公益財団法人山口内分泌疾患研究振興財団 内分泌に関する最新情報 2017 年 12 月

多機能ペプチド Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide（PACAP）の下垂体ゴナドトロピン産生細胞調節機能
金崎 春彦 1) 、折出 亜希 2) 、京哲 3)1) 島根大学医学部 産科婦人科 准教授
2) 島根大学医学部 産科婦人科 講師
3) 島根大学医学部 産科婦人科 教授

はじめに
Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide（PACAP：下垂体アデニル酸シクラーゼ活性化ポリペプチド）は 1989 年に下垂体細胞のアデニル酸シクラーゼを活性化する物質として単離・同定された視床下部ペプチドである 1)。PACAP の発現は脳視床下部、下垂体の他、副腎や卵巣など幅広い末梢組織に認められ、その受容体も広範囲に存在している。中枢神経系においては神経細胞の分化や維持、シナプス可塑性に関与し、末梢においてはインスリンやカテコラミンなどホルモン分泌促進作用をもつ多機能ペプチドとして様々な生理的作用を有すると考えられている 2)。
女 性 の 生 殖 機 能 は 視 床 下 部 - 下 垂 体 - 性 腺 軸 （ Hypothalamic pituitary
Gonadal axis :HPG axis）による制御を基軸とし、視床下部キスペプチン及びGonadotropin-releasing hormone（GnRH）を頂点とする内分泌支配を受けている。視床下部キスペプチンニューロンが GnRH ニューロンから GnRHの分泌を制御し、GnRH が下垂体前葉からゴナドトロピンである Folliclestimulating hormone（FSH）と Luteinizing-hormone（LH）の分泌を促進する。そして、FSH と LH は協調して卵胞発育及び性ステロイド生合成を制御している。
本稿では多機能ペプタイドである PACAP が HPG axis の中心である下垂体ゴナドトロピン産生細胞における LH、FSH の産生に対してどのような影響を与えているのか、私たちの研究から得られた知見を基に概説する。

Key words ： PACAP、HPG axis、GnRH、ゴナドトロピン
1. PACAP と PACAP 受容体
PACAP には PACAP38 と PACAP27 の 2 つのフォームがあり、それぞれ38 と 27 のアミノ酸からなる。PACAP は Vasoactive intestinal polypeptide（VIP）

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公益財団法人山口内分泌疾患研究振興財団 内分泌に関する最新情報 2017 年 12 月/グルカゴン/セクレチンファミリーに属し、互いのアミノ酸配列に高い相同性を有する。PACAP 受容体は G 蛋共役型の受容体であり、PACAP タイプ I受容体（PAC1 受容体）の他、VPAC1、VPAC2 受容体があるが、そのうち PAC1受容体が最も PACAP 選択的な受容体である。PAC1 受容体は Gs 蛋白及び Gq蛋白と共役しており、アデニル酸シクラーゼ及びフォスホリパーゼ C を活性化し、細胞内 cAMP の増加、細胞内カルシウムの上昇あるいはプロテインキ
ナーゼ C 及び MAP キナーゼ経路を活性化させる 3)。PAC1 受容体は脳全体の神経細胞に広く発現しており、特に視床下部室傍核、視索上核、弓状核など、GnRH ニューロンの存在部位オーバーラップする部位に存在する他 4)、下垂体前葉及び後葉にもその発現を認めている 5)。
2. PACAP によるゴナドトロピン調節
下垂体からのゴナドトロピン合成・分泌を主として制御するのは視床下部
GnRH であるが、PACAP もゴナドトロピン調節に関与する。ラットに PACAPの静脈内投与を行うと血中 LH、FSH の濃度は増加する 6)。また PACAP はGnRH によるゴナドトロピン分泌作用を増強させる 7)。PACAP 欠損マウス
あるいは PAC1 受容体欠損マウスの繁殖能力は大幅に減少するとされ 8,9)、
PACAP が性機能制御に重要な役割を果たしていることが窺える。
視床下部で合成された PACAP は下垂体門脈を経由して下垂体前葉に作用する。一方で下垂体前葉にも PACAP が存在し、性周期でその発現量が増減することから 10) 、PACAP は下垂体の局所因子としての役割があるものと推測される。
3. 下垂体ゴナドトロピン産生細胞における PACAP の役割
私たちはゴナドトロピン産生細胞における PACAP の役割を検討するためにマウス下垂体腫瘍由来のゴナドトロピン産生細胞株である LT2 細胞を実験に用いた。LT2 細胞はゴナドトロピンサブユニットα、LH、FSH及び GnRH受容体を持ち、GnRH に反応して全てのゴナドトロピンサブユニットを発現させる。PACAP を LT2 細胞の培養ディッシュに直接添加すると全てのゴナドトロピンサブユニットの転写活性が増強することから PACAP も GnRH と同様、ゴナドトロピン促進因子であることが分かる 11)。また PACAP は GnRH受容体及び自身の PAC1 受容体発現も増加させる 12)。
4. GnRH と PACAP の相互作用GnRH がゴナドトロピン合成・分泌の強力な促進因子であることは間違いないが、PACAP もゴナドトロピン促進因子である。この 2 つのペプタイドは2

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ゴナドトロピン産生細胞でどのような相互作用をもつのかを検討した。まず、GnRH はゴナドトロピン産生細胞において自身の GnRH 受容体発現を促進する 13)。また、PACAP も GnRH 受容体発現を増加させる 12)。一方で GnRH
は PAC1 受容体発現を増加させ 14)、上述したように PACAP もまた自身の受容体を増加させる。興味深いことに PAC１受容体発現量の増加は、GnRH によるゴナドトロピン発現効率を上昇させる 15)。これらの結果から GnRH とPACAP はそれぞれの受容体発現を制御することで互いに影響しあっているものと考えられる（図 1）。

GnRH
PACAP

PAC1Rの存在で
GnRHによるゴナドトロピン合成作用が増大する

aLH
FSH
PACAP
PAC1R

aLH
FSH
GnRHR

図1 下垂体ゴナドトロピン産生細胞においてGnRHとPACAPは協調してゴナドトロピン合成に働く
GnRHR(GnRH受容体), PAC1R (PAC1受容体)

GnRH 受容体はその数が多ければ多いほど、LH産生促進へ向かい、反対に過剰な GnRH 受容体存在下では FSH産生は抑制される傾向にあることが分かっている 13,16)。一方、同一濃度の PACAP よるゴナドトロピン合成刺激効果は PAC１受容体発現が多ければ多いほど LH, FSHともに上昇する 17)。
これらの結果は GnRH は自身の刺激で PAC１受容体を増加させ、PACAP による LH, FSHサブユニット発現効果を増大させている一方、PACAP もGnRH 受容体数を増加させることで、GnRH による LH、FSHサブユニット合成を微妙に調節している可能性がある GnRH と PACAP は共に単独でゴナドトロピン発現を促進するが、GnRH と PACAP の同時刺激では LH、FSH

3公益財団法人山口内分泌疾患研究振興財団 内分泌に関する最新情報 2017 年 12 月

はそれぞれの単独刺激よりもさらに増強する 17)。PACAP は下垂体前葉局所にも発現を認める。LT2 細胞にも PACAP 発現があることから、ゴナドトロピン産生細胞が PACAP を発現している可能性がある。LT2 細胞にもおいては GnRH が PACAP 発現を促進することが分かっている 14)。
5. PACAP 及び PAC1 受 容 体 の GnRH パルス頻度依存性ゴナドトロピン
発 現への関与
視床下部から放出される GnRH はパルス状に分泌されており GnRH パルスの頻度と振幅は性周期により変動し、GnRH パルス分泌の頻度が LH、FSHの特異的な合成分泌に関与している。卵胞期初期には GnRH は下垂体門脈へ比較的低頻度パルス状に分泌されており、この時期下垂体からは LH よりもFSH が優位に分泌される。一方、卵胞期後期に近づくにつれ FSH よりも LHが優位に分泌されてくるが、この時期の GnRH の分泌は高頻度パルス状分泌に変化している 18)。このように GnRH は自らの分泌頻度を変化させることで FSH、LH の合成分泌を特異的に制御していると考えられる。実際 LT2に対し GnRH パルス状刺激を行うと高頻度 GnRH 刺激では LHサブユニットが優位に合成され、低頻度 GnRH 刺激では LHよりも FSHサブユニットが優位に合成される。興味深いことに LT2 細胞における PACAP 及び PAC1受容体の発現は高頻度 GnRH パルス刺激よりも低頻度 GnRH パルス刺激においてより増強する 14)。一方 GnRH 受容体発現は低頻度 GnRH 刺激よりも高頻度 GnRH 刺激で優位に増加する 13)（図 2）。

高頻度GnRHパルス刺激

低頻度GnRHパルス刺激

GnRH

GnRH
GnRH

PACAP

GnRHR

PAC1R

GnRHR
LH
GnRHR

FSH
PACAP
PAC1R

PAC1R

図2 GnRHパルス頻度依存性ゴナドトロピン発現機構におけるPACAP及びPAC１受容体の関与
高頻度GnRH刺激においてはLHが優位に発現する。この時GnRH受容体数は増加する。
低頻度GnRHパルス刺激下でPACAP、PAC1受容体発現は増加。この状態ではFHS産生が優位となる。

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上述したように FSHサブユニットは細胞内の GnRH 受容体発現量が多ければその発現が抑制される傾向にあることから、高頻度 GnRH パルス刺激
状態では GnRH 受容体数が増加し、LH合成優位になる環境になる。低頻度GnRH パルス刺激により PACAP 及び PAC1 受容体数がゴナドトロピン産生細胞内に増加した状態では FSH合成が優位な状態になっている。PACAPあるいは PAC1 受容体と FSHの関係は更に検討する必要があるが、GnRHによる FSH 合成が PACAP 受容体の阻害剤下で抑制されることは分かっている 14)。
6. PACAP のパルス状刺激でもゴナドトロピン特異的産生が生じる
GnRH は視床下部からパルス状に分泌され、下垂体ゴナドトロピンサブユニットを特異的に制御している。PACAP が視床下部から GnRH と同様にパルス状に分泌されているかどうかは不明であるが、実験的に PACAP のパルス状刺激を行った場合、高頻度 PACAP 刺激では LT2 細胞内の GnRH受容体発現が著明に増加した。一方、低頻度 PACAP 刺激では PAC1 受容体発現が高頻度刺激においてよりも優位に増加する 12)。GnRH 受容体あるいはPAC1 受容体発現が LH、FSHサブユニットの特異的発現に関与している可能性がある。
7. おわりに
本稿では多機能 PACAP の下垂体ゴナドトロピン産生細胞における機能について概説した。PACAP やその受容体は GnRH の影響下にあり LH あるいはFSH 合成の特異性決定に影響を与えている可能性がある。PACAP は同じ視床下部ペプチドである GnRH ニューロンにも影響を与えていることは間違いなく、実際 GnRH 産生細胞株において PACAP は GnRH 受容体数を変動させる 19)。また HPG axis の最上位に位置し、GnRH ニューロンからのGnRH 分泌を支配しているという視床下部キスペプチンニューロンに対しての作用も有すると考えられる。HPG axis における PACAP の存在意義について更に検討を進めたいと考えている。

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公益財団法人山口内分泌疾患研究振興財団 内分泌に関する最新情報 2017 年 12 月11) Harada T, Kanasaki H, Mutiara S, Oride A, Miyazaki K. Cyclic adenosine
3',5'monophosphate/protein kinase A and mitogen-activated protein kinase 3/1
pathways are involved in adenylate cyclase-activating polypeptide 1-induced common
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LbetaT2 cells. Biol Reprod. 2007;77(4):707-16.
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16) Kaiser UB, Sabbagh E, Katzenellenbogen RA, Conn PM, Chin WW. A mechanism forthe differential regulation of gonadotropin subunit gene expression by gonadotropinreleasing hormone. Proceedings of the National Academy of Sciences of the UnitedStates of America. 1995;92(26):12280-4.
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19) Kanasaki H, Mijiddorj T, Sukhbaatar U, Oride A, Miyazaki K. Pituitary Adenylate
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