●アルツハイマー病!!［ II ］基礎の話題

2．Aβ 重合のはじまり
柳澤勝彦＊

アミロイド β 蛋白（Aβ）の脳内における重合と蓄積，それに伴って生じる神経細胞変性はアルツハイマー病（AD）発症の基軸である．Aβ 重合機構の解明は AD 研究の重要課題の一つであるが，不明の点が多く残されている．アミロイド前駆体蛋白（APP）遺伝子やプレセニリン遺伝子の変異によって細胞外への Aβ 排出が増加することが根拠となって，Aβ 量の増加に Aβ 異常重合の原因を求める考え方が支配的である．しかしながら，AD 患者の大部分を占める孤発性 AD においては Aβ 産生の増加を示す事実が明らかでなく，また最近解明が進んでいる AD やアミロイドアンギオパチーをもたらす Aβ ドメイン内の遺伝子変異によっては，Aβ 産生はむしろ減少する可能性が示されている．これらの事実は，AD 脳における Aβ 重合の原因が Aβ 量の増加以外にも存在することを示している．
われわれは，AD 脳における Aβ 重合・蓄積機構の解明を目指して剖検脳の解析を行った結果，Aβ は神経細胞膜に発現される GM1 ガングリオシドに結合して重合を開始していることを示唆する事実を得た．GM1 ガングリオシド結合型 Aβ（GAβ）は，高度の凝集塊形成性を示し，また合成 Aβ を抗原として作製した抗 Aβ モノクローナル抗体の中には，GAβ を認識しないものが複数確認された．これらの特異な性質をもとに，われわれは「Aβ は GM1 ガングリオシドに結合することで構造変化を獲得し，その結果，seed となり可溶性 Aβ の重合を促進する」とする仮説をたて，研究を進めている．これまでの研究から，GAβ 形成の背景には神経細胞膜内コレステロール量が重要な役割を果たしていることを明らかにした．老化やアポリポ蛋白 E の病的意義を，神経細胞膜内コレステロール分布との関連から検討することが今後重要であると考えられる．

Initiation of Aβ aggregation
KATSUHIKO YANAGISAWA Department of Dementia Research, National Institute for Longevity Sciences
やなぎさわ・かつひこ：国立療養所中部病院長寿医療研究センター
痴呆疾患研究部長．昭和55年新潟大学医学部卒業．平成２年同大学
脳研究所神経内科助手．平成３年
東京医科歯科大学医学部神経内科助手．平成６年東京大学医学部脳研究施設病理学助手．平成７年現職．主研究領域／神経分子病理学．
＊Key words

アミロイド β 蛋白
シードG
M
1ガングリオシド
コレステロール

アルツハイマー病 35

を強く示唆するものである．しかしながら，はじめにAD 患者の大部分を占める孤発性 AD におい

アミロイド β 蛋白（Aβ）の脳内蓄積（老人て脳内細胞外液中の Aβ 量が増加しているこ斑形成）は，アルツハイマー病（AD）の神経とは確認されておらず，また最近明らかにさ病理学的主要所見である．Aβ は可溶性単体のれつつある，Aβ ドメインをコードする遺伝子状態では毒性を発揮しないことから，その重部分の変異により生ずる FAD や家族性アミ合過程の解明が AD 研究の重要課題の一つとロイドアンギオパチー（頭蓋内血管に高度のなっている．Aβ は疎水性アミノ酸を多く含むAbeta 沈着をきたす疾患；Dutch type，Italian蛋白であるため，容易に重合すると一般に理type，Flemish type，Arctic type など）におい解されている．確かに，不十分な溶解のままては，一つの例外（Flemish type）を除き，Aβ合成 Aβ を試験管内でインキュベートした場の細胞外排出量はむしろ低下している（図合，Aβ は短時間で重合しアミロイド線維を形

4）1）．Aβ ドメイン内のアミノ酸置換は，その成する．しかしながら，脳内において Aβ は生

結果 Aβ の構造変化をもたらすことが容易に理的には重合することなく，また脳実質に蓄想像され，その結果 Aβ が高い重合性を獲得積することもなく処理されている．AD 発症したと考えることができる．しかしながら，の物質的基盤である Aβ の重合は，一体どのAβ の異常重合をもたらす要因が構造異常のような機構によってもたらされるのであろう

みであるならば，これらの Aβ ドメイン内のか．

遺伝子変異が原因の病態の臨床的ならびに病理学的な多様性は，どのように説明することが で き る の だ ろ う か．Dutch type と Arctic

1．従来の Aβ 重合機構に対する考え方

type は同一位置のアミノ酸置換が原因であAβ の脳内蓄積の分子機構に関しては，これるにもかかわらず，前者の主要な Aβ 蓄積部までの多くの AD 研究者は細胞外にお け る位は血管壁であるのに対して，後者のそれはAβ 量が増加することに原因を求めてきた．そむしろ脳実質である．孤発性 AD や Aβ ドメのような考え方の拠り所は，家族性 AD（fa-イン内の変異に起因する病態が示す事実は，milial Alzheimer’s disease ; FAD）の原因 と し脳内における Aβ 重合の原因がその量的増加て特定されたアミロイド前駆体蛋白（APP）遺のみではないことを示唆しているといえる．

伝子ならびにプレセニリン（PS）遺伝子の変異によって，細胞外に排出される Aβ 量が増加するという事実である．これまでの多くの2．Seed Aβ 仮説

研究で，APP 遺伝子の中の Aβ ドメインの C

われわれは過去において，AD 脳における末側の変異（London type）と PS 遺伝子ではAβ 重合・蓄積機構の解明を目指して多数の2 種ある Aβ 分子種のうち，特に重合性の高い剖検脳の解析を行った結果，Aβ は神経細胞膜

Aβ42 の 排 出 量 が 約 2 倍 増 加 す る こ と1,2），に発現される GM1 ガングリオシドに結合しま た 同 じ く Aβ ド メ イ ン の N 末 側 の 変 異て重合を開始していることを示唆する事実を（Swedish type）では Aβ 総量が 5〜8 倍増加す

得 た5）．GM1 ガ ン グ リ オ シ ド 結 合 型 Aβる こ と が 確 認 さ れ て い る3）．こ れ ら の 結 果（GAβ）は，高度の凝集塊形成性を示し，そのは，少なくとも一部の FAD の遺伝子変異に単離をめざした実験はことごとく失敗した．

伴って，Aβ 産生系に変化がもたらされることまた，合成 Aβ を抗原として作製した抗 Aβ

36 第 125 回日本医学会シンポジウム

Aβ sequence
KMDAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIATVIVITL

NL
SwedishGFlemish

Aβ40
Aβ42

Aβ40
Aβ42

Q DutchK ItalianI, F,GLondon

G ArcticAβ42
Aβ42/40Aβ42

図1

主な APP 遺伝子変異による Aβ 細胞外排出量の変化

うに，少なくと も 孤 発 性 AD に お い て，AβAβ
可溶性AβAβAβAβAβAβ重合体

seed Aβの産生ならびに細胞外排出が障害されている事実は確認されていない．また，GM1 ガングリオシドなど脂質代謝に関しても明確な異常は AD との関連で報告されていない．最近，われわれはこの問題に対して，人工脂質膜小胞を用いて物理化学解析を進めた結果，GM1

GM1結合型Aβガングリオシドと Aβ との結合は GM1 ガングリオシドが存在する膜内のコレステロール

図2

Seed Aβ 仮説量の増加により著しく促進されること，また，
これは膜内コレステロール量増加に伴う GM1 ガングリオシドの集合（クラスター形成）をモノクローナル抗体の中には，GAβ を認識し6）基礎とすることを明らかにした（図 3）．

ないものが複数確認された．これらの特異な性質をもとに，われわれは「Aβ は GM1 ガングリオシドに結合することで構造変化を獲得し，その結果，seed となり可溶性 Aβ の重合を

3．Seed Aβ 形 成 の 背 景：ア ル ツ ハ イ
マー病発症危険因子との関係促進する」とする仮説をたてた（図 2）．このわれわれは次に，GAβ 形成を誘導しうる神仮 説 に 関 し て は，こ れ を 支 持 す る in vitro

経細胞膜内コレステロール量の増加が，ADの報告がなされている．GAβ を AD 発症の開発症危険因子によりもたらされる可能性につ始点に位置づけるには，依然さまざまな疑問いて検討した．AD の最強の危険因子は老化が残されている．その一つは，生理的に神経であるが，興味深いことに，老化マウスを用細胞表面に発現されている GM1 ガングリオ

いた研究によりシナプス膜外葉中のコレステシドが，同じく生理的に細胞外に排出されるロール量が若いマウスに比べ，約 2 倍増加す

Aβ をどのように認識し，引き付け，複合体形ることがすでに報告されている7）．われわれ成に至るのかという問題である．上述したよは同様の実験系を準備し，老化と並んで AD
アルツハイマー病 37GM1コレステロール
シナプス膜脳の老化，アポリポ蛋白E4発現によるコレステロール分布の変化

GM1クラスター形成

可溶性Aβ結合図3

膜内コレステロール増加による GM1-Aβ 結合促進

発症の強力な危険因子であるヒト型アポリポ

いては，生体内あるいは臓器内のコレステ蛋白 E4 遺伝子 を 導 入 し た マ ウ ス の 解 析 をロール総量の変化から議論するのではなく，行った．その結果，E4 発現マウス脳より調整細胞内あるいは細胞膜ドメイン内におけるコしたシナプス膜外葉中のコレステロール量レステロールの量的変動という視点から検討は，老化マウスにおける場合と同様の増加をする必要性を示唆していると考えられる．コ

示し，E3 発現マウスにはこのような変化が認

レステロール代謝とアミロイドカスケードとめられないことが明らかとなった8）．AD 発の間には，これまで知られていない接点が存症危険因子であることにおいて共通する老化在するのかも知れない．とアポリポ蛋白 E 発現が，ともにシナプス膜内のコレステロール量に影響を与えることはおわりに興味深い事実であると考えられる．最近，コGAβ の発見とその後の一連の研究は，Aβレステロールが AD 発症の過程で何らかの役以外の分子が Aβ との結合によりその構造変割を果たしている可能性が，疫学調査，実験化をアンチシャペロンのように誘導しうるこ動物や培養細胞を用いた生物学的実験によりとを示した．脳内には AD 以外にも蛋白の異9）示されている ．コレステロールが分子レベ常重合を伴う変性疾患が数多く知られていルあるいは細胞レベルでどのような作用による．それらの中には，パーキンソン病やプリり AD 発症を促進しているのか，あるいはそオン病のように遺伝子変異による一次的な蛋もそもコレステロールが AD 発症の危険因子

白構造異常を伴わない孤発性の発症も存在すになりうるのか，現時点では不明である．しる．脳内における蛋白異常重合の背景には，かしながら，これまでのわれわれの研究結果その蛋白が存在する微小環境の変化が重要なは，コレステロールの病態における役割につ役割を果たしているのかも知れない．

38 第 125 回日本医学会シンポジウム

〔文献〕
1）Suzuki N, Cheung TT, Cai XD : An increased percentage of long amyloid β protein secreted by familial amyloid β protein precursor（βAPP 717）mutants. Science1994 ; 264 : 1336―1340.
2）Scheuner D, Eckman C, Jensen M : Secreted amyloid
β-protein similar to that in the senile plaques of Alzheimer s disease is increased in vivo by the presenilin 1 and 2 and APP mutations linked to familial Alzheimer s disease. Nat Med 1996 ; 2 : 864―870.
3） Citron M , Oltersdorf T , Haass C : Mutation of the
β-amyloid precursor protein in familial Alzheimer sdisease increases beta-protein production Nature
1992 ; 360 : 672―674.
4）Nilsberth C, Westlind-Danielsson A, Eckman CB : The
Arctic APP mutation（E693G）causes Alzheimer sdisease by enhanced Aβ protofibril formation . Nat
Neurosci 2001 ; 4 : 887―893.
5）Yanagisawa K, Odaka A, Suzuki N : GM1 gangliosidebound amyloid β-protein （ Aβ ）: a possible form of
preamyloid in Alzheimer s disease. Nat Med 1995 ; 1 :1062―1066.
6）Kakio A , Nishimoto SI , Yanagisawa K : Cholesteroldependent formation of GM1 ganglioside-bound amyloid β-protein , an endogenous seed for Alzheimer
amyloid. J Biol Chem 2001 ; 276 : 24985―24990.
7）Igbavboa U, Avdulov NA, Schroeder F : Increasing age
alters transbilayer fluidity and cholesterol asymmetry
in synaptic plasma membranes of mice. J Neurochem
1996 ; 66 : 1717―1725.
8）Hayashi H, Igbavboa U, Hamanaka H : Cholesterol isincreased in the exofacial leaflet of synaptic plasma
membranes of human apolipoprotein E4 knock-in
mice. Neuroreport 2002 ; 13 : 383―386.
9）Puglielli L, Tanzi RE, Kovacs DM : Alzheimer s disease : the cholesterol connection. Nat Neurosci 2003 ;6 : 345―351.

質疑応

答

座長
（井原） どうもありがとうございました．最近のデータまでお出しいただきましたが，どなたかご質問がございますか．
岩坪威（東大） 異なる界面活性剤の条件下で Arctic 変異型の Aβ が異なる凝集性を示すことは非常に興味深く拝見したのですが，zwittergent と SDS で，それぞれどのような膜の特質を再現するのかについてお教えください．
柳澤

そもそも神経細胞の膜をまったく同じように mimic することはできません．ご存じ の よ う に SDS は マ イ ナ ス の チ ャ ー ジ を持っています．zwittergent も実は ionic の detergent なのですが，面白いことにプラスとマイナスを持っています．ですからチャージという点ではニュートラルなのです．それがな
ぜあのような態度の違う behavior を誘導したのかわかりませんが，質的には違うと思います．
座長

みなさんも興味があるだろう点について一つうかがいます．コレステロールがrisk factor としていわれていますが，これと関係がある可能性はいかがでしょうか．
柳澤

あると思います．ただ神経細胞膜のコレステロールの動態に関してはまったく情報がない，言いかえると，現時点ではそれを評価する方法がまったくないということです．外側からの疫学調査でのデータですが，確かに何かをしている，局所におけるコレステロール濃度の変化を介してガングリオシドと Aβ との結合を誘導するような微小環境をつくっているのではないかと考えています．
座長

どうもありがとうございました．

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