研究概要Research
現在とりくんでいる研究テーマ
脳・脊髄から構成される中枢神経系は様々な高次機能を制御しており、これらの異常が神経変性疾患や精神疾患、慢性疼痛といった疾患を引き起こすといわれています。中枢神経系はその名が示すように神経細胞が主な構成成分ですが、その他にも様々な細胞が存在しています。その一つがアストロサイトやミクログリアといったグリア細胞です。近年の研究からグリア細胞の機能異常が、多くの中枢神経疾患に関与していることが明らかになってきています。私たちの研究室では、特に慢性疼痛と気分障害、認知機能障害といった病態におけるグリア細胞の役割をさまざまな角度から解析しています。
１) 慢性疼痛に関する研究
慢性疼痛の有病率は成人人口の22.5％と推定されています。高齢化やストレス社会を背景に有病率は今後も増加することが予想されます。慢性疼痛には慢性的な炎症が原因となる関節リウマチや変形関節症などの炎症性疼痛、末梢神経や中枢神経が直接損傷されることに起因する帯状疱疹後神経痛、糖尿病性疼痛などの神経障害性疼痛、組織のどこにも発痛物質や炎症は存在せず、また神経損傷も認められないにもかかわらず全身に痛みを生じる線維筋痛症や慢性腰痛などの非器質性疼痛が挙げられます。これらの慢性疼痛はモルヒネなどのオピオイドやロキソニン・インドメタシン等の非ステロイド性抗炎症薬（NSAIDｓ）、プレガバリン等のガバペンチノイドといった既存の鎮痛薬が奏功しにくいといわれています。それ故、新たな作用メカニズムを有する鎮痛薬の創薬が必要不可欠です。その慢性疼痛治療の新たな標的として注目されているのがグリア細胞（ミクログリア・アストロサイト）です。最近の研究から、脊髄や脳に存在するグリア細胞の機能異常が慢性疼痛の惹起に関与していることが明らかとなっています（図1）。
また慢性疼痛により情動や認知機能にも影響が生じること明らかとなってきました。実際に、慢性疼痛により気分障害や認知症を発症するリスクが高まることが報告されています。持続する痛みが強いストレスとなり、これらの高次機能に変化をもたらし、さらに痛みの受容にも悪影響を与えている可能性が予想されますが、その詳細なメカニズムは明らかではありません。最近の研究から、これらにもグリア細胞が重要な働きをしていることが明らかとなってきています。
私たちの研究室では、脳・脊髄でのグリア細胞の機能をコントロールすることが、新たな鎮痛薬開発のヒントとなるのではないかと考え、研究を行っています。
また慢性疼痛により情動や認知機能にも影響が生じること明らかとなってきました。実際に、慢性疼痛により気分障害や認知症を発症するリスクが高まることが報告されています。持続する痛みが強いストレスとなり、これらの高次機能に変化をもたらし、さらに痛みの受容にも悪影響を与えている可能性が予想されますが、その詳細なメカニズムは明らかではありません。最近の研究から、これらにもグリア細胞が重要な働きをしていることが明らかとなってきています。
私たちの研究室では、脳・脊髄でのグリア細胞の機能をコントロールすることが、新たな鎮痛薬開発のヒントとなるのではないかと考え、研究を行っています。
・HMGB1 に関する研究
神経障害性疼痛 と HMGB1.jpg)
High mobility group box-1 (HMGB-1)は細胞核内に存在し、普段は遺伝子複製などに関与するタンパク質ですが、細胞が刺激される、または死滅するなどにより、細胞外に遊離あるいは漏出し、炎症性物質として作用します。最近の研究から様々な炎症性疾患（敗血症、脳卒中、循環器系疾患、糖尿病、関節リウマチ、がんなど）の発症に関係していることが分かってきました。私たちはこのHMGB1と慢性疼痛の関係に着目して研究を行ってきました。その結果、坐骨神経損傷により発症させた神経障害性疼痛モデルにおいて、脊髄後角や傷害した神経周囲においてHMGB1量が増加していることを見出しました（PLoS One, 2013; J. Neurochem., 2016、図2; J. Neurochem., 2019）。またHMGB1に対する中和抗体（HMGB1をトラップする作用）を投与しますと、痛みが軽減することが示され、HMGB1が慢性疼痛の重要な因子の一つであることが明らかとなりました。最近の研究から、坐骨神経で増加したHMGB1は知覚神経を刺激することで、脊髄後角でのグルタミン酸を介した情報伝達を亢進し、同部位に存在するミクログリアを活性化させ、痛みを惹起させていることも明らかとなりました（Biochem. Pharmacol., 2021）。
三叉神経ニューロパチー と HMGB1
三叉神経ニューロパチーは、親知らずの抜歯などの歯科治療時に、三叉神経の損傷によって誘発される慢性疼痛です。現在、有効な治療法は存在しておらず、新たな治療薬・治療戦略の開発が課題となっています。我々は、三叉神経が物理的に損傷される際に、HMGB1 が細胞外へ漏出し慢性疼痛を発症させるトリガーとなる可能性に着目しました。各種検討の結果、神経損傷直前にHMGB1機能を抑制する中和抗体や受容体阻害薬を処置することによって、痛みが発症しないことを明らかにしました。さらに、本病態の形成に重要な三叉神経脊髄路核尾側亜核におけるミクログリアの活性化などの病理変化も抑制されることがわかりました (Molecules, 2021)。歯科治療時には、レントゲン撮影から神経損傷リスクを有する患者を確認することができます。従って、そのような患者には HMGB1 機能を抑制する薬物を前処置することによって、本疼痛病態の発症を予防できる可能性が期待されます。
パーキンソン病 と HMGB1
パーキンソン病は、中脳黒質ドパミン神経の脱落によって生じる神経変性疾患です。主症状は、振戦などの運動機能障害ですが、副症状として疼痛が生じることも報告されています。そこで、ドパミン神経の細胞死に伴う HMGB1の漏出が疼痛発症の重要な因子となる可能性に着目しました。また、本研究では、中和抗体が血液脳関門を通過しにくいことから、高い中枢移行性が知られている鼻腔からの薬物投与を行いました。その結果、HMGB1 中和抗体の経鼻投与は、パーキンソン病モデルマウスで確認される疼痛症状を抑制する効果が確認されました。一方で、ドパミン神経の脱落や、運動機能障害には効果を示しませんでした (Biomed Pharmacother., 2022)。疼痛は、パーキンソン病の治療意欲を減弱させるだけでなく、うつ症状や認知機能障害などへ発展させることも考えられます。本知見の応用によって、患者さんを疼痛から解放し、生活の質を高めることができると考えられます。
以上のことから、慢性疼痛時においてHMGB1は様々な領域において増加し、痛みの惹起に関与していることが分かりました。よってHMGB1自身や、その受容体を標的とした創薬により、新たな鎮痛薬化発に繋がる可能性が期待できます。
三叉神経ニューロパチー と HMGB1
三叉神経ニューロパチーは、親知らずの抜歯などの歯科治療時に、三叉神経の損傷によって誘発される慢性疼痛です。現在、有効な治療法は存在しておらず、新たな治療薬・治療戦略の開発が課題となっています。我々は、三叉神経が物理的に損傷される際に、HMGB1 が細胞外へ漏出し慢性疼痛を発症させるトリガーとなる可能性に着目しました。各種検討の結果、神経損傷直前にHMGB1機能を抑制する中和抗体や受容体阻害薬を処置することによって、痛みが発症しないことを明らかにしました。さらに、本病態の形成に重要な三叉神経脊髄路核尾側亜核におけるミクログリアの活性化などの病理変化も抑制されることがわかりました (Molecules, 2021)。歯科治療時には、レントゲン撮影から神経損傷リスクを有する患者を確認することができます。従って、そのような患者には HMGB1 機能を抑制する薬物を前処置することによって、本疼痛病態の発症を予防できる可能性が期待されます。
パーキンソン病 と HMGB1
パーキンソン病は、中脳黒質ドパミン神経の脱落によって生じる神経変性疾患です。主症状は、振戦などの運動機能障害ですが、副症状として疼痛が生じることも報告されています。そこで、ドパミン神経の細胞死に伴う HMGB1の漏出が疼痛発症の重要な因子となる可能性に着目しました。また、本研究では、中和抗体が血液脳関門を通過しにくいことから、高い中枢移行性が知られている鼻腔からの薬物投与を行いました。その結果、HMGB1 中和抗体の経鼻投与は、パーキンソン病モデルマウスで確認される疼痛症状を抑制する効果が確認されました。一方で、ドパミン神経の脱落や、運動機能障害には効果を示しませんでした (Biomed Pharmacother., 2022)。疼痛は、パーキンソン病の治療意欲を減弱させるだけでなく、うつ症状や認知機能障害などへ発展させることも考えられます。本知見の応用によって、患者さんを疼痛から解放し、生活の質を高めることができると考えられます。
以上のことから、慢性疼痛時においてHMGB1は様々な領域において増加し、痛みの惹起に関与していることが分かりました。よってHMGB1自身や、その受容体を標的とした創薬により、新たな鎮痛薬化発に繋がる可能性が期待できます。
・核内受容体に関する研究
慢性疼痛における REV-ERBs と RORγ.jpg)
時計遺伝子である一つであるREV-ERBsがC6グリオーマ細胞（アストロサイト細胞株）における炎症性物質産生の制御に関与していることを明らかにした(Biochem.
Biophys. Res. Commun., 2016)ことから、REV-ERBs活性を制御する薬物が新たな鎮痛薬となる可能性に着目しました。その結果、実験的に活性化させたアストロサイトからの痛み誘発物質の産生が、REV-ERBs刺激薬により抑制されることを明らかにしました。また坐骨神経痛、炎症性疼痛、糖尿病性疼痛、抗がん薬誘発性疼痛を誘発したそれぞれのモデルマウスに対して、REV-ERBs
刺激薬を投与すると痛みが緩和されました。さらに、この鎮痛効果は、脊髄アストロサイトを抑制することで、それらからの痛み誘発物質の産生を低下させることに起因することを発見しました（2019年2月21日付の日刊工業新聞、Brain,
Behav., and Immun., 2019、図3）。また最近、REV-ERBｓによりミクログリア活性も抑制的に制御されており、この作用もREV-ERBs刺激薬による鎮痛効果に関わっていることが明らかとなっています（Neurochem.
Int., 2021）。
最近、同じ時計遺伝子であり、核内受容体でもあるretinoic acid related orphan receptor γ (RORγ）がミクログリアの制御を介して痛みの制御に関わっていることを見出しました。神経障害性疼痛及び炎症性疼痛モデルマウスに対してRORγ阻害薬を投与すると、ミクログリアを抑制し、痛み誘発物質の産生を低下させることで、痛みを緩和する作用を示すことを明らかにしています（under revision）。
従来、単一の痛み誘発物質を標的とする薬剤が鎮痛薬として注目されてきましたが、痛みシグナルの促進には様々な物質が関与するため、その効果は限定的でした。一方で、REV-ERBs刺激薬やRORγ阻害薬は、“痛みシグナル促進の元凶”となっているアストロサイトやミクログリアを抑制し、さらにそれらから産生される複数の痛み誘発物質を減少させるため、鎮痛薬として有効性が高く、応用性にも優れている可能性があります。
最近、同じ時計遺伝子であり、核内受容体でもあるretinoic acid related orphan receptor γ (RORγ）がミクログリアの制御を介して痛みの制御に関わっていることを見出しました。神経障害性疼痛及び炎症性疼痛モデルマウスに対してRORγ阻害薬を投与すると、ミクログリアを抑制し、痛み誘発物質の産生を低下させることで、痛みを緩和する作用を示すことを明らかにしています（under revision）。
従来、単一の痛み誘発物質を標的とする薬剤が鎮痛薬として注目されてきましたが、痛みシグナルの促進には様々な物質が関与するため、その効果は限定的でした。一方で、REV-ERBs刺激薬やRORγ阻害薬は、“痛みシグナル促進の元凶”となっているアストロサイトやミクログリアを抑制し、さらにそれらから産生される複数の痛み誘発物質を減少させるため、鎮痛薬として有効性が高く、応用性にも優れている可能性があります。
変形性膝関節症における REV-ERBｓ
変形性関節症は加齢に伴って発症リスクが高まることから、高齢社会を迎え患者数が益々増加すると予想されます。変形性関節症の中で最も患者数が多いのが変形性膝関節症であり、その主訴は関節破壊など病態の進行に伴う慢性的な疼痛です。変形性膝関節症の疼痛はQOLを低下し、高齢者の就労を妨げるなど社会的生産性の損失が非常に大きいです。痛みにはNSAIDsやステロイド、オピオイド等が用いられますが、その効果は十分ではなく、長期服用に伴う副作用も頻出します。また最終的な人工関節置換術によって関節の病態は改善されるものの、侵襲性が高いうえ、疼痛が残存する患者が約20-30％存在することが報告されています。よって、新しい作用機序をもつ鎮痛薬の開発が望まれている状況です。 我々は変形性膝関節症の動物モデルならびに膝関節の軟骨細胞を用いて、鎮痛薬の新たな創薬標的について研究を進めています（J. Pharmacol. Sci., 2023）。その中で、上述した核内受容体REV-ERBsが有望な創薬標的となる可能性を見出し、さらに研究を続けています。
・気分障害・認知機能障害
痛みが情動面におよぼす影響に関しては、未だ不明瞭な点が多いのが現状です。痛みによる不快情動は、生体警告系の役割を担う面では重要ですが、持続的な痛みに起因する不快情動は、QOL低下のみならず、精神疾患発症の引き金にもなることが知られています。実際に、慢性疼痛患者において、うつ病・不安症などの気分障害や認知機能障害が発症する割合が高いことが報告されています。一方で、精神疾患が痛みを増悪させることも知られていることから、悪循環が生じて疼痛が慢性化・複雑化していると考えられています。したがって、痛みの感覚面だけでなく情動面にも考慮した慢性疼痛治療の必要性、さらには、その基盤となる基礎的知見の集積が求められています。我々は、行動薬理学的手法や免疫組織化学的手法といった様々な実験技術を用いて、脳における炎症免疫機構に関わるグリア細胞（アストロサイト、ミクログリア）の役割に着目しつつ、慢性疼痛と気分障害または認知機能障害に共通する病態基盤を明らかにし、新たな治療薬創製に向けた研究を行っています。最近の研究成果から、神経障害性疼痛モデル動物において、坐骨神経障害後２週間から認知機能障害が生じ、坐骨神経障害後８週間で、不安・うつ様行動などが生じることを明らかにしました。そのメカニズムとして海馬や前帯状皮質におけるHMGB1によるミクログリアの活性化が関与することを明らかにしました（Prog
Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry., 2019; Exp Neurol., 2022）。また、坐骨神経障害誘発性認知機能障害にはHMGB1やIL-6シグナルによる海馬神経細胞の可塑的な変化が関与することも明らかにしました（Exp
Neurol., 2022; Int Immunopharmacol., 2022）。今後は、神経障害性疼痛の発症に関与するミクログリアの特性や神経可塑性との関連について詳細に検討を進めていく予定です。
また、慢性疼痛や気分障害の治療に用いられる抗うつ薬のグリア細胞における薬理作用についても研究を行っています（J. Cell. Physiol., 2021; Biochem Biophys Res Commun., 2021; Eur J Pharmacol., 2022）。
また、慢性疼痛や気分障害の治療に用いられる抗うつ薬のグリア細胞における薬理作用についても研究を行っています（J. Cell. Physiol., 2021; Biochem Biophys Res Commun., 2021; Eur J Pharmacol., 2022）。
2) 老化に関する研究
脳内のミクログリアは、細胞分裂とアポトーシスのバランスによって細胞数を維持しています。加齢に伴う、この繰り返しはミクログリアのテロメアを短縮させ、細胞分裂限界に起因する細胞老化 (複製老化) を誘導することが近年報告されました。また、細胞老化は細胞老化関連分泌形質（Senescence-Associated Secretory Phenotype: SASP） となり、炎症性サイトカインなどを遊離することが知られており、ミクログリアの細胞老化による機能変調が老年期中枢神経疾患の発症・増悪に寄与する可能性が考えられますが、その詳細は不明です。そこで、細胞老化ミクログリアの培養系の確立 (第142回日本薬理学会近畿部会, 2022) や、自然老化マウスを用いて細胞老化ミクログリアが情動変化や認知機能障害、疼痛の病態形成への関与などを解析しています。