博士（医学）小島 学位論文題名

     博士（医学）小島 学位論文題名

琢

セロトニン作動性神経による海馬シナプス伝達調節機構の解明 海 馬CA1 および CA3 領域 におけ る電気 生理学 的検討

学 位 論 文 内 容 の 要 旨

  セロトニン(5‑HT; 5・hydro】畊ryptamine）は中枢神経系において睡眠，体温調節，情動や 記憶 学習 に 重要 な役 割を 担っ てい る神 経伝 達物 質である． 中枢5・HT作動´陸紳経は縫 線核 を起 始部 と し， 脳内 広範 囲に 投射 して いる ．特 に記 憶に 不可 欠な 部 位で ある海馬に高 密度 に分 布し て おり ，不 安関連記憶 にも関わっていることから，不安障害の病態に深く関連 して い る と 考 え ら れる ．実 際 ，臨 床的 にも5．HTn受 容体 作動 薬を 代表 とす る種 々の5．HT系薬 物が 抗不 安 薬と して 応用 され てい る． しか し，5・HT神経系がぃかなる機序により不安 障害 に関 与し て いる かに つい ては 未だ に一 定の 見解 は得 られ てい ない ． 本研 究は現在抗不 安薬 と し て 注 目 さ れ て い る 選 択 的5‐HT再 取 込 み 阻 害 薬 （selectiveserotomnreuptake 尚 曲br；SSRI） に 着 目 し ， 電 気 生 理 学 的 手 法 を 用 い て5．HT作 動 陸 神 経と 不安 との 関連 性 に っ い て 追 究 し た ， す な わ ち ， 海 馬CA1お よ びCA3領 域 の シ ナ プ ス 伝 達 効 率 と シ ナ プ ス 可 塑 性 に 及 ぼ す 内 因 性5‐HTお よ び 関 与 する5．HT受容 体を 明ら かに する こと を具 体的 な目標とした，

  実 験 動 物 はWistar系 雄 性 ラ ッ ト を 使 用 し た ． 内 因 性5．HT濃 度 を 増 加 さ せ る た め に SSRIの ー つ で あ るnuvoXamineを 使 用 し た ， 脳 内 微 小 透 析 法 に よ り 測 定 し た 海 馬 細 胞 外 液中の5‐HT濃度は，nuvoXamむIe（30mg瓜g，i．p．）により 約2．5倍に増加した，電気生理 学的 実験 は1％ ハロ タン 麻酔 下で 海馬CAl/scha台 、：erおよびQ鴇／Mossy蝕erについて 検討 し た ． シ ナ プ ス 伝 達 効 率 と シ ナ プ ス 可 塑 陸の 指標 と して ，CA1領 域とCA3領 域の 誘発 集合 電 位 （popmationspikeamphtude；PSA） お よ ぴ 記 憶 学 習 の 電 気 生 理 学 的基 盤と 考え られ る長期増強（long‐termpoten・tiation；uP）を計測した．

  nuvoXam缸Ie（30mg瓜g，i．p． ） に よ りCA1な ら び にCA3領 域 のPSAは 有 意 に 増 加 し た ． （ 強1に お け るauvoXamineのPSAの 増 加 作 用 は5‐HTn受 容 体 拮 抗 薬NAN190く0．5 mg瓜g，i．p．）により有意に増強し，5‐HT4拮抗薬GRn3808（20pg／rat，i．c．v．）および5‐HT7 受容体拮抗薬DR4004（10pg／rat，iIcIv．）により有意に抑制された．一方，（強3における nuvoxamineのH強 の 増 加 作 用 はN．AN190，DR4004に よ り 有 意 に 抑 制 さ れ た が ，GR n3808に よ る 影 響 は 認 め ら れ な か っ た ， こ れ ら の 結 果 か ら ，CA1領 域 の内 因性5・HTによ るシナプス伝達機構には5・HTM受 容体が抑制性に関与し，5・HT。，5．HT7受容体が促進性に 調 節 し て い る こと が示 唆 され た， また ，CA3領 域の5．HTによ るシ ナプ ス伝 達機 構 には5‐ HTlAおよ び5・HT7受 容体 が促 進性 に関 与し てい るこ とが 明ら かに な った ．5．HT4受容 体は nuvoxamiBeに よ る シ ナ プ ス 伝 達 機 構 に は 関与 して い ない こと が判 明し た． これ らの 結果

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は 外 因 性 に 投 与 し た5‑HT受 容 体 作 動 薬 に よ っ て も 確 認 さ れ た ． す な わ ち ，CA1のPSAは 5‑HTIA受容体作動薬tandospirone (10 mg/kg，i．p．）により抑制され，5‑HT4受容体作動薬 SC 53116（1お よび10 p,g/rat，i．c．v． ）により促進された．CA3領域ではtandospironeによ りPSAは 増 加 し た が ，SC 53116に よ る 影 響 は 見 ら れ な か っ た ， 次 に 内 因 性5‑HTの シナ プ ス 可 塑 性 な ら び に 関 与 す る5‑HT受 容 体 に つ い て 検 討 し た ．CA1領 域 で はfluvoxamine (10mgお よ び30 mgfkg，i．p． ）に よりu丶P生成 は抑 制さ れた ．一 方，CA3領 域のLI｀Pは fluvoxamine投 与により影響を受けなかった．CA1におけるfluvoxamine (30 mg/kg，i．p．）

によるM、P抑制作用は，NAN190く0.5 mg/kg，i．p．）により有意に拮 抗された．しかしなが ら，GR113808(20 yg/rat，i．c．v．）およぴDR4004 (10 tig/rat，i．c．v・）による影響は認めら れ な か っ た ． す なわ ち，CA1領 域に おけ る内 因性5‑HTのシ ナプ ス可 塑性 抑 制に は， シナ プ ス 伝 達 機 構 を 調 節 し て い る3つ の5‑HT受 容 体 の 中 で5‑HTIA受 容 体 が 関 与 して いる こと が 示された．これらの結果は5‑HTIA受容体作 動薬tandospirone（1およぴ10 mg/kg，i．p．）投 与 に よ り CA1領 域 で はLTPは 形 成 さ れ な か っ た 事 実 に よ っ て 確 か め ら れ た ．   以 上 の 結 果 か ら ，fluvoxamineに よ るCA1お よ びCA3領 域 の シ ナ プ ス 伝 達 効 率 促 進 作 用 に は 少 な く と も3つ の5‑HT受 容 体 一5‑HTvx 5‑HT7あ る い は5‑HT4受 容 体 が 関 与 し て い る こ と ， ま た ， こ れ ら の 受 容 体 に よ る 調 節 機構 はCA1，CA3領 域で 異な っ てい るこ とが 明 ら か に な っ た ． さ ら にf fluvoxamineお よ びtandospironeはCA3のLTPに は 影 響 せ ずCA1 のLTPの み を 抑 制 し た ． 一 方 ， ベ ン ゾ ジ ア ゼ ピ ン 系 抗 不 安 薬 のdiazepamはCA1，CA3の L1、 ．Pを いず れも 抑制 した. Tandospu．oneとSSR,Iはdiazepamにみ られる健忘作用を持た な い こ と ， さ ら に，CA3は 記憶 の想 起に 重要 な役 割を 担う こと が指 摘さ れ てい る． した が っ て ，CA3領 域 に お け る5． ．HT系 抗 不 安 薬 とdiazepamのuPに 対 す る 効 果 の 違 い は ， こ れ ら の 抗 不 安 薬 の臨 床面 での 相違 を反 映し て いる のか もし れな い． 一方 ，CA1のシ ナプ ス 可塑 性は むし ろ不 安や 恐怖 な どの 情動 スト レス との 関連性が推察される．5‐H：T神経系は こ の よ う に 異 な っ た5．HT受 容 体 を 介 し ，CA1お よ ぴCA3領 域 に お け る シ ナプ ス伝 達効 率 なら ぴに シナ プス 可塑 性を 統 合的 に調 節し ，不 安や 恐怖 橙ど の情 動調 節に 重要 な役割を果 たしていると考えられる．

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学 位 論 文 審 査 の 要旨

学 位 論 文 題 名

セロトニン作動性神経による海馬シナプス伝達調節機構の解明 海 馬CA1 および CA3 領域 におけ る電気 生理学 的検討

  セ ロ ト ニ ン(5‑HT; 5‑hydroxytryptamine)は中 枢神 経系 に おい て睡 眠， 体温 調節 ，情 動 や 記 憶 学 習 に 重 要 な 役 割 を 担 っ て い る 神 経 伝 達 物 質 で あ る ． 中 枢5‑HT作 動 性 神 経 は 縫 線 核 を 起 始 部 と し ， 脳 内 広 範 囲 に 投 射 し て い る ． 特 に 記 憶 に 不 可 欠 な 部 位 で あ る 海 馬 に 高 密 度 に 分 布 し て お り ， 不 安 関 連 記 憶 にも 関わ って い るこ とか ら， 不安 障害 の病 態 に 深 く 関 連 し て い る と 考 え ら れ る ． 実 際 ， 臨 床 的 に も5‑HTIA受 容 体 作 動 薬 を 代 表 と す る 種 カ の5‑HT系 薬 物 が 抗 不 安 薬 と し て 応 用 さ れ て い る ． し か し ，5‑HT神 経 系 が ぃ か な る 機 序 に よ り 不 安 障 害 に 関 与 し て い る か に つ い て は 未 だ に 一 定 の 見 解 は 得 ら れ て い な い ． 本 研 究 は 現 在 抗 不 安 薬 と し て 注 目 さ れ て い る 選 択 的5‑HT再 取 込 み 阻 害 薬 (selective serotonin reuptake inhibitor; SSRI)に着目し，電気生理学的手 法を用いて5‐ HT作 動 性 神 経 と 不 安 と の 関 連 性 に つ い て 追 究 し た ． す な わ ち ， 海 馬CA1お よ びCA3 領 域 の シ ナ プ ス 伝 達 効 率 と シ ナ プ ス 可 塑 性 に 及 ぼ す 内 因 性5‑HTの 影 響 お よ び 関 与 す る5‑HT受容体を明らかにすることを具体的な目標とした．

  実 験 動 物 はWistar系 雄 性 ラ ッ ト を 使 用 し た ， 内 因 性5‑HT濃 度 を 増 加 さ せ る た め に SSRIの ー っ で あ るfluvoxamineを 使 用 し た ． 脳 内 微 小 透 析 法 に よ り 測 定 し た 海 馬 細 胞 外 液中 の5‑HT濃 度は ，fluvoxamine (30 mg瓜g，i．p．）によ り約2．5倍に増加した．電気 生 理 学 的 実 験 は1％ ハ ロ タ ン 麻 酔 下 で 海 馬CAl／Scha銑rお よ ぴCA3／Mossyflberに つ い て 検 討 し た ． シ ナ プ ス 伝 達 効 率 と シ ナ プ ス 可 塑 性 の 指 標 と し て ，CAl領 域 とCA3領 域 の 誘 発 集 合 電 位 （popmationspikeanlplitude；PSA） およ ぴ 記憶 学習 の電 気生 理学 的基 盤 と考えられる長期増強（10ng．temlpotentiation；IJP）を計測した．

  FluVoxamine（30mg瓜g，i．p． ） に よ りCA1な ら び にCA3領 域 のPSAは 有 意 に 増 加 し た ．CA1に お け るnuvoxamineのPSAの 増 加 作 用 は5‐HTlA受 容 体 拮 抗 薬NAN190（0．5 mg瓜g，i．p．）により有意に増強し，5‐HT4拮抗薬GR113808（20u〆rat，i．c．V．）および5‐HT7 受 容体 拮抗 薬DR4004（10pg/rat i．c．v．）により有意に抑制された．一方，CA3における nuVoxamineの PSAの 増 加 作 用 は NAN190，DR4004に よ り 有 意 に 抑 制 さ れ た が ，GR

修

弘 哲

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授 授

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教 教

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査 査

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主 副

副

113808に よ る 影 響 は 認 め ら れ な か っ た ． こ れ ら の 結 果 か ら ，CA1領 域 の 内 因 性5‑HT に よ る シ ナ プ ス 伝 達 機 構 に は5‑HTIA受 容 体 が 抑 制 性 に 関 与 し ，5‑HT4，5‑HT7受 容 体 が 促 進 性 に 調 節 し て い る こ と が 示 唆 さ れ た ． ま た ，CA3領 域 の5‑HTに よ る シ ナ プ ス 伝 達 機 構 に は5‑HT1ハ お よ び5‑HT7受 容 体 が 促 進 性 に 関 与 し て い る こ と が 明 ら か に な っ た ． 5‑HT。 受 容 体 はfluvoxamineに よ る シ ナ プ ス 伝 達 機 構 に は 関 与 し て い な い こ と が 判 明 し た ． こ れ ら の 結 果 は 外 因 性 に 投 与 し た5ーHT受 容 体 作 動 薬 に よ っ て も 確 認 さ れ た ． すな わち ，CA1のPSAは5‑HTIA受容 体作 動薬tandospirone (10 mg爪g，i．p．）により抑制 され ，5‐HT。 受容 体作 動薬SC53116（1およ び10u〆rat，iにv．） によ り促 進された．CA3 領 域 で はtandospironeに よ りPSAは 増 加 し た が ，SC53116に よ る 影 響 は 見 ら れ な か っ た ． 次 に 内 因 性5‐HTの シ ナ プ ス 可 塑 性 な ら び に 関 与 す る5．HT受 容 体 に つ い て 検 討 し た ．CAl領 域 ではnuvoxamine（10mgお よび30mg瓜g，i．p．） によ りL1丶P生成 は 抑制 され た ． 一 方 ，CA3領 域 のLTPはnuVoxamine投 与 に よ り 影 響 を 受 け な か っ た ．CA1に お け るnuvoxamine（30mg爪g，i．p．）によるIJP抑制作用は，NAN190（O．5mg爪g，i．p．）により 有 意 に 拮 抗 さ れた ．し かし なが ら，GR113808（20ug/rat，i．c．v． ）お よびDR4004（10 いg／rat，i．c．v．）による影響は認められなかった．すなわち，CAl領域における内因性5‐ HTの シ ナ プ ス 可 塑 性 抑 制 に は ， シ ナ プ ス 伝 達 機 構 を 調 節 し て い る3つ の5‐HT受 容 体 の 中 で5．HTlハ 受 容 体 が 関 与 し て い る こ と が 示 さ れ た ． こ れ ら の 結 果は5．HTlA受 容体 作 動 薬tandospirone（1お よ ぴ10mg爪g，i．p．） 投与 によ りCA1領域 ではLTPは 形成 され なかった事実によって確かめられ た．

  以 上 の 結 果 か ら ，nuvoxamineに よ るCA1お よ ぴCA3領 域 の シ ナ プ ス 伝 達 効 率 促 進 作 用 に は 少 な く と も3っ の5‐HT受 容 体 一5‐HTlA15‐HT7あ る い は5．HT。受 容 体が 関与 し て い る こ と ， ま た ， こ れ ら の 受 容 体 に よ る 調 節 機 構 はCA1，CA3領 域 で 異 な っ て い る こ と が 明 ら か に な っ た ． さ ら に ，nuVoxamineお よ ぴtandoゆironeはCA3のL11Pに は 影 響 せ ずCAlのL1、Pの み を 抑 制 し た ，5−HT神 経 系 は こ の よ う に 異 な っ た5‐HT受 容 体 を 介 し ，CA1韜 よ ぴCA3領 域 に お け る シ ナ プ ス 伝 達 効 率 栓 ら ぴ に シ ナ プ ス 可 塑 性 を 統 合 的 に 調 節 し 。 不 安 障 害 の 病 態 生 理 に 重 要 を 役 割 を 果 た し て い る 可 能 性 が 示 唆 さ れ た．

  発 表 後 ， 副 査 丸 藤 教 授 か ら ， ハ ロ タ ン 麻 酔 が 実 験 結 果 に 及 ぼ す 影 響 に っ い て ， nuV0xamine投 与 に よ る 海 馬 細 胞 外 液 中5‐HT濃 度 上 昇 と シ ナ プ ス 伝 達 効 率 上 昇 の 時 間 差 に っ い て ， お よ び5‐HT・ ハ 受 容 体 を 介 し たCA3の シ ナ プ ス 伝 達 効 率 抑 制 機 序 に っ い て ， 副 査 吉 岡 教 授 か ら ，CAl，CA3の 電 気 的 特 性 に 差 異 を 認 め た 機 序 に っ い て ，CA1， CA3に お け る5−HT受 容 体 の 分 布 に つ い て ，CA3の シ ナ プ ス 伝 達 効 率 の 調 節 に5‐HT4 受 容 体 が 関 与 し な い 理 由 ， お よ ぴCAl，CA3の 機 能 的 役 割 に つ い て 質 問 さ れ た ． ま た 主 査 劔 物 教 授 か ら は ，SSR亅 の ペ イ ン ク リ ニ ッ ク 領 域 へ の 応 用 の 可 能 性 に つ い て 質 問 が な さ れ た ． こ れ ら に 対 し 申 請 者 は ， 実 験 成 績 と 過 去 の 文 献 を 引 用 し ， 概 ね 適 切 に 回 答した．

  審 査 員 一 同 は ， こ れ ら の 成 果 を 高 く 評 価 し ， 申 請 者 が 博 士 （ 医 学 ） の 学 位 を 受 け る のに十分な資格を有するものと判 定した．