雑誌名 福井医科大学研究雑誌

抗コリン作動薬長期投与後のラット空間学習の成立 過程と海馬内の形態学的変容との関連

著者 吉田 和典

雑誌名 福井医科大学研究雑誌

巻 3

号 1‑2

ページ 7‑16

発行年 2002‑12‑20

URL http://hdl.handle.net/10098/1003

原 著 福 井 医 科 大 学研 究 雑 誌 第3巻 第1号 ・第2号 合 併号(2002)

抗 コ リン作 動薬長期 投与後 の ラ ッ ト空 間学習 の成立過程 と 海馬 内の形態学 的変容 との関連

吉田和典

心 理学教室

The Effects of the Chronic Injections ofan Anticholinergic Drug on Spatial Learning in Rats

YOSHIDA, Kazunori

Department of Psychology , Fukui Medical University

Abstract :

A large number of studies have examined the inhibitory effects of anticholinergic drugs (scopolamine ; antimuscarinic receptor agent) on spatial learning. However, almost all of these studies have observed only the transient or short-term effects of scopola- mine. The present study examined the acquisition of spatial learning using the Morris water maze after the chronic injection of scopolamine into rats. Scopolamine was injected intraperitoneally 0.4 mg/kg/day (SP I group) orl mg/kg/day (SPIT group) for 14 days and also injected subcutaneously by means of osmotic pump 2.5 tl/hr (SP III group) for 28 days before starting the task of spatial learning of the Morris water maze. These groups were compared to the control groups with the same dose of physiological saline. All subjects were trained to learn the position of a hidden escape platform (place learning) through four trials per day, with an intertrial interval of approximately 10 minutes, for a total of 4 days. The location of the hidden escape platform remained con- stant and, on each trial, rats swam for 90 seconds or until they found the platform. The starting location varied randomly across the trials. On the fifth day, the platform was retracted, and rats swam for 60 seconds as a probe test. Then the cue learning was tested subsequently in a single session of 4 trials in which rats swam to the visible escape platform that protruded above the sur- face of the pool, for 90 seconds on each trial. After the completion of the behavioral testing, the rat brains were perfused with a 0.1% sodium sulphide, followed by perfusion with a 8%formaline in 0.1 M phosphate buffer and cut at the thickness of 60 gm.

Serial sections were processed for Timm staining, in order to examine the relationship between learning ability and the morpho- logical changes in the hippocampal dentate mossy fiber terminals. In the SP III group, the escape latency to the hidden platform significantly increased only in the early stage of the place learning (2nd and 5th trials). Additionally, the volume of the hip- pocampal mossy fiber terminals at the rostral portion increased exclusively in these learning impaired rats of the SP III group but not in the unimpaired and control rats. These results suggested that the chronic injection of scopolamine might induce the neuro- genesis of the rostral part of the dentate granule cells and also augment the volume of the mossy fiber terminals to supplement the cholinergic depletion, although there was not a severe inhibitory effect on the acquisition of the spatial learning.

Key words : hippocampus, spatial learning, water maze, scopolamine, anticholinergic drugs, mossy fiber terminal, rat

(Received 26 August 2002 ; accepted 28 October 2002.)

一7一

吉 田和 典

序 お よび 目的 方 法

海 馬 を 含 め た 脳 内 の コ リ ン 作 動 性 ニ ュ ー ロ ン が 学 習

・記 憶 に 対 し て 重 要 な 働 き を し て い る こ と が 今 ま で の 研 究 か ら 明 ら か と な っ て い る(2)・(3)・(9)・(16)・(23)・(25)。そ の 中 で 、 抗 コ リ ン 作 動 薬 の 急 性 投 与 に よ る 空 間 学 習 の 一 時 的 抑 制 効 果 に つ い て は 数 多 く 報 告 さ れ て い る(6)・(1°)・(12),(13)・(14)・(17)・(26)・(27)が、 痴 呆 モ デ ル と し て の 慢 性 投 与 効 果 に 関 し て は 未 だ 明 ら か と な っ て い な い 。

そ こ で 本 研 究 で は 、 抗 コ リ ン 作 動 薬 で あ る ス コ ポ ラ ミ ン(ム ス カ リ ン受 容 体 遮 断 薬)を14日 間 腹 腔 内 へ 投 与 す る か 或 い は 浸 透 圧 ポ ン プ を 皮 下 に 埋 め 込 み4週 間 連 続 投 与 す る こ と に よ る モ ー リ ス 水 迷 路 の 空 間 学 習 (場 所 学 習 及 び 手 が か り学 習)の 習 得 過 程 に 及 ぼ す 影 響 を 観 察 し た 。 さ ら に 、 従 来 か ら 痴 呆 や ア ル ツ ハ イ マ ー 病 に 伴 っ て 海 馬 内(特 に 嗅 内 野 か ら の 入 力 部 で あ る 海 馬 歯 状 回 ニ ュ ー ロ ン やmossyfiber)の 形 態 学 的 変 容 が 指 摘 さ れ て い る(11)・(15>・(21)こと か ら,本 研 究 に お い て も,海 馬 歯 状 回mossyfiber終 末 を 選 択 的 に 標 識 す る Timm染 色 法 を 用 い,学 習 障 害 の 有 無 と 海 馬mossyfiber

の 形 態 学 的 変 容 と の 関 連 を 検 討 す る こ と を 目 的 と し た 。

被 験 体 は 、福 井 医 科 大 学 動 物 実 験 施 設 内 の12時 間:

ユ2時間 の 明 暗 条 件 下(明 期 は午 前8時 か ら午 後8時 ま で)で 飼 育 した3〜4ヶ 月 齢 のWistar系 雄 ラ ッ トを 用 い た 。 実 験 開 始 時 の体 重 は380〜430gで あ っ た。

ス コ ポ ラ ミ ン投 与 群 は 、 学 習 課 題 施 行 の14日 前 よ り 生 理 的 食 塩 水 で 希 釈 した ス コ ポ ラ ミン溶 液 を腹 腔 内へ 毎 日0.4mg!kg投 与 す る 群(SPI群;n=5)、 同 様 に

1mg/kg投 与 す る 群(SPII群;n=5)、 さ ら に、 学 習 施 行 の4週 間前 よ り、 ス コポ ラ ミ ン を充 填 した 浸 透 圧 ポ ン プ(Alzet2ML4)を 皮 下(背 側 部)に 埋 め 込 み 連 続 投 与(2.5ｵ1/hr,約0.8〜1mg/kg/day)す る群(SP

m群;n=5)の3群 を 設 け た。 統 制 群 と して 同 量 の 生 理 的 食 塩 水 を腹 腔 内 へ 投 与 す る 群(CI群;n=5,C

H群;n=5)と 浸 透 圧 ポ ン プ に よ る皮 下 連 続 投 与(C m群;n=4)を 設 け た 。

腹 腔 内 投 与 群(r群 とII群)は 投 与 終 了 後 、 翌 日 よ りモ ー リス 水 迷 路 の 空 間学 習 課 題 を行 っ た。 皿 群 は、

浸 透 圧 ポ ン プ を埋 め 込 ん で か ら1ヶ 月後 に実 験 を開 始 した。 実 験 時 間 は 明 期 の 午 後4時 か ら7時 の 間 に 行 っ た 。 図1に 示 した よ う に 、 モ ー リス 水 迷 路 は直 径150

A B

樋助脇咽a

CCDカ メ ラ

離 ダ

{ニ ター

AXIS90

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実験者

12cm

プ ラ ッ トホ ー ム

150cm

協簡照畷脇

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唱い 鰻

30￠m モ

ー リス ホ 迷 路

唖)・ ア

圖.8

8

題 ×

∴劇

口

⑭

ラットケージ樋

ドア

ラットケージ欄

図1実 験 装 置 と実 験 配 置 図

Aは 横 面 図 でBは 上 面 図 を示 す 。 プ ー ル の 内 壁 は 黒 色 に 塗 っ て あ り,ラ ッ トの 白色 をCCDカ メ ラ で 自 動 的 に 感 知 し,泳 い だ 軌 跡 を追 跡 す る 。Bの モ ー リス 水 迷 路 上 の 数 字(5〜8)は 一 日の 各 試 行 で の 出 発 点 を示 す 。G1〜G4は 円 形 プ ー ル の4分 割 領 域 を示 して い る 。E,W,S,Nは 東 西 南 北 の 方 向 を 示 す 。

一g一

抗 コ リ ン作 動 薬 長 期 投 与 後 の ラ ッ ト空 間 学 習 の 成 立 過 程 と海 馬 内 の 形 態 学 的 変 容 との 関 連

cmの 円 形 フ゜ 一 ル で 、 水 深31cmと し、水 面 下1cmの と ころ に プ ラ ッ トホ ー ム を セ ッ ト した 。水 槽 内 面 は 黒 色 に 塗 っ て あ る。 補 助 照 明 下 で1試 行90秒 間 で 一 日4試 行 の4日 間 の 場 所 学 習 の 訓 練 を行 っ た 。 一 日の 各 試 行 の 出発 点 は4カ 所(図1Bの5,6,7,8に 相 当 す る)で 毎 日の 出 発 順 序 は ラ ン ダ ム と した 。 従 っ て ラ ッ トは周 囲 の様 々 な 空 間 的 配 置(図1B)に よ りプ ラ ッ トホ ー ム の 場 所 を学 習 す る こ と に な る 。5日 目 に逃 避 す る た め の プ ラ ッ トホ ー ム(ゴ ー ル)を 取 り除 き、 ゴ ー ル 付 近 に どれ ぐ らい 滞 留 す るか を確 か め る 試 行(プ

ロー ベ テ ス ト)を1試 行 行 った 。 この 場 合1試 行60秒 間 で 、 出 発 点 は プ ラ ッ トホ ー ム の 対 面(図1BのE)

と した 。6日 目 に プ ラ ッ トホ ー ム可 視 条 件(水 面 上1 cm)で 手 が か り学 習 課 題 を90秒 間4試 行 行 っ た。 図

1Aに 示 し た よ う に 、 行 動 解 析 装 置(Axis90、 ニ ュ ー ロ サ イ エ ンス 社)とCCDカ メ ラ を用 い て 、 ラ ッ トの 白色 と周 囲 の 黒 色 の 二 値 化 に よ り 自動 的 に 、 各 試 行 毎 の ゴ ー ル まで の 泳 い だ軌 跡 、 逃 避 潜 時 、 平均 速 度 、 ゴ ー ル付 近 の 通 過 数 と滞 留 時 間 を 求 め た 。

学 習 実 験 終 了 後 、0.1%硫 化 ナ ト リ ウ ム 溶 液 と8%

ホ ル マ リ ン溶 液 で 脳 を 灌 流 固 定 し脳 を摘 出 した。60ｵm の 凍 結 連 続 薄 切 片 を作 製 し、Timm染 色 法 に よ り海 馬 歯 状 回 の 穎 粒 細 胞 軸 索(mossyfiber)終 末 を標 識 した 。 Timm染 色 は 、 ス ラ イ ドグ ラ ス に 貼 り付 け た 脳 切 片 を 20%ア ラ ビ ア ゴ ム 溶 液 と10%硝 酸 銀 溶 液 とB溶 液(2

%ハ イ ドロ キ ノ ン+3%ク エ ン 酸)を そ れ ぞ れ50:

1:10の 割 合 で 溶 か した 反 応 液 で3〜4時 間 暗 室 内 で 反 応 させ た。 そ の 後NeutralRedで 対 染 色 を行 っ た 。 こ れ らの 標 本 に つ い て 、1枚 毎(120ｵm毎)にTimm染 色 され たmossyfiberterminalを コ ン ピュ ー タ に取 り込 み,そ の 面 積 と海 馬 全 体 に対 す る面 積 比 お よ び全 体 の 容 積 を 求 め 、 空 間 学 習 成 績 と海 馬 歯 状 回 の 形 態 学 的 変 容 との 関 連 を検 討 した 。

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III

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(1)ス コ ポ ラ ミ ン の空 間 学 習 に 及 ぼす 影 響

場 所 学 習 訓 練 時 の プ ラ ッ トホ ー ム へ 逃 避 す る ま で の 潜 時 に つ い て 調 べ た と こ ろ,図2に 示 し た よ う に,14

日 間 の ス コ ポ ラ ミ ン0.1mg/kg腹 腔 内 投 与 群(1群 〉

一g一

 る ヨ  でア   り む    セ ロ ロさ

1CueLearning

Probetest

図2逃 避 潜 時 の 各 試 行 毎 の 変 化

実 線 が 統 制 群 で 点 線 が ス コ ポ ラ ミ ン 群 の 平 均 潜 時 と 標 準 誤 差 を 示 す 。1,ll,lllは そ れ ぞ れ ス コ ポ ラ ミ ン 0.4mg!kg14日 間 腹 腔 内 投 与 群,1mg!kg14日 間 腹 腔 内 投 与 群,浸 透 圧 ポ ン プ に よ る28日 間 投 与 群 と そ れ ぞ れ に 対 応 す る 統 制 群 を示 し て い る 。16試 行 の 場 所 学 習(place learning)後,プ ラ ッ トホ ー ム を取 り除 く プmベ テ ス

ト(probetest)を1試 行(17試 行 目)行 い,そ の 後, プ ラ ッ トホ ー ム 可 視(水 面 か ら1cm上)条 件 で4試 行 手 が か り学 習(cuelearning)を 行 っ た 。*:p<0.05

お よ び1mg!kg腹 腔 内 投 与 群(II群)で は学 習 が 進 む

に つ れ て 徐 々 に潜 時 の 短 縮 が 見 られ,最 終 的 に16試 行

目 で10秒 前 後 と な り,い ず れ の群 も統 制 群 と有 意 な 差

は認 め ら れ な か っ た。 また,こ れ らの 群 で は統 制 群 に

お い て も潜 時 が 試 行 毎 に変 動 す る 傾 向 が 観 察 さ れ た 。

特 に 毎 日の 第1試 行 目(5試 行 目,9試 行 目,13試 行

目)に そ の 傾 向 が 認 め られ た。 そ れ に対 して,浸 透 圧

ポ ンプ に よ る28日 間連 続 投 与 群(皿 群)で は,場 所 学

習 訓 練2試 行 目(SP皿:72±15秒,C皿:26±19秒)

吉田和典

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0リ ロ ぞ コ る さ ロ ア ロ リ ロロ ロ ロを ロ け  さ ロじ ア ロこ ね ヱロヱロ   むコ 

PlaceLearningtCueLearning

Probetest

図3逃 避 までの平 均水 泳 速度 の各 試行毎 の 変化 説明 は図2と 同様 であ る。

と5試 行 目(SP皿:76±8秒,Cm:42±15秒)に お い て 逃 避 潜 時 の 有 意 な延 長 が 認 め られ た(P<0.05)。

しか しそ の 後 の 試 行 に お い て は 図 か ら も明 らか な よ う に急 激 な 逃 避 潜 時 の 短 縮 が 見 られ,有 意 差 は 認 め られ なか っ た 。 プ ラ ッ トホ ー ム 可 視 条 件 下 で の 手 が か り学 習 で は,ス コ ポ ラ ミ ン1群 の 潜 時 の 延 長 傾 向 が 見 られ る もの の,有 意 差 は な く,そ の他 の 群(H群,皿 群) で も,プ ラ ッ トホ ー ム の位 置 が 場 所 学 習 時 と異 な っ て い る に も関 わ らず,第2試 行 目(図2の19試 行 目 に相 当 す る)で す で に両 群 と も学 習 が 完 成 して い る こ とが 図 か ら明 ら か で あ り,場 所 学 習 の 訓 練 初 期 で 見 られ た ス コ ポ ラ ミ ンの 抑 制 効 果(IH群)は 全 く観 察 さ れ な か っ た。 従 っ て は っ き り と した手 が か りさ え あ れ ば こ の 種 の 空 間 学 習 は 容 易 に 習得 で きる と言 え る 。

逃 避 潜 時 の 変 化 は泳 ぐ速 度 に依 存 して い る と考 え ら

れ る た め,出 発 点 か ら プ ラ ッ トホ ー ム まで の 平 均 水 泳 速 度 を 求 め た と ころ(図3),1群 とH群 で は ス コポ ラ ミン群 が 統 制 群 よ り平 均 速 度 が 遅 い傾 向 が 見 られ た の に対 して,皿 群 で は ス コ ポ ラ ミ ン群 が速 く泳 ぐ傾 向 が 観 察 され た 。 しか し なが らい ず れ の場 合 も統 計 的 有 意 差 は認 め られ ず,全 体 的 に場 所 学 習 訓 練 時 は学 習 が 完 成 す る に 従 って 徐 々 に速 度 が 減 少 し,手 が か り学 習 時 に も そ の 速 度 を維 持 す る傾 向 が 見 られ た 。 従 っ て ス コ ポ ラ ミ ンに よ る運 動 能 力 に対 す る 影 響 は全 く無 い こ と が 明 らか とな っ た。

場 所 学 習 課 題 で の 習得 基 準 に 単 に逃 避 潜 時 を用 い る の で は な くプ ロ ーベ テ ス トを行 う こ とが 重 要 で あ る と 言 わ れ て い る(2°)。 本 実 験 で も場 所 学 習 訓 練 終 了 後,今

まで あ っ た プ ラ ッ トホ ー ム を取 り除 い た状 態 で そ の 場 所 に ど れ く らい 長 く滞 在 す る か を確 か め る試 行 を行 い,

(sec) 35 30 25 20 15 10 5 0

1

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G1 G2

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GIG2G3G4

図4プ ロ ー ベ テ ス ト時 の4分 割 領 域 で の 滞 留 時 間 実 線 が 統 制 群 で 点 線 が ス コ ポ ラ ミ ン 群 の 平 均 滞 留 時 間 と標 準 誤 差 を 示 す 。G3が 逃 避 プ ラ ッ トホ ー ム が あ っ た 領 域 を示 す 。a:G3と そ の 他 の 全 て の 領 域(G1,G2,G4)

と の 間,b:G4とG2と の 間 に 有 意 差 が 認 め ら れ た(P

<0.05)o

抗 コ リン作動薬 長期投 与後 の ラッ ト空 間学習 の成 立過程 と海馬 内の形態学 的変容 との関連

60秒 間 の 試 行 中 に プ ラ ッ ト ホ ー ム の あ っ た4分 割 領 域 (G3)に 滞 在 し た 時 間 を 求 め た(図4)。 図 か ら 明 ら か な よ う に,1群,II群,皿 群 と もG3に25秒 間 以 上 滞 在 して い た 。 二 要 因 の 分 散 分 析 の 結 果,各 領 域 間 で 有 意 差 が 認 め ら れ た(1群:F=11.37,H群:F=

41.12,皿 群:F=26.44,df=3/32,P<0.01)。 テ ゥ ー キ ー 法 に よ る 下 位 検 定 の 結 果

,G3が い ず れ の 領 域 と も 有 意 に 長 く滞 在 し て お り(P<0.05),IIの み はG4とG2の 問 に も 有 意 差 が 認 め ら れ た(P<0.05)。

しか し な が ら,い ず れ の 場 合 も ス コ ポ ラ ミ ン 群 と統 制 群 と の 間 に は 有 意 な 差 は 全 く認 め ら れ な か っ た 。 こ の こ と は,16試 行 の 訓 練 に よ り場 所 学 習 を 完 全 に 学 習 し て お り,こ の 時 点 で ス コ ポ ラ ミ ン の 抑 制 効 果 が 消 失 し て い た こ と を 示 し て い る 。

(2)海 馬 歯 状 回 ニ ュ ー ロ ンの 形 態 学 的 変 容 と の 関連

場 所 学 習 の 習 得 に対 す る ス コ ポ ラ ミン の抑 制 効 果 と 海 馬 内 の形 態 学 的 変 容 過 程 との 関連 を検 討 す る た め に, 場 所 学 習 初 期 に 有 意 な 逃 避 潜 時 の 延 長 が 認 め ら れ た SP皿 群 に つ い て,Timm染 色 法 を用 い て 海 馬 歯 状 回 の

穎 粒 細 胞 軸 索(mossyfiber)の 終 末 分 布 を 検 索 し た 。 図5はTimm染 色 さ れ た 脳 切 片 を コ ン ピ ュ ー タ に 取 り 込 み,mossyfiber終 末 領 域 を 画 像 処 理 し た も の で あ る 。 SP皿 群5例,C皿 群4例 に つ い て,各 ズ・hOｵmの 脳 切 片 を1枚 毎(120ｵm)に 計36枚 のmossyf】ber終 末 の 形 状,面 積 及 び 全 体 の 容 積 を 求 め た 。 同 時 に 図5に 示 し た よ う に,海 馬 全 体 の 面 積 に 対 す るmossvfiber終 末 の 面 積 比 も 求 め,統 制 群 の も の と比 較 検 討 した 。

図6にC皿 群 のmossyfiber終 末 分 布 の 代 表 例 を 示 し た 。mossyfiber終 末 は 海 馬 歯 状 回 のHilusか らCA3,CA

2の 錐 体 細 胞 層 に 分 布 し て お り,吻 側 部 か ら 尾 側 部 に か け て 内 側 部 か ら 外 側 部 に 広 が っ て く る.さ ら に, bregma縫 合 よ り 後 方 約4600ｵmあ た り か ら 腹 側 部 に も 現 れ 始 め る 。 図7はSP皿 群 の 同 じ 代 表 例 を 示 し て い る が,図 か ら も 明 ら か な よ う に,特 に 吻 側 部(図 の4 番 目 か ら7番 目 の 標 本 で,bregma縫 合 か ら 後 方2160〜

2640ｵm)のHilus領 域 でmossyfiber終 末 か 増 大 し て い る こ と が 観 察 さ れ た 。 そ こ で こ れ ら の 現 象 を 数 量 的 に 評 価 す る た め に,図6及 び 図7に 示 し た 各 標 識 切 片36 枚 に つ い てmossyfiber終 末 の 面 積 を 求 め た 。 図8に 示

し た よ う に,今 回 は そ れ ぞ れ の 群 で 例 数 が 少 な い た め

灘 灘 翻 . 

灘 難 灘  ＼ 騨 蕪 籔 / 

嚥 難 灘 . 羅鰹 騨 鋸 騰 灘

図5Timm染 色 に よ る 海 馬 歯 状 回mossyfiber終 末 像

Tlmm染 色 切 片 を コ ン ピ ュ ー タ に 取 り 込 み 画 像 処 理 し た も の で,矢 印 が そ れ ぞ れ 海 馬 領 域(Hip‑

pocampalarea)と 歯 状 回mossyflber終 末 領 域(Mossyfiberterminalarea)を 示 す 。 解 剖 学 略 語 はPax‑

lnos&Watson(18)の 脳 図 譜 に よ る 。

一11一

吉 田和典

(ｵmfromBregma)

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図6統 制 群(CIII群)で のmossyfiber終 末 分 布

画 像 処 理 し たmossyfiber終 末 を 吻 側 部 か ら尾 側 部 に か け てbregma縫 合 か らの 距 離(ｵm) で 示 した 。 直 線 は 正 中 線 の 位 置 を 示 して い る 。 被 験 体 はC12。

(FtmfromBregma)

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図7ス コポ ラ ミ ン群(SPIII群)で のmossyfiber終 末 分 布 被 験 体 はSP12で,他 は 図6と 同 様 で あ る 。

抗 コ リン作動薬 長期投 与後 の ラッ ト空 間学習 の成 立過程 と海馬 内の形態学 的変容 との関連

→‑impaired一 昌一 一unimpaired ‐ ・‐control

(mm2)

2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.O o.s O.6 0.4 0.2 11

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一2.4 一3.0 一3.6 一4.2 _{一4 .8} 一5.4‑6.0

(mmfrombregma) caudal

図8mossyfiber終 末 の 面 積

ス コ ポ ラ ミ ン 群 で 逃 避 潜 時 に遅 れ を示 し た例(impaired,n=2)と 障 害 を示 さ な か っ た 例(unimpaired,n=3)と 統 制 群(control,n=4)で の 面 積 を示 して い る 。 横 軸 は 吻 側 部(rostral)か ら尾 側 部(caudaDに か け て,bregma縫 合 か ら後 方 へ の 距 離(mm)を 示

す 。

一 ◇‑impaired+‑unimpaired 一←control (%)

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15.0

10.0 5.0

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一1.8

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一2 .4 一3.0 一3.6 一4.2 ・4.8 一5.4‑6 .0

(mmfrombregma) caudal

図9海 馬 全 体 に対 す るmossyfiber終 末 の 面 積 比 説 明 は 図8と 同 様 で あ る 。

一13一

吉 田和 典

統 計 的 検 定 は 行 っ て い な い が,SP皿 群 の 特 に,場 所 学 習 訓 練 初 期 に 逃 避 潜 時 に 遅 れ を 示 し た 例(impaired, n=2)に お い て,逃 避 潜 時 に 遅 れ を 示 さ な か っ たSP 皿 群(unimpaired,n=3)や 統 制 群(control,n=4)に 比 べ て 吻 側 部 か ら 中 間 部(bregma縫 合 か ら 後 方 約1800 ｵmか ら3360ｵm)でmossyfiber終 末 の 面 積 が 増 大 し て い る こ と が 明 ら か と な っ た 。

面 積 そ の も の の 比 較 は 、 脳 の 大 き さ の 個 体 差 や 脳 の 固 定 段 階 で の 萎 縮 程 度 の 違 い が 大 き く 影 響 す る 可 能 性 が あ る の で 、 海 馬 全 体 に 対 す るmossyfiber終 末 の 面 積 比 を 求 め た 。 そ の 結 果 、 図9に 示 し た よ う に 、 ほ ぼ 図

8と 同 様 にSP皿 群 のimpaired群 で 、 吻 側 部(bregma縫 合 か ら 後 方 約1800〜2520ｵm)に 特 異 的 に 面 積 比 の 増 大 傾 向 が 認 め ら れ た 。 そ れ 以 外 の 部 位 で は 顕 著 な 違 い は 認 め ら れ な か っ た 。 ま た 、 場 所 学 習 に 遅 れ を 示 さ な か っ た 群(unimpaired)と 統 制 群 の 面 積 比 は す べ て の 部 位 で ほ ぼ 同 じ値 を 示 し て い た 。

考 察

本 研 究 は、 空 間 学 習(モ ー リ ス水 迷 路 に よる 場 所 学 習 と手 が か り学 習)の 習 得 に 及 ぼ す 抗 コ リ ン作 動 薬(ム ス カ リ ン受 容 体 遮 断 薬 で あ るス コ ポ ラ ミ ン)の 長 期 投 与 の 影 響 を検 討 す る と同 時 に、 学 習 障 害 の有 無 と海 馬 内 の 形 態 学 的変 容 との 関 連 を検 討 す る こ と を 目的 と し た 。 得 られ た結 果 を ま とめ る と、浸 透 圧 ポ ン プ に よ る 28日 間 皮 下 連 続 投 与 後(SPIH群)、 場 所 学 習 訓 練 初 期

(第2試 行 目 と5試 行 目)に プ ラ ッ トホ ー ム へ の 逃 避 潜 時 に有 意 な 遅 れ を示 した。 しか し、14日 間 腹 腔 内投 与 群(SPI群 とSPH群)で は 有 意 な 差 は 認 め られ な

か っ た 。 こ の こ とは 、 投 与 量 や 投 与 期 間 の 違 い も考 え られ るが 、 これ らに対 応 す る 統 制 群(CI群 とCH群) に お い て も逃 避 潜 時 が 各 試 行 で 大 き く変 動 して い た こ とか ら 、薬 物 効 果 よ り も毎 日の 腹 腔 内 注 射 とい う投 与 方 法 が ス ト レス と な り、 そ れ が 統 制 群 にお い て も場 所 学 習 習 得 に影 響 を及 ぼ し、 そ の 結 果 と して有 意 差 が 認 め られ な か っ た 可 能 性 が 考 え ら れ る 。 し か しSP皿 群 で もそ の 後 の場 所 学 習 試 行 にお い て は統 制 群 と差 は な く、 プ ロ ーベ テ ス トで も明 ら か な よ う に 、 ス コ ポ ラ ミ ン に よ る影 響 は 全 く認 め ら れ な か っ た。

以 前 か らス コポ ラ ミ ン に よ る様 々 な学 習 ・記 憶 障 害

は 痴 呆 や ア ル ツ ハ イ マ ー 病 の 薬 理 学 的 モ デ ル と し て 考 え ら れ て き た(2),(3)・(9)・(13)・('7>,(23)・(25)・(26>・(27)。し か し こ れ ら の 研 究 は ス コ ポ ラ ミ ン の 急 性 投 与(毎 日 の 訓 練 直 前 の 一 時 的 投 与)効 果 に 主 眼 を 置 き 、 慢 性 投 与 後 の 影 響 は ほ と ん ど 検 討 さ れ て い な か っ た 。 本 研 究 で は,ス コ ポ ラ ミ ン の 長 期 投 与 に よ る 空 間 学 習 の 習 得 に 及 ぼ す 影 響 を 検 討 し た 。 し か し な が ら 本 実 験 で の ス コ ポ ラ ミ ン慢 性 投 与 で は 痴 呆 モ デ ル と し て の 長 期 的 な 学 習 ・記 憶 障 害 が 現 れ ず,慢 性 投 与 後 の 訓 練 初 期 に の み 軽 度 の 記 憶 障 害 が 認 め ら れ た 。 こ の こ と は あ る 意 味 で ス コ ポ ラ ミ

ン の 作 用 時 間 が 短 い こ と が 一 因 と考 え ら れ る 。Ebert&

Kirch(8>は ス コ ポ ラ ミ ン を0.4〜0.8mg/kg皮 下 注 後 の 人 で の 単 純 反 応 時 間 を 調 べ た 。 そ の 結 果,注 入 後1時 間 で 抑 制 効 果 が 最 大 と な り,0.4mg!kgで は1時 間 後 に, 0.8mgノ 般gで も8時 間 後 に は 注 入 前 と 同 じ 値 を 示 す こ

と を 報 告 し て い る 。 す な わ ち 本 実 験 で の 浸 透 圧 ポ ン プ に よ る 連 続 投 与 群(SP皿 群)は,場 所 学 習 訓 練 初 期 ま で は 少 な く と も ス コ ポ ラ ミ ン の 作 用 が 残 存 し て お り, そ の 結 果,こ の 時 期 に の み 逃 避 潜 時 に 遅 れ を 示 し た と 考 え ら れ る 。

一 方,本 実 験 のSP皿 群 に お い て,場 所 学 習 初 期 に 障 害 を 示 し た 例 で 特 異 的 に 海 馬 歯 状 回 のmossyfiber終 末 が 吻 側 部 で 増 大 す る 結 果 が 得 ら れ た 。 今 ま で の 研 究 か ら,ス コ ポ ラ ミ ン 投 与 に よ り海 馬 で の ア セ チ ル コ リ ン 分 泌 が 増 大 す る こ と が 知 ら れ て い る(24)。ま た,海 馬 歯 状 回 のmossyfiberに は 亜 鉛 が 含 ま れ て お り,そ れ が 内 側 中 隔 核 破 壊 に よ っ て コ リ ン 作 動 性 入 力 を 遮 断 す る と,そ の 濃 度 が さ ら に 増 加 す る こ と も 報 告 さ れ て い る(22)。さ ら に,海 馬 歯 状 回 の 穎 粒 細 胞 は 生 後 も細 胞 増 殖(neurogenesis)が 環 境 に よ り 継 続 し て 生 じ る こ と が よ く知 ら れ て い る(19)。こ れ ら の こ と か ら,本 実 験 の 'll:で 得 ら れ た 海 馬 内mossyfiberの 形 態 学 的 変 容 過 程 は,お そ ら く長 期 に 及 ぶ ス コ ポ ラ ミ ン投 与 に よ り 海 馬 内 の ア セ チ ル コ リ ン 濃 度 が 増 し,そ の こ と が 歯 状 回 穎 粒 細 胞 のneurogenesisを 促 進 さ せ,そ の 結 果,mossy fiber終 末 の 面 積 を 増 大 さ せ た の で は な い か と推 察 さ れ る 。 こ れ ら の 形 態 学 的 変 容 と 学 習 成 績 と の 因 果 関 係 は 今 の と こ ろ 断 定 で き な い が,海 馬 歯 状 回 の 尾 側 部 は 嗅 覚 系 や 扁 桃 核 か ら の 入 力 を 受 け て い る の に 対 し て,吻 側 部 は 大 脳 皮 質 か ら の 入 力 を 専 ら 受 け て い る 領 域 に 対 応 し て い る(4)・(5)・(7)(L°)こと か ら,ス コ ポ ラ ミ ン に よ る 軽

抗 コ リン作 動薬長期 投与後 の ラ ッ ト空 間学 習の成立過 程 と海馬内の形 態学的変容 との 関連

度 の 学 習 障 害 を補 償 す る た め に大 脳 皮 質 か ら海 馬 歯 状 回 へ の コ リ ン作 動 性 入 力 が 増 加 した こ と に よ っ て, mossyfiber終 末 の 面 積 が 吻 側 部 で特 異 的 に 増 大 した 可 能 性 が 考 え ら れ る。 し か し な が ら,本 実 験 で のSP皿 群 に お い て も最 終 的 に は 空 間学 習 が 成 立 して お り,ス

コ ポ ラ ミン の慢 性 的 な抑 制 効 果 は 認 め られ なか っ た 。 こ の こ と は ス コポ ラ ミ ンの 投 与 期 間 や 投 与 量 に 関与 し て い る 可 能 性 も考 え られ るが,高 濃 度 の ス コ ポ ラ ミ ン で は逆 に 空 間学 習 の 成 績 が 良 くな る こ と も報 告 され て お り('),今 後 は空 間 学 習 の 習 得 過 程 に対 して ア セ チ ル コ リ ン以 外 の そ の 他 の薬 理 学 的 背 景 を考 慮 した検 討 が 必 要 とな る。

要 約

本 研 究 は,抗 コ リ ン作 動 薬 で あ る ス コポ ラ ミ ンの 慢 性 投 与 後 の モ ー リ ス水 迷 路 の場 所 学 習 及 び 手 が か り学 習 過 程 に及 ぼ す 影 響 を 観 察 し,学 習 障 害 の 有 無 と海 馬

内 の形 態 学 的 変 容 との 関 連 を検 討 した 。

そ の 結 果,浸 透 圧 ポ ン プ に よ る28日 間 連 続 投 与 群 (SPIH群)に お い て,訓 練 初 期 に逃 避 潜 時 の 有 意 な 増 大 が 認 め ら れ た 。 ま た,SPIH群 の 海 馬 及 び 歯 状 回 穎 粒 細 胞 の軸 索(mossyfiber)終 末 分 布 を検 索 した と こ ろ,特 に,逃 避 潜 時 の 遅 れ を示 した例 にお い て,海 馬 全 体 に対 す るmossyfiber終 末 の 面 積 比 が 吻 側 部 で 増 大 す る傾 向 が 観 察 され た 。 これ は ス コポ ラ ミ ンの 長 期 投 与 に よ っ て 歯 状 回 穎 粒 細 胞 の 補 償 的neurogenesisが 吻 側 部 に特 異 的 に生 じて い た 可 能 性 が 考 え られ た 。

しか しな が ら,今 回 の ス コポ ラ ミ ン投 与 で は,プ ロ ーベ テ ス トで も明 らか な よ う に

,投 与 量 や 投 与 方 法 に 関 わ らず,今 ま で報 告 さ れ た急 性 投 与 後 の 場 所 学 習 に 対 す る顕 著 な 抑 制 効 果 は 認 め られ な か っ た。

本 研 究 は,科 学 研 究 費 補 助 金(基 盤 研 究C(2),課 題 番 号:13610080)の 援 助 を受 け て 行 っ た もの で あ る。

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