Tryptophan 感受性疲労認知回路の特定 : グリア－ニューロン回路応答の実験心理学的解明

帝 塚 山 大 学 大 学 院

心 理 科 学 研 究 科 心 理 科 学 専 攻 博 士 後 期 課 程

2015 年 度 博 士 学 位 論 文

Tryptophan 感 受 性 疲 労 認 知 回 路 の 特 定

－ グ リ ア ― ニ ュ ー ロ ン 回 路 応 答 の 実 験 心 理 学 的 解 明 －

博 士 学 位 申 請 者 ： 山 下 雅 俊

指 導 教 官 ： 山 本 隆 宣 教 授 帝 塚 山 大 学 心 理 学 部

目 次

論 文 要 旨 ... 1

第 1 章 研 究 課 題 ... 6

第 2 章 序 論 ... 9

第 1 節 中 枢 性 疲 労 に 関 す る 概 論 ... 9

1 – 1 . 中 枢 性 疲 労 の 定 義 . . . 9 1 – 2 . 中 枢 性 疲 労 の 臨 床 症 状 . . . 1 2

第 2 節 中 枢 性 疲 労 発 症 の メ カ ニ ズ ム ... 13

2 – 1 . 末 梢 に お け る T r y p t o p h a n の ダ イ ナ ミ ッ ク な 変 化 . . . 1 3 2 – 2 . 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 メ カ ニ ズ ム に 関 与 す る 遊 離 型 T r y p t o p h a n の 脳 内 運 命 . . . 1 5 2 – 3 . ヒ ト に お け る 術 後 疲 労 時 の T r y p t o p h a n 動 態 の 変 化 . . . 1 6 2 – 4 . 睡 眠 障 害 と 中 枢 性 疲 労 と の 関 係 性 . . . 1 7 2 – 5 . 中 枢 性 疲 労 の メ カ ニ ズ ム に 関 す る T r y p t o p h a n 研 究 の 最 近 の 動 向 . . . 1 8

第 3 章 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 に 関 す る 実 験 心 理 学 的 解 明 ... 21

第 1 節 ＜ 第 1 研 究 ＞ Tr yp t o p han の 行 動 薬 理 学 的 操 作 に よ る 自 発 的 行 動 量 と

脳 内 疲 労 物 質 動 態 の 検 討 ... 21

1 – 1 . 目 的 . . . 2 1 1 – 2 . 実 験 方 法 . . . 2 1

1 – 3 . 結 果 . . . 2 4 1 – 4 . 考 察 . . . 2 7

第 2 節 ＜ 第 2 研 究 ＞ 慢 性 的 な 睡 眠 障 害 に よ り 誘 発 し た 中 枢 性 疲 労 モ デ ル 動

物 の 確 立 と 脳 内 過 剰 T r yp t op h an の 観 察 ... 30

2 – 1 . 関 連 発 表 . . . 3 0 2 – 2 . 目 的 . . . 3 0 2 – 3 . 実 験 方 法 . . . 3 0 2 – 4 . 結 果 . . . 3 3 2 – 5 . 考 察 . . . 3 7

第 3 節 ＜ 第 3 研 究 ＞ Tr yp t o p han と K yn u reni c aci d の 同 時 亢 進 と 中 枢 性 疲 労

の 成 因 と の 関 係 性 ... 39

3 – 1 . 関 連 発 表 . . . 3 9 3 – 2 . 目 的 . . . 3 9 3 – 3 . 実 験 方 法 . . . 3 9 3 – 4 . 結 果 . . . 4 1 3 – 5 . 考 察 . . . 4 7

第 4 節 ＜ 第 4 研 究 ＞ K yn u reni n e の 行 動 薬 理 学 的 操 作 に よ る 空 間 認 知 記 憶 の

成 立 過 程 の 検 討 ... 50

4 – 1 . 目 的 . . . 5 0 4 – 2 . 実 験 方 法 . . . 5 0 4 – 3 . 結 果 . . . 5 3 4 – 4 . 考 察 . . . 5 6

第 5 節 ＜ 第 5 研 究 ＞ 生 体 シ ス テ ム に お け る T r yp t o ph an 感 受 性 と 中 枢 性 ／ 精

神 性 疲 労 の グ リ ア

–ニ ュ ー ロ ン 回 路 ... 59

5 – 1 . 関 連 発 表 . . . 5 9 5 – 2 . 目 的 . . . 5 9 5 – 3 . 実 験 方 法 . . . 6 0 5 – 4 . 結 果 . . . 6 5 5 – 5 . 考 察 . . . 7 8

第 4 章 全 体 的 考 察 ... 84

第 5 章 今 後 の 検 討 課 題 ... 90

第 6 章 引 用 文 献 ... 92

謝 辞 ... 105

付 録 ... 106

1

論 文 要 旨

中 枢 性 疲 労 は 慢 性 疲 労 症 候 群 の 病 理 的 疲 労 状 態 と 関 係 し（ Ca s t e l l , Ya ma mo t o , P h o e n i x , & N e w s h o l m e , 1 9 9 9 ）、 認 知 機 能 の 抑 制 、 社 会 生 活 の 破 綻 、 精 神 疾 患 の 発 症 、 脳 機 能 の 障 害 を 導 く 。例 え ば 不 登 校 児 童 に お い て 、慢 性 的 な 睡 眠 障 害 を 基 盤 と し た 中 枢 性 ／ 精 神 性 疲 労 の 罹 患 率 は 4 0 % – 8 0 % を 占 め 、 復 学 の 困 難 や 脳 機 能 の 障 害 を 引 き 起 こ す （ Fa r me r, F o w l e r, S c o u r f i e l d , & T h a p a r, 2 0 0 4 ; 三 池 ， 2 0 0 9 ）。 本 研 究 課 題 は 、 こ れ ら の 病 理 状 態 の 根 底 に あ る 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 に つ い て 、著 者 が 開 発 し た 慢 性 的 な 睡 眠 剝 奪 に よ り 作 製 し た 睡 眠 障 害 型 中 枢 性 疲 労（ Ce n t r a l Fa t i g u e i n d u c e d b y c h r o n i c Sl e e p Di s o r d e r : C FS D ） モ デ ル ラ ッ ト（ Ya ma s h i t a & Ya ma mo t o , 2 0 1 3 ）を 用 い 、関 与 す る 脳 内 疲 労 物 質 を 特 定 し 、 そ の 誘 発 機 構 を 明 ら か に す る こ と で あ る 。 従 来 の 中 枢 性 疲 労 研 究 で は ラ ッ ト の 運 動 後 疲 労 モ デ ル に お い て 、Tr yp t o p h a n の 脳 内 取 り 込 み が Se r o t o n i n 生 成 へ の 亢 進 を 誘 導 し た 結 果 、 ト レ ッ ド ミ ル パ フ ォ ー マ ン ス が 抑 制 さ れ る Se r o t o n i n 仮 説 が 報 告 さ れ て き た （ Ac wo r t h , Ni c h o l a s s , M o rga n , & Ne w s h o l me , 1 9 8 6 ; C e r m a k , Ya m a m o t o , M e e u s e n , B u r k e , S t e a r , & C a s t e l l , 2 0 1 2 ; M e l a n c o n , L o r r a i n , & D i o n n e , 2 0 1 2 ; N e w s h o l m e & B l o m s t r a n d , 2 0 0 6 ）。 し か し な が ら S e r o t o n i n 生 成 以 外 に も 、 脳 内 疲 労 物 質 Tr yp t o p h a n は も う 一 つ の 代 謝 経 路 を 持 つ 。 即 ち 、 Tr yp t o p h a n 代 謝 の 5 % が S e r o t o n i n 経 路 、 9 5 % が K y n u r e n i n e 経 路 に 代 謝 さ れ る こ と か ら （ S c h w a r c z & P e l l i c c i a r i , 2 0 0 2 ）、 中 枢 性 疲 労 研 究 に お い て K y n u r e n i n e 経 路 の 重 要 性 も 指 摘 さ れ て い る 。 最 近 、 ラ ッ ト に K yn u r e n i n e 最 終 代 謝 産 物 K yn u r e n i c a c i d を 投 与 す る と 、 ト レ ッ ド ミ ル 、 オ ー プ

2 ン フ ィ ー ル ド 、M o r r i s 型 水 迷 路 課 題 に お け る パ フ ォ ー マ ン ス が 抑 制 さ れ 、K y n u r e n i c a c i d が 中 枢 性 疲 労 に 関 与 す る こ と も 報 告 さ れ て い る （ Ya ma mo t o , A ze c h i , & B o a r d , 2 0 1 2 ）。 ま た 、脳 を 構 成 す る 細 胞 と し て ニ ュ ー ロ ン は 全 体 の 1 0 % 程 度 で あ り 、9 0 % が グ リ ア で 占 め る こ と か ら （ Al l e n & Ba r r e s , 2 0 0 9 ）、 従 来 の 脳 機 能 解 析 で は グ リ ア と ニ ュ ー ロ ン が 混 在 す る 可 能 性 が あ り 、 グ リ ア と ニ ュ ー ロ ン に お け る Tr y p t o p h a n 代 謝 産 物 を 含 め た 分 離 解 析 が 重 要 で あ る 。 以 上 か ら 、 中 枢 性 疲 労 に お け る Tr yp t o p h a n の 脳 内 取 り 込 み が S e r o t o n i n だ け で な く 、 K y n u r e n i c a c i d に 代 謝 さ れ る こ と も 推 測 で き る 。 そ れ ゆ え 、 著 者 は 脳 内 疲 労 物 質 候 補 と し て Tr yp t o p h a n -K yn u r e n i n e 経 路 の 重 要 性 に 着 目 し て き た 。 第 1 研 究 で は Tr y p t o p h a n の 行 動 薬 理 学 的 操 作 を ラ ッ ト に 行 う こ と で 、脳 内 Tr y p t o p h a n お よ び Se r o t o n i n 動 態 の 変 化 と 自 発 的 行 動 量 と の 関 係 性 に つ い て 検 討 し た 。 Tr y p t o p h a n 誘 導 体 薬 D , L -β -( 1 - n a p h t h yl ) a l a n i n e は Tr yp t o p h a n 水 酸 化 酵 素 活 性 を 抑 制 す る こ と で S e r o t o n i n 生 成 を 阻 害 す る （ C o r g i e r, Ta p p a z , & P a c h e c o , 1 9 7 1 ）。 ま た 、 N o n - R E M 睡 眠 を 増 大 さ せ 、 REM 睡 眠 を 減 少 さ せ る こ と も 報 告 さ れ て い る （ Ro g e mo n t , Sa r d a , G h a r i b , & P a c h e c o , 1 9 8 8 ）。そ の 結 果 、D , L - β - ( 1 - n a p h t h y l ) a l a n i n e 投 与 に よ り 、視 床 下 部 内 Tr y p t o p h a n 濃 度 は 上 昇 傾 向 で あ っ た が 、 Se r o t o n i n 濃 度 は 減 少 傾 向 で あ る こ と を 明 ら か に し た 。 さ ら に 、 D , L -β -( 1 -n a p h t h yl ) a l a n i n e 投 与 に よ り 自 発 的 行 動 量 も 減 少 傾 向 で あ っ た 。 こ の よ う な 結 果 は 、Tr y p t o p h a n が K y n u r e n i n e 経 路 へ の 代 謝 増 大 を 導 き 、Tr yp t o p h a n -K y n u r e n i n e 経 路 の 感 受 性 変 化 が 行 動 の 抑 制 に 関 与 す る と 考 え ら れ る 。

3 第 2 研 究 で は 睡 眠 障 害 を 基 盤 と し た 中 枢 性 疲 労 に 特 化 し た モ デ ル を 確 立 す る た め 、 C F S D モ デ ル ラ ッ ト を 開 発 し た 。 そ の 結 果 、 ト レ ッ ド ミ ル テ ス ト と 社 会 相 互 作 用 テ ス ト に よ り 観 察 さ れ た C FS D モ デ ル の 疲 労 は 明 ら か に 中 枢 性 由 来 で あ り 、社 会 行 動 の 抑 制 を 有 し た 。 さ ら に 、 C FS D モ デ ル は Tr yp t o p h a n 脳 内 取 り 込 み の 亢 進 を 伴 う が 、 Se r o t o n i n 生 成 へ の 亢 進 は 関 係 し な い 神 経 科 学 的 特 性 を 有 し た 。 第 3 研 究 で は 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 と し て 推 測 さ れ る K y n u r e n i n e 代 謝 経 路 の 可 能 性 を 検 討 す る た め に 、 CF S D モ デ ル ラ ッ ト を 用 い 、 脳 内 Tr yp t o p h a n と K yn u r e n i c a c i d 動 態 を 観 察 し た 。 さ ら に 、 中 枢 性 疲 労 か ら の 回 復 を 検 討 す る た め に 、 C FS D モ デ ル ラ ッ ト を 用 い 、β -En dor phi n の 薬 理 効 果 を 検 討 し た 。β -E ndo r phi n は 中 枢 性 疲 労 の 抑 制 因 子 と し て 報 告 さ れ て お り （ Ya ma mo t o & Ne ws h o l m e , 2 0 0 5 ）、 β -E n d o r p h i n 生 成 は 視 床 下 部 に よ り 制 御 さ れ て い る（ H e r z & M i l l a n , 1 9 9 0 ; Su g a n u ma , Su z u k i , Os h i mi , & H a n a n o , 1 9 9 8 ）。ま ず 、 C F S D モ デ ル で は Tr y p t o p h a n 脳 内 取 り 込 み の 上 昇 に よ り 、 K y n u r e n i c a c i d 生 成 が 亢 進 す る こ と を 明 ら か に し た 。 さ ら に 、β -E nd o r phi n は 中 枢 性 疲 労 に よ り 誘 発 さ れ た 精 神 運 動 と 社 会 行 動 の 抑 制 を 改 善 さ せ る 可 能 性 を 示 し た 。 こ の よ う な 研 究 成 果 は 、 脳 内 Tr y p t o p h a n 濃 度 の 上 昇 と そ れ に 伴 う K y n u r e n i c a c i d 生 成 の 亢 進 に よ る 増 幅 効 果 が 中 枢 性 疲 労 に よ り 誘 発 さ れ た 社 会 行 動 や 精 神 運 動 の 認 知 機 能 不 全 の 根 底 を な す 新 た な 知 見 を 示 す も の で あ る 。 第 4 研 究 で は K yn u r e n i n e の 行 動 薬 理 学 的 操 作 を ラ ッ ト に 行 う こ と で 、脳 内 K y n u r e n i c a c i d 動 態 の 変 化 と 空 間 認 知 記 憶 の 獲 得 お よ び 想 起 過 程 と の 関 係 性 を 検 討 し た 。そ の 結 果 、

4 L - k y n u r e n i n e の 末 梢 投 与 は 海 馬 内 K y n u r e n i c a c i d 生 成 を 亢 進 し 、 そ れ は 保 持 し た 空 間 認 知 記 憶 の 想 起 の 抑 制 と 関 連 す る こ と を 明 ら か に し た 。ま た 、脳 内 K yn u r e n i c a c i d 生 成 の 亢 進 を 誘 導 す る 経 路 と し て 、 末 梢 由 来 Tr y p t o p h a n の 脳 内 移 行 に よ り 生 じ る こ と も 報 告 さ れ て い る （ C o p p o l a , We n n e r, Il ka y e v a , St e ve n s , M a g g i o n i , Sl o t ki n , Le vi n , & Ne w ga r d , 2 0 1 2 ; K i m , M i l l e r, S t e f a n e k , & M i l l e r, 2 0 1 5 ; S c h w a r c z & P e l l i c c i a r i , 2 0 0 2 ; Ya m a m o t o e t a l . , 2 0 1 2 ; Ya m a s h i t a & Ya m a m o t o , 2 0 1 4 ）。即 ち 、末 梢 由 来 の K y n u r e n i n e と Tr y p t o p h a n の 脳 内 取 り 込 み が 脳 内 K yn u r e n i c a c i d 生 成 を 亢 進 し 、そ れ ら の 増 幅 効 果 が 中 枢 性 疲 労 の 成 因 に 関 与 し 、 認 知 機 能 不 全 の ト リ ガ ー と な る こ と が 推 測 さ れ る 。 第 5 研 究 で は C FS D モ デ ル ラ ッ ト を 用 い 、 末 梢 中 Tr yp t o p h a n と K yn u r e n i n e 動 態 の 変 化 を 観 察 し た 。ま た 、オ リ ゴ デ ン ド ロ サ イ ト と ニ ュ ー ロ ン シ ナ プ ト ゾ ー ム 内（ シ ナ プ ス 前 ） Tr y p t o p h a n お よ び M o n o a mi n e と そ れ ら の 代 謝 産 物 動 態 の 変 化 を 観 察 し 、 認 知 機 能 と の 関 係 性 を 検 討 し た 。そ の 結 果 、CF S D モ デ ル は 空 間 認 知 記 憶 の 想 起 が 不 正 確 で あ り 、 多 動 性 と 衝 動 性 を 有 し た 。 ま た 末 梢 中 Tr y p t o p h a n と K yn u r e n i n e の ダ イ ナ ミ ッ ク な 変 化 が 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 の 起 源 と な り 、 視 床 下 部 と 海 馬 組 織 の ニ ュ ー ロ ン シ ナ プ ス 前 Tr y p t o p h a n - K y n u r e n i n e - K y n u r e n i c a c i d 経 路 の 代 謝 亢 進 を 誘 導 し た 。 さ ら に 、 C F S D モ デ ル の オ リ ゴ デ ン ド ロ サ イ ト に は Tr yp t o p h a n 濃 度 の 上 昇 傾 向 が 認 め ら れ た 。 従 来 の Tr y p t o p h a n 研 究 か ら 、 脳 内 Tr y p t o p h a n 濃 度 の 上 昇 は 活 動 電 位 の 低 下 （ G a l l a g e r & A g h a j a n i a n , 1 9 7 6 ） や 認 知 機 能 の 抑 制 に 関 与 す る こ と が 報 告 さ れ て い る （ C o p p o l a e t a l . , 2 0 1 3 ）。 ま た 跳 躍 伝 導 を 担 う オ リ ゴ デ ン ド ロ サ イ ト の 破 綻 は 活 動 電 位 の 伝 導 速 度 を 低 下

5

さ せ 、 認 知 機 能 障 害 を 導 く こ と も 報 告 さ れ て い る （ Ba u ma n n & Ph a m -D i n h , 2 0 0 1 ; Fi e l d s , 2 0 1 3 ）。 即 ち 、 オ リ ゴ デ ン ド ロ サ イ ト で の Tr y p t o p h a n の 蓄 積 状 態 は 、 跳 躍 伝 導 機 能 を 阻

害 す る 可 能 性 を 示 唆 す る 。 こ の よ う に 、 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 に は 血 中 Tr yp t o p h a n と K y n u r e n i n e の 脳 内 へ の 相 乗 取 り 込 み の 促 進 が 起 源 と な り 、 視 床 下 部 と 海 馬 組 織 の グ リ

ア– ニ ュ ー ロ ン 回 路 間 で Tr ypt o pha n -K yn ur eni ne -K yn ur eni c ac i d 経 路 の 代 謝 亢 進 が 生 じ た 結 果 、 認 知 機 能 を 抑 制 す る と 考 え ら れ る 。 本 研 究 の 特 色 と し て 、従 来 の 中 枢 性 疲 労 研 究 は ト レ ッ ド ミ ル 走 に よ り 作 製 し た 運 動 後 疲 労 モ デ ル ラ ッ ト を 用 い て 、S e r o t o n i n 仮 説 に 重 き を 置 く も の で あ っ た 。こ れ に 対 し て 、 著 者 が 開 発 し た C F S D モ デ ル ラ ッ ト を 用 い た 実 験 心 理 学 的 研 究 か ら 、 Tr y p t o p h a n - K y n u r e n i c a c i d の 増 幅 効 果 が 中 枢 性 疲 労 の 成 因 に 関 与 す る こ と を 明 ら か に し た 。し か し 、こ れ ま で の 中 枢 性 疲 労 研 究 の 成 果 で は 、中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 が「 グ リ ア –ニ ュ ー ロ ン 間 相 互 機 構 」の 役 割 を 含 め た 末 梢 –中 枢 連 関 の 特 性 に よ る も の か が 不 明 瞭 で あ っ た 。 こ の よ う な 問 題 点 に 対 し て 、 血 中 お よ び グ リ ア と ニ ュ ー ロ ン シ ナ プ ス 前 Tr y p t o p h a n 代 謝 産 物 の 観 察 の 両 視 点 を 導 入 す る こ と で 、中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 に つ い て 、 グ リ ア–ニ ュ ー ロ ン 間 相 互 機 構 を 含 め た 末 梢 – 中 枢 連 関 に 立 脚 し た 検 討 を 可 能 に し た 。こ の よ う な ア イ デ ア と 研 究 成 果 は 内 外 を 通 じ て 全 く 報 告 が な く 、本 研 究 の 独 創 性 は こ の 点 に 集 約 す る こ と が で き る 。本 研 究 に よ る 中 枢 性 疲 労 の 解 明 は 、そ の 病 理 的 危 険 性 に 対 処 し 、 実 験 心 理 学 や 神 経 科 学 の 研 究 分 野 に も 大 き な 示 唆 を 与 え る も の と な る 。

6

第 1 章 研 究 課 題

中 枢 性 疲 労 は 慢 性 疲 労 症 候 群 の 病 理 的 疲 労 状 態 と 関 係 し （ Ca s t e l l e t a l . , 1 9 9 9 ）、 認 知 機 能 の 抑 制 、 社 会 生 活 の 破 綻 、 精 神 疾 患 の 発 症 、 脳 機 能 の 障 害 を 導 く 。 ま た 、不 登 校 児 童 に お い て 、 慢 性 的 な 睡 眠 障 害 を 基 盤 と し た 中 枢 性 ／ 精 神 性 疲 労 の 罹 患 率 は 4 0 % – 8 0 % を 占 め 、復 学 の 困 難 に 加 え 、脳 機 能 の 障 害 を 引 き 起 こ す（ Fa r me r e t a l . , 2 0 0 4 ; 三 池 ，2 0 0 9 ）。 本 研 究 課 題 は 、こ れ ら の 病 理 状 態 の 根 底 に あ る 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 に つ い て 、著 者 が 開 発 し た C FS D モ デ ル ラ ッ ト （ Ya ma s h i t a & Ya ma mo t o , 2 0 1 3 ） を 用 い 、 関 与 す る 脳 内 疲 労 物 質 を 特 定 し 、 そ の 誘 発 機 構 を 明 ら か に す る こ と で あ る 。 従 来 の 中 枢 性 疲 労 研 究 は 、ト レ ッ ド ミ ル 走 に よ り 作 製 し た 運 動 後 疲 労 モ デ ル ラ ッ ト に お い て 、 血 中 遊 離 型 Tr yp t o p h a n の 脳 内 流 入 が Se r o t o n i n 生 成 を 亢 進 し た 結 果 、 ト レ ッ ド ミ ル パ フ ォ ー マ ン ス が 抑 制 さ れ る S e r o t o n i n 仮 説 が 報 告 さ れ て き た （ A c wo r t h e t a l . , 1 9 8 6 ）。し か し な が ら 、Tr y p t o p h a n は 二 つ の 代 謝 経 路 を 持 ち 、そ の 5 % が S e r o t o n i n 経 路 、 9 5 % が K y n u r e n i n e 経 路 に 代 謝 さ れ る （ S c h w a r c z & P e l l i c c i a r i , 2 0 0 2 ）。 最 近 、 ラ ッ ト に K y n u r e n i n e 最 終 代 謝 産 物 K y n u r e n i c a c i d を 投 与 す る と 、ト レ ッ ド ミ ル 、オ ー プ ン フ ィ ー ル ド 、 M o r r i s 型 水 迷 路 課 題 に お け る パ フ ォ ー マ ン ス が 抑 制 さ れ 、 K y n u r e n i c a c i d が 中 枢 性 疲 労 に 関 与 す る こ と も 報 告 さ れ て い る（ Ya ma mo t o e t a l . , 2 0 1 2 ）。以 上 か ら 、Tr yp t o p h a n の 脳 内 取 り 込 み が K y n u r e n i c a c i d に も 代 謝 さ れ る こ と が 推 測 で き る 。 さ ら に 、脳 を 構 成 す る 細 胞 と し て ニ ュ ー ロ ン は 全 体 の 1 0 % で あ り 、9 0 % が グ リ ア で 占 め る こ と か ら （ Fi g u r e 1 : Al l e n & B a r r e s , 2 0 0 9 , p . 6 7 5 , F IG U R E 1 ）、 従 来 の 脳 機 能 解 析 で

7 は グ リ ア と ニ ュ ー ロ ン が 混 在 す る 可 能 性 が あ る 。例 え ば グ リ ア の 一 種 、オ リ ゴ デ ン ド ロ サ イ ト は ニ ュ ー ロ ン の 軸 索 周 囲 に 髄 鞘 を 形 成 す る こ と で 神 経 活 動 電 位 の 跳 躍 伝 導1_{を 可} 能 に し 、 軸 索 を 保 護 し て い る （ Ba r r e s & Ra ff , 1 9 9 9 ）。 ま た 、 オ リ ゴ デ ン ド ロ サ イ ト は 脳 内 K y n u r e n i c a c i d 生 成 の 調 節 に 関 与 し 、そ の 濃 度 は シ ス テ ム L -ト ラ ン ス ポ ー タ ー か ら 輸 送 さ れ た Tr yp t o p h a n に よ り 濃 度 依 存 的 に 変 化 す る （ We j ks za , R z e s ki , O k u n o , & K a n d e f e r - S z e r s z e n , 2 0 0 5 ）。 以 上 か ら 、脳 内 で 過 剰 状 態 に あ る Tr y p t o p h a n が ど の よ う な 挙 動 で グ リ ア – ニ ュ ー ロ ン 回 路 に お い て 中 枢 性 疲 労 を 誘 発 し て い る の か 未 だ 明 ら か で な い 。さ ら に 、中 枢 性 疲 労 時 の グ リ ア– ニ ュ ー ロ ン 間 の Mon oa mi n e と そ れ ら の 代 謝 産 物 動 態 も ま た 明 ら か で な い 。 第 1 研 究 で は Tr y p t o p h a n の 行 動 薬 理 学 的 操 作 を ラ ッ ト に 行 う こ と で 、脳 内 Tr y p t o p h a n お よ び Se r o t o n i n 動 態 の 変 化 と 自 発 的 行 動 量 と の 関 係 性 に つ い て 検 討 し た 。 第 2 研 究 で は 睡 眠 障 害 を 基 盤 と し た 中 枢 性 疲 労 に 特 化 し た モ デ ル を 確 立 す る た め 、 C FS D モ デ ル ラ ッ ト を 開 発 し た 。 第 3 研 究 で は 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 と し て 推 測 さ れ る K yn u r e n i n e 代 謝 経 路 の 可 能 性 を 検 討 す る た め に 、 C FS D モ デ ル ラ ッ ト を 用 い 、 脳 内 Tr y p t o p h a n と K y n u r e n i c a c i d 動 態 の 変 化 を 観 察 し た 。 さ ら に 、 中 枢 性 疲 労 か ら の 回 復 を 検 討 す る た め に 、 CF S D モ デ ル ラ ッ ト を 用 い 、 β -En d o r p h i n の 薬 理 効 果 を 検 討 し た 。 第 4 研 究 で は K y n u r e n i n e の 行 動 薬 理 学 的 操 作 を ラ ッ ト に 行 う こ と で 、脳 内 K y n u r e n i c a c i d 動 態 の 変 化 と 空 間 認 知 記 憶 の 獲 得 お よ び 想 起 過 程 と の 関 係 性 つ い て 検 討 し た 。第 5 研 究 で は CF SD 1 _{髄 鞘 化 さ れ て い な い 軸 索 で は 活 動 電 位 は 連 続 的 に 伝 わ る が 、 髄 鞘 化 さ れ た 軸 索 で は 活 動 電 位 が ラ ン} ビ エ 絞 輪 の 部 分 の み を 経 由 し て 跳 び 跳 び に 伝 わ る 。 こ の よ う な 現 象 を 跳 躍 伝 導 と 呼 び 、 髄 鞘 の 存 在 に よ っ て 電 位 の 伝 導 速 度 の 上 昇 が 可 能 と な る （ 吉 村 ・ 池 中 ， 2 0 1 3 ）。

8 モ デ ル ラ ッ ト を 用 い 、 末 梢 中 Tr yp t o p h a n と K yn u r e n i n e 動 態 の 変 化 を 観 察 し た 。 次 に 、 オ リ ゴ デ ン ド ロ サ イ ト と ニ ュ ー ロ ン シ ナ プ ス 前 Tr yp t o p h a n お よ び M o n o a mi n e と そ れ ら の 代 謝 産 物 動 態 の 変 化 を 観 察 し 、 認 知 機 能 と の 関 係 性 を 検 討 し た 。 F i g u r e 1 . G l i a - n e u r o n i n t e r a c t i o n s ( A l l e n & B a r r e s , 2 0 0 9 , p . 6 7 5 , F I G U R E 1 ) . N o t e s : 本 図 は A l l e n & B a r r e s . , N a t u r e . 2 0 0 9 ; 4 5 7 : 6 7 5 - 6 7 7 . （ p . 6 7 5 , F I G U R E 1 ） の 論 文 を 引 用 ・ 一 部 改 変 し 、 そ れ ぞ れ の グ リ ア 機 能 を 示 し た も の で あ る 。

9

第 2 章 序 論

第 1 節 中 枢 性 疲 労 に 関 す る 概 論

1 – 1 . 中 枢 性 疲 労 の 定 義 現 代 社 会 の 特 徴 で も あ る 情 報 過 多 社 会 に よ る 昼 夜 逆 転 の 生 活 や 長 時 間 労 働 に よ る ワ ー ク ラ イ フ バ ラ ン ス の 変 化 は 、慢 性 的 な 疲 労 を 誘 発 し 、人 々 の 心 身 を 疲 弊 さ せ る 。例 え ば 、 2 0 1 4 年 9 月 8 日 付 の 朝 日 新 聞 デ ジ タ ル の 掲 載 記 事 に お い て 、 日 本 国 内 の 慢 性 疲 労 症 候 群 患 者 は 約 3 0 万 人 に も 上 る と 紹 介 さ れ て い る 。 こ の よ う な 状 態 は 成 人 に 限 ら ず 、 小 児 に ま で 波 及 し 、疲 労 を 克 服 す る た め に は 、そ の メ カ ニ ズ ム を 明 ら か に す る こ と が 重 要 で あ る 。 疲 労 は 、「 連 続 的 な 身 体 的 あ る い は 精 神 的 負 荷 の 蓄 積 に よ り 生 じ る 一 過 性 の 運 動 パ フ ォ ー マ ン ス の 低 下 や 中 枢 神 経 系 活 動 の 抑 制 」と 定 義 さ れ る 。主 に 、疲 労 は 肉 体 疲 労（ 末 梢 性 疲 労 ）、精 神 性 疲 労（ 中 枢 性 疲 労 ）、免 疫 学 的 疲 労2_{に 分 類 で き る（ Fi g u r e 2 ）。特 に 、} 中 枢 性 疲 労 は 慢 性 疲 労 症 候 群 の 病 理 的 疲 労 状 態 と 関 係 し （ C a s t e l l e t a l . , 1 9 9 9 ）、 社 会 生 活 の 困 難 、脳 機 能 の 障 害 を 導 く 。例 え ば 、不 登 校 を 含 め た 学 童 期 に お い て 、慢 性 的 な 睡 眠 障 害 を 基 盤 と し た 中 枢 性 疲 労 の 罹 患 率 は 4 0 % – 8 0 % を 占 め （ F a r me r e t a l . , 2 0 0 4 ; 三 池 , 2 0 0 9 ）、復 学 の 困 難（ To m o d a , M i i k e , U e z o n o , & K a w a s a k i , 1 9 9 4 ; To m o d a , M i i k e , Yo n a m i n e , A d a c h i , & S h i r a i s h i , 1 9 9 7 ）、 精 神 疾 患 の 発 症 （ F a r m e r e t a l . , 2 0 0 4 ; 三 池 , 2 0 0 9 ）、 脳 機 能 2 _{免 疫 学 的 疲 労 と は 、 風 邪 や イ ン フ ル エ ン ザ な ど の 感 染 症 か ら 誘 発 す る 疲 労 を 指 す 。 ウ ィ ル ス 感 染 の} モ デ ル に 用 い ら れ る 合 成 二 重 鎖 R N A で あ る P o l y r i b o i n o s i n i c : p o l y r i b o c y t i d y l i c a c i d を ラ ッ ト に 投 与 す る と 、脳 内 局 所 の I n t e r f e r o n - α や I n t e r l e u k i n - 1 β な ど の C y t o k i n e の m R N A 産 生 が 増 大 し 、自 発 的 運 動 量 の 低 下 や S e r o t o n i n ト ラ ン ス ポ ー タ ー の 過 剰 な 発 現 に よ る S e r o t o n i n 濃 度 の 低 下 を 報 告 し て い る （ K a t a f u c h i , K o n d o , Ta k e , & Yo s h i m u r a , 2 0 0 5 ）。 こ れ は 脳 内 C y t o k i n e 産 生 と 疲 労 の 発 現 と の 関 連 性 を 指 摘 し て い る 。

10 の 障 害 を 生 起 す る こ と を 報 告 し て い る （ To mo d a , M i i ke , Ya m a d a , Ho n d a , M o r o i , O ga wa , O h t a n i , & M o r i s h i t a , 2 0 0 0 ）。 こ の よ う に 、 多 く の 老 若 男 女 に お い て 精 神 作 業 能 力 の 低 下 を 伴 う 中 枢 性 疲 労 が 存 在 し 、 休 職 （ 休 学 ） あ る い は 退 職 （ 退 学 ） に 追 い 込 ま れ る こ と に 加 え 、 交 通 事 故 や 産 業 事 故 の 引 き 金 と も な る 。 そ こ で 、著 者 は 脳 神 経 系 を 主 体 と す る 疲 労 現 象 、即 ち 、中 枢 性 疲 労 を 誘 発 す る メ カ ニ ズ ム を 解 明 す る た め に 、 C FS D モ デ ル ラ ッ ト を 開 発 し （ Ya m a s h i t a & Ya ma mo t o , 2 0 1 3 ）、 関 与 す る 脳 内 疲 労 物 質 の 特 定 と 精 神 機 能 と の 関 係 性 を 解 明 す る こ と を 研 究 課 題 と し て い る 。 そ し て 、 著 者 は 脳 内 疲 労 物 質 の 候 補 と し て 、 必 須 ア ミ ノ 酸 Tr yp t o p h a n の 生 体 運 命 に 注 目 し て い る 。 Tr yp t o p h a n と は 生 体 の 成 長 に 必 要 な ア ミ ノ 酸 で あ り 、 肉 類 や 魚 類 、 乳 製 品 に 含 ま れ る 。し か し 、Tr yp t o p h a n の 高 含 量 摂 取 に 伴 う 好 酸 球 増 多 筋 痛 症 候 群 の 発 症 な ど（ Cr o ff o r d , R a d e r, D a l a k a s , Hi l l , Pa g e , Ne e d h a m, Br a d y, He y e s , Wi l d e r , & G o l d , 1 9 9 0 ; L o v e , R a d e r, C r o ff o r d , R a y b o u r n e , P r i n c i p a t o , P a g e , Tr u c k s e s s , S m i t h , D u g a n , & Tu r n e r, 1 9 9 3 ; S i l v e r, L u d w i c k a , H a m p t o n , O h b a , B i n g e l , S m i t h , H a r l e y, M a i z e , & H e y e s , 1 9 9 4 ）、 Tr y p t o p h a n に は 危 険 性 も あ り 、 我 々 の 精 神 活 動 に 支 障 を 来 す 存 在 で も あ る 。 ま た 、 Tr y p t o p h a n を ヒ ト に 経 口 投 与 し た 結 果 、眠 気 と 疲 労 感 が 出 現 す る な ど も 報 告 さ れ て い る （ Li e b e r ma n , Co r k i n , S p r i n g , Gr o wd o n , & Wu r t ma n , 1 9 8 2 ）。 そ し て 、 体 内 で 増 大 し た Tr y p t o p h a n は 触 媒 反 応 に よ り S e r o t o n i n に 変 化 す る こ と で 、S e r o t o n i n も ま た 眠 気 の 誘 発 や 精 神 機 能 の 変 化 を 引 き 起 こ す（ J a c o b s & A z mi t i a , 1 9 9 2 ）。即 ち 、Tr y p t o p h a n や S e r o t o n i n 生 成 の ダ イ ナ ミ ッ ク な 変 化 に よ り 中 枢 性 疲 労 様 症 状 が 生 起 す る こ と を 示 唆 す る 。以 上 か

11 ら 、 Tr y p t o p h a n が 中 枢 性 疲 労 の バ イ オ ア ラ ー ム 機 構 の 一 翼 を 担 う と 考 え ら れ て き た 。 疲 労 は 社 会 的 ・ 経 済 的 損 失 を 招 き 、精 神 疾 患 を 発 症 さ せ る 前 病 気 段 階 で も あ る 。従 っ て 、 中 枢 性 疲 労 の 成 因 に 関 与 す る Tr yp t o p h a n 感 受 性 疲 労 の 認 知 回 路 の 解 明 と そ の 制 御 法 を 確 立 す る に は 動 物 を 用 い た 研 究 が 必 要 不 可 欠 で あ り 、得 ら れ た 知 見 は ヒ ト の 疲 労 現 象 を 理 解 し 、 還 元 す る こ と が で き る か を 考 え る 重 要 な 位 置 づ け と な る 。 F i g u r e 2 . P r e v i o u s r e s e a r c h i n c e n t r a l f a t i g u e a n d i t s p o s i t i o n s .

12 1 – 2 . 中 枢 性 疲 労 の 臨 床 症 状 Ta b l e 1 よ り 、 小 児 に お け る 精 神 性 疲 労 の 問 題 は 睡 眠 リ ズ ム の 異 常 を 中 心 に 、 疼 痛 、 自 律 神 経 症 状 、 認 知 機 能 不 全 な ど を 呈 す る （ Fa r me r e t a l . , 2 0 0 4 , p . 4 7 9 , TA B LE 1 ）。 さ ら に 、疲 労 の 持 続 は 精 神 疾 患 の 発 症 率 を 上 昇 さ せ る な ど（ Ta b l e 2 : Fa r me r e t a l . , 2 0 0 4 , p . 4 8 0 , TA B L E 2 ; 三 池 , 2 0 0 9 ）、 精 神 性 疲 労 が 病 理 的 な 危 険 性 を 孕 ん で い る こ と を 推 測 で き る 。 Ta b l e 1 . F r e q u e n c i e s o f s y m p t o m s a s s o c i a t e d w i t h p r o l o n g e d f a t i g u e i n b o y s a n d g i r l s ( F a r m e r e t a l . , 2 0 0 4 , p . 4 7 9 , TA B L E 1 ) . N o t e s : 本 表 は F a r m e r e t a l . , B r J P s y c h i a t r y. 2 0 0 4 ; 1 8 4 : 4 7 7 - 4 8 1 . （ p . 4 7 9 , TA B L E 1 ） の 論 文 を 引 用 ・ 一 部 改 変 し 、 用 い た 。 * マ ー ク は 成 人 の 慢 性 疲 労 症 候 群 の 診 断 適 用 時 に 用 い ら れ る 必 須 項 目 を 示 す 。 Tender lymph nodes *

Difficulty starting things

Symptom Frequency (%) in boys Frequency (%) in girls

Lack energy 94 86

Multiple joint pain * Unrefreshing sleep * Post-exertional malaise * 78 Rest more 88 Poor concentration * Headaches * Feel weak Fatiguability Muscle pain * 85 85 85 64 39 Difficulty thinking Sore throats * Slips of the tongue Poor memory Eyestrain 39 39 73 76 69 76 69 76 64 65 52 61 45 42 18 23 18 34 52 33 45 27 45 24 22

13 Ta b l e 2 . N u m b e r o f f a t i g u e d b o y s a n d g i r l s , m e a n a g e a t o n s e t a n d % w i t h c o m o r b i d d e p r e s s i o n f o r f i v e c a t e g o r i e s : a n y d u r a t i o n , a t l e a s t 1 m o n t h , 3 m o n t h s o r m o r e , 3 m o n t h s a n d a t l e a s t f o u r m i n o r s y m p t o m s a n d 6 m o n t h s o r m o r e a n d a t l e a s t f o u r m i n o r s y m p t o m s ( F a r m e r e t a l . , 2 0 0 4 , p . 4 8 0 , TA B L E 2 ) . N o t e s : 本 表 は F a r m e r e t a l . , B r J P s y c h i a t r y. 2 0 0 4 ; 1 8 4 : 4 7 7 - 4 8 1 . （ p . 4 8 0 , TA B L E 2 ） の 論 文 を 引 用 ・ 一 部 改 変 し 、 用 い た 。 1 : 実 験 参 加 者 の パ ー セ ン テ ー ジ は 疲 労 の 持 続 期 間 に お い て 、 D S M - Ⅳ に よ る 大 う つ 病 の 診 断 基 準 を 満 た し て い る こ と を 示 す 。

第 2 節 中 枢 性 疲 労 発 症 の メ カ ニ ズ ム

2 – 1 . 末 梢 に お け る Tr y p t o p h a n の ダ イ ナ ミ ッ ク な 変 化 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 と し て 、 Ac wo r t h e t a l . （ 1 9 8 6 ） に よ り 提 唱 さ れ た S e r o t o n i n 仮 説 が 最 も 有 名 で あ る 。 S e r o t o n i n は 末 梢 血 管 収 縮 に 関 与 し 、 消 化 管 に 多 く 存 在 す る （ R a p p o r t , Gr e e n , & Pa ge , 1 9 8 4 ）。 一 方 、 脳 神 経 系 に 存 在 す る Se r o t o n i n は 神 経 伝 達 物 質 と し て の 役 割 を 担 い 、 睡 眠– 覚 醒 サ イ ク ル や 概 日 リ ズ ム 、 体 温 調 節 や 摂 食 行 動 に 加 え 、 精 神 機 能 に も 深 く 関 与 す る（ J a c o b s & A z mi t i a , 1 9 9 2 ）。さ ら に Se r o t o n i n は 生 体 内 必 須 ア ミ ノ 酸 で あ る Tr yp t o p h a n が 前 駆 体 で あ り 、 中 枢 性 疲 労 も ま た 睡 眠 の 誘 発 が 現 れ る と い う 共 通 の メ カ ニ ズ ム が 存 在 す る こ と か ら 、 こ れ ら は 疲 労 物 質 と し て 注 目 さ れ て き た 。 通 常 、 遊 離 型 Tr y p t o p h a n は 血 中 で ア ル ブ ミ ン と の 結 合 型 で 存 在 し 運 搬 さ れ る が 、 脂 53% 56% 50% 136.75 (7.72) 134.78 (9.09) 140.38 (11.22) 36% 42% 39% 46% 41% 48% 9 26 133.50 (7.93) 143.84 (10.71) 144.82 (11.70) 149.21 (8.75) 148.22 (10.99) 19 50 % Boys with depression1 % Girls with depression1 32 64 135.41 (6.23) 38% 136.42 (6.99) 3 months 3 months (±4) 6 months (±4)

No. of boys No. of girls Age at onset in months in boys (s.e.)

17 44

14 36

Duration of fatigue (±4 minor symptoms) More than a few days At least 1 month

Age at onset in months in girls (s.e.)

14 肪 酸 も ま た ア ル ブ ミ ン に 結 合 し 、輸 送 さ れ て い る（ Fi g u r e 3 ）。し か し 、長 時 間 運 動 に よ り 血 中 遊 離 型 脂 肪 酸 濃 度 が 上 昇 し 、親 和 性 が よ り 高 い ア ル ブ ミ ン と 脂 肪 酸 の 結 合 量 が 増 加 し た 結 果 、 血 中 に 遊 離 型 Tr yp t o p h a n が 増 加 す る 。 ま た 同 様 の 運 動 に よ り 血 中 の 分 枝 鎖 ア ミ ノ 酸 が エ ネ ル ギ ー 源 と し て 利 用 さ れ る 。Tr yp t o p h a n と 同 様 に 、分 枝 鎖 ア ミ ノ 酸 の 脳 内 取 り 込 み は ア ミ ノ 酸 ト ラ ン ス ポ ー タ ー の 一 種 で あ る シ ス テ ム L -ト ラ ン ス ポ ー タ ー が 利 用 さ れ る 。従 っ て 、こ れ ら の ア ミ ン 酸 は 競 合 す る た め 、Tr yp t o p h a n の 脳 内 へ の 流 入 は 分 枝 鎖 ア ミ ノ 酸 濃 度 に も 依 存 す る こ と に な る 。 F i g u r e 3 . T h e r o l e o f p l a s m a t r y p t o p h a n . N o t e s : 生 体 に お い て 通 常 時 、Tr y p t o p h a n は 血 中 で ア ル ブ ミ ン と 結 合 し 、存 在 す る 。そ れ ゆ え 、T r y p t o p h a n の 脳 内 取 り 込 み は 必 要 最 低 限 し か 行 わ れ な い 。 し か し 、 疲 労 時 、 血 中 遊 離 型 脂 肪 酸 濃 度 が 上 昇 し 、 親 和 性 が よ り 高 い ア ル ブ ミ ン と 脂 肪 酸 の 結 合 量 が 増 加 し た 結 果 、 Tr y p t o p h a n が 追 い 出 さ れ る 形 に な る 。 即 ち 、血 中 で 遊 離 型 Tr y p t o p h a n が 増 加 し 、優 勢 と な っ た 今 、脳 内 へ の 取 り 込 み は 自 由 と な っ て し ま う 。

15 2 – 2 . 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 メ カ ニ ズ ム に 関 与 す る 遊 離 型 Tr y p t o p h a n の 脳 内 運 命 運 動 後 疲 労 モ デ ル ラ ッ ト に お い て 、血 中 の 分 枝 鎖 ア ミ ノ 酸 濃 度 が 低 下 し 、且 つ 遊 離 型 Tr y p t o p h a n 濃 度 の 上 昇 に よ り 、 シ ス テ ム L - ト ラ ン ス ポ ー タ ー で の 競 合 関 係 に 優 勢 と な っ た Tr yp t o p h a n は 脳 内 に 取 り 込 ま れ 、脳 内 の 広 範 囲 に 亘 り Se r o t o n i n 生 成 を 亢 進 さ せ る （ Ac wo r t h e t a l . , 1 9 8 6 ; Bl o ms t r a n d , Pe r r e t t , Pa r r y -B i l l i n g s , & Ne ws h o l me , 1 9 8 9 ; Ce r ma k e t a l . , 2 0 1 2 ; F e r n s t r o m & F e r n s t r o m , 2 0 0 6 ; M e l a n c o n e t a l . , 2 0 1 2 ; N e w s h o l m e & B l o m s t r a n d , 2 0 0 6 ）。 ま た 、 Ya m a m o t o & N e w s h o l m e（ 2 0 0 1 ） は ト レ ッ ド ミ ル 走 行 を 課 し た 無 ア ル ブ ミ ン ラ ッ ト（ N a ga s e a n a l b u mi n e mi c r a t : N A R ）と そ の Co n t r o l で あ る S p r a g u e -D a wl e y（ S D ） ラ ッ ト の ニ ュ ー ロ ン シ ナ プ ス 前 Tr yp t o p h a n 代 謝 産 物 含 量 を 検 討 し た 結 果 、 N A R の 脳 ・ 脊 髄 領 域 の 広 範 囲 で Tr yp t o p h a n お よ び 5 -h y d r o x y t r y p t o p h a n 含 量 の 増 加 を 報 告 し て い る 。 さ ら に 、in v i v o マ イ ク ロ ダ イ ヤ リ シ ス 法 を 用 い 、N A R と S D ラ ッ ト の 細 胞 外 液 Tr y p t o p h a n 動 態 を 比 較 検 討 し た 結 果 、 疲 労 中 の 線 条 体 内 Tr yp t o p h a n 濃 度 は NA R で 常 時 、 高 レ ベ ル 状 態 を 維 持 し 、疲 労 負 荷 に 対 し て 鋭 敏 に 応 答 す る こ と を 明 ら か に し て い る（ Ya ma mo t o & N e w s h o l m e , 2 0 0 1 ）。ま た 、こ の ダ イ ナ ミ ッ ク な 生 化 学 的 変 化 は 疲 労 困 憊 に 至 る ま で の 時 間 に も 表 現 さ れ 、 N A R の 持 久 力 は S D ラ ッ ト の 7 1 % に し か 相 当 し な か っ た 。 N A R は S D ラ ッ ト に 由 来 す る 高 脂 血 症 ラ ッ ト の 育 成 中 に 、 N a g a s e , S h i m a m u n e , & S h u m i y a（ 1 9 7 9 ） に よ り 発 見 さ れ た 。 N A R は 遺 伝 的 に 血 中 の ア ル ブ ミ ン を 欠 損 し て い る た め 、6 0 % の Tr yp t o p h a n が 血 中 に 遊 離 型 と し て 存 在 す る 。こ の 事 実 は S D ラ ッ ト に 比 べ 、 N A R が 疲 労 困 憊 に 陥 る た め の 生 理 的 特 性 を 兼 ね 備 え て い る と 推 測 で き る 。

16

こ の よ う に 、 ア ル ブ ミ ン の 制 御 下 に な い NA R の 遊 離 型 Tr y p t o p h a n と 脳 内 Se r o t o n i n 代 謝 の 亢 進 過 程 は 中 枢 性 疲 労 を 誘 発 す る 機 構 と し て の 1 つ の 証 拠 を 示 し て い る 。

2 – 3 . ヒ ト に お け る 術 後 疲 労 時 の Tr y p t o p h a n 動 態 の 変 化

ヒ ト の 中 枢 性 疲 労 に お い て も 、Tr y p t o p h a n が 疲 労 に 対 し て 鋭 敏 に 応 答 す る こ と が 確 認 さ れ て い る 。例 え ば 、Ya ma mo t o , Ca s t e l l , Bo t e l l a , Po we l l , Ha l l , Yo u n g , & Ne ws h o l m e（ 1 9 9 7 ） は 大 腿 部 骨 折 を 有 す る 高 齢 者 を 対 象 に 、術 後 療 養 期 間 に お け る 血 中 遊 離 型 お よ び ア ル ブ ミ ン 結 合 型 Tr yp t o p h a n 濃 度 を 検 討 し て い る 。 術 後 療 養 中 2 日 目 に お い て 術 前 と 比 較 し た 結 果 、遊 離 型 Tr y p t o p h a n 濃 度 は 上 昇 し 、ア ル ブ ミ ン へ の 結 合 親 和 性 も 低 下 し て い た 。 さ ら に 、分 枝 鎖 ア ミ ノ 酸 と の 濃 度 比 も 有 意 に 増 加 し た こ と か ら 、Tr y p t o p h a n が 脳 内 へ 流 入 す る た め の 条 件 が 整 っ て い る こ と を 確 認 で き る 。そ し て 、Tr yp t o p h a n の 役 割 に お け る 実 験 的 証 拠 と し て 、 Li e b e r ma n e t a l . （ 1 9 8 2 ） の 研 究 が あ る 。 Li e b e r ma n e t a l . （ 1 9 8 2 ） は Tr y p t o p h a n を ヒ ト に 経 口 投 与 し た 結 果 、眠 気 お よ び 疲 労 感 の 出 現 が 認 め ら れ た こ と を 報 告 し て い る 。 H o p k i n s & C o l e （ 1 9 0 1 ） に よ り 、 カ ゼ イ ン （ 乳 製 品 に 含 ま れ る た ん ぱ く 質 ） の 膵 液 消 化 か ら Tr y p t o p h a n が 世 界 で 初 め て 発 見 さ れ 、今 日 ま で に 約 11 5 年 を 経 過 す る 。そ の 間 、 Tr y p t o p h a n に 関 す る 生 体 寄 与 の 見 聞 は 深 め ら れ て き た 。Tr y p t o p h a n は 生 体 の 成 長 に 必 要 な ア ミ ノ 酸 で あ る こ と か ら （ Ha r p e r, 1 9 7 7 ; Os b o r n e & M e n d e l , 1 9 1 4 ; Wi l l c o o k & H o p ki n s , 1 9 0 6 ）、 Tr y p t o p h a n 高 含 量 の 食 料 品 や 医 薬 品 が 世 界 中 の マ ー ケ ッ ト で 販 売 さ れ 、 一 種 の

17 健 康 サ プ リ メ ン ト と し て 爆 発 的 な 人 気 を 博 し た 。し か し 、Tr y p t o p h a n 高 含 量 摂 取 が 原 因 で あ る 好 酸 球 増 多 筋 痛 症 候 群 に 見 ら れ る よ う に 、Tr yp t o p h a n に は 紛 れ も な く 特 異 性 と 危 険 性 が 備 わ っ て い る 。 さ ら に 、 こ れ ま で の 研 究 成 果 か ら 、 必 須 ア ミ ノ 酸 Tr yp t o p h a n は 疲 労 物 質 的 な 側 面 も 有 し 、日 常 生 活 に お い て 、我 々 の 精 神 活 動 に 支 障 を 来 す 存 在 で あ る こ と も 忘 れ て は な ら な い 。 2 – 4 . 睡 眠 障 害 と 中 枢 性 疲 労 と の 関 係 性 中 枢 性 疲 労 と 睡 眠 は 表 裏 一 体 の 関 係 に あ る 。 睡 眠 に は 深 い 徐 波 睡 眠 を 含 む N o n -R EM 睡 眠 と 、 身 体 の 休 息 や 記 憶 の 固 定 化 を 図 る R EM 睡 眠 に 分 類 さ れ る 。 こ れ ら は 約 9 0 分 周 期 で 1 日 数 回 繰 り 返 し 、疲 労 し た 脳 機 能 の 回 復 に 努 め て い る 。即 ち 、日 中 で の 膨 大 な 情 報 処 理 に よ り 疲 労 し た 脳 は 睡 眠 を 摂 る こ と で 初 め て 休 息 し 、翌 日 の 精 神 活 動 に 備 え て い る 。と こ ろ が 、睡 眠 不 足 は 日 中 の 眠 気 を 招 き 、中 枢 性 疲 労 の 誘 発 に よ る 精 神 作 業 能 力 の 低 下 、注 意 力 や 集 中 力 の 欠 如 を 誘 導 し 、交 通 事 故 や 産 業 事 故 な ど の 社 会 問 題 に 繋 が る 。 ま た 、 不 登 校 児 童 に お い て 睡 眠 障 害 を 基 盤 と し た 中 枢 性 疲 労 の 罹 患 率 は 4 0 % – 8 0 % を 占 め る な ど （ F a r me r e t a l . , 2 0 0 4 ; 三 池 ， 2 0 0 9 ）、 睡 眠 障 害 を 背 景 と し た 中 枢 性 疲 労 は 社 会 生 活 を 容 易 に 破 綻 し 、誰 も が 発 症 し 得 る「 前 病 気 段 階 的 疾 患 」と し て も 考 え ら れ る 。従 っ て 、睡 眠 障 害 を 背 景 と し た 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 を 解 明 し 、そ の 制 御 法（ 予 防 と 治 療 ） を 確 立 す る た め に は 適 切 な 動 物 モ デ ル を 必 要 と す る 。 ま た 、 記 憶 学 習 に 関 連 す る 睡 眠 の 重 要 性 に つ い て 、 Gu z ma n -M a r i n , S u t s o v a , St e wa r t ,

18 G o n g , S z y m u s i a k , & M c G i n t y （ 2 0 0 3 ） は 海 馬 歯 状 回 の 細 胞 増 殖 に 関 与 す る 睡 眠 の 役 割 を 検 討 し て い る 。 G u z ma n -M a r i n e t a l . （ 2 0 0 3 ） は ト レ ッ ド ミ ル 走 行 を 9 6 時 間 課 す こ と で 作 製 し た 断 眠 ラ ッ ト を 用 い 、断 眠 が 背 側 海 馬 歯 状 回 の 神 経 細 胞 増 殖 を 抑 制 す る こ と を 報 告 し て い る 。 ま た Ya n g, La i , Ci c h o n , M a , Li , & G a n （ 2 0 1 4 ） は 睡 眠 が 運 動 学 習 後 の ポ ス ト シ ナ プ ス の 樹 状 突 起 棘 の 形 成 を 促 進 し 、 7 時 間 の 断 眠 は ス パ イ ン 形 成3_{を 抑 制 す る こ} と を 報 告 し て い る 。こ の よ う に 、睡 眠 が 新 生 ス パ イ ン の 増 殖 や そ の 維 持 に 関 連 し 、記 憶 の 保 持 に 寄 与 す る こ と を 説 明 し て い る 。 2 – 5 . 中 枢 性 疲 労 の メ カ ニ ズ ム に 関 す る Tr y p t o p h a n 研 究 の 最 近 の 動 向 最 近 、 Se r o t o n i n 生 成 の 上 昇 が 中 枢 性 疲 労 の 唯 一 の 原 因 で は な い こ と も 確 認 さ れ て い る 。従 来 の 中 枢 性 疲 労 研 究 で は 急 性 運 動 や 術 後 経 過 に 見 ら れ る よ う に 、脳 内 に 移 行 し た 遊 離 型 Tr y p t o p h a n に よ り 、 脳 内 Se r o t o n i n 生 成 が 亢 進 し た 結 果 、 中 枢 性 疲 労 を 生 起 す る と 考 え ら れ て き た （ Ac wo r t h e t a l . , 1 9 8 6 ; Ce r ma k e t a l . , 2 0 1 2 ; M e l a n c o n e t a l . , 2 0 1 2 ; N e w s h o l m e & B l o m s t r a n d , 2 0 0 6 ）。し か し な が ら 、哺 乳 類 に お い て S e r o t o n i n 生 成 以 外 に 、 脳 内 に 取 り 込 ま れ た Tr yp t o p h a n の 9 5 % が K yn u r e n i n e 経 路 に 代 謝 さ れ 、 K y n u r e n i c a c i d お よ び Q u i n o l i n i c a c i d を 生 成 す る （ Sc h wa r c z & Pe l l i c c i a r i , 2 0 0 2 ）。 Q u i n o l i n i c a c i d は N -メ チ ル -D -ア ス パ ラ ギ ン 酸 型 グ ル タ ミ ン 酸（ NM D A ）受 容 体 の ア ゴ ニ ス ト と し て 作 用 し 、 K y n u r e n i c a c i d は N M D A お よ び α7 ニ コ チ ン 型 ア セ チ ル コ リ ン （ α 7 n A C h ） 受 容 体 ア ン タ 3 _{ニ ュ ー ロ ン に は 多 く の 樹 状 突 起 が 存 在 し 、そ の 樹 状 突 起 上 に は 隆 起 し た 棘（ ス パ イ ン ）が 存 在 す る 。} そ し て 、ス パ イ ン は 他 の ニ ュ ー ロ ン の 軸 索 終 末 と 結 合 す る こ と で 興 奮 刺 激 の 受 け 取 り を 可 能 と す る（ シ ナ プ ス ）。 ス パ イ ン は 運 動 や 記 憶 学 習 、 睡 眠 に よ り 形 態 や 数 は 可 塑 的 に 変 化 す る （ Ya n g e t a l . , 2 0 1 4 ）。

19 ゴ ニ ス ト と し て 作 用 す る （ Hi l ma s , Pe r e i r a , Al k o n d o n , R a s s o u l p o u r, Sc h wa r c z , & A l b u q u e r q u e , 2 0 0 1 ; S c h w a r c z & P e l l i c c i a r i , 2 0 0 2 ）。 こ の よ う に 、 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 メ カ ニ ズ ム に Tr yp t o p h a n -K y n u r e n i n e 経 路 の 関 与 も 指 摘 さ れ て い る 。 例 え ば 、 K y n u r e n i c a c i d の 投 与 実 験 に よ る 精 神 運 動 機 能 や 記 憶 成 績 の 低 下 、 術 後 疲 労 や 断 眠 疲 労 に お け る 脳 内 Tr y p t o p h a n と K y n u r e n i c a c i d 濃 度 の 上 昇 は 、中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 を 説 明 す る 上 で の 証 拠 を 示 し て い る （ C o p p o l a e t a l . , 2 0 1 2 ; K i m e t a l . , 2 0 1 5 ; Ya ma mo t o e t a l . , 2 0 1 2 ; Ya ma s h i t a & Ya m a m o t o , 2 0 1 4 ）。 以 上 か ら 、 Fi g u r e 4 （ E s s a , Su b a s h , Br a i d y, Al -A d a wi , Li m, M a n i va s a ga m , & Gu i l l e mi n , 2 0 1 3 , p . 2 2 , F I G U R E 2 ） に 示 す よ う に 、 中 枢 性 疲 労 時 の Tr y p t o p h a n 脳 内 流 入 が S e r o t o n i n だ け で な く 、K yn u r e n i n e 経 路 に も 代 謝 さ れ る こ と が 推 測 で き る 。ま た 、Tr yp t o p h a n 自 体 が 中 枢 性 疲 労 の 引 き 金 と な る 主 役 を 担 う 可 能 性 も 極 め て 高 い 。こ の よ う に 、本 研 究 課 題 は 脳 内 疲 労 物 質 と し て の Tr yp t o p h a n 代 謝 産 物 の 重 要 性 に 着 目 し た 。

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F i g u r e 4 . C a t a b o l i c p a t h w a y o f t r y p t o p h a n ( E s s a e t a l . , 2 0 1 3 , p . 2 2 , F I G U R E 2 ) .

N o t e s : 本 図 は E s s a e t a l . , I n t J T r y p t o p h a n R e s . 2 0 1 3 ; 6 : 1 5 - 2 8 . （ p . 2 2 , F I G U R E 2 ） の 論 文 を 引 用 ・ 一 部

21

第 3 章 中 枢 性 疲 労 の 誘 発 機 構 に 関 す る 実 験 心 理 学 的 解 明

第 1 節 ＜ 第 1 研 究 ＞ Tryp top ha n の 行 動 薬 理 学 的 操 作 に よ る 自 発 的 行 動 量 と

脳 内 疲 労 物 質 動 態 の 検 討

1 – 1 . 目 的 第 1 研 究 で は Tr y p t o p h a n の 行 動 薬 理 学 的 操 作 を ラ ッ ト に 行 う た め 、 Tr yp t o p h a n 誘 導 体 薬 D, L -β -( 1 -n a p h t h yl ) a l a n i n e を 用 い 、 脳 内 Tr yp t o p h a n と Se r o t o n i n 動 態 の 変 化 と 自 発 的 行 動 量 と の 関 係 性 を 検 討 し た 。 1 – 2 . 実 験 方 法 実 験 計 画 実 験 は 、 薬 理 効 果 条 件 2 水 準 （ Ve h i c l e 投 与 群 ・ D, L -β -( 1 - n a p h t h yl ) a l a n i n e 投 与 群 ） に よ る 1 要 因 実 験 参 加 者 間 計 画 で あ っ た 。 実 験 動 物 本 実 験 は 日 本 神 経 科 学 学 会 の 「 神 経 科 学 に お け る 動 物 実 験 に 関 す る 指 針 」 に 基 づ き 、 ま た 帝 塚 山 大 学 動 物 実 験 倫 理 委 員 会 の 承 認 を 得 て 、帝 塚 山 大 学 心 理 学 部 神 経 生 理 学 研 究 室 で 行 わ れ た 。 Wi s t a r 系 雌 性 ラ ッ ト （ 1 4 週 齢 , 2 0 0 – 2 3 0 g , J a p a n S LC In c . , H a ma ma t s u , J a p a n , n = 1 0 ）は Ve h i c l e 投 与 群（ n = 5 ）お よ び D , L - β - ( 1 - n a p h t h y l ) a l a n i n e 投 与 群（ n = 5 ）

22 に 振 り 分 け た 。ま た 、ラ ッ ト は 1 2 時 間 毎 の 明 暗 サ イ ク ル（ 明 期 : 8 : 0 0 – 2 0 : 0 0 ）、湿 度 5 5 % 、 室 温 2 3 ° C の 環 境 下 で 飼 育 し た 。飲 料 水 お よ び 固 形 飼 料（ C L EA J a p a n In c . , Os a k a , J a p a n ） は 自 由 に 摂 取 さ せ た 。 ま た 、 ハ ン ド リ ン グ は 5 日 間 行 っ た 。 Tr y p t o p h a n 誘 導 体 薬 の 投 与 Tr yp t o p h a n の 行 動 薬 理 学 的 操 作 に は 、 Tr yp t o p h a n 誘 導 体 薬 D, L -β -( 1 -n a p h t h yl ) a l a n i n e （ B a c h e m In c ） を 用 い た 。 D , L -β -( 1 -n a p h t h yl ) a l a n i n e は Tr y p t o p h a n 水 酸 化 酵 素 の 活 性 を 抑 制 す る こ と で 、 Se r o t o n i n 生 成 を 阻 害 し （ C o rgi e r e t a l . , 1 9 7 1 ）、 n o n -R EM 睡 眠 を 増 大 さ せ 、 R EM 睡 眠 を 減 少 さ せ る こ と が 報 告 さ れ て い る （ R o g e mo n t e t a l . , 1 9 8 8 ）。 1 9 . 2 mg か ら 2 4 . 0 mg ま で の D, L -β -( 1 -n a p h t h y l ) a l a n i n e は 、 Ph o s p h a t e - b u ff e r e d s a l i n e を 含 む 0 . 1 % の H y d r o c h l o r i c a c i d で 溶 解 し た 。 そ し て 行 動 実 験 開 始 の 3 0 分 前 に 、 D , L - β - ( 1 - n a p h t h y l ) a l a n i n e （ 5 0 0 μ L / k g ） は ラ ッ ト の 腹 腔 内 へ 投 与 し た 。 脳 摘 出 視 床 下 部 内 Tr yp t o p h a n 、 Se r o t o n i n 、 Do p a mi n e お よ び No r a d r e n a l i n e 濃 度 を 測 定 す る た め に 、 ラ ッ ト を 1 4 週 齢 で 断 頭 致 死 し 、 素 早 く 脳 を 摘 出 し た 。 脳 は 氷 で 覆 わ れ た シ ャ ー レ 上 で 、 Gl o wi n s ki & I v e r s e n （ 1 9 6 6 ） の 方 法 を 一 部 改 変 し 、 視 床 下 部 を 摘 出 し た 。 視 床 下 部 組 織 は 、 1 mM Na2S O5、 0 . 2 % E DTA -2 N a を 含 む 3 % Pe r c h l o r i c a c i d で ホ モ ジ ナ イ ズ を 行 い 、 得 ら れ た ホ モ ジ ネ ー ト は 1 0 , 0 0 0 r p m 、 4 ° C で 1 0 分 間 の 遠 心 分 離 を 行 っ た 。 遠

23 心 後 、得 ら れ た 上 層 を 検 体 と し た 。検 体 は 高 速 液 体 ク ロ マ ト グ ラ フ ィ（ Hi g h p e r f o r m a n c e l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y : H P L C ） を 用 い た 測 定 ま で – 8 0 ° C で 凍 結 保 存 し た4_。 Tr y p t o p h a n 、 S e ro t o n i n 、 D o p a m i n e 、 N o r a d re n a l i n e の 微 量 分 析 視 床 下 部 内 Tr yp t o p h a n 、S e r o t o n i n 、Do p a mi n e お よ び N o r a d r e n a l i n e（ Si g ma -a l d r i c h In c . , To k y o , J a p a n ） 濃 度 は ク ロ マ ト レ コ ー ダ ー を セ ッ ト し た 電 気 化 学 的 検 出 器 付 き H P L C （ Ir i c a , J a p a n ） で 測 定 し た 。 測 定 カ ラ ム に は 5 -μ M O c t a d e c yl c a r b o n c h a i n -b o n d e d s i l i c a 8 0 - T M C 1 8 カ ラ ム（ 1 5 0 m m × 4 . 6 m m , To s o h , J a p a n ）を 使 用 し た 。測 定 方 法 は 、Ya m a m o t o e t a l .（ 1 9 9 7 ）の 方 法 を 参 考 に し 、移 動 相 に は 3 0 m M C i t r i c a c i d 、1 0 m M N a2H P O 4 、0 . 5 m M O c t y l s o d i u m s u l f a t e 、 5 0 m M N a C l お よ び 0 . 0 5 m M E D TA を 含 む 1 5 % M e t h a n o l（ N a O H に よ り p H 4 . 1 3 に 調 整 ） を 使 用 し た 。 流 速 は 7 0 0 μ L/ mi n に 設 定 し 、 印 加 電 圧 は 7 0 0 mV （ No r a d r e n a l i n e , Do p a mi n e , S e r o t o n i n 分 析 ）お よ び 8 0 0 mV（ Tr yp t o p h a n 分 析 ）で 行 っ た 。 行 動 観 察 自 発 的 行 動 量 の 観 察 は 、円 形 型 オ ー プ ン フ ィ ー ル ド（ S H IN A NO -S E IS AK U S HO , J a p a n ） を 用 い た 。ま ず 、新 規 環 境 下 に 慣 れ る よ う に 計 測 5 分 前 か ら 、ラ ッ ト を 装 置 内 に 置 い た 。 行 動 指 標 に は 移 動 時 間 、移 動 距 離 、移 動 速 度 、伸 展 回 数 を Vi d e o -t r a c ki n g s y s t e m（ VA S/ C A D, M U R O M A C H I K I K A I C O . , LT D . ） に よ り 1 0 分 間 、 観 察 し た 。 4 _{第 1 研 究 か ら 第 5 研 究 で の 脳 組 織 の 調 製 法 は 困 難 な 場 合 が あ り 、 例 え ば 遠 心 分 離 後 の ペ ー ス ト 状 の} ペ レ ッ ト を 回 収 で き な い こ と も あ る 。 血 液 で は 少 量 し か 回 収 で き な い 場 合 、 回 収 率 の 低 下 や 凝 固 性 に よ り 、 サ ン プ ル と し て 用 い る こ と が で き な い 。 そ の た め 、 分 析 時 の サ ン プ ル 数 に 変 動 が あ る 。

24 1 – 3 . 結 果 オ ー プ ン フ ィ ー ル ド 内 の 自 発 的 行 動 量 の 観 察 各 群 に お け る オ ー プ ン フ ィ ー ル ド 内 の 自 発 的 行 動 量 は Fi g u r e 5 に 示 す 。薬 理 効 果 条 件 を 独 立 変 数 、自 発 的 行 動 量 を 従 属 変 数 に し た 対 応 の な い t 検 定 を 行 っ た 結 果 、条 件 間 で 有 意 差 は 認 め ら れ な か っ た （ 移 動 時 間 ( F i g u r e 5 A) ： t ( 8 ) = 1 . 3 2 , p = 0 . 2 2 , d = 0 . 8 4 , 移 動 距 離 ( Fi g u r e 5 B)：t ( 8 ) = 1 . 3 8 , p = 0 . 2 1 , d = 1 . 9 5 , 移 動 速 度 ( Fi g u r e 5 C)：t ( 8 ) = 0 . 0 8 1 , p = 0 . 9 4 , d = 0 . 0 5 , 伸 展 回 数 ( F i g u r e 5 D ) ： t ( 8 ) = 1 . 5 9 , p = 0 . 1 5 , d = 1 . 0 1 ）。 F i g u r e 5 . E f f e c t o f t r y p t o p h a n a n a l o g o n o p e n - f i e l d . N o t e s : P a r a m e t e r s a r e e x p r e s s e d a s m e a n ± S E M .

A

B

C

D

25 各 群 の 個 体 別 に お け る 自 発 的 行 動 量 は Ta b l e 3 に 示 す 。D , L -β -( 1 -n a p h t h yl ) a l a n i n e 投 与 群 に お け る ラ ッ ト F 、 G 、 I、 J （ 5 匹 中 4 匹 ） の 移 動 時 間 は Ve h i c l e 投 与 群 の 移 動 平 均 時 間 （ Fi g u r e 5 A ） と 比 較 し 、 短 い 傾 向 で あ っ た 。 ま た 、 D , L - β -( 1 -n a p h t h yl ) a l a n i n e 投 与 群 に お け る ラ ッ ト F 、 G 、 I、 J （ 5 匹 中 4 匹 ） の 移 動 距 離 は Ve h i c l e 投 与 群 の 移 動 平 均 距 離 （ Fi g u r e 5 B ） と 比 較 し 、 短 い 傾 向 で あ っ た 。 さ ら に 、 D , L - β -( 1 -n a p h t h yl ) a l a n i n e 投 与 群 に お け る ラ ッ ト F 、G 、I（ 5 匹 中 3 匹 ）の 伸 展 回 数 は Ve h i c l e 投 与 群 の 伸 展 平 均 回 数（ Fi g u r e 5 D ） と 比 較 し 、 減 少 傾 向 で あ っ た 。 Ta b l e 3 . E f f e c t o f t r y p t o p h a n a n a l o g f o r a n i n d i v i d u a l d i f f e r e n c e i n g r o u p s . 視 床 下 部 内 Tr y pt o p ha n 、 Se ro t o ni n 、 Do pa m i n e 、 No r a d re n a l i ne 濃 度 の 観 察 視 床 下 部 内 Tr yp t o p h a n 、 S e r o t o n i n 、 Do p a mi n e お よ び N o r a d r e n a l i n e 濃 度 に お け る D , L - β - ( 1 - n a p h t h y l ) a l a n i n e の 薬 理 効 果 は F i g u r e 6 に 示 す 。 薬 理 効 果 条 件 を 独 立 変 数 、 Tr y p t o p h a n 、 S e r o t o n i n 、 D o p a m i n e 、 N o r a d r e n a l i n e 濃 度 を 従 属 変 数 に し た 対 応 の な い t 検

Behavior Rat A Rat B Rat C Rat D Rat E Rat F Rat G Rat H Rat I Rat J

Transit time (s) 17.03 1.05 1.20 17.88 12.85 0.20 1.90 13.50 0.80 4.25 Distance (cm) 531.85 26.13 27.50 525.08 386.58 4.30 45.60 378.90 24.30 126.28 Velocity (cm/s) 30.18 23.95 22.90 29.35 29.58 21.50 24.67 28.58 30.40 29.88 Extension (t) 6.00 11.25 11.00 8.25 6.25 2.50 7.75 8.00 3.00 8.00 D,L-β-(1-naphthyl)alanine Groups Vehicle

26 定 を 行 っ た 結 果 、 条 件 間 で 有 意 差 は 認 め ら れ な か っ た （ Tr yp t o p h a n ( Fi g u r e 6 A) ： t ( 3 ) = 0 . 6 0 1 , p = 0 . 5 9 , d = 0 . 5 5 , S e r o t o n i n ( F i g u r e 6 B ) ： t ( 3 ) = 0 . 9 9 , p = 0 . 3 9 , d = 0 . 9 1 , D o p a m i n e ( F i g u r e 6 C )：t ( 3 ) = 0 . 9 2 , p = 0 . 4 2 , d = 0 . 8 5 , N o r a d r e n a l i n e ( F i g u r e 6 D )：t ( 3 ) = 0 . 9 4 , p = 0 . 4 2 , d = 0 . 8 6 ）。 F i g u r e 6 . E f f e c t o f t r y p t o p h a n a n a l o g o n t h e c o n c e t r a t i o n s o f t r y p t o p h a n , s e r o t o n i n , d o p a m i n e , a n d n o r a d r e n a l i n e i n t h e h y p o t h a l a m u s f o r v e h i c l e a n d D , L - β - ( 1 - n a p h t h y l ) a l a n i n e i . p . g r o u p s . N o t e s : P a r a m e t e r s a r e e x p r e s s e d a s m e a n ± S E M .

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C

D

27 各 群 の 個 体 別 に お け る Tr yp t o p h a n 、 Se r o t o n i n 、 D o p a mi n e 、 N o r a d r e n a l i n e 濃 度 は Ta b l e 4 に 示 す 。 Ve h i c l e 投 与 群 と 比 較 し （ F i g u r e 6 ）、 D , L - β - ( 1 - n a p h t h y l ) a l a n i n e 投 与 群 に お け る ラ ッ ト F 、G の Tr y p t o p h a n 濃 度 は 上 昇 傾 向 で あ り 、Se r o t o n i n 、D o p a mi n e 、No r a d r e n a l i n e 濃 度 は 減 少 傾 向 で あ っ た 。 Ta b l e 4 . E f f e c t o f t r y p t o p h a n a n a l o g o n t h e c o n c e n t r a t i o n s o f t r y p t o p h a n , s e r o t o n i n , d o p a m i n e , a n d n o r a d r e n a l i n e i n t h e h y p o t h a l a m u s f o r a n i n d i v i d u a l d i f f e r e n c e i n g r o u p s . N o t e s : C o n c e n t r a t i o n i s e x p r e s s e d a s n m o l / g t i s s u e . 1 – 4 . 考 察 従 来 の 中 枢 性 疲 労 研 究 は 、ト レ ッ ド ミ ル 走 に よ り 作 製 し た 運 動 後 疲 労 モ デ ル ラ ッ ト に お い て 、 Tr yp t o p h a n の 脳 内 取 り 込 み が S e r o t o n i n 生 成 を 亢 進 し た 結 果 、 ト レ ッ ド ミ ル パ フ ォ ー マ ン ス が 抑 制 さ れ る Se r o t o n i n 仮 説 が 報 告 さ れ て い る （ A c wo r t h e t a l . , 1 9 8 6 ; B l o m s t r a n d e t a l . , 1 9 8 9 ）。本 研 究 に お い て 、Tr y p t o p h a n 誘 導 体 薬 D , L - β - ( 1 - n a p h t h y l ) a l a n i n e Tryptophan and

monoamine Rat A Rat B Rat C Rat F Rat G

Tryptophan 74.80 67.31 33.83 69.59 67.29 Serotonin 6.10 3.69 1.07 2.02 1.46 Dopamine 39.73 11.25 4.67 7.45 3.71 Noradrenaline 68.49 47.50 13.40 31.38 13.75 Vehicle D,L-β-(1-naphthyl)alanine Groups

28 を ラ ッ ト に 投 与 し た 結 果 、 Ve h i c l e 投 与 群 と 比 較 し 、 視 床 下 部 内 Tr yp t o p h a n 濃 度 は 上 昇 傾 向 で あ り 、 Se r o t o n i n 濃 度 は 減 少 傾 向 で あ っ た （ Fi g u r e s 6 A, B & Ta b l e 4 ）。 さ ら に 、 D , L - β - ( 1 - n a p h t h y l ) a l a n i n e 投 与 群 の 移 動 時 間 、距 離 、速 度 お よ び 伸 展 回 数 は Ve h i c l e 投 与 群 と 比 較 し 、 有 意 差 は 認 め ら れ な か っ た （ Fi g u r e s 5 A -D ）。 し か し な が ら 、 Ve h i c l e 投 与 群 の 移 動 平 均 時 間 と 移 動 平 均 距 離 と 比 較 し 、 D, L -β -( 1 -n a p h t h yl ) a l a n i n e 投 与 群 の 各 個 体 に お い て 5 匹 中 4 匹 に 減 少 傾 向 が 観 察 さ れ た （ Ta b l e 3 ）。 D, L -β -( 1 -n a p h t h y l ) a l a n i n e は P C PA の よ う に 、Tr y p t o p h a n 水 酸 化 酵 素 の 活 性 を 抑 制 す る こ と で 、S e r o t o n i n 生 成 を 阻 害 し 、 脳 幹 お よ び 線 条 体 機 能 を 抑 制 す る （ We i c ke r e t a l . , 2 0 0 1 ）。 ま た 、 Se r o t o n i n 仮 説 に よ れ ば 、 Tr yp t o p h a n 脳 内 取 り 込 み に よ る Se r o t o n i n 生 成 の 亢 進 が ト レ ッ ド ミ ル 走 の よ う な 精 神 運 動 量 を 抑 制 す る こ と が 報 告 さ れ て い る （ Ac wo r t h e t a l . , 1 9 8 6 ; Bl o ms t r a n d e t a l . , 1 9 8 9 ）。 こ の よ う な 知 見 か ら 、 D , L - β - ( 1 - n a p h t h y l ) a l a n i n e 投 与 に よ る 自 発 的 行 動 量 の 減 少 傾 向 に は Se r o t o n i n よ り も む し ろ 、Tr yp t o p h a n 自 体 が そ の 引 き 金 と な る こ と を 示 唆 す る 。 し か し な が ら 、 K a t a f u c h i e t a l .（ 2 0 0 5 ） は 免 疫 学 的 疲 労 モ デ ル を 用 い て 、 Se r o t o n i n 濃 度 の 減 少 に よ る 中 枢 性 疲 労 仮 説 を 報 告 し て い る 。 本 研 究 結 果 に お け る Se r o t o n i n 濃 度 の 減 少 傾 向 は K a t a f u c h i e t a l . （ 2 0 0 5 ） の 研 究 報 告 と 一 致 す る が 、 濃 度 の 上 昇 傾 向 を 呈 し た Tr y p t o p h a n は そ の 主 な 代 謝 経 路 で あ る K y n u r e n i n e 経 路 に 代 謝 さ れ る 可 能 性 を 推 測 で き る 。 最 近 、 ラ ッ ト に K y n u r e n i n e 経 路 の 最 終 代 謝 産 物 K yn u r e n i c a c i d を 投 与 す る と 、 ト レ ッ ド ミ ル 、 オ ー プ ン フ ィ ー ル ド 、 M o r r i s 型 水 迷 路 課 題 の パ フ ォ ー マ ン ス を 抑 制 す る こ と が 報 告 さ れ て い る （ Ya ma mo t o e t a l . , 2 0 1 2 ）。 そ れ ゆ え 、 D , L -β -( 1 -n a p h t h yl ) a l a n i n e

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投 与 に よ り 誘 発 さ れ た 自 発 的 行 動 量 の 減 少 傾 向 に は K y n u r e n i c a c i d の 変 化 も ま た 、そ の 行 動 抑 制 に 関 与 す る か も し れ な い 。

D, L -β -( 1 -n a p h t h y l ) a l a n i n e 投 与 群 の 視 床 下 部 内 D o p a mi n e 濃 度 は Ve h i c l e 投 与 群 と 比 較 し 、 減 少 傾 向 で あ っ た （ Fi g u r e 6 C & Ta b l e 4 ）。 D o p a mi n e 神 経 系 の 抑 制 は 無 動 症 や 強 硬 症 を 生 起 し 、感 覚– 運 動 系 機 構 を 破 綻 さ せ る（ Mar shal l , Ri ch ar d son , & Tei t el bau m , 1 9 74 ）。 従 っ て 、 D , L -β -( 1 -n a p h t h y l ) a l a n i n e は 運 動 実 行 系 に 関 与 す る 視 床 下 部 – 背 側 線 条 体 – 内 側 淡 蒼 球 回 路 機 能 を 抑 制 す る か も し れ な い 。 さ ら に 、線 条 体 内 K y n u r e n i c a c i d 濃 度 の 上 昇 は シ ナ プ ス 間 隙 の D o p a mi n e 放 出 を 抑 制 す る（ R a s s o u l p o u r, Wu , Fe r r e , & Sc h w a r c z , 2 0 0 5 ）。 こ の よ う な 知 見 は 、Tr yp t o p h a n お よ び K y n u r e n i c a c i d の 同 時 変 化 が 行 動 抑 制 を 生 起 す る こ と を 示 唆 す る 。 今 後 の 検 討 課 題 と し て 、D , L -β -( 1 -n a p h t h yl ) a l a n i n e の 薬 理 効 果 を 更 に 追 究 す る た め に 、 投 与 処 置 数 を 増 や し 、脳 内 Tr y p t o p h a n 代 謝 産 物 を 網 羅 的 に 解 明 す る 必 要 が あ る 。ま た 、 特 異 的 な 中 枢 性 疲 労 モ デ ル 動 物 を 開 発 す る こ と で 、内 在 性 Tr y p t o p h a n お よ び K y n u r e n i c a c i d 動 態 と 中 枢 性 疲 労 と の 関 係 性 を 詳 細 に 明 ら か に し な け れ ば な ら な い 。

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第 2 節 ＜ 第 2 研 究 ＞ 慢 性 的 な 睡 眠 障 害 に よ り 誘 発 し た 中 枢 性 疲 労 モ デ ル 動 物

の 確 立 と 脳 内 過 剰 Try ptoph an の 観 察

2 – 1 . 関 連 発 表 Ya m a s h i t a & Ya m a m o t o . J a p a n e s e J o u r n a l o f C o g n i t i v e N e u ro s c i e n c e . 2 0 1 3 : 1 5 , 6 7 - 6 4 . 2 – 2 . 目 的 第 1 研 究 で は Tr yp t o p h a n の 行 動 薬 理 学 的 操 作 を ラ ッ ト に 行 う こ と で 、脳 内 Tr yp t o p h a n 濃 度 の 上 昇 傾 向 と 自 発 的 行 動 量 の 減 少 傾 向 が 明 ら か に さ れ た 。次 に 、特 異 的 な 中 枢 性 疲 労 モ デ ル 動 物 を 開 発 し 、 内 在 性 Tr yp t o p h a n 代 謝 産 物 と 中 枢 性 疲 労 と の 関 係 性 を 明 ら か に し な け れ ば な ら な い 。 第 2 研 究 で は 睡 眠 障 害 を 基 盤 と し た 中 枢 性 疲 労 に 特 化 し た C F S D モ デ ル 動 物 を 開 発 し 、 そ の 神 経 科 学 的 特 性 を 検 討 し た 。 2 – 3 . 実 験 方 法 実 験 計 画 実 験 は 、 負 荷 条 件 2 水 準 （ 参 加 者 間 ： C o n t r o l 群 ・ C F SD 群 ） と 断 眠 疲 労 負 荷 期 間 5 水 準 （ 参 加 者 内 ： 断 眠 疲 労 1 日 目 ・ 2 日 目 ・ 3 日 目 ・ 4 日 目 ・ 5 日 目 ） に よ る 2 要 因 混 合 計 画 で あ っ た 。

31 実 験 動 物 本 実 験 は 日 本 神 経 科 学 学 会 の 「 神 経 科 学 に お け る 動 物 実 験 に 関 す る 指 針 」 に 基 づ き 、 ま た 帝 塚 山 大 学 動 物 実 験 倫 理 委 員 会 の 承 認 を 得 て 、帝 塚 山 大 学 心 理 学 部 神 経 生 理 学 研 究 室 で 行 わ れ た 。Wi s t a r 系 雌 性 ラ ッ ト（ 7 週 齢 , 1 0 0 – 1 2 0 g , J a p a n SL C In c . , Ha ma ma t s u , J a p a n , n = 1 1 ） は C o n t r o l 群 （ n = 5 ） お よ び C F S D 群 （ n = 6 ） に 振 り 分 け た 。 ラ ッ ト の 飼 育 環 境 は 第 1 研 究 と 同 様 で あ る 。 走 運 動 学 習 ラ ッ ト の 走 運 動 学 習 は ト レ ッ ド ミ ル （ SN -4 6 0 , S H IN A N O -S E IS AK U S HO , J a p a n ） を 用 い て 7 日 間 、 行 っ た 。 具 体 的 に 、 速 度 は 分 速 5 – 2 5 m/ mi n を 漸 増 的 に 上 昇 さ せ 、 1 5 – 6 0 分 間 、走 行 で き る よ う に 順 応 さ せ た 。ま た 、走 運 動 学 習 中 は ト レ ッ ド ミ ル 上 の ベ ル ト 末 端 部 に 電 極 を 設 置 し 、 微 量 の 電 圧 を 流 し た （ 2 0 V 以 下 ）。 睡 眠 障 害 型 中 枢 性 疲 労 モ デ ル の 作 製 C F SD モ デ ル は Ya ma s h i t a & Ya ma mo t o（ 2 0 1 3 ） の 方 法 に 従 い 作 製 し た 。 即 ち 、 プ ラ ス チ ッ ク 製 観 察 箱 （ 1 8 . 5 c m × 3 1 . 5 c m × 2 4 . 4 c m ） に 逃 避 台 （ 6 . 5 c m × 5 c m） を 固 定 し 、 床 か ら 4 . 8 c m の 高 さ ま で 水 を 張 り 、 ラ ッ ト を 逃 避 台 上 に 乗 せ た 。 こ の よ う な 環 境 下 に お い て 、 ラ ッ ト に 睡 眠–覚 醒 サ イ ク ル 障 害 を 課 し 、 こ れ を 5 日 間 実 施 す る こ と で 作 製 し た （ Fi g u r e 7 ）。 な お 、 こ の 断 眠 疲 労 負 荷 法 は ラ ッ ト が RE M 睡 眠 時 に 筋 弛 緩 状 態 に な る と

32 逃 避 台 か ら 水 中 に 落 下 し 、 覚 醒 状 態 と な る こ と を 応 用 し て い る 。 F i g u r e 7 . I n d u c e m e n t o f C F S D f o r t h e c e n t r a l f a t i g u e m o d e l . N o t e s : T h i s m e t h o d d i d n o t r e s u l t i n a n y d e a t h s . 脳 摘 出 と 脳 内 Tr y pt o ph a n 、 Se ro t o ni n 濃 度 の 定 量 脳 内 Tr y p t o p h a n と Se r o t o n i n 濃 度 を 測 定 す る た め に 、ラ ッ ト を 行 動 実 験 終 了 後 に 断 頭 し 脳 摘 出 後 、視 床 下 部 、海 馬 、線 条 体 の 3 部 位 に 分 け た 。脳 組 織 の 調 製 お よ び Tr y p t o p h a n と Se r o t o n i n 濃 度 の 測 定 は 、 第 1 研 究 と 同 様 の 方 法 を 用 い た 。 行 動 観 察 ト レ ッ ド ミ ル テ ス ト は 1 5 分 間 の ラ ン ニ ン グ を 達 成 で き た 時 に 1 0 0 % と し た 。即 ち 、断 眠 疲 労 負 荷 期 間 に お い て 、 疲 労 レ ベ ル は 分 速 2 5 m/ mi n 、 傾 斜 7 ° の 下 、 ト レ ッ ド ミ ル 走 行 に よ り 測 定 し た 。 な お 、 走 運 動 学 習 期 間 で 用 い た 電 気 刺 激 は 行 わ な か っ た 。 能 動 的 な 社 会 行 動 は 社 会 相 互 作 用 テ ス ト に よ り 観 察 し た 。 研 究 ラ ッ ト は 木 製 観 察 箱