平成２７年８月６日
福岛県立医科大学
広岛大学
アルツハイマー型认知症の记忆障害メカニズムに関する新発见
研究成果のポイント
- アルツハイマー型认知症の初期症状のひとつである再认记忆の障害に関わる２种类の脳内(前脳基底部)アセチルコリン神経细胞は、それぞれが异なる再认记忆（场所と物体の记忆）の机能に重要な役割を持つことが明らかになりました。
- 再认记忆障害における病态の発症机序の理解や新しい治疗薬の开発に结び付くものと期待されます。
福岛県立医科大学の小林和人教授?西澤佳代助教?小林とも子研究員と広岛大学の坂田省吾教授?岡田佳奈研究員の共同研究チームは、標的とした神経細胞のみを取り除く技術を利用して、脳内の前脳基底部に存在し、アセチルコリンを伝達物質とする神経細胞を除去することに成功し、その結果、物体の場所やそれ自身の認識に関わる記憶機能が低下することを明らかにしました。これらのアセチルコリン神経細胞には2種類のタイプ（内側中隔あるいはマイネルト基底核と呼ばれる脳の領域に存在する神経細胞）があり、前者の除去により、動物は物体がどこにあるかがわからなくなり、後者の除去では、その物体が何かということがわからなくなりました。これまで、アルツハイマー型認知症においてアセチルコリン神経細胞が失われることは指摘されていましたが、それぞれのアセチルコリン細胞がどのように記憶機能に関わっているのかについては全くわかっていませんでした。今回、異なるタイプのアセチルコリン神経細胞が、別々の再認記憶の機能を担っていることが世界で初めて発見されました。このことは、アルツハイマー型認知症の病態の発症機序や記憶障害に対する治療薬の開発に大きく結び付くと考えられます。本研究の成果は、英国科学誌Scientific Reports（８月６日号）に掲載されます。
研究の背景
再认记忆は、我々の持つ最も基本的な记忆机能のひとつで、かつて见た物や出合った人、访れた场所などのことを思い起こす时に不可欠となるものです。アルツハイマー型认知症では、进行する神経変性と共に重篤な记忆障害が生じますが、その初期症状としてこの再认记忆の障害が顕着に现れます。それと同时に、様々なシナプスの変性や神経细胞の死灭に先んじてアセチルコリンを伝达物质とする神経细胞が脱落を始めることも知られています。このことから、アルツハイマー型认知症における再认记忆障害が、アセチルコリン神経细胞の脱落によって引き起こされること、また、アセチルコリン神経细胞の机能低下に対する治疗を行う事で初期の记忆障害を回復させることができる可能性が示唆されます。これまでも、认知症の记忆障害にアセチルコリン神経细胞の机能低下が関わっていることは、早くから指摘され、研究が积み重ねられてきましたが、どのアセチルコリン神経细胞が再认记忆にどのようにして関わっているのかについてはほとんど明らかになっていませんでした。本研究では、异なるタイプのアセチルコリン神経细胞が别々の再认记忆の机能（场所と物体の认识）を担っていることが初めて発见されたほか、それぞれの记忆障害は、アセチルコリンの分解酵素を阻害する抗认知症薬の投与によって回復することがわかりました。これらの知见は、アルツハイマー型认知症の病态の解明や本疾患に対する治疗薬の开発に大きく结び付くと考えられます。
研究内容と成果
研究チームは、細胞標的法という技術を利用して、脳領域（前脳基底部）からアセチルコリン神経細胞のみを取り除いたマウスを作製しました（図１）。前脳基底部には主なアセチルコリン神経細胞が2種類あり、ひとつは内側中隔に存在し、海馬という脳領域に投射する神経細胞群（図１の緑色の細胞）で、もうひとつはマイネルト基底核に存在し、大脳皮質に投射する細胞群（図１の水色の細胞）です。今回は、それぞれの細胞群を除去したマウスを別々に作成し、動物の再認記憶について、広場においたいろいろな物体を見せるテスト（物体探索課題）を用いて検証しました。今回のテストには2種類あり、ひとつは何度もみた物体の位置と物体そのものを覚えているかどうかを検証するテスト(図2, 連続物体探索課題)で、もうひとつは一度だけ見た物体の位置と物体そのものを覚えているかどうかのテスト(図3, 単回物体探索課題)でした。動物は、いろいろな物を置いた広場に放たれると、その好奇心から物に近づき、鼻先で触ったりにおいを嗅いだりして物体を探索します。しばらく探索すると物体に慣れて探索量が減ってきますが、物体の位置を変えたり(空間テスト)、物体を新しいものと交換したり(物体テスト)すると、動物は物体の変化を認識することで好奇心が高まり、物体に対する探索量が再び増えます。このようなマウスの持つ好奇心と探索の性質を利用したテストによって、アセチルコリン神経細胞を損傷したマウスの記憶機能を調べました。
正常なマウスもアセチルコリン細胞を除去したマウスも広場や物体に対する慣れには異常がありませんでしたが、内側中隔のアセチルコリン神経細胞を損傷したマウスでは、連続物体探索課題でも単回物体探索課題でも、物体そのもののことは覚えていましたが、物体の置かれていた位置を覚えていないことがわかりました（図２,図３）。一方、マイネルト基底核のアセチルコリン神経細胞を損傷したマウスは、物体の置かれていた位置については覚えていましたが、単回探索課題において、物体そのものを覚えていませんでした（図２,図３）。次に、これらの再認記憶障害が、リバスチグミンやドネペジルといった、抗認知症薬として用いられるアセチルコリンの分解酵素の阻害薬によって回復することができるかどうかを調べたところ、どちらの抗認知症薬を投与しても、２種類のアセチルコリン神経細胞の損傷に起因する再認記憶の障害を回復させることができました(図4, 図5)。
この研究の结果は、内侧中隔と海马を结ぶアセチルコリン神経细胞が场所の认识に関わる记忆に重要な役割を持つことを示すとともに、マイネルト基底核と大脳皮质を结ぶアセチルコリン神経细胞は物体自身の认识に関わる记忆に必须であることを示しています。后者の物体再认记忆障害に関しては、特に、作业记忆といって、ある试行の中で一时的に働く记忆の障害とも関係しているようです。これまで、アセチルコリンの记忆に関する役割に関しては、様々な可能性が指摘されていたにも関わらず、详细が定かではありませんでしたが、今回の研究によって、2种类のアセチルコリン神経细胞が别々のタイプの再认记忆を分担して调节していることが初めて証明されました。
以上の研究は、今后、アルツハイマー型认知症など记忆机能に重篤な障害を示す脳神経疾患の病态の解明や、疾患の改善につながる治疗薬の开発?応用に结び付くものと期待されます。
本研究は、福岛県立医科大学と広岛大学の共同研究による研究成果です。
【図１】アセチルコリン神経细胞を选択的に取り除く方法
A: 細胞標的法：遗伝子改変技术を利用して脳内の特定の神経细胞に、标的タンパク质（この场合は、ヒトのインターロイキンー２受容体αサブユニット）を発现させます。この动物の脳内にイムノトキシン(滨罢)と呼ばれる人工タンパク质を注入すると、标的タンパク质を认识して细胞の中に取り込まれ、この细胞を死灭させます。この処理によって、脳の神経回路から标的タンパク质を持つ细胞群を选択的に除去することができます。
B: ２種類のアセチルコリン神経細胞の除去：前脳基底部のアセチルコリン神経细胞には、内侧中隔から海马に投射する细胞群（緑色）とマイネルト基底核から大脳皮质に投射する细胞群（水色）が存在します。アセチルコリン神経细胞において标的タンパク质を発现する遗伝子改変マウスを作製し、この动物の内侧中隔あるいはマイネルト基底核にイムノトキシンを注入しました。各领域のアセチルコリン神経细胞を染色して视覚化すると、正常群にはアセチルコリン神経细胞(写真の中で黒くみえます)が存在しますが、除去群ではこの细胞が取り除かれていることがわかりました(矢印で示した部分)。また、それぞれの领域のアセチルコリン细胞以外の神経细胞は除去されずに残っています。
【図２】连続探索课题において、内侧中隔アセチルコリン细胞を除去すると物体の位置が思い出せなくなる
A: 連続物体探索課題：円い広场に5つの互いに异なる物体を置き、マウスに自由に探索させます。この探索を何度も繰り返すとマウスは物体に惯れて、徐々に物体に接触する回数が减少します。次の空间テストで2つの物体の位置を変えると、正常なマウスは动いた物体に対してのみ好奇心を復活させ、また触って探索するようになります。最后の物体テストでは、ひとつの古い物体を全く新しい物体と交换します。正常なマウスは以前からある物体に対する探索量は少ないままですが、新奇な物体に対して频繁に探索するようになります。
B: 空間テストにおける内側中隔アセチルコリン神経細胞除去群の障害：内侧中隔にあるアセチルコリン神経细胞が正常なコントロール群では、空间テストで移动した物体への探索量がそのままの物体への探索量よりも多かったのですが、同细胞を除去したマウスは、移动した物体への探索量が増加しませんでした。内侧中隔のアセチルコリン细胞の损伤によって、空间に関する再认记忆が障害され、空间テストで移动された物体がどれであったかがわからなくなったのです。
C: 物体テストにおいて両方のアセチルコリン神経細胞除去群とも新しい物体を見分けられる：连続物体探索课题の物体テストでは、内侧中隔のアセチルコリン神経细胞を除去したマウスとマイネルト基底核のアセチルコリン神経细胞を除去したマウスの両方が、コントロール群と同様に、以前からある物体よりも新しい物体に対する探索量が増えました。これは、どちらのアセチルコリン神経细胞が除去されても、何度も见た物体に関しては见たことがあるものがどれなのかがわかったということです。
【図３】 単回探索課題において、内側中隔アセチルコリン細胞を除去すると物体の位置が思い出せなくなり、マイネルト基底核アセチルコリン細胞を除去すると物体自身のことが思い出せなくなる
A: 単回物体探索課題：四角い広场に2つの同じ物体を置き、マウスに自由に探索させます。その后、少し时间(遅延)をおいてから、空间テストでは1つの物体の位置を変え、物体テストでは1つの物体を违う物体と交换します。空间テストでは、マウスは动いた物体に対して探索を復活させます。物体テストでは、マウスは新奇な物体に対して频繁に探索するようになります。
B: 空間テストにおける内側中隔アセチルコリン細胞除去群の障害：空间テストにおいて、内侧中隔にあるアセチルコリン神経细胞を除去したマウスは、移动した物体の探索をあまり行いませんでした。マイネルト基底核にあるアセチルコリン型神経细胞を除去したマウスは、正常なコントロール群と同じように、移动しない物体にはあまり近づきませんでしたが、移动した物体には频繁に近づいて探索しました。これは、内侧中隔のアセチルコリン细胞の欠落によって、空间に関する再认记忆が障害され、空间テストで移动された物体がどれであったかがわからなくなったために起こったことです。
颁:物体テストにおけるマイネルト基底核アセチルコリン细胞除去群の障害：物体テストにおいて、マイネルト基底核にあるアセチルコリン神経细胞を除去したマウスは、新奇な物体の探索をそれほど行いませんでした。内侧中隔にあるアセチルコリン型神経细胞を除去したマウスは、コントロール群同様、新奇な物体を频繁に探索しました。マイネルト基底核の欠落によって、物体そのものに関する再认记忆が障害され、一度见たことがあるはずの物体がどちらであったかがわからなくなることが明らかになりました。
【図４】抗认知症薬を投与すると、连続探索课题における内侧中隔アセチルコリン细胞を除去したマウスの空间认识に関する记忆障害が回復する
A: 抗認知症薬投与と連続物体探索課題実施の流れ：マウスの内側中隔アセチルコリン神経細胞を除去した後、腹腔内にドネペジル(低濃度: 2μmol/kg、高濃度: 4μmol/kg)とリバスチグミン(低濃度: 2μmol/kg、高濃度: 4μmol/kg)、または生理食塩水を投与し、連続物体探索課題を行いました。
B: 薬剤投与による空間認識に関する記憶障害からの回復：内侧中隔にあるアセチルコリン神経细胞を除去したマウスに生理食塩水を投与しても、移动した物体への探索量が増加しませんでした。しかし、ドネペジルやリバスチグミンを投与すると、除去マウスが移动していない物体よりも移动した物体に频繁に近づいて探索するようになりました。これは、内侧中隔のアセチルコリン细胞の损伤によって空间に関する再认记忆が障害されていたのにも関わらず、アセチルコリン分解酵素の阻害薬である抗认知症薬の投与によって、その记忆机能が回復し、空间テストで移动された物体がどれであったかがわかるようになったということです。
【図５】抗认知症薬を投与すると、単回探索课题において、内侧中隔细胞除去による空间认识に関する记忆障害およびマイネルト基底核细胞除去による物体认识に関する记忆障害が回復する
A: 抗認知症薬投与と単回物体探索課題実施の流れ：マウスの内側中隔アセチルコリン神経細胞とマイネルト基底核アセチルコリン神経細胞をそれぞれを除去した後、腹腔内にドネペジル(低濃度: 2μmol/kg、高濃度: 4μmol/kg)とリバスチグミン(低濃度: 2μmol/kg、高濃度: 4μmol/kg)、または生理食塩水を投与し、単回物体探索課題を行いました。
B: 薬剤投与による空間認識に関する記憶障害の回復：空间テストにおいて、内侧中隔にあるアセチルコリン神経细胞を除去したマウスは、生理食塩水を腹腔内投与されても、移动した物体の探索を増加させることはありませんでした。しかし、抗认知症薬を投与すると、移动した物体のみに频繁に近づいて探索しました。これは、内侧中隔のアセチルコリン细胞の欠落によって障害された空间に関する再认记忆机能が、抗认知症薬の投与によって回復し、空间テストで移动された物体がどれであるのかをマウスがわかるようになったということを意味します。
颁:薬剤投与による物体认识に関する记忆障害の回復：物体テストにおいて、マイネルト基底核にあるアセチルコリン神経细胞を除去したマウスは、生理食塩水投与下では、新奇な物体の探索が频繁ではありませんでした。しかし、抗认知症薬を投与すると、除去マウスは、正常群と同様に、新奇な物体を频繁に探索するようになりました。これは、マイネルト基底核の欠落によって、物体そのものに関する再认记忆が障害されたにもかかわらず、抗认知症薬を投与することで、この再认记忆障害から回復し、一度见たことがある物体がどれであるかがわかるようになったということを示しています。
社会的意义と今后の展开
１．アセチルコリン神経细胞の记忆机能の解明
アセチルコリン神経细胞は、重篤なアルツハイマー型认知症の初期に损伤されるタイプの神経细胞であり、海马や皮质などの记忆に関わることが広く知られている领域に投射していることから、记忆机能に重要な役割を果たす可能性が示唆されてきました。しかし、実际には、アセチルコリン神経细胞がどのように记忆机能を果たすのかに関しては、これまではっきりした结论が得られないままでした。この研究では、新しい方法で2种类のタイプのアセチルコリン神経细胞を除去し、これらの神経细胞が最も基本的な记忆である再认记忆に大きな役割を果たすことが明确に示されました。また、この2つのタイプのアセチルコリン细胞にはそれぞれ别の働きがあり、内侧中隔にあるものは物体の场所の记忆に、マイネルト基底核にあるものは物体自身の记忆に関与することが示されました。アルツハイマー型认知症などでみられるアセチルコリン神経细胞の死灭が原因と考えられる再认记忆障害は、それらの别々の记忆障害が组み合わさっているものだということがわかりました。このことは、再认记忆の障害の基础になる病态メカニズムの解明に役立ちます。
２．记忆疾患に対する治疗薬の开発に期待
アルツハイマー型认知症などの重篤な记忆机能疾患では、再认记忆障害がしばしば见られます。今回の结果によって、アセチルコリン神経细胞の活动が再认记忆に不可欠であることが示されました。今后、アセチルコリン神経细胞の机能を回復する薬剤や治疗法の探索に结び付くものと期待されます。
掲载论文
题名：Distinct roles of basal forebrain cholinergic neurons in spatial and object recognition memory.
着者：Kana Okada, Kayo Nishizawa, Tomoko Kobayashi, Shogo Sakata, and Kazuto Kobayashi
掲载誌：英国科学誌 Scientific Reports８月６日号
问い合わせ先
＜研究に関すること＞
福岛県立医科大学 医学部附属生体情報伝達研究所 生体機能研究部門
教授 小林 和人（コバヤシ カズト）
助教 西澤 佳代（ニシザワ カヨ）
Tel：024-547-1667 Fax：024-548-3936
Email：kazuto＊fmu.ac.jp （小林教授）
広岛大学 大学院医歯薬保健学研究院 基礎生命科学部門
医学分野 神経生理学
研究員 岡田 佳奈（オカダ カナ）
Tel：082-257-5127 Fax：082-257-1622
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＜取材?报道に関すること＞
公立大学法人福岛県立医科大学研究推進課
担当者 清水 勝夫（シミズ カツオ）
Tel：024-547-1040 Fax：024-547-1991
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国立大学法人広岛大学 学術?社会産学連携室 広報グループ
担当者 新藤 季奈 (シンドウ キナ)
Tel：082-424-6781 Fax：082-424-6040
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