氏 名 箱 﨑 敦 志
学 位 （ 専 攻 分 野） 博 士 （ 理 学 ）
学 位 記 番 号 総 研 大 甲 第 1773号
学 位 授 与 の 日 付 平 成 ２ ７ 年 ３ 月 24日
学 位 授 与 の 要 件 生 命 科 学 研 究 科 生 理 科 学 専 攻 学 位 規 則 第 ６ 条 第 １ 項 該 当
学位論文題目 Control of lower urinary tract functions by parasympathetic preganglionic neurons
論文審査委員 主 査 教 授 南 部 篤 教 授 井 本 敬 二 教 授 川 口 泰 雄 教 授 西 田 基 宏 准 教 授 古 江 秀 昌
教 授 河 谷 正 仁 秋 田 大 学 大 学 院
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論 文 内 容 の 要 旨
Summary of thesis contents
Micturition - the periodic evacuation of urine from the bladder - generally occurs voluntarily in adults but involuntarily in early childhood. The neuronal circuits of micturition show developmental plasticity particula rly in terms of cortical voluntary control; however the essential component of the neuronal circuit is a spino-bulbospinal micturition reflex circuit. This reflex is initiated by excitation of pelvic afferents (considered to be a group of small myelinated Aδ afferents) which sense urinary bladder fullness by acting as stretch and tension receptors. This information is then relayed via the spinal cord to the pontine micturition center. The descending signals have to coordinate parasympathetic limbs of the autonomic outflow and the voluntary muscle of the urinary sphincter to produce a successful void. It is still unknown, however, how spinal parasympathetic outflow induces for micturition.
The urinary bladder is densely innervated by small, unmyelinated a fferents: a group of slowly conducting C afferents that are associated with nociceptive signaling. In contrast to the role of Aδ fibers in normal micturition, the urinary bladder C afferents
are considered to be involved in pathological states of micturit ion such as hyper-activity and urinary bladder pain, or as a bladder volume sensor for urine storage. Recent studies have shown that the transient receptor potential vanilloid subfamily V member 1, TRPV1, is expressed on urinary bladder C afferents and urothelial cells. This capsaicin-activated cation channel has been proposed to play an important role in urinary bladder pain and urothelial signaling. However, relatively little is known about the role of synaptic inputs from urinary bladder C afferents on the spinal components of the micturition reflex circuit. The pontine micturition center, activated by urinary bladder afferent excitation through the spinal
dorsal horn, excites parasympathetic preganglionic (PG) neurons in the lumbosacral spinal parasympathetic nucleus (SPN) located in the intermediolateral grey matter of the spinal cord. PG neurons directly activate parasympathetic postganglionic neurons located near the urinary bladder to induce micturition. Therefore, PG neurons are the key spinal regulator for micturition.
To elucidate how spinal synaptic inputs from urinary bladder afferents control the parasympathetic outflows for micturition, I first identified the location of the SPN in the intermediolateral area of the sacral spinal cord in rats by c-fos expression in response to micturition. I then developed in vivo patch-clamp (or extracellular)
recording technique from the SPN including PG neurons of urethane -anesthetized rats with simultaneous monitoring of intravesical pressure (IVP) and urethral perfusion pressure (UPP). Neuronal firing within the SPN, including PG neurons, induced micturition with an increase in IVP. Subthreshold oscillatory membrane
depolarisations were essential for PG neuron excitation and were highly synchronized with urethra activity. Stable excitatory postsynaptic currents (EPSCs) could be also recorded from SPN neurons under voltage-clamp conditions. In vivo analysis in combination with spinal cord slice patch -clamp analysis revealed that SPN neurons showing tonic and phasic firing properties are likely to be PG neurons, which receive direct glutamatergic synaptic (monosynaptic) inputs mainly from C afferents,
including capsaicin sensitive (TRPV1-expressing) afferents. Capsaicin also
increased the frequency of miniature EPSCs (recorded in the presence of tetrodotoxin ) in SPN neurons retrogradely labeled with DiI (a neurotracer) injected near the bladder. These results indicate the existence of a local spinal reflex circuit for micturition. Spinal application of capsaicin inhibited dorsal root stimulation evoked EPSC s in SPN neurons through one of the groups of C afferents, and decreased the inter -contraction interval of micturition with an increase in the IVP threshold for micturition,
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suggesting that capsaicin-sensitive C afferent spinal synaptic inputs play an impo rtant role in setting the threshold for the normal micturition reflex. Furthermore, frequent urination induced by inflammation could be inhibited by spinal blockade of afferent signaling through capsaicin-sensitive afferents. In summary, I present newly developed in vivo approaches which allow a detailed characterization of the subthreshold integrative mechanisms of spinal PG neuronal excitation during the micturition cycle. In addition, this work proposes capsaicin treatment for the
blockage of spinal synaptic inputs from TRPV1-expressing C afferents as an attractive target for the treatment of pathological urinary bladder function and also for its
anti-nociceptive action on urinary bladder pain.
博 士 論 文 の 審 査 結 果 の 要 旨
Summary of the results of the doctoral thesis screening
膀 胱 尿 道 部 尿 路 蓄 尿 排 尿 を 担 い 特 排 尿 膀 胱 内 圧 の 昇 伴 う 膀 胱 の 縮 尿 道 括 約 筋 の 弛 緩 部 尿 路 機 能 の 協 調 必 要 あ 従 っ 排 尿 時 け 部 尿 路 の 個 々 の 活 動 副 交 感 体 性 神 経 を し 脊 髄 を 含 排 尿 中 枢 精 巧 制
御 を 受 け い 推 測 さ し し の 細 未 明 あ っ 本 研 究 い
出 願 者 in vivoパ ッ チ ラ ン プ 法 を 応 用 し 排 尿 の 神 経 制 御 機 構 を ラ ッ を 用 い 細 検 討 し
脊 髄 副 交 感 節 前 ュ ン のin vivoパ ッ チ ラ ン プ 記 録 を 行 う 先 立 出 願 者 排 尿 伴 う 脊 髄c-fosタ ン パ 質 の 発 現 を 免 疫 染 色 し 節 前 ュ ン 位 置 副 交 感 神 経 の 同 定 を 試 外 尿 道 口 を 挿 入 し 膀 胱 内 圧 を 測 定 し 生 理 食 塩 水 注 入 排 尿 酢 酸 添 頻 尿 を 観 察 し 脊 髄 のc-fos発 現 腰 仙 部 の 後 角 表 層 やV層 認 排 尿 頻 度 依 存 し 発 現 の 増 見 後 角 表 層 V層
膀 胱 の 感 覚 入 力 伴 う 活 動 副 交 感 節 前 ュ ン の 活 動 の 示 唆 さ 次 い 麻 酔 腰 仙 部 脊 髄 を 露 出 し 脊 髄V層 副 交 感 神 経 へ ラ 電 極 あ
い タ ン ン 電 極 を 刺 入 し ホ セ パ ッ チ ラ ン プ 法 び 細 胞 外 記 録 法 副 交 感 節 前 ュ ン の 神 経 活 動 を 記 録 し 膀 胱 内 圧 や 尿 道 内 圧 同 時 記 録 し 副 交 感 節 前 ュ ン の 活 動 電 位 発 生 伴 っ 膀 胱 内 圧 昇 し 排 尿 観 察 さ
こ の 節 前 ュ ン 発 火 時 活 動 電 位 閾 値 の 脱 分 極 性 の 膜 電 位 ョ ン 見 出 さ の 頻 度 や 持 続 時 間 尿 道 内 圧 の ョ ン 強 い 相 関 認
次 い 出 願 者 腰 仙 部 脊 髄 ラ イ を 作 製 し V層 の 副 交 感 神 経 ュ ン や 膀 胱 近 傍 注 入 し 逆 行 性 の 神 経 サ 同 定 し 節 前 ュ ン ホ セ パ ッ チ ラ ン プ 記 録 を 行 っ 後 刺 激 を 行 う 予 想 し 記 録 細 胞 潜 時 の 異 2種 の 単
プ 性 の 興 奮 性 プ 後 電 流 EPSC 誘 起 さ こ の 入 力 伝 速 度
A線 維 C線 維 を こ 明 さ 節 前 ュ ン 誘 起 さ 微
EPSC プ サ イ ン 投 っ の 頻 度 著 明 増 大 し こ プ サ イ ン 感 受
性C線 維 の 入 力 確 認 さ 一 方 プ サ イ ン 投 C線 維 の 誘 発EPSC 抑 制 さ こ を 利 用 し プ サ イ ン 感 受 性C線 維 入 力 の 生 理 的 役 割 を 検 討 し プ サ イ ン 膀 胱 縮 の 閾 値 圧 を 昇 さ 排 尿 間 隔 を 延 長 さ こ の 作 用 プ サ イ
ン 前 投 C線 維 伝 を 阻 害 し 動 物 認 っ 更 プ タ ラ
ン ンE2誘 発 の 膀 胱 炎 様 頻 尿 モ を 用 い プ サ イ ン 投 影 響 を 同 様 検 討 し 結 果 炎 症 伴 う 頻 尿 有 意 改 善 さ
出 願 者 排 尿 の 神 経 制 御 機 構 の 細 を 解 明 in vivo パ ッ チ ラ ン プ 法 を 応 用 し 排 尿 を 指 脊 髄 副 交 感 節 前 ュ ン の 活 動 膀 胱 や 尿 道 活 動 の 同 時 記 録 世 界 初 成 し 副 交 感 節 前 ュ ン 膀 胱 や 尿 道 活 動 の 関 連 を 解 析 し 副 交 感 節 前 ュ ン 膀 胱 一 次 求 心 性 線 維 を し 単 プ 性 入 力 を 受 け こ を 新 見 出 し 更 の 生 理 的 役 割 や こ の プ 入 力 遮 断 病 態 時 の 頻 尿 抑 制 さ
こ を 明 し こ の 研 究 後 の 当 分 野 の 発 展 や 新 規 治 療 法 や 治 療 薬 の
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開 発 大 い 資 の 考 え の 結 果 本 研 究 学 位 論 文 し 十 分
内 容 を 有 し い の 審 査 委 員 会 い 全 員 一 致 断 し
