倉田奨励金研究報告書｜2016 年度（第 48 回）助成■受領№1305

グリア細胞制御法の開発と慢性疼痛治療への応用

研究代表者

小泉 修一

山梨大学大学院総合研究部医学域教授

1．研究目的た慢性疼痛に対する作用はわかっていない。本研究の成腰痛や神経障害性疼痛等の慢性疼痛は、原因が不明で有効な治療法が少ない疾患である。またこれらは、高齢果により、慢性疼痛治療に直結するtDCSの有効性に関する基礎データを得ることが期待出来る。

者だけでなく生産年齢人口における罹患率も高く、社会活動の大きな損失となっており、医学的にも社会的にも

2．研究概要重要な問題であるといえる。
切り傷や打撲等の急性痛は、

2.1 tDCS 反応の最適化と基礎情報の抽出

末梢神経終末にある痛み受容体が刺激され、知覚神経がtDCSと神経障害性疼痛に関する研究はほとんど行わその情報を脳に伝えることにより起こる。ところが、慢れていない。
すでにヒトで使われているtDCS装置及び自性痛の多くは、痛み受容器に依存しておらず、痛みの伝作のtDCS装置をMonaiら（Monai et al, 2016）の報告に従達経路に異常を来すために誘発されると考えられている。って作成した（図1）。まず、tDCSそのものがマウスの従って、急性痛が生体の警告系として重要な役割を果た

疼痛行動に影響するか否かを明らかにするため、tDCSすのに対し、慢性疼痛はもはや不必要な情報伝達系であを何もしていない正常マウス(naiveマウス)に負荷した。

るともいえる。本研究計画は、慢性疼痛の原因を体性感疼痛の評価は、von Frey filamentを用いて触刺激により覚情報の最終到達点である大脳皮質に注目して研究を行惹起される痛み行動（メカニカルアロディニア）を指標う。特に、(1)大脳皮質体性感覚野（S1）のグリア細胞のとした。しかし、tDCS負荷により、naiveマウスでメカ機能異常に着目した研究を展開するもので、独創性は高ニカルアロディニアが起こることが明らかになった。そいといえる(Kim et al., 2016)。本成果を応用するために、

こで、先ずはtDCSの安全性を担保するため、この有害作(2) 経頭蓋直流刺激法（tDCS）を用いる。慢性疼痛には用の詳細を解析することにした。

神経障害性疼痛モデルマウスを用い、疼痛行動を指標とした行動薬理学的手法及びS1アストロサイト（グリア細胞）のin vivo Ca イメージング法を主体に据え、tDCS
2+2.2 tDCS 負荷によるナイーブマウスの細胞外 ATP濃度([ATP]o)の亢進の慢性疼痛及び体性感覚野アストロサイト機能に対するMounaiらの先行研究により、tDCSによりアストロサ作用を明らかとする。これらin vivo機能解析を各種in

イトのCa2+上昇が惹起されることが明らかとなっている

vitro解析法（生化学、分子生物学的手法）により補完す（Monai et al., 2016）. また我々は、アストロサイトのる。tDCSは既に臨床現場で使われており、うつ症状の改Ca2+上昇が、シナプス再編及び神経ネットワーク組み替

善、運動機能障害のリハビリテーション、認知症の改善

えにより、アロディニアを誘導することを報告している等で一定の成果が得られている。しかし、なぜtDCSが有（Kim et al., 2016）。そこでまず、S1領域にマイクロダイ効であるのかに関するメカニズムは全く不明であり、まアリシスチューブを取り付けたマウスにtDCSを負荷し、

倉田奨励金研究報告書｜20116 年度（第 48 回）助成成

図1

tDCS の人
人への応用 （左図）
（MMiyuki Giken HP より）及及び自作作のマウス tDCS 装置のの写真（右図上）及び模式式図（右図下下）

図２.

ttDCS 負荷ににより惹起さされる細胞外外ATP 放出
出の時間経過。

図３. TCAA 法による A
ATP の S1 投与と投メカ
カニカルアロロディニア

マイクロダ
ダイアリシスチ
チューブを装装着したマウウス

ATTP/S1 15 分間間の投与によより（左図）、に tDCS をを負荷し、チチューブに回回収される AATP

その翌日から少少なくとも 4 週間 (28 d)持続するdを 1 時間毎毎に測定したた。

が誘導されたた(右)。
メカニカルアロディニアがアストロサイ
イトのCa2+上昇昇と関連した分分子をスクリーニけ、ATPを直接投投与した（TCACA; trans craniial application））。

ングしたとこころ、[ATP]ooが上昇するこことが明らかとな

CA により[ATTP]o をS1ににわずか15分分間投与する
るTCった（図2）。[ATP]oは、アストロサイ
イトのCa 興奮興奮性（AATP/S1）だけけでシナプス再再編と４週間間以上持続するるな分子であるる(Koizumi ett al.,を亢進させる
る最も重要な機械械的アロディニアが誘導さされた（図３）。現在、こののPNAS 2003; Kim et al., Gliia 2017)。そこ
こで、この[ATTP]o[ATTP]o上昇が、S1のどの細胞胞種に作用するるのか、どの受受亢進とtDCSによる神経障障害性疼痛誘導
導の因果関係に関容体体サブクラスにに作用するのかか、さらにどのの様な分子メカカ開始した。
する検討を開ニズ
ズムでメカニカ
カルアロディニ
ニアを誘導する
るのかを解析中
中2+であある。また、tDC
CSが[ATP]ooを上昇させるこことを考慮する
る
ける[ATP]oo と疼痛行動
動
2.3 S1 におけ
先ずS1真上上の頭蓋骨にに⻭科用ドリル
ルで丁寧に⽳を開と、ttDCSは[ATPP]oを介して疼疼痛行動に影響響を与える可能能性がが強く示唆されれた。現在、tD
DCSによる[ATTP]o上昇からら倉田奨励金研究報告書｜2016 年度（第 48 回）助成
アロディニアに至る分子メカニズムの解析を開始し、両者

HPN, Hayashi H, Hiasa M, Moriyama Y,の因果関係を明らかにしている。

Ikenaka K, Tanaka KF, Koizumi S. (2018)
Anti-depressant fluoxetine reveals iths

以上、tDCSが予期しないアロディニアを誘導したことにより、当初の目的の達成には至っていない。しかし、therapeutic effect via astrocytes. EBioMedicine.
32, 72-83.

tDCSの強度、作用時間、頻度等の条件検討を十分に行うことで、本問題の解決は可能であると考える。
また逆に、

3．発表（研究成果の発表）

tDCSがシナプス可塑性分子[ATP]oを上昇させること

1) Kinoshita M, Hirayama Y, Fujishita K, Shibata

は、tDCSによりシナプス再編や神経の活動が⻑期変化をK, Shinozaki Y, Shigetomi E, Takeda A, Le誘導させる可能性を示唆する（Kim et al., 2016; Kinoshita

HPN, Hayashi H, Hiasa M, Moriyama Y,et al., 2018）。従って、tDCSは慢性疼痛等の中枢疾患に

Ikenaka K, Tanaka KF, *Koizumi S. (2018)

介入する手段として、依然として有用なツールであり、Anti-depressant fluoxetine reveals its

最適化条件を探し出す必要の重要性が示唆された。

therapeutic effect via astrocytes. EBioMedicine.
32, 72-83.

参考文献

2) Saito, K.#, Shigetomi, E. #, Yoshida,T. #, Tanaka,

1) Kim SK, Hayashi H, Ishikawa T, Shibata K,

K.F., Ikenaka, K., Mikoshiba, K., Nakagawa, N.,

Shigetomi E, Shinozaki Y, Inada H, Roh SE,Mizuno, T. and *Koizumi, S. (2018) Astrocyte

Kim SJ, Lee G, Bae H, Moorhouse AJ,

aberrant Ca2+ signals “AxCa” exacerbate theMikoshiba K, Fukazawa Y, Koizumi S,

pathological alterations in an Alexander disease

Nabekura J. (2016) Cortical astrocytes rewire

model. GLIA. 66, 1053-1067, 2018

somatosensory cortical circuits for peripheral
neuropathic pain. J Clin Invest., 126, 1983-97.
2) Monai H, Ohkura M, Tanaka M, Oe Y, Konno

3) Morizawa, Y.M., #Hirayama, Y., #Ohno, N.,Shibata, S., Shigetomi, E., Sui, Y., Nabekura, J.,
Sato, K., Okajima, F., Takebayashi, H., K.,A, Hirai H, Mikoshiba K, Itohara S, Nakai J,Okano, H. and *Koizumi, S. (2017) Reactive

Iwai Y, Hirase H. (2016) Calcium imaging

astrocytes function as a phagocyte after brain

reveals glial involvement in transcranial direce

ischemia via ABCA1-mediated pathway. Nat

current stimulation-induced plasticity in

Commun, 8, 28. doi:mouse brain. Nat Commun., 7, 11100.

10.1038/s41467-017-00037-1

3) Koizumi S, Fujishita K, Tsuda M,
Shigemoto-Mogami Y, Inoue K. (2003)
Dynamic inhibition of excitatory synaptictransmission by astrocyte-derived ATP in
hippocampal cultures. Proc Natl Acad Sci U S
A. 100, 11023-84) Kim SK, Nabekura J, Koizumi S.
(2017)Astrocyte-mediated synapse remodelingin the pathological brain. Glia, 65, 1719-1727.
5) Kinoshita M, Hirayama Y, Fujishita K, Shibata
K, Shinozaki Y, Shigetomi E, Takeda A, Le