セロトニン再取り込み阻害薬による不安緩和作用の作用機序解明-光遺伝学を用いて

大村 優
(北海道大学大学院医学研究科 助教)

2019年7月6日土曜日

論文紹介:CRISPR/Cas9を介したゲノム編集によるセロトニン5-HT1A受容体機能喪失

先日、ゲノム編集によって成熟マウスのセロトニン5-HT1A受容体の機能を喪失させることに成功したという成果をまとめた論文が受理されました。

CRISPR/Cas9-mediated in vivo gene editing reveals that neuronal 5-HT1A receptors in the dorsal raphe nucleus contribute to body temperature regulation in mice.
Nishitani N, Ohmura Y, Nagayasu K, Shibui N, Kaneko S, Ohashi A, Yoshida T, Yamanaka A, Yoshioka M.
Brain Res. 2019 Jun 10. pii: S0006-8993(19)30336-1. doi:10.1016/j.brainres.2019.06.009. [Epub ahead of print]
PMID: 31194947

これは特任助教の西谷直也先生との研究です。西谷先生は2018年4月に京都大学から北海道大学に赴任されて、今回の研究チームに加わってくれました。

ゲノム編集を用いた研究は当研究室からは初の発表なので、嬉しいです。ゲノム編集を自在に使えるようになれば、私たちの研究テーマであるセロトニン受容体の研究を効率よく進められます。セロトニン受容体は14種類も存在し、各受容体を選択的に刺激したりブロックしたりする薬があまり存在しないことが研究上の課題でした。そこで、遺伝子レベルで選択的調節を行うことでこの課題を解決しようとしています。

この研究のもう1つのポイントは、受精卵ではなく成熟動物を使用している、ということです。受精卵に対するゲノム編集は技術的問題のみならず倫理的な問題が大きく、少なくともヒトに使用するのは明らかに時期尚早です。結果として生まれる子供たちに決定権がない上に、誰がその結果の責任を取るのかも不明確で、しかもその影響が次世代に受け継がれてしまう可能性もあるからです。しかし、成人に使用するのであれば、それらの問題はほぼ無くなります。本人の意思で決定すればよく、生殖細胞以外への適用に限れば次世代への影響もありません。私たちの研究が初というわけではないのですが、成熟動物への適用を試した研究はまだ少なく、情報を蓄積していく過程に貢献できたのではないかと考えています。

2018年12月22日土曜日

論文紹介:ノルアドレナリン再取り込み阻害は内側前頭前野のドパミンD1様受容体刺激を介して衝動性を抑制する

先日、ノルアドレナリン再取り込み阻害薬のデュロキセチン、アトモキセチンが衝動的行動に与える影響とその作用の仕組みについて調べた成果をまとめた論文が受理されました。

Noradrenaline reuptake inhibition increases control of impulsive action by activating D1-like receptors in the infralimbic cortex.
Sasamori H, Ohmura Y, Yoshida T, Yoshioka M.
Eur J Pharmacol. 2018 Nov 29;844:17-25. doi: 10.1016/j.ejphar.2018.11.041. [Epub ahead of print]
PMID: 30503361

これは4月に大学院生になった笹森瞳さんとの研究です。笹森さんは学部生のうちから研究室に自主的に出入りし、論文発表までこぎつけました。無事に医師国家試験も合格し、医師兼大学院生として精力的に研究しています。

この研究は最近10年ぐらいの一連の成果のまとめのようなもので、2012年に自分たちが立てた仮説はおそらく正しいだろう、というものです。その仮説とは、多くの衝動性抑制薬には共通の仕組み(作用機序)があり、それは以下の2つである、というものでした。
1. 内側前頭前野という脳部位のドパミンD1様受容体を刺激する
2. 側坐核という脳部位のドパミンの量を増加させない

そして、この2つを満たす薬をスクリーニングすれば、効率よく衝動性抑制薬を見つけることができるだろう、というわけです。

今回はこの考え方に基づいて、デュロキセチンという薬の効果を検証し、上記の1.と2.を満たすとともに、衝動性を抑えることを示しました。さらに、すでに衝動性抑制薬として確立されているアトモキセチンという薬を用いて、上記の1.を満たすことを示しました(2.については先行研究で既に示されている)。よって、上記の考え方はおおよそ正しい方針だと結論付けたわけです。

ここまで読んで、鋭い方は、「なぜノルアドレナリン再取り込み阻害薬でドパミン関係の変化が起きるのか?」と疑問を持たれたかと思います。ノルアドレナリンとドパミンは構造は似ているものの基本的に別物です。また、こうも思われたかもしれません―「上記の1と2を両立させることは可能なのか?どちらもドパミンに関することだから、内側前頭前野でドパミンを増やしたら側坐核でも増えてしまうのではないか?」―。そうです、その通りです。しかし、まさにそこが今回の研究の「肝」なのです。

ノルアドレナリントランスポーターは通常はノルアドレナリンを取り込み、ドパミントランスポーターはドパミンを取り込みます。名称の通りです。しかし、例外的にノルアドレナリントランスポーターがドパミンを取り込むことがあります。ドパミントランスポーターが少ない場合に、その役割を肩代わりするようなのです(下図)。そしてその例外事象が起きるのが上記1.に出てくる内側前頭前野という脳部位なのです。一方、上記2.に出てくる側坐核という脳部位ではドパミントランスポーターが十分に発現しているので、名称通り、ノルアドレナリントランスポーターはノルアドレナリンを、ドパミントランスポーターはドパミンを取り込みます。以上のことを踏まえてノルアドレナリン再取り込み阻害薬でノルアドレナリントランスポーターの働きを阻害すると、何が起こるでしょうか?側坐核では単にノルアドレナリンの細胞内への取り込みが阻害されるので、ノルアドレナリンの細胞外濃度が上昇し、ドパミンの細胞外濃度は特に変わらないでしょう。しかし、内側前頭前野ではドパミンも取り込んでいるので、ノルアドレナリンだけでなくドパミンの細胞外濃度も上昇するわけです。このように、例外的事象を利用することで、一見難しく見える上記1.と2.の両立を可能にしたわけです。



以上のように、今回は巧妙に1.と2.を両立させたわけですが、この複雑なやり方だと目的以外の場所でノルアドレナリンの細胞外濃度を増やしてしまうことにもなるので、副作用が懸念されます。創薬までいくためには、もっとシンプルに1.と2.を両立できる方法を見つけられないか、と今考えていることです。結構大胆な仮説を立てて、笹森さんと一緒に進めているところです。果たして何がどうなるのか、ワクワクしています。




2018年2月12日月曜日

<論文紹介>児童青年期のマウスにおける衝動性の測定:3-選択反応時間課題の新しい訓練方法

先日、成熟前のマウスで衝動性を測る方法を開発した論文が受理されました。Open Accessなので誰でも見れます。

Assessment of Impulsivity in Adolescent Mice: A New Training Procedure for a 3-Choice Serial Reaction Time Task.
Sasamori H, Ohmura Y, Kubo T, Yoshida T, Yoshioka M.
Behavioural Brain Research. 2018. doi: 10.1016/j.bbr.2018.01.014. [Epub ahead of print]

これは医学部生の笹森瞳さんとの研究です。笹森さんは学部生のうちから研究室に自主的に出入りし、論文発表までこぎつけました。春からは晴れて医師兼大学院生...のはず。医師国家試験の結果だけが心配です。

さて、今回の研究結果の要点は、「食餌制限が難しい仔マウスで餌を報酬とした衝動性測定ができるようにしたよ」ということです。これができるようになると何が嬉しいか。一般に子供の衝動性は大人より高いとされていて、ADHDのような幼少期に発症する疾患でも衝動性の亢進は観察されます。なので子供の衝動性とその脳内メカニズムを研究することは重要なはずなのですが、これまで衝動性研究というのは方法論的な限界から大人の研究に偏っていました。このジレンマを克服する方法を開発した、ということです。

いろいろな工夫をしたのですが、主な改良点は餌制限の方法と訓練プログラムの変更です。訓練用のコンピュータープログラムも全部supplementary materialsで公開していますので、使いたい方はご自由にどうぞ。まだin press状態なのでsupplementary materialsは後日公開になりますが、いますぐ欲しいという方は大村まで連絡してください。

悔やまれるのは、論文発表が遅れたことです。ごく最近、同様の取り組みをした論文が連続して出てしまいました。「こんな面倒なこと、誰もやらないだろう」とたかをくくっていたのですが、見込みが甘かった、ということです。始めたのは私たちの方が早かったと思うのですが...。しかし、それでも私たちの方法の利点はいくつかあるので、誰かが使ってくれることを願うのみです。

最近は「方法・結果の惜しみない公開・共有」という流れが主流になりつつあり、科学界全体にとっては喜ばしいことだと思います。この論文もその流れに乗って方法から結果の生データまで全部公開しています。再現性の問題は科学界にとって最も重要な問題の1つです。自分の研究上の優位性を保ちたいがゆえに方法を一部隠す(正確に言えば隠してはいないんだけど、消極的公開というかなんというか)、というのは心情としては理解できるのですが、研究不正で科学界の信頼性が揺らいでいる今、そうも言っていられないだろう、と個人的には思っています。また、全員が出し惜しみなく公開・共有した場合、結果として科学全体の進展は早くなるでしょう。フリーライダーをどうするかという問題は残りますが。

何にせよ、学部生が論文発表する、というのは喜ばしいことでした。就職難から大学院生が減っているので、学部生をリクルートしてきたわけですが、それが一応実ったと言えるでしょう。どんどん研究室に出入りする学部生が増えてきているので、今後が楽しみです。

2017年8月17日木曜日

論文紹介:抗うつ薬ミルナシプランは衝動的行動、攻撃行動、うつ様行動に対して、異なる用量依存性を示す

先日、抗うつ薬であるミルナシプランが衝動的行動、攻撃行動、うつ様行動に与える影響について調べてきた成果をまとめた論文が受理されました。

Milnacipran affects mouse impulsive, aggressive, and depressive-like behaviors in a distinct dose-dependent manner.
Tsutsui-Kimura I, Ohmura Y, Yoshida T, Yoshioka M.
Journal of Pharmacol Sciences. 2017 Jul;134(3):181-189. doi: 10.1016/j.jphs.2017.06.004.

これは当時大学院生であった木村生さんとの研究です。木村さんは卒業後、慶応義塾大学でポスドクをして、この夏からはHarvard Medical Schoolに留学予定です。いいなあ、留学。

さて、今回の研究結果の要点は、「ミルナシプランは衝動的行動、攻撃行動、うつ様行動に影響を与えるが、その用量反応曲線はそれぞれは異なる。そしてその理由は内側前頭前野および側坐核という脳部位のセロトニン、ドパミン細胞外濃度変化によって部分的には説明できる。」ということです。

これだけだと一部の専門家以外分からないと思うので、もう少し説明します。

ミルナシプランは主に抗うつ薬として用いられていますが、衝動性も抑えるという効果が動物実験で繰り返し報告されている一方で、ヒトでは投薬開始初期に衝動性や攻撃性の亢進がみられるという報告もあります。これらの矛盾を何とか説明できないか、というのがこの研究のモチベーションでした。

「用量依存性」「用量反応曲線」とか言うと薬の研究している人以外は?となってしまいますが、何も難しい話ではありません。単純に考えれば、薬の量を増やせば効果もどんどん増えますよね?それをグラフにしただけです。しかし、薬を研究している人たちの間では、薬の量と効果が単純な線形比例関係(どこかで効果が頭打ちはしますが)になっているとは限らない、ということが知られています。精神機能に影響を与える薬については、経験的には、U字型、逆U字型の用量反応曲線を描くことの方が多いと思います(縦軸を効果、横軸を薬の投与量として)。例えば、薬が少量だと効果がないが、中程度の量だと効果がある。しかしもっと多い量だと逆に効かなくなる、というようなことです。

さて、だとすると、もしかしたら薬の用量反応曲線というのが、それぞれの精神機能ごと(衝動性、攻撃性、うつ)に違ったりしませんかね?そして、その違いがミルナシプランの効果についての矛盾を説明したりしませんか?というのが今回の仮説でした。

これまでは薬がそれぞれの行動(衝動的行動、攻撃行動、うつ様行動)に与える効果を別々の実験動物やヒト、もしくは異なる実験条件下で観察してきたけど、同じ動物、もしくは実験条件を揃えて、薬の投与量を振ってすべての行動を見てみましょう、というのが今回の取り組みの新しい点です。

その結果、おもしろいことがわかりました。
まず、仮説通りに用量反応曲線はそれぞれの行動に対して異なる様子を見せたのですが、「こんなに違う?」というぐらい違いました。うつ様行動については単純な比例関係でした(薬の量が増えるほど抗うつ効果が高まる)。衝動的行動と攻撃行動についてはU字型の反応曲線を示したのですが、位相がずれている上に、高用量だと逆に悪化という現象が攻撃行動についてのみ見られました(下図参照)。
この結果は先行知見の矛盾を説明できるものです。つまり、「ミルナシプランで攻撃行動や衝動的行動が抑制される」という研究は上図の左側を見ていて、「ミルナシプランは抗うつ効果がある」という研究は上図の右側を見ているのでしょう。

こうなってくると、次に知りたいのは、「この副作用は回避できないの?」ということです。抗うつ作用を得ようとして薬の量を上げていくと、衝動性は抑えられないし攻撃性は上がるので、困ってしまいます。うまく中程度の量を狙う(上図の中央あたりを狙う)、というのが現時点での解決策でしょうが、基礎研究者としては脳内メカニズムの解明から理屈による回避を狙いたいのです。

そこでミルナシプランを投与した動物の脳内のセロトニン、ドパミン濃度変化を調べたところ、どうも衝動的行動については内側前頭前野および側坐核という脳部位のドパミンで説明がつきそうなのですが、攻撃行動については今回調べた範囲の証拠では説明がつかないようです。このあたりは今後の課題でしょうか。

10年以上薬理学研究に携わってきましたが、用量反応とは奥深いと改めて感じた研究でした。

2017年1月11日水曜日

論文紹介:禁煙補助薬バレニクリンはニコチン曝露状態に依存して衝動的行動を引き起こす

先日、禁煙補助薬であるバレニクリン(商品名:チャンピックス)が衝動性に与える影響について調べてきた成果をまとめた論文が受理されました。

Varenicline Provokes Impulsive Action by Stimulating α4β2 Nicotinic Acetylcholine Receptors in the Infralimbic Cortex in a Nicotine Exposure Status-Dependent Manner.
Ohmura Y, Sasamori H, Tsutsui-Kimura I, Izumi T, Yoshida T, Yoshioka M.

Pharmacology Biochemistry & Behavior, 2017, in press, 
http://dx.doi.org/10.1016/j.pbb.2017.01.002

この研究の要点は、「バレニクリンを投与するとラットは衝動的行動を示す。ただし、その効果はニコチンを長期投与していない場合にのみ見られる。」ということです。他にも薬の投与経路を変えることの効果やバレニクリンの効果の脳内メカニズムなど細かいこともいろいろ調べているのですが、そのあたりはこの分野の研究者以外あまり興味のないことでしょうから割愛します。

バレニクリン(商品名:チャンピックス)は禁煙補助薬として知られていますが、この薬はタバコの主成分であるニコチンと似た効果(ただし弱い効果)を持っているので、ニコチンと同様の悪影響をもたらしてしまうのでないか?という懸念がありました。動物にニコチンを投与すると衝動的になる(待てなくなる)、ヘビースモーカーは衝動的な人が多い、ということがこれまで示されてきました。では、バレニクリンも衝動性亢進作用を持っているのではないか?と考えたわけです。実際、バレニクリンは衝動性亢進作用を持っていたわけですが、動物にニコチンを長期間投与して喫煙者のような状態を作り出してから再びバレニクリンを投与すると、その衝動性亢進作用は消失しました。これはおそらく、ニコチンの長期間投与が、ニコチンの効果を担っている受容体(ニコチンに反応するタンパク質)が脱感作を起こしたからだと考えられます(繰り返し反応することで反応が鈍くなった)。つまり、バレニクリンの悪影響(衝動性亢進作用)については、少なくとも喫煙者に使っている分には気にしなくて良い、と考えられます。

最近はバレニクリンが他の依存症-アルコール依存症など-にも使えるのではないか、と期待されているので、それには若干水を差す結果となりましたが、禁煙補助薬としてはやはり優秀だった、というところでしょうか。

今回の研究は正直、そこまで目新しい成果はありませんでした。こういう結果だとあまり論文を書く気が起きないのですが、そこは自分を奮い立たせて書きました。ちゃんと資料として残して公開しておけば、誰かの役には立つかもしれませんしね。華やかな研究が注目されますが、コツコツ小さな証拠を固めて行くのも科学だ、と自分に言い聞かせて。

2016年4月6日水曜日

論文紹介:マウス内側前頭前野の錐体細胞活性化によって餌探索行動が増す一方で、衝動性は抑えられる

最近、University of VirginiaのMichael Scottとの共同研究が実を結び、論文が無事発表されました。

Activation of pyramidal neurons in mouse medial prefrontal cortex enhances food seeking behavior while reducing impulsivity in the absence of an effect on food intake.
Warthen D, Lambeth P, Ottolini M, Shi Y, Barker B, Gaykema R, Newmyer B, Ohmura Y, Perez-Reyes E, Guler A, Patel M, Scott M.
Front. Behav. Neurosci. http://dx.doi.org/10.3389/fnbeh.2016.00063

私はマウスで衝動性を測定するためのプログラムを提供して、実験の遂行と論文作成にあたりアドバイスした、ということで名前を連ねています。Dr. Scottからメールが来た時は自分の作ったプログラムに興味を持っている人がいたことに驚きと喜びを覚えました。何にせよ上手くいって良かったです。

研究内容は、"DREADD(Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs)"という方法を用いてマウスの「内側前頭前野」という脳部位の「錐体細胞」という種類の細胞を活性化させることで、マウスの行動がどう変わるかを見た、というものです。結果としては餌を得ようとする行動が増えたのですが、同時に不適切な場面ではそれを抑制する能力も増した、というものでした。

以下、用語説明。
<DREADD>
ちゃんと説明すると長くなるので簡単に言いますと、特定の薬(A)にだけ反応する受容体(B)を人工的に作り出して、その受容体(B)を特定の種類の細胞(今回の研究では錐体細胞)にだけ強制的に発現させる、というものです。こうすることで、後は薬(A)を与えれば、標的となる細胞を活性化することができます。

<内側前頭前野>
ヒトでいう前頭前皮質(prefrontal cortex)に相当すると考えられる脳領域。ヒトでは理性などを司るとされています。ラットやマウスでもこの脳領域が衝動的行動の調節に重要な役割を果たしていることが知られています(2015年12月4日金曜日のブログ参照)。

<錐体細胞>
内側前頭前野にもいろいろな種類の細胞が存在します。その中で代表的なものが錐体細胞です。錐体細胞は興奮性の働きを持っていて、遠くの場所(他の離れた脳部位)に信号を送ることができます。

今後とも国内外問わず共同研究を進めていきたいものです。まずは第一歩、というところですかね。

2016年3月4日金曜日

脳科学セミナー開催のお知らせ

3月22日にゲストを呼んでセミナーを行います。場所は北海道大学医学部です。
私も前座でトークします。
ゲストの山中先生の話がおもしろいことは間違いありません。保証します。
基本的に大学生対象ですが、他の方も歓迎です。