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食において匂いの快・不快感を誘起する脳内神経回路の解明＜平成 22 年度助成＞

食において匂いの快・不快感を誘起する脳内神経回路の解明
坪井昭

夫（奈良県立医科大学 脳神経システム医科学）

1

は、森憲作博士（東京大）のグループにより、片側はじめにの鼻孔を閉じて匂い刺激を遮断すると、閉じた側大脳皮質の視覚野や海馬の神経回路は、ニューの嗅球では新生ニューロンの細胞死が促進されてロンがその活動に応じて樹状突起の発達やスパイいることから示された 3) 。更に、澤本和延博士（名ン形成を行うことにより、精密化されたものに成市大）のグループにより、新生ニューロンが嗅球熟する。匂い分子を受容する嗅細胞の接続先であに移動する際、SLIT を分泌しながら、周囲のアる、嗅球の介在ニューロン（顆粒細胞と傍糸球細胞）ストロサイトに働きかけ、高速移動する場を創出

は、胎生期のみならず成体期においても新生されすることが明らかにされた 4 ) 。しかしながら、嗅。
続け、新たな神経回路を再構築している 1)（図 1）

球介在ニューロンの神経活動依存的な回路形成機

このことは、影山龍一郎博士（京都大）のグルー構については不明な点が多い。そこで本研究では、プにより、嗅球ニューロンによる新たな神経回路嗅球介在ニューロンをモデルとして、レンチウイの形成は、古い神経細胞と新生された神経細胞がルスを用いた嗅神経活動依存的な遺伝子の機能解置き換わることに依るという知見から示された 2 ) 。

析を行うことにより、感覚入力依存的な神経回路

また、この成体における嗅球の神経回路形成は神の可塑性の分子機構を解明すると共に、“食におけ経活動の影響を受けることも知られている。これる健康”という QOL の追及を目指した。

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図 1 マウス嗅覚神経回路の模式図ᅗ㸯ࠉ࣐࢘ࢫႥぬ⚄⤒ᅇ㊰ࡢᶍᘧᅗ

嗅球介在ニューロン（傍糸球細胞・顆粒細胞）は脳室周辺で産生され、RMS（rostralmigratory stream）という経路を通って嗅球へ移動し、新たな神経回路を形成する。

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浦上財団研究報告書

2．匂いの快・不快な環境における新生ニューロンの解析【目 的】Vol.20（2013）【 結果１】
このレンチウイルスの系を用いて、マウスの鼻孔を閉塞したところ、閉じた側の嗅球が縮退する)
図 3）。このことは、嗅球の介ことが判明した 5（

私共が対象にしている嗅球の介在ニューロン在ニューロンの産生や既存の嗅神経回路への新たは、胎生期のみならず成体時においても、常に、な介在ニューロンの付加が、神経活動依存的であ神経新生や新たな神経回路が生じているというユることを示唆している。

ニークな特徴を持っている。また生後、脳内の神開いた側経回路は、外界からの刺激に反応して適切な回路

閉じた側では、嗅覚系をモデルとして、快・不快な匂いの環境下における脳における新生ニューロンの動態を解析した。嗅覚系においては、特定の匂い分子傍糸球細胞に修正されることが知られている。そこで本研究は特定の神経細胞のみを活性化するので、刺激とそれに反応する神経細胞の対応が明確であり、従顆粒細胞

来の刺激 enriched な環境での実験に比べて、より精密な実験を行うことが可能である。
【 方法１ 】
私共は、GFP 遺伝子を搭載したレンチウイル
スをマウス脳室に注入して、その２週間後に嗅球切片を解析した。その結果、GFP 遺伝子が新生された嗅球介在ニューロンにのみ取り込まれていたので、私共は、嗅球における新生ニューロンの5)動態を in vivo で解析することに成功した （図 2）。

図3

嗅球介在ニューロンの発達は神経活動依存的である

GFP レンチウイルスを用いて、新生する嗅球介在ニューロンを可視化した後、片鼻を閉じて神経活動を低下させたところ、ニューロンの樹状突起の発達が抑制された。

【 方法 ２ 】
次 に、 レ ン チ ウ イ ル ス を 用 い た in vivo で の嗅球切片Ⴅ⌫ษ∦（共焦点顕微鏡）㸦ඹ↔Ⅼ㢧ᚤ㙾㸧

嗅球ホールマウントႥ⌫࣮࣐࣍ࣝ࢘ࣥࢺ
（ニ光子励起顕微鏡）㸦஧ගᏊບ㉳㢧ᚤ㙾㸧

GFP 発現系を、快・不快な匂いの環境に暴露したマウスに適用して解析を行った。具体的には、快適な匂いと不快な匂いを充満させたケージ内で、GFP レンチウイルスを注入したマウスを数日間飼育した。この場合、マウスにとって快適な匂いとは、餌の匂いや好んで長時間嗅ぎに来る匂いを意味し、不快な匂いとは腐敗臭、刺激臭や猫などの天敵臭といったマウスに忌避反応を誘起する匂いを意味する。

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2 GFP レンチウイルスを用いた新生嗅球介在ニューロンの可視化
GFP 遺伝子を搭載したレンチウイルスを仔マウスの脳室に注入して、2 週間後に嗅球切片とホールマウントを解析した。

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クローバの香りであるオイゲノールをマウスに嗅がせたところ、それを受容する OR-EG 細胞に

食において匂いの快・不快感を誘起する脳内神経回路の解明

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対する糸球の大きさが顕著に変化していないこと食べ物の香りによる心地良さ（癒し）を感知するを見出した（未発表データ）。神経細胞の発達に脳内の活動領域を、分子・細胞レベルで解析する

は、NGF（nerve growth factor）や BDNF（brain-ことが可能になると考えられる。

derived neurotropic factor）などの神経成長因子や細胞骨格形成の制御因子が関与することが知ら

4.

おわりにれている。そこで今後、神経細胞の発達に異常が我々は、匂いの快適か不快かによって、それぞ見られた場合には、これらの遺伝子発現を解析す

れ癒しやストレスを日常的に感じて生活していることにより、神経細胞の発達段階の、どの段階でる。この匂いの快・不快を感知するメカニズムを異常をきたしたのかを明らかにする予定である。

解明することは、“食における匂いの快感とは何か

3.

匂いの快・不快な環境において活性化される神経回路の解析【目 的】を科学する”上で極めて重要である。私共は、五感の中でもとりわけ、“嗅覚”に着目して研究を行っている。本研究では、マウスの嗅覚系をモデルとして、匂いの快・不快な環境のもたらす新生ニ

これまでの研究により、快・不快の情動は、海ューロンの発達の影響を検討すると共に、快・不馬や扁桃体などからなる大脳辺縁系によりもたら快感を誘起する脳内の神経回路を解析した。夜行されると考えられている。この大脳辺縁系は、匂性であるマウスは、視覚が未発達の代わりに、嗅いの情報が直接入力される領域であり、快・不快覚が高度に発達しており、複雑な神経回路を形成な匂いの刺激により神経活動が活発に行われていしている。嗅覚は他の感覚とは異なり、匂い情報ると考えられる。

が視床下部を経由せずに直接、情動を司る扁桃体【方 法】や海馬といった大脳辺縁系へと伝わる。従って、

私共は、匂いにより誘起される快・不快の環境

嗅覚はマウスやヒトにとって快・不快の情動と密下で飼育したマウスに対して以下の実験を行っ接に係る感覚であると云える。また、マウスとヒた。快適な匂いまたは不快な匂いを充満させたトの脳では、その構造は大きく異なるように見えケ ー ジ で 飼 育 し た マ ウ ス を 解 剖 し て、c-fos やるが、神経領域の部位、並びに、異なる領域間のzif 268（神経活動依存的に発現が誘導される遺伝連結は、両者で多くの共通な部分を有することが子）が、脳内のどのニューロンで発現しているの知られている。従って、本研究において、匂いのかを、免疫組織染色法を用いて解析した。この際、快・不快感に関与するマウスの神経回路が解明さ脳内でも特に、快・不快の情動を司る扁桃体などれれば、ヒトにおいて対応する領域の神経活動をの大脳辺縁系に焦点を絞って解析を行った。扁桃調べることにより、ヒトで匂いの快・不快感を客

体は多数の神経核が集まった複雑な構造を呈して観的に評価することが可能となり、“食における健いるが、快・不快の条件下で扁桃体のどの領域が康”という QOL の追及にも繋がると期待される。

特異的に活性化されるのかは全く分かっていない。
【結 果】

謝辞

私共が、クローバの香りであるオイゲノールを本研究を遂行するに当たり、ご支援を賜りまし

マウスに嗅がせたところ、扁桃体の基底外側核

た（公財）浦上食品 ･ 食文化振興財団に厚くお礼（BLA）のニューロンが活性化されることが判明を申し上げます。

した（未発表データ）。このような実験を通して、

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文

浦上財団研究報告書

献1) Lledo PM, Merkle FT, Alvarez-Buylla A: Trends Neurosc.
31, 392-400 (2008).
2) Imayoshi I, Sakamoto M, Ohtsuka T, Takao K, MiyakawaT, Yamaguchi M, Mori K, Ikeda T, Itohara S, Kageyama R:
Nat Neurosci 11, 1153-1161 (2008).
3) Yamaguchi M, Mori K: Proc Natl Acad Sci USA 102, 96979702 (2005).
4) Kaneko N, Marin O, Koike M, Hirota Y, Uchiyama Y, Wu
JY, Lu Q, Tessier-Lavigne M, Alvarez-Buylla A, Okano H,Rubenstein JL, Sawamoto K: Neuron 67, 213-223 (2010).
5) Yoshihara S, Takahashi H, Nishimura N, Naritsuka H,Shirao T, Hirai H, Yoshihara Y, Mori K, Stern PL and Tsuboi
A: J Neurosci 32, 2217-2226 (2012).
成果発表〔 原著論文〕

1. Yoshihara S, Takahashi H, Nishimura N, Naritsuka H,Shirao T, Hirai H, Yoshihara Y, Mori K, Stern PL and Tsuboi
A: 5T4 glycoprotein regulates the sensory-input dependent
development of a specific subtype of newborn interneurons
in the mouse olfactory bulb.
The Journal of Neuroscience 32: 2217-2226 (2012).
2. Tsuboi A, Imai T, Kato H, Matsumoto H, Igarashi K, Suzuki
M, Mori K and Sakano H: Two highly homologous mouseodorant receptors encoded by tandemly linked MOR29A andMOR29B genes differently respond to phenyl ethers.
European Journal of Neuroscience 33: 205-213 (2011).
〔 和文総説〕

1. 吉原誠一、坪井昭夫
嗅球における感覚入力依存的な神経回路再編の分子機構「AROMA RESEARCH」第 13 巻第 3 号 pp.235-239 (2012).
2. 高橋弘雄、坪井昭夫
脳における匂い感覚地図の形成メカニズム「Foods & Food Ingredients Journal of Japan」第 216
巻 第 2 号 pp.100-106 (2011).
［国際学会・シンポジウム］

1. Tsuboi A, Takahashi H, Nishimura N, Kinoshita M, MoriK, Stern PL and Yoshihara S. Sensory input regulates thedendritic development of specific neuronal subtypes in themouse olfactory bulb. The 16th International Symposium
on Olfaction and Taste (ISOT), Stockholm, Sweden(2012).
［国際学会・一般講演］

1. Takahashi H, Yoshihara S, Miyazaki N, Nanaura H, Hirono
J, Sato T and Tsuboi A: Molecular basis of CO 2 sensing
in the mouse olfactory system. The 16th International
Symposium on Olfaction and Taste (ISOT), Stockholm,
Sweden (2012).
2. Yoshihara S, Takahashi H, Mori K, Stern PL and Tsuboi
A: 5T4 glycoprotein regulates the sensory input-dependent

Vol.20（2013）
development of a specific subtype of newborn interneurons
in the mouse olfactory bulb. The 19th Biennial Meeting ofthe International Society for Developmental Neuroscience(ISDN), Mumbai, India (2012).
3. Tsuboi A, Takahashi H, Nishimura N, Mori K, Stern PL
and Yoshihara S: Sensory input regulates the developmentof a specific subtype of newborn interneurons via 5T4
glycoprotein in the mouse olfactory bulb. IIAS Symposium:
Frontiers in Neuroscience: From Brain to Minds, IIAS
Kyoto, Japan (2011).
4. Tsuboi A, Takahashi H, Nishimura N, Mori K, Stern PL
and Yoshihara S: Sensory input regulates the developmentof a specific subtype of newborn interneurons via
5T4 glycoprotein in the mouse olfactory bulb. EMBOSymposium: The Assembly and Function of Neuronal
Circuits, Ascona, Switzerland (2011).
5. Yoshihara S, Nishimura N, Takahashi H, Mori K and Tsuboi
A: The dendrite arborization of olfactory bulb interneurons
in an odor-evoked activity-dependent process.
Keystone Symposia: Adult Neurogenesis, Taos, New
Mexico, USA (2011).
［国内学会・シンポジウム］

1. Tsuboi A, Takahashi H, Yamada K, Mori K, Stern PLand Yoshihara S: Sensory input regulates the dendritic
development of specific neuronal subtypes.
In: Symposium “Molecular basis of odor processing in thebrain”.
Neuroscience 2012, Nagoya Congress Center (2012).
2. Tsuboi A, Takahashi H, Mori K and Yoshihara S: Olfactory
sensory input regulates the dendrite arborization of adultgenerated interneurons via transmembrane protein 5T4.
In: Symposium “Plasticity in the olfactory system - genesis,
migration, circuit reorganization and function of adultolfactory bulb neurons”.
Neuroscience 2011, Pacifico Yokohama (2011).
［国内学会・一般講演］

1, 宮﨑尚也、高橋弘雄、吉原誠一、坪井昭夫
嗅覚によって油を感知する機構の解明
第 59 回日本生化学会近畿支部例会、京都大学
おうばくプラザ（2012）.

宇治

2. 吉原誠一、西村信城、高橋弘雄、木下雅仁、森憲作、Peter L Stern、坪井昭夫
Oncofetal protein 5T4 regulates the dendrite arborizationof olfactory bulb interneurons in an odor-evoked activitydependent process.
第 34 回日本神経科学会大会、パシフィコ横浜（2011）.
3. 高橋弘雄、吉原誠一、七浦仁紀、坪井昭夫
Time-lapse imaging of neuronal migration in the mouseolfactory bulb.
第 34 回日本神経科学会大会、パシフィコ横浜（2011).
4. 吉原誠一、西村信城、高橋弘雄、森憲作、坪井昭夫
The dendrite arborization of olfactory bulb interneurons in anodor-evoked activity-dependent process.

食において匂いの快・不快感を誘起する脳内神経回路の解明
第 33 回日本分子生物学会年会、神戸ポートアイランド（2010）.
5. 高橋弘雄、七浦仁紀、吉原誠一、今井猛、廣野順三、佐藤孝明、坪井昭夫

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Molecular basis of CO 2 sensing in the mouse olfactory
system.
第 33 回日本分子生物学会年会、神戸ポートアイランド（2010）.

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浦上財団研究報告書

Vol.20（2013）

Characterization of the neural curcuit that elicits pleasureand displeasure for odorants at meals
Akio Tsuboi
Laboratory for Molecular Biology of Neural System
Nara Medical University
By whether its smell is pleasant or unpleasant, we tend to feel healing and stress,
respectively. When thinking scientifically about what meals are, it is quite important tounderstand the molecule mechanism which senses pleasure and displeasure via olfaction.
Among the five senses, we are focusing on olfaction that is often ambiguous, but sometime
brilliant, especially in prodding our memory. We are therefore studying the olfactory system
in humans or mice to know how a specific odor exerts an influence on the development ofneural circuits that elicit pleasure and displeasure.
First, by injecting a lentiviral vector carrying CMV promoter － gapEYFP (enhanced
yellow fluorescent protein) gene into the lateral ventricle of unilaterally naris-occludedmice, we found that the sensory input is required for the dendritic elongation and branchingin the olfactory bulb (OB) interneurons. Then, we performed immunohistochemistrywith c-fos, whose expression is dependent on neural activity, for the mouse OB just after
exposing Eugenol, a component of clove flavor. We detected the significant increase ofc-fos signals in OB interneurons around glomeruli for Eugenol receptor (OR-EG), although
the size of OR-EG glomeruli was almost the same as that from the unexposed mouse OB.
After exposing Eugenol, we further examined the c-fos signals for the higher brain region,e.g. a limbic system, the amygdala and hippocampus, which manage emotions directly
without passing the hypothalamus. Preliminary data suggest that Eugenol may activate
neurons in the basolateral amygdala nucleus (BLA). Future studies about the mouse should
result in identification of neural circuits that are activated by pleasant and unpleasantodorants, leading also to revealing how humans feel excellence and displeasure at meals
via olfaction, because such neural circuits seem to be conserved between mice and humans.
This work was supported by Research Grant from Urakami Foundation, Tokyo, Japan.