蛋白質核酸酵素:中枢神経回路の再生と可塑性

Review
中枢神経回路の再生 と可塑性
Regeneration
and plasticity of the injured central nervous system
山 下 俊 英 ・羽 田 克 彦 ・山 口 淳 ・久 保 武 一
損傷 を受 けた中枢神 経機能 は回復 しにくい.そ の理 由と して,損 傷 した神経 軸索 は 自然 には再生 で きな いことがあ
げられ る.脊 髄の完全 損傷の場 合,離 断された軸 索が損傷部 をこえて伸 展 しな けれ ば機能的 な再生 は得 られないが,
成体 では この ような長 い軸 索の再 生は起 こ りえ ない.こ こ数年,中 枢神経 に存在 する軸 索の再 生抑制 機構 について
研究 が進 み,治 療 的な展望 が開 けて きた.ま た,脊 髄 の不 完全損傷 ではある程 度 の機能 回復 がみ られ る場合 があ り,
この プロセス に神 経回路 の再構 築 が関与 している ことがわか ってきた.こ の成体 にお ける神 経 回路 の可塑性 ともい
うべ き現 象は,今 後 の治療 開発 に重 要な意 味を もつと考え られる.
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Key words
●再 生
●可塑 性
●中枢 神 経
●ミエ リン
●軸 索
て,中 枢 神 経 自体 の 再 生 力 が 弱 い こ とが あげ られ る.こ れ
は じめ に
まで,と
損 傷 した中 枢 神 経 機 能 は回 復 しに くい.脊 髄損 傷,脳 血
管 障害,脳
外 傷 な ど に よっ て い った ん 運 動 機 能 や 感覚 機 能
くに 前 者 が 注 目 され,中 枢 神 経 系 に は複 数 の軸 索
の 再 生 を抑 制 す る蛋 白 質 が存 在 す る こ とが 明 らか に な って
きた.こ
こ数 年 で,そ
れ ら再 生 阻害 蛋 白質 が どの よ うに神
の脱 落 症 状 が 起 こっ て しま う と,生 涯 に わた って後 遺 症 が
経 細 胞 に は た ら きか け軸 索 再 生 が 阻害 され るの か とい う分
残 る.脊 髄 の 完 全 損 傷 の 場 合,損 傷 部 で感 覚 経 路 と運動 経
子 メ カニ ズ ム が 明 らか に な り,治 療 的 な展 望 も開 け て きた.
路 の軸 索 が 離 断 され,損 傷 レベ ル以 下 の 感 覚 と運 動機 能 は
研 究 途 上 で は あ るが,お
失 われ る.ま た,不 完全 損 傷 の場 合,部 分 的 に神 経 機 能 は
対 す る 治療 法 を時 間 的 ・空 間 的 に組 み合 わせ る こ とで,将
保 た れ るが,そ れ らは不 完 全 で慢 性 疾 痛 な どの 合 併 症 を伴
来 的 に機 能 的 な 中枢 神 経 機 能 の再 生 を導 くこ とが 可 能 に な
うこ と もあ る.中 枢 神 経 疾 患 に よる神 経 脱 落 症 状 を緩 和 す
る有 効 な治 療 法 は な く,新 た な治 療 法 の 開発 が 待 ち望 まれ
るの で は ない か と期 待 され る.
一 方 ,実 際 に は脊 髄 の 不 完 全 損傷 の ケ ース が非 常 に多 く,
て い る.そ の た め に は,な ぜ 中枢 神 経 回路 が 再 生 しに くい
そ の場 合 には あ る程 度 の 機 能 回 復 が 認 め られ る.こ の 回 復
のか とい う問 題 を解 決 しな け れ ばな らない.
過 程 は数 年 に わた って 続 く場 合 もあ り,損 傷 を免 れ た神 経
中枢 神 経 回路 の再 形 成 とい う課 題 に取 り組 む に あ た って,
脊 髄 損 傷 モ デ ルが よ く使 わ れ る.脊
そ ら く,複 数 の分 子 ター ゲ ッ トに
回 路 の再 構 築 が 関 与 して い る ので は な いか と考 え られ る.
髄 の 完 全 損 傷 の 場 合,
既 存 の 神 経 回路 に お け る シナ プ ス の可 塑 性 や,損 傷 を免 れ
軸 索 はす べ て 離 断 され る.し た が っ て,神 経 機 能 を取 り戻
た 軸 索 か らの 側 枝 に よる新 た な 回路 の形 成 な どが,哺 乳 類
す た め に は,損 傷 した 軸 索 が 損 傷 部 を こ えて 長 い 距 離 に わ
の 成体 で も起 こる こ とが 明 らか に な って きた1).成 体 で の神
た って伸 展 し,2次
経 回 路 の 可 塑 性 と もい うべ き現 象 につ い て は,分 子 レベ ル
ニ ュー ロ ンに シナ プス を形 成 しな けれ ば
な らな い.こ れ は 自然 に は起 こ りえ な い.原
因 と して は,
で は 未解 明 で あ り,今 後 の研 究 の 中心 テ ーマ の ひ とつ に な
中枢 神 経 を取 り巻 く環 境 が 再 生 に適 して い ない こ と,そ し
る と思 わ れ る.こ れ らの研 究 は,リ ハ ビ リテ ー シ ョ ンの概
念 に変 革 を迫 り,新 た な 治療 開 発 につ なが って い くもの と
Toshihide
Yamashita,
Atsushi Yamaguchi,
Katsuhiko
Hata,
Takekazu
Kubo
千葉大学大学院医学研 究院 神 経生物学
E-mail : [email protected]
URL : http://www.m.chiba-u.ac.jp/class/neurobio/
期 待 され る.
Ｉ 中枢神経回路の損傷
中枢 神 経 回 路 は,脳 虚 血,外 傷,脊 髄 損 傷 な どに よ り破
蛋白質 核酸 酵素
Vol.52
No.1(2007)
11
図1
軸索再 生の阻害
軸索が切 断されたのち,周 囲を取 り巻くオ リゴデ ン ド
ロサイ ト由来のミエリンが損傷された軸索 にはたらき,
軸索再生を抑制する,
図2
MAG,
Nogoは3種
Nogo-B,
OMgpの
構造
Nogo-Cか
ら な る,
測 さ れ た 膜 貫 通 部 位.
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TM:予
Nogo,
類 の ス プ ラ イ シ ン グ バ リア ン ト, Nogo-A,
壊 され る.傷 害 のた め に多 くの神 経 細 胞 は死 滅 す る が,た
胞 自体 の再 生 力 が 弱 い 可 能 性,そ
とえ神 経 細 胞 死 を免 れ た と して も軸 索 の損 傷 に よ り神 経 回
く環 境 が 再 生 に適 して い な い 可 能性 で あ る.後 者 を支持 す
路 は破 壊 され る.こ れ に よ り神 経 機 能 が失 われ,運 動 障 害
る もの と して,神 経 細 胞 を取 り巻 く環 境 を変 え る こ とで 損
や 感 覚 障 害 とい っ た神 経 脱 落 症 状 が 現 わ れ る.
傷 軸 索 は再 生 す る こ とが示 され て い る.DavidとAguayo
中枢 神 経 の損 傷 後 に神 経 機 能 が 回復 す るた め に は,神 経
回路 の 再 生 が 必 要 とな る.す なわ ち,損 傷 した 軸 索 か ら標
して,神 経 細 胞 を取 り巻
は,脊 髄損 傷 に よる欠 損 部 に末 梢 神 経 の 周 囲 組 織 を移 植 片
とす る と,こ の移 植 片 内 に軸 索 が再 生 す るこ と を発 見 した2).
的 ニ ュー ロ ンへ の新 た な 軸 索 再 生 が 可 能 とな らな けれ ば な
この こ とか ら,中 枢 神 経 を取 り巻 く環 境 が 再 生 を抑 制 して
らない.し か しな が ら,哺 乳類 で は 損傷 した 中枢 神 経 の 軸
い る と考 え られ た.そ
索 は きわ め て再 生 しに くい.
を取 り巻 い て い る オ リゴ デ ン ドロサ イ トが 軸 索 の 再 生 を抑
の後,Schwabら
制 してい るの で はな いか と考 えた(図1).オ
は 中枢 神 経 の 軸 索
ＩI損 傷軸索の周囲の環境が軸索再生 を
抑制する
リゴデ ン ドロサ
イ トの細 胞 膜 表 面 の リ ン脂 質 か らな る独 特 の構 造 を ミエ リ
ン と よぶ が,培 養 細 胞 を用 い た 実験 に よ り,こ の ミエ リ ン
が神 経 突 起 の伸 展 を抑 制 して い る こ とが示 され た3).さ
損 傷 を受 け た 中枢 神 経 の 軸 索 が きわ め て再 生 しに くい原
因 と して,内
12
因説 お よび外 因説 が あ る.す なわ ち,神 経 細
蛋 白質 核 酸 酵 素
Vo1.52
No.1(2007)
ら
に彼 らは,ミ エ リ ンに含 まれ る蛋 白 質 を分 画 した あ と神 経
突 起 の 伸 展 を抑 制 す る画 分 を 決 定 し,そ れ に対 す る 抗 体
Ｒeview
(IN-1抗 体)を つ くった.こ の 抗 体 を脊 髄 を損 傷 した ラ ッ ト
Nogoの
に投 与 す る と運 動 機 能 の 回復 が 認 め られ た4).こ の こ とか
は,MAGと
ら,適 切 な グ リア環 境 を与 え る こ とが で きれ ば中 枢 神 経 の
根 神 経 細 胞 の突 起 の伸 展 を抑 制 す る こ と を報 告 して い る5).
機 能 的 再 生 は可 能 で あ る こ とが 明 らか に なっ て きた.さ
MAGは1回
に この事 実 は,IN-1抗
ら
体 の認 識 す る蛋 白 質 が 中枢 神 経 再 生
MAGに
発 見 に数 年 先 立 ち, Filbinら とMcKerracherら
い う糖 蛋 白質 が, in vitroで 小 脳 顆 粒 細 胞 や 後
膜 貫 通 型 の 糖 蛋 白 質 で あ る.し
か し なが ら,
対 す る反 応 は神 経 細 胞 の種 類 に よっ て異 な って お り,
阻害 作 用 を もって い る こ とをin vivoで 示 した重 要 な知 見 で
あ る 種 の 神 経 細 胞 の 突 起 伸 展 を 促 進 す る な ど,当
あ る.
MAGが
初は
再 生 阻 害 蛋 白質 で あ る とい う仮 説 に懐 疑 的 な科 学
者 た ちが い た ため,し ば ら くは注 目 を集 め なか っ た.
III中 枢性 ミエリンに局在する
再生阻害蛋白質
OMgpは,2002年,神
質 と して報 告 された.OMgpは
イ トに発 現 す るGPIア
現 在 ま で に,中
枢 性 ミエ リ ン に 局 在 す る 数 種 類 の 軸 索 再
生 阻 害 蛋 白 質 が 報 告 さ れ て い る.と
くに再 生 阻害 の主 役 と
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glycoprotein,ミ
エ リ ン 関 連 糖 蛋 白 質),
お よ び,OMgp(oligodendrocyte
myelin
Nogo,
主 と して オ リ ゴデ ン ドロサ
ンカー 型 蛋 白質 で あ る.
以 上3種 類 の 蛋 白質 は構 造 的 に まっ た く異 な っ て い るが,
オ リ ゴデ ン ドロサ イ トでの 発 現
点 で は似 通 って い る.オ
考 え られ 注 目 さ れ て き た3種 類 の 蛋 白 質 は,MAG(myelin
associated
経 突起 の伸 展 阻 害 を惹 起 す る蛋 白
神 経 細 胞 へ の 作 用 な どの
リ ゴデ ン ドロサ イ トに発 現 す る複
数 の 蛋 白質 が 協 調 的 に損 傷 した軸 索 には た らきか け,再 生
を阻 害 してい るので は な いか と考 え られ た.
glycoprotein,
オ リ ゴ デ ン ド ロ サ イ ト ミ エ リ ン糖 蛋 白 質)で あ る5)(図2).
Schwabら
の 作 製 したIN-1抗
蛋 白 質 を 認 識 し,in
用 を 中 和 し た.ま
ＩV再 生阻害蛋白質の受容体
よ び35Kの
vitroで の ミエ リ ン の 突 起 伸 展 抑 制 作
た 彼 ら は,250Kの
チ ド 配 列 を 決 定 し,2000年
Nogo-Aの
体 は,250Kお
蛋 白質 の 一 部 の ペ プ
に3つ
の グ ルー プ によっ て
同 定 が な さ れ た. Nogoは2回
膜 貫 通構 造 を もっ
Nogo発
見 の 翌 年,
Nogo-66に
体 が 同 定 さ れ た(図3).Nogo受
質 で あ り,細
対 す る 受 容 体,
容 体 はGPIア
胞 内 ドメ イ ン を も た な い.お
て い る と考 え ら れ,ス
プ ラ イ シ ン グ に よ っ て 長 さの 異 な る蛋
構 造 的 に 異 な るMAGお
白 質 が つ く られ る.こ
の う ち,も
体 で あ る こ と が あ い つ い で 報 告 さ れ た5).す
っ と も 長 いNogo-Aに
再 生 阻 害 に は た ら く2つ の ドメ イ ン,す
Nogo(Amino-Nogo),そ
し て,膜
個 の ア ミ ノ 酸 残 基 か ら な るNogo-66が
な わ ち,N末
は
端の
貫 通 領 域 に 囲 ま れ る66
存 在 す る.
よ びOMgpの
Nogo受
ンカー型 蛋 白
も し ろ い こ と に,
受 容 体 もNogo受
な く と もin
容
な わ ち,オ
デ ン ドロサ イ トに発 現 す る3種 類 の 蛋 白 質 がNogo受
結 合 し作 用 す る こ と が,少
容
リゴ
容体に
vitroの シ ス テ ム に
お い て 証 明 さ れ た わ け で あ る.
図3MAG,
Nogo,
OMgp
の シグ ナ ル 伝 達 機 構
MAG,
Nogo,
OMgpの3種
類の
軸 索 再生阻 害蛋 白 質は,p75/Troy,
Nogo受
容 体,お
よ び,
Llngo-1
か らな る 受 容 体 複 合 体 に よ って,
神 経 細 胞 内 に シ グ ナル を伝 え る
p75は,
RhoをRho
GDIか ら解 離
さ せ る こ とで 活性 化 に導 く
Rho
の 活 性化 によ り軸 索 再 生 が抑 制 さ
れる
蛋 白質 核 酸 酵 素
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No.1(2007)
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Nogo受
容 体 は 細 胞 内 ドメ イ ン を も た な い た め,リ
と の 結 合 を 担 う受 容 体 の 一 部 と 考 え ら れ た.す
な わ ち,シ
グ ナ ル 伝 達 を 担 う 別 の 受 容 体 が 存 在 し,Nogo受
受 容 体 を 形 成 す る 可 能 性 が 示 唆 さ れ た.筆
の 受 容 体 がMAGの
と を 見 い だ し た7).そ
の 後,Heら
p75とNogo
ら に,Lingo-1と
い う受
容 体 複 合 体 に 結 合 し て お り,シ
伝 達 に必 要 で あ る こ と が わ か っ た.こ
容 体-Lingo-1が
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容 体 の機 能
ミエ リ ンお よびNogo-66に
よる突 起 の伸 展 阻 害作 用 は失 わ
れ なか った.こ れ に対 して,p75ノ
細 胞 はNogo-66に
Nogo受
ックア ウ トマ ウス の神経
不 応 性 であ る こ とが追 試 され た.つ ま り,
容体 はNogo-66な
どの作 用 発 現 に必 要 で は ない と
い う結 論 で あ る.代 償 性 に は た ら く受 容 体 が 存 在 してい る
の だ ろ うか?現
時 点 で は これ ら矛 盾 す る知 見 に対 す る解
答 は与 え られ て い ない.
類 の 蛋 白質 の シ グナ ル を伝
え て い る こ とが 判 明 し た(図3).さ
容 体 がp75-Nogo受
ュー
シ グ ナ ル を伝 え る こ
に よ っ て,
受 容 体 か ら な る 共 受 容 体 が3種
容 体 と共
者 ら は,ニ
ロ トロ フ ィ ン受 容 体 と し て 知 ら れ て い たp75受
解 析 の 過 程 で,こ
ガン ド
グナ ル
う して,p75-Nogo受
ミエ リ ン に 発 現 す る3種
Ｖ 軸索再生阻害シグナル
筆 者 ら は,MAGに
類の軸索再生 阻害
で,in
よ っ てp75がRhoAを
活性 化 す るこ と
vitroに お け る神 経 突 起 の 伸 展 を抑 制 し て い る こ と を
蛋 白質 の受 容 体 で あ る と い う分 子 構 造 モ デ ルが で きあ が っ
示 し た7).RhoAは
た(図3).
格 系 あ る い は チ ュ ー ブ リ ン を 制 御 す る こ と に よ り細 胞 の 形
ま た,p75はTNF受
容 体 フ ァ ミ リ ー で あ る が,そ
で あ るTroyがp75の
れ る.つ
代 替 と して受 容 体 複 合 体 に組 み 込 ま
ま り,p75-Nogo受
Troy-Nogo受
の一員
容 体-Lingo-1,あ
容 体-Lingo-1が3種
る い は,
類 の軸 索 再 生 阻 害蛋 白 質
低 分 子 量GTPaseで
態 形 成 の 鍵 と な る 蛋 白 質 の ひ とつ で あ る.実
よ る 神 経 突 起 伸 展 抑 制 作 用 は,RhoAを
ヌ ス 毒 素C3に
と き,Rho
GDI(Rho
成 体 の 脳 で も 高 い 発 現 を示
inhibitor)に
す こ とか ら,p75よ
ほ う が,成
筆 者 ら は,RhoAとRho
体 の中 枢神 経 に
お い て 再 生 阻 害 に大 き な 役 割 を 果 た し て い る 可 能 性 が あ る.
ま た,こ
れ らの 分 子 モ デ ル を 否 定 す る 知 見 が あ る こ と も
付 け 加 え な け れ ば な ら な い.Tessier-Lavigneら
受 容 体 の ノ ッ ク ア ウ トマ ウ ス を 作 製 し,そ
い て 突 起 伸 展 をin
Nogo受
vitroで
評 価 し た6).驚
は, Nogo
の 神 経 細 胞 を用
くべ き こ と に,
容 体 ノ ッ ク ア ウ トマ ウ ス 由 来 の 神 経 細 胞 を用 い て も,
結 合 し,不
guanine
nucleotide
dissociation
活 性 化 状 態 で 安 定 と な っ て い る.
GDIか
こ と を 見 い だ し た8)(図3).そ
ら な る 複 合 体 はp75の
は, MAGの
活 性 化 に 先 立 っ てp75が2カ
断 さ れ る.そ
細 胞 内 ドメ イ ンがRhoの
の よ う な 複 雑 なRhoAの
所で切断 さ
ず αセ ク レ ター ゼ で,そ
れ に ひ き続 き γセ ク レ タ ー ゼ で,切
る.こ
細胞
活 性 化 され る
の 後,Filbinら
れ る こ と を 報 告 し た9).p75は,ま
り出 さ れ たp75の
際,MAGに
不活性化状態にある
内 ド メ イ ン に 結 合 し た あ と解 離 し,RhoAが
刺 激 に よ るRhoの
ク チ ン骨
不活化 するボツリ
よ り消 失 す る. RhoAは
の 受 容 体 と考 え られ る.Troyは
り もTroyの
あ り,ア
し て,切
活 性 化 を惹 起 す
活 性 化 が精 密 な軸 索 の制 御
を 可 能 に し て い る の か も し れ な い.
活 性 化 さ れ たRhoAは,そ
の 下 流 の 分 子 で あ るRhoキ
ナ
ー ゼ を活 性 化 す る こ と で 軸 索 の 再 生 阻 害 を も た らす .実
に,複
数 のRhoキ
際
ナ ー ゼ 阻 害 剤 が こ れ ら再 生 阻 害 蛋 白 質 の
作 用 を 消 失 さ せ る こ と か ら,Rhoキ
ナ ー ゼ の活 性 化 が 作 用
発 現 に 必 要 で あ る こ と が わ か る.
こ の 下 流 の シ グ ナ ル は 何 だ ろ う か?
軸 索 に は2種
細 胞 骨 格 を 形 成 す る 因 子 が 含 ま れ て い る.1つ
目 は軸 索 の
内 部 に 束 化 した 状 態 で 存 在 す る 微 小 管 で あ り,軸
を 促 進 す る 機 能 を担 う.2つ
る が,こ
CRMP-2の
れ は 軸 索 先 端 の 成 長 円 錐 の 形 成 に か か わ っ て お り,
CRMP-2は
質 に は,微
機能
軸 索 の 先 端 部 に集 積 す る
Rhoキ ナ ー ゼ によ りCRMP-2は
筆 者 ら は,微
蛋白質 核酸 酵素
Vol.52
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ナー ゼ の基
小 管 お よ び ア ク チ ン を 制 御 す る 蛋 白 質 が あ る.
小 管 の 重 合 に か か わ るCRMP-2がRhoキ
ゼ の 下 流 で は た ら い て い る こ と を 報 告 した10).
される
14
不活化
索 の伸 長
目 は ア ク チ ン フ ィ ラ メ ン トで あ
そ の 変 化 が 軸 索 の 伸 展 に 関 与 して い る.Rhoキ
図4
類 の
ナー
CRMP-2は
図5
RGMの 構 造
例 と して ヒ トRGMaの
構 造 を 示 す.*:可
能 開裂 部 位.
チ ュ ー ブ リ ンヘ テ ロ2量 体 と結 合 し,微 小 管 の 重 合 を促 進
コ ン ドロ イ チ ン硫 酸 プ ロテ オ グ リ カ ン(CSPG)で
す る(図4).MAGの
これ も培 養 神 経 細 胞 の 突 起 の伸 展 を抑 制 し,RhoAを
刺 激 に よ り, CRMP-2がRhoキ
ナー
あ る14).
活性
ゼ依 存 性 に リ ン酸 化 され る こ とで 不 活 化 され,微 小 管 の 重
化 す る.in
合 が抑 制 され る.再 生 阻害 蛋 白質 の軸 索 へ の効 果 は,少 な
の の ち に形 成 され る グ リア疲 痕 の部 位 に コ ン ドロイ チ ン硫
く とも一 部 は微 小 管 の 重 合状 態 の 変化 で あ る こ とが わか る.
酸 プ ロ テ オ グ リ カ ンが発 現 して お り,そ の豊 富 な領 域 で再
VIVOで の作 用 を示 唆 す る現 象 と して,脊 髄 損 傷
生 しか けた軸 索 の先 端 が 止 ま る こ とが わ か って い る.
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ＶIそ のほかの軸索再生阻害蛋白質
筆 者 らは最 近,新
規 の ミエ リ ン関 連 再 生 阻害 蛋 白質 を同
定 した11).RGM(repulsive
るGPIア
guidance
molecule)と
ＶI脊 髄損傷時の軸索再生阻害蛋白質の
はたらき
よばれ
ン カー型 蛋 白 質 は,胎 生 期 にお い て網 膜 の 神 経細
こ こ 数 年 間 で 複 数 の 軸 索 再 生 阻 害 蛋 白 質 の 候 補 が 得 ら れ,
胞 の軸 索 誘 導 や神 経 管 の 閉 鎖 に 関与 す る蛋 白質 で あ る(図
そ れ らの シ グ ナ ル 伝 達 機 構 に つ い て も 一 挙 に 明 ら か に な っ
5).RGMも,
て き た 感 が あ る.し
RhoAを
活 性 化 させ る こ とでin vitroで 神 経
細 胞 の 突起 の伸 展 を抑 制 してい る.ま た,RGMは
在 す る ミエ リ ンの画 分 に存 在 して い るため,RGMも
中枢 に存
ミエ リ
ら な い こ と は,in
か し な が ら,こ
vivoに
こで 注 意 しな け れ ば な
お け る効 果 が な けれ ば これ らの蛋
白 質 は 軸 索 再 生 阻 害 蛋 白 質 と よべ な い と い う こ と で あ る.
ン 由 来 の 軸 索 再 生 阻 害 蛋 白 質 の 候 補 で あ る と い え る.
先 述 の 再 生 阻 害 蛋 白 質 の 機 能 解 析 は,い
Ephrin-B3も
胎 生 期 にお いて 軸 索 誘 導 を担 う蛋 白質 で あ る
行 な わ れ た.し
が,成 体 マ ウス の 脊 髄 で は 白質 の オ リ ゴデ ン ドロサ イ トに
な 意 義 を もつ.
発 現 して お り,ミ エ リ ンに 局在 す る蛋 白質 で あ る.Ephrin-
た が っ て,in
vivoで
ず れ もin
vitroで
の評 価 は決 定 的 に重 要
3つ の 独 立 し た グ ル ー プ がNogoの
ノ ッ ク ア ウ トマ ウ ス を
B3は 小 脳 顆 粒 細 胞 や 大 脳 皮 質 神 経 細 胞 の 突 起 の 伸 展 をin
用 い て 脊 髄 損 傷 後 の 再 生 を 評 価 し,ま
vitroで 抑 制 した こ とか ら,軸 索 再 生 阻害 蛋 白質 で あ る可 能
導 い た15).Strittmatterら
性 が あ る が,脊 髄 損 傷 時 の役 割 につ い て は検 討 され て い な
は 再 生 は 促 進 さ れ,運
動 機 能 の 回 復 も よ か っ た と 報 告 し た.
い12).さ らに,Semaphorinは
Tessier-Lavigneら
は,再
細 胞 膜 に結 合 す る蛋 白 質 で,
発 生 過 程 にお け る神 経 回 路 網 形 成 に関 与 す る蛋 白 質群 で あ
る.Sema4Dは
オ リ ゴデ ン ドロサ イ トの ミエ リ ンに発 現 し
Schwabは
は,若
っ た く異 な る 結 論 を
い ノ ッ ク ア ウ トマ ウ ス で
生 は 認 め ら れ な か っ た と し,
軽 度 の 再 生 線 維 と 芽 生 え 現 象 を 観 察 し た.
ノ ッ ク ア ウ トマ ウス で も,脊
髄損 傷 後 の軸
て お り,や は りin vitroで 神 経 突 起 の伸 展 を抑 制 す る.脊
索 再 生 は 認 め られ な か っ た と す る 報 告 と,認
め られ た と す
髄 損 傷 後 にSema4Dの
る報 告 とが あ る.さ
発 現 が オ リゴ デ ン ドロサ イ トで上 昇
ま た,MAGの
ら に,Nogo受
容 体 ノ ッ ク ア ウ トマ ウ ス
す る こ とか ら,軸 索 再 生 阻 害 蛋 白質 であ る可 能性 が あ るが,
で の 脊 髄 損 傷 後 の 回 復 に つ い て は,野
in VIVOで の役 割 につ いて は検 討 されて い ない13).
脊 髄 路 の 再 生 もみ ら れ な か っ た と す るTessier-Lavigneら
軸 索 伸 展 阻 害蛋 白質 の 多 くは オ リ ゴデ ン ドロサ イ トに発
現 して い るが,損
傷 部 に は反 応 性 ア ス トロサ イ トや 免 疫 系
の 報 告 と,皮
質 脊 髄 路 の 再 生 は な い が 赤 核 脊 髄 路 と縫 線 核
脊 髄 路 の 再 生 が 促 進 さ れ て い た と い うStrittmatterら
細 胞 が集 積 して瘢 痕 が 形 成 され る.こ れ に よ り血 液 脳 関 門
告 が あ る.ほ
が再 形 成 さ れ,毒 性 物 質 の 曝 露 か ら守 られ る.さ
は た ら くペ プ チ ドNEP1-40が,脊
らに,反
生 型 と変 わ ら ず 皮 質
か に も,Nogo受
の報
容体 の ア ンタ ゴニス トとして
髄 損 傷 後 の 機 能 回 復 と軸
応 性 ア ス トロサ イ トは軸 索 の 伸 展 を制 御 す る因 子 を発 現 し
索 再 生 を促 進 し た とす る報 告 が あ る.p75ノ
てい る こ とが わ か っ て きた.も っ と も注 目され て きたの は,
ス で は,脊
ッ ク ア ウ トマ ウ
髄 損 傷 後 の 軸 索 再 生 も機 能 改 善 も認 め ら れ な か
蛋 白質 核 酸 酵 素
Vol.52
No.1(2007)
15
図6
軸 索再生 阻害の分子 機構
神 経細 胞 を取 り巻 くグ リア 細 胞 に複 数 の 再 生 阻害
蛋 白 質 が発 現 してい る.こ れ ら は,受 容 体 を介 し
てRhoAお
よ びRhoキ
Database Center for Life Science Online Service
CSPG:コ
っ た.以 上 の 結 果 か ら,in
vivoで の再 生 阻 害 蛋 白質 の候 補
の評 価 が いか に 困 難 で あ るかが うか が え る.
Nogo以
が存 在 す る こと,Nogo受
外 に も複 数 の再 生 阻害 蛋 白質
容体 を代 償 す る受 容 体 が あ るか も
しれ ない こ と,ま た,p75の
代 わ りにTroyが
を担 う受 容 体 として は た ら くこ と,な
シグ ナル伝 達
どが 否 定 的 な結 論 の
理 由 と して 考 え られ る.ま た,実 験 手 技 の違 い な どに よっ
て 結 果 が 異 な る こ と もあ り うる.と
くに,マ
ば な らない 事 柄 は,p75お
な くと も検 討 しなけ れ
よ びTroyの
中枢 神 経 にお け る再 生 阻 害蛋 白
質 で あ る こ とが示 された.RGMは
成 体 で は オ リ ゴデ ン ドロ
サ イ ト由 来 の ミエ リ ンに発 現 して い るが,脊 髄 損 傷 時 に は
損 傷 部 に集 積 して くる ミクロ グ リア に も強 く発 現 して い る.
した が って,オ
リゴ デ ン ドロサ イ トの み な らず 免 疫 系 細 胞
も軸 索 再 生 阻害 現 象 に 関与 して い る可 能 性 が あ る.
VIII再生阻害シグナルの制御 による
再生誘導
ダブ ル ノ ック ア ウ ト
マ ウスで の軸 索 再 生 であ る.そ れ に よ り,3種 類 の再 生 阻害
蛋 白質 のin vｉvoでの役 割 の 有 無 が 明 らか に な るで あ ろ う.
さ らに,コ
これ らの結 果 か ら,RGMは
ウス で の脊 髄
損 傷 モ デ ル の作 製 が きわ め て 困 難 な技 術 で あ る こ と も影 響
して い るの か も しれ ない.今 後,少
和 抗 体 を 局所 投 与 した と ころ,対 照 と比 較 し
有 意 な運 動 機 能 改 善 と皮 質 脊 髄 路 の 再 生 が 認 め られ た11).
これ らの実 験 結 果 の違 い の原 因 につ い て現 時 点 で明 らか
で は ない が,MAG,
た りRGM中
ナ ー ゼを 活性 化 す る
ン ドロ イチ ン硫 酸 プロ テオ グ リカ ン.
ン ドロ イチ ン硫 酸 プ ロ テ オ グ リ カ ン に関 して
中枢 神 経 軸 索 再 生 阻 害 の シ グ ナル伝 達 を制 御 す る こ とで,
軸 索 を再 生 させ よ う とす る試 み が な され て い る.と
く検 討 され て い るの は,Rhoあ
るい はRhoキ
はin vivoで の 効 果 が確 認 され て い る.コ ン ドロ イチ ン硫 酸
ゲ ッ トに した薬 剤 で あ る(図6).脊
プ ロテ オ グ リカ ンを分解 す る コ ン ドロ イチ ナ ー ゼABCを
Rhoの 阻 害 剤 で あ る ボ ツリヌ ス毒 素C3あ
局
くに よ
ナ ー ゼ を ター
髄 損 傷 させ た ラ ッ トに
るい はRhoキ
ナー
所 投 与 す る と感 覚 線 維 と運 動 線 維 の軸 索 再 生 が起 こ り,運
ゼ 阻 害剤 を局 所 投 与 す る こ とに よ り,神 経 症 状 の改 善 な ら
動 機 能 も有 意 に改 善 した14).こ の 事 実 か ら,コ ン ドロ イチ
び に軸 索 再 生 が 促 進 され る こ とが,複 数 の グ ルー プ に よっ
ン硫 酸 プ ロテ オ グ リカ ンはin vivoに お ける軸 索 再 生 阻害 因
て確 認 され て い る16).Rhoキ
子 で あ る こ とが 明 らか に な った.
の 用 途 で す で に臨 床 で 用 い られ 安全 性 が確 認 され て い る も
呈 す る た め,in
の もあ り,今 後 の 臨 床 応 用 が 期 待 で きる.し か しなが ら,
ック ア ウ トマ ウス は神 経 管 の 閉鎖 不 全 を
シ グナ ル を制 御 す る薬剤 は細 胞 選 択 的 で は な く,グ リ ア細
vivoで のRGMの
抗 体 が 用 い られ た.ラ
16
か
注目
また,筆 者 らは,再 生 阻 害 蛋 白 質 と して のRGMに
してい る.RGMノ
ナー ゼ 阻害 剤 は,現 在,ほ
蛋 白 質 核 酸 酵素
和
胞 な ど に も作 用 し,軸 索 制 御 機 構 以外 の作 用 を もち う る こ
ッ トを用 い て 脊 髄 損 傷 後2週 問 に わ
と を念 頭 にお か なけ れ ば な らず,慎 重 な副 作 用 の検 討 が 必
Vo1.52
抑 制 法 と してRGM中
Nol1(2007)
Review
須 で あ る.
れ らの点 で,in
vivoで の解 析 につ いて 当 該 分 野 の研 究 者 が
十 分 に討 論 を重 ね,も
IX中 枢神経 回路の可塑性
っ とも よい 方 法 を探 索 して い く必 要
性 が あ る.
伸 展 した 軸 索 が 機 能 的 な シ ナ プス を ど うや っ て形 成 す る
損 傷 され た 中枢 神 経 の軸 索 は きわ め て再 生 しに くい.し
か しなが ら,不 完全 な脊 髄 の 離 断 の あ と には,多
機 能 回 復 が 認 め られ る.こ の 過 程 は,ヒ
くの場 合,
トで は数 年 にお よ
ぶ場 合 が あ るが,お そ ら く損 傷 を免 れ た軸 索 が新 た な神 経
回 路 を形 成 した結 果 で は な い か と想 像 で きる.可 能 性 と し
て,既 存 の神 経 回路 の シナ プ ス変 化,あ
る い は,神 経 回路
か につ い て は,ほ と ん どわ か っ て い ない.実
際,脊 髄 の不
全 損 傷 を与 え た マ ウ ス の運 動 機 能 は か な り回 復 す る.こ の
現象 を もた らす 分 子 メ カ ニズ ム は,神 経 回路 の発 生 の メ カ
ニ ズ ム と どの よ うに異 な るの で あ ろ うか?
中枢 神 経 の 回 路 と して の 再 生 とい う課 題 は まだ大 きな ブ
ラ ックボ ックス に覆 わ れて お り,研 究 の進 展 が 望 まれ る.
自体 の 新 た な再 形 成 が 考 え られ る.最 近 の研 究 に よっ て,
成 人 で も中枢 神 経 損 傷 後 の 回 路 の 再 形 成 が 活 発 に起 こって
文
い る こ とが わか っ て きた1).脊 髄 損 傷 後 に,大 脳 皮 質 ,中
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脳,脊
髄 な どさ ま ざ まな レベ ル で 神 経 回路 の再 形 成 が 起 こ
る.こ れ ら中枢 神 経 回路 の 可 塑 性 と もい え る現 象 が なぜ 起
こ るのか につ い ては,ほ とん ど解 明 され て いな い.損 傷 とい
献
1) Raineteau, O., Schwab, M. E.: Nature Rev. Neurosci., 2, 263-273
(2001)
2) David, S., Aguayo, A. J.: Science, 214, 931-933 (1981)
3) Caroni, P., Schwab, M. E.: Neuron, 1, 85-96 (1988)
う刺 激 に よ り,損 傷 部 か ら遠 く離 れ た軸 索 や,損 傷 を免 れ
4) Schnell, L., Schwab, M. E.: Nature, 343, 269-272 (1990)
た軸 索 に なん らか の シグ ナ ル が運 ば れ た結 果,新
5) Yamashita, T. et al.: Mol. Neurobiol, 32, 105-112 (2005)
た な神 経
回路 が で きあが る もの と想 像 され る.こ の 可 塑 性 を制御 す
る メ カニ ズ ムの解 明 が 進 め ば,リ ハ ビ リテ ー シ ョンの概 念
に変 革 を もた ら し,再 生 治 療 法 の 開発 に も役 立 つ であ ろ う.
6) Zheng, B. et al.:Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 1205-1210(2005)
7) Yamashita, T., Higuchi, H., Tohyama, M.:J. Cell Biol.,157,565-570
(2002)
8) Yamashita, T., Tohyama, M.: Nature Neurosci., 6, 461-467 (2003)
9) Domeniconi, M. et al.: Neuron, 46, 849-855 (2005)
お わ りに
中枢 神 経 の軸 索 再 生 に 関す る研 究 は ここ数 年 で 大 きな盛
り上 が りをみせ,再 生 誘 導 治 療 法 の 開発 につ なが る分 子 タ
ー ゲ ッ トも得 られ た.し か しな が ら,提 示 され た シグ ナ ル
伝 達機 構 に は未 解 決 の 疑 問 点 もあ り,い まだ シ グナ ル の全
貌 はみ え て きて い ない の で は ない か と考 え られ る.さ
らに,
再 生 阻害 蛋 白 質 の シ グナ ル伝 達 解 析 は主 と してin vｉtroで
10) Mimura, F. et al.: J. Biol. Chem., 281, 15970-15979(2006)
11) Hata, K. et al.:J. Cell Biol., 173, 47-58 (2006)
12) Benson, M. D. et al.:Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 10694-10699
(2005)
13) Moreau-Fauvarque, C. et al.:J. Neurosci., 23, 9229-9239 (2003)
14) Bradbury, E. J. et al.: Nature, 416, 636-640 (2002)
15) Teng, F. Y., Tang, B. L.: J. Neurochem., 94, 865-874 (2005)
16) Mueller, B. K., Mack, H.,Teusch, N.: Nature Rev. Drug Discov., 4,
387-398 (2005)
行 な われ て きたが,成 体 で の 神 経 細 胞 の挙 動 を 反 映す る理
想 的 なin vitroの シス テ ム は な く,両 者 の あ い だ に は大 き
なギ ャ ップが 存 在 す る.し たが って,in
vivoに お い て再 生
阻害 に はた らいて い るか否 か を明 らか にす るこ とが この領域
の 研 究 で は もっ と も重 要 な事 柄 で あ り,早 い段 階 で の検 討
が 望 まれ る.し か し,脊 髄 損 傷 の動 物 モ デ ル は複 数存 在 し,
山下 俊 英
略歴:1990年
大 阪大 学 医学 部 卒 業,同 年 大 阪大 学医 学 部 脳
神 経外 科 入局,1998年
ドイツ マックス プランク研 究 所 研 究員,
2001年 大 阪大 学 大学 院 医 学 系研 究科 助教 授,2003年
千葉大
学 大学 院 医学 研 究院 教 授.
また,運 動 ・感 覚 な どの神 経 機 能 解 析 法 も研 究 者 間 で統 一
研 究 テーマ:中 枢 神 経 再生.
され て い ない.さ
抱 負:科 学 者 を目指 す若 い方 々に研 究の楽 しさを感 じて も らえる
らに,こ
こで は 詳 述 しなか っ たが,皮 質
よ う努 力 してい きたい.
脊 髄 路 の再 生 を正 確 に評 価 す る の は非 常 に むず か しい.こ
蛋 白質 核 酸 酵 素
Vol.52
No.1(2007)
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