在することを確認した。したがって、異常免疫応答に伴う神経発達障害にはアストログリア細胞におけるIFITM3の誘導と、アストログリア細胞から分泌される液性因子が関与していることが示唆された。

結論

胎生期におけるPCPまたはニコチンの暴露は、成体期の前頭前皮質においてグルタミン酸やNE作動性神経系の機能を障害することを明らかにした。また、polyI:C処置により誘発される神経発達障害にはアストログリア細胞の活性化と神経細胞－アストログリア細胞間の相互作用の異常が関与していることを示唆した。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-05-27
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201035011B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 化学物質による神経伝達物質受容体を介した精神毒性発現機序の解明および行動評価方法の開発に関する研究
• 課題番号: H20-化学・一般-011
• 研究年度: 平成22(2010)年度
• 研究代表者(所属機関): 鍋島 俊隆(名城大学 薬学部)

研究分担者(所属機関)

• 山田　清文(名古屋大学　医学部附属病院)
• 野田　幸裕(名城大学　薬学部)
• 永井　拓(名古屋大学　医学部附属病院)
• 間宮　隆吉(名城大学　薬学部)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 化学物質リスク研究
• 研究開始年度: 平成20(2008)年度
• 研究終了予定年度: 平成22(2010)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

神経情報伝達の基盤となる受容体は胎児期から新生児期にかけて形成されるため化学物質に曝露される危険性が最も高いと考えられる。本研究では情動性・認知機能に重要な役割を果たしていると考えられるニコチン受容体およびグルタミン酸受容体に着目して以下の研究を行った

研究方法

胎生期のニコチン暴露が情動行動および認知機能に与える影響について調べた。非競合的NMDA受容体アンタゴニストであるフェンシクリジン（PCP）をマウスの胎生期に暴露し、精神発達におよぼす影響について検討した。異常免疫応答が脳神経発達および成長後の脳機能におよぼす影響について、polyI:Cを新生仔期に投与した動物モデルを作製して研究した。

結果と考察

妊娠14日目より出生日におけるニコチンの暴露は前頭皮質での脳内ノルアドレナリン作動性神経系の機能の変化を生じさせ、出生後も持続する不安などの情動障害および注意機能障害を生じた。胎生期におけるPCPの暴露は神経発達に重要な遺伝子の発現の攪乱、神経前駆細胞の分裂、神経細胞の産生抑制、成体期まで長期間持続するグルタミン酸機能を障害し、統合失調症様の著しい行動異常を引き起こした。PolyI:C処置マウスは情動行動、学習記憶・認知、社会性行動および海馬における脱分極性グルタミン酸遊離の異常を示した。また、polyI:C誘発性異常免疫応答に伴う神経発達障害にはアストログリア細胞で誘導されるIFITM3が重要な役割を果たしていることが示唆された。さらに、ALDH1L1およびCRMP5を候補タンパク質として同定した。慢性社会ストレス負荷マウスおよびpolyI:C単独処置マウスで認められる精神機能障害はPCP投与により増強され、これら精神機能の変容の一部にはグルタミン酸作動性神経系の機能異常が関与していることを見出した。

結論

本研究により簡便かつ安価であるにも関わらず、再現性も高く、非常に有用な評価系を確立することができた。これら行動評価系を用いて、グルタミン酸受容体拮抗薬やアセチルコリン受容体作動薬が情動性、学習・記憶、認知機能などの化学物質に固有な精神発達障害を誘発することを明らかにした。また、化学物質による免疫系など生体との相互作用を介した精神発達障害が引き起こされることを明らかにした。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-05-31
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201035011C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 胎生期におけるNMDA受容体拮抗薬の暴露が、神経前駆細胞内の遺伝子発現を攪乱し、グルタミン酸作動性神経の発生を障害することで、成体期まで長期間持続する行動異常を生じることが明らかとなった。また、周産期における免疫異常を誘発する化学物質の暴露が行動異常を惹起し、その精神異常発現の根底にある新たな分子の同定、及び機能解析を行った。さらに、これら神経発達期の化学物質暴露による精神障害の発現を、感度よく評価できる安価で簡便な行動解析法の確立を果たした。
• 臨床的観点からの成果: 周産期における化学物質暴露が、成体期において統合失調症などの精神疾患に類似した表現型を引き起こすことを考えると、本課題で見出されたような新規分子を介した神経発達障害機構の解明の試みは、未だ予防・治療法のない精神疾患に対し、今までにない新たな方向から精神疾患を捉え、既存のものとは異なるアプローチで標的分子を探索する創薬研究を可能にするものと考えられる。また、これら環境因子による精神毒性の早期発見を可能にするバイオマーカーの開発につながると考える
• ガイドライン等の開発: 神経発達期の化学物質暴露による精神障害の発現を、感度よく評価できる安価で簡便な行動解析法として、Social avoidance tube test、One-trial delayed alternation test、Object-based attention testを開発した。これらの試験系は、特別な装置を必要とせず、再現性も高い非常に有用な評価系である。この評価系を用いることで、周産期における神経毒性を誘発する化学物質のスクリーニングが可能となる。
• その他行政的観点からの成果: 周産期における化学物質の暴露が成体期まで持続する行動異常をもたらすことが明らかとなった。我々が無意識に口にする食物や医薬品の中にも神経伝達物質受容体に作用する化学物質が多数存在し、我々はそうした環境の中で日常生活を送っている。本課題で用いたNMDA受容体を拮抗する作用を持つ化学物質の例を挙げれば、コーヒーやコーラに含まれるカフェインや人工甘味料のサッカリンなどがある。本課題の結果は、こうした化学物質が神経発達に与える影響を国民に喚起するためのシステム作りにも応用可能となる。
• その他のインパクト: (1) 公開シンポジウム：「化学物質による心と知能の障害」(演者：鍋島俊隆）日本食品衛生協会平成20年度厚生労働科学研究（化学物質リスク研究推進事業）シンポジウムなど、(2)研修会などの講師：日本医薬品卸勤務薬剤師会研修会、関西実験動物研究会、日本薬剤師会、東海薬剤師会など、(3)教育講演：中高生、大学生、薬剤師、一般向け、(4)雑誌掲載：分子精神医学、医薬ジャーナル、脳と精神の医学など、(4)新聞掲載：読売、朝日、日経、中日などへの掲載

発表件数

• 原著論文（和文）: 2件
• 原著論文（英文等）: 117件 ; すべて査読あり
• その他論文(和文): 17件 ; 総説等
• その他論文(英文等): 2件
• 学会発表(国内学会): 188件 ; 日本神経精神薬理学会年会、日本神経化学会大会、日本薬理学会年会 など
• 学会発表(国際学会等): 62件 ; Neuroscience Meeting など
• その他成果(特許の出願): 1件 ; 「出願」「取得」計2件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 1件 ; 市民公開シンポジウム：「化学物質による心と知能の障害」(演者：鍋島俊隆）日本食品衛生協会平成20年度厚生労働科学研究（化学物質リスク研究推進事業シンポジウム

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Ibi D, Nagai T, Kitahara Y, et al. ; Neonatal polyI:C treatment in mice results in schizophrenia-like behavioral and neurochemical abnormalities in adulthood. ; Neurosci Res. , 64 , 297-305 (2009)
• 原著論文2: Lu L, Mamiya T, Lu P, et al.; Prenatal exposure to phencyclidine produces abnormal behaviour and NMDA receptor expression in postpubertal mice. ; Int J Neuropsychopharmacology , 13 , 877-889 (2010)
• 原著論文3: Noda Y, Mouri A, Ando Y, et al.; Galantamine ameliorates the impairment of recognition memory in mice repeatedly treated with methamphetamine: involvement of allosteric potentiation of nicotinic acetylcholine receptors and dopaminergic - ERK1/2 systems.; Int J Neuropsychopharmacology , 13 , 1343-1354 (2010)
• 原著論文4: Lu L, Mamiya T, Lu P, et al.; Prenatal exposure to PCP produces behavioral deficits accompanied by the overexpression of GLAST in the prefrontal cortex of postpubertal mice.; Behav Brain Res. , 220 , 132-139 (2011)
• 原著論文5: Mizoguchi H, Ibi D, Takase F, et al.; Nicotine ameliorates impairment of working memory in methamphetamine-treated rats.; Behav Brain Res, , 220 , 159-163 (2011); doi:10.1016/j.bbr.2011.01.036
• 原著論文6: Alkam T, HC Kim, Masayuki H et al.; Evaluation of emotional behaviors in young offspring of C57BL/6J mice after gestational and/or perinatal exposure to nicotine in six different time-windows; Behav Brain Res, , 239 , 80-89 (2013)
• 原著論文7: Shin, Kuniaki Saito et al; Usp46 is a quantitative trait gene regulating mouse immobile behavior in the tail suspensProtective potential of IL-6 against trimethyltin-induced neurotoxicity in vivo ; Free Radic. Biol. Med., , 52 , 1159-1174 (2012)
• 原著論文8: Daisuke Ibi, Taku Nagai, Akira Nakajima et al; Astroglial IFITM3 mediates neuronal impairments following neonatal immune challenge in mice; Glia , 61 , 679-693 (2012)
• 原著論文9: Akihiro Mouri, Takenao Koseki, Shiho Narusawa et al.; Mouse strain differences in phencyclidine-induced behavioural changes; Int J Neuropsychopharmacology , 15 , 767-779 (2012)
• 原著論文10: Koseki T. et al.; Exposure to enriched environments during adolescence prevents abnormal behaviours associated with histone deacetylation in phencyclidine-treated mice; Int J Neuropsychopharmacology , 15 , 1489-1501 (2012); doi: 10.1017/S1461145711001672.
• 原著論文11: Nagai T. et al; D-Serine ameliorates neonatal PolyI:C treatment-induced emotional and cognitive impairments in adult mice; J. Pharmacol. Sci , 120 , 213-227 (2012)
• 原著論文12: Y Nam et al.; Dextromethorphan-induced psychotoxic behaviors cause sexual dysfunction in male mice via stimulation of σ-1 receptors; neurochem Int , 61 , 913-922 (2012); doi:10.1016/j.neuint.2012.01.025
• 原著論文13: Toriumi K. et al; Prenatal NMDA receptor antagonism impaired proliferation of neuronal progenitor, leading to fewer glutamatergic neurons in the prefrontal cortex.; neuropsychopharmacology , 37 , 1387-1396 (2012); doi: 10.1038/npp.2011.324.
• 原著論文14: Iizuka H et al.; Decreased l -tryptophan concentration in distinctive brain regions of mice treated repeatedly with phencyclidine; Anal Bioanal Chem , 405 , 8137-8141 (2013); 10.1007/s00216-013-7010-2

公開日・更新日

• 公開日: 2016-06-21
• 更新日: -

収支報告書

• 文献番号: 201035011Z