アミロイド β ペプチド代謝とアルツハイマー病
Metabolism of amyloid βpeptide and Alzheimer's disease
理化学研究所脳科学総合研究センター
神経蛋白制御研究チーム

西 道 隆 臣*以上のような問題意識に基づいて、我々を含むはじめに任意の疾患を根本的に治療するためには、以下いくつかのグループがAβの代謝システムについて検討を行ってきた。Aβはアミロイド前駆体タの２点を明らかにすることが必須である。
① 根本的原因ンパク質（APP: Amyloid Precursor Protein）から産② 原因から発症に至るまでのメカニズム生されるが、家族性とは異なり、孤発性アルツハ

アルツハイマー病は、大きく「家族性アルツハ

イマー病では、Aβ産生系の明確な上昇がAβ蓄イマー病」（常染色体優性遺伝し、多くは若年で積に先行する形では認められない。
（むしろ、Aβ発症する）と「孤発性アルツハイマー病」（明確蓄積によって、APPの発現やAβ産生活性が上昇な遺伝性が認められず、通常65歳以上の高齢で発するようである。）また、アルツハイマー病の最症する）に分類される。前者は、原因遺伝子変異

大の危険因子は加齢であり、加齢は一般に代謝のが今のところ三つの遺伝子に同定され、その表現上昇よりは低下をともなう。このような理由か型が明らかにされたことによって、脳内におけるら、我々はAβ分解系が孤発性アルツハイマー病

アミロイドβペプチド（特に42残基のアミノ酸かに密接に関わるのではないかとの作業仮説を立らなるAβ1-42）の産生増加が根本的原因であるこて、検討を行ってきた。とが解明された。ただし、厳密な意味での家族性アルツハイマー病と診断されるのは、全アルツハイマー病患者の１％以下であり、最も原因解明が急がれるのは患者の 99％以上を占める孤発性アルツハイマー病である。なお、明確な優性遺伝の認められない若年性アルツハイマー病患者が日本には１万人以上いると推測されるが、その原因は明らかでない。未同定の遺伝的危険因子の重複、劣性遺伝型の遺伝子変異の存在、（遺伝子変異と相互作用するような）環境危険因子の存在などが、原因として同定される可能性が残されている。

Aβ 分解系の同定
Aβの産生機構については、培養細胞に関連遺伝子を発現させるという、いわゆる分子細胞生物学的手法によって解明が進んできたが、分解機構は、神経細胞やグリアが複雑に組織を形成する脳内において現行犯で捕捉する必要がある。そこ
で、我々は、ラジオアイソトープで多重標識した
Aβペプチド（Aβ1-42）を化学合成し、これを麻酔下のラット脳内（海馬）に注入し、分解過程をフロータイプのシンチレーションカウンターに連結したHPLCを用いて解析した。

* Takaomi C. Saido:Laboratory Head, Laboratory for Proteolytic Neuroscience, RIKEN Brain Science Institute− 135 −

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その結果、中性エンドペプチダーゼ（ペプチドして約50％に低下していることを報告した 5）。こを分子の内側で切断する酵素で至適 pH を中性と

れは、Aβの定常レベルが1.5倍上昇していることするもの）を、主要な分解酵素の候補として同定を意味しており、一般的な家族性アルツハイマーした1）。脳に存在する典型的中性エンドペプチ病の表現型に相当する。さらに、Aβ病理が顕著

ダーゼはネプリライシンであるので、次にネプリ

ではない小脳では、ネプリライシンmRNAの発現ライシンを欠損するノックアウトマウス用いて、が海馬・前頭葉と比較してより高いうえに、コン

ネプリライシンが主要な Aβ 分解酵素であるこトロールとの差が非常に小さい。マウスでの発見と、および、ネプリライシン活性が低下すると脳が臨床レベルで確認されたと言えよう。

内Aβレベルが低下することを見いだした2）。Aβ

また、アルツハイマー病の前段階である（進行レベルは、ホモのノックアウトマウス（ネプリラ性の）軽度認知障害（MCI: Mild Cognitive

イシン活性が 100％消失している）で約２倍、ヘImpairment）の髄液において、ネプリライシン活テロ（50％消失）では約 1.5 倍上昇していた。こ性が正常コントロール群と比較して、有意に低下のことは、加齢によって部分的にでもネプリライしていることが報告された 6）。現時点では診断にシンの活性が低下すると、脳内のAβレベルが上用いられるほどの感度や精度を有しているわけ昇することを意味している。ダウン症では、APP

ではないが、髄液中のネプリライシン活性は実質遺伝子発現が 1.5 倍上昇することにより、若齢でのニューロン由来のものであることが示されてAβ蓄積が始まる。また、最近APP遺伝子の重複おり、この結果も、アルツハイマー病発症の前段が家族性アルツハイマー病の原因となることが階でネプリライシン活性が低下していることを示された3）。この場合もAβレベルの上昇は1.5倍示している。と考えられるので、これらのことは、脳内のAβレベルが厳密に制御されなければならないこと、ネプリライシンのAβシナプス毒性に対する作用

そして、分解システムの低下はAβ蓄積、ひいて最近、Aβ単量体や線維化Aβよりも、Aβ重合はアルツハイマー病の原因となることを強く示体（Aβ oligomers）が、シナプスに作用して神経唆している。

可塑性を低下させるとの考えが支持されつつある。現在最も頻繁に用いられるアルツハイマー病

加齢によるネプリライシン発現低下

モデルマウスは、APP を過剰発現するトランス加齢はアルツハイマー病の最大の危険因子でジェニックマウスであるが、これらのマウスは、ある。したがって、（孤発性）アルツハイマー病

Aβだけでなく、可溶性のAPP断片（APPs）や細の根本的原因は、加齢とともに著しく変化するも胞内でシグナル伝達に関与する可能性のある細のであることが予想される。我々は、ネプリライ胞内ドメイン（AICD: APP Intracellular Domain）もシンノックアウトマウスをネガティブコント過剰に産生する。さらに、APP自身が軸索輸送にロールとして用いることにより、特異的に免疫組関与するという報告もあり、通常10倍以上APPを織化学を行う方法を確立し、記憶形成に最も重要過剰発現するトランスジェニックマウスは、厳密な海馬において、歯状回（多型細胞層・分子層）な意味でAβアミロイドーシス特異的なモデルとおよびCA3透明層で、明確なネプリライシン発現言うことはできない。たとえば、代表的γセクレ低下を見いだした 4）。また、酵素化学的にも海馬ターゼ基質である Notch 受容体を過剰発現した場および新皮質でネプリライシン活性が加齢依存合、その効果が注目されるのは、核へ移行して転的に低下することも確認した。

写制御を行う細胞質側断片（NICD: Notch

以上は、実験動物を用いて得られた結果である

Intracellular Domain）であって、Aβに対応する部が、McGeer らのグループは、病理学的にアルツ分ではないだろう。しかし、ネプリライシンは、ハイマー病の前段階と定義される（Braak stage II）

Aβを分解するのに対して、APP, APPs, AICDを分脳を用いて、海馬および側頭葉においてネプリラ解することができないので、APP トランスジェ

イシン mRNA の発現が正常コントロールと比較

ニックマウスとネプリライシンノックアウトマ− 136 −

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ウスを交配することによって、Aβだけを選択的ジェニックマウスにネプリライシントランスジェニックマウスを交配するとAβ病理が完全にに上昇させることが可能になる。
Nep-KOマウスは、消失することが報告されている。ネプリライシン

APP, APPs, AICDは変化せず、（SDS-PAGEで確認の過剰発現は、これまでネプリライシンの基質とされる）Aβ２量体を中心とした重合体が、３倍されてきた神経ペプチドの代謝に影響を与える

実際、そのようなAPP-Tg7）近く上昇していた 。これらのマウスの神経可塑ことが危惧されるが、我々が調べた限りでは、ネ性や認知能力を、in vivoの長期増強実験、および、プリライシンノックアウトマウスやネプリライ行動実験で検討したところ、ネプリライシンの欠シントランスジェニックマウスで、おもな神経ペ損によって、全ての実験条件で、著しい能力の低プチドのレベルは変化していない（Iwata et al. 未下が認められた 7）。このことは、ネプリライシン

発表データ）。少なくとも脳内では、Aβはかなりがシナプス毒性のあるAβ重合体を分解する能力

選択的なネプリライシンの基質であるといってがあること、すなわち、脳内におけるネプリライ良いだろう。

シン活性を上昇あるいは賦活化することによっ

上記の遺伝子治療は、外科的措置を有するたて、軽度認知障害やアルツハイマー病における認め、実際の臨床レベルでアルツハイマー病患者を知能力の低下を抑制することができる可能性の治療する精神科・神経内科・老人科の医師たちにあることを示している。特に大切なことは、ネプとっては、あまり現実的ではないかもしれない。

リライシンがプレシナプスに存在し、神経可塑性

しかし、脳の一定領域にウィルスベクターを投与において最も重要な部位であるシナプスにおけするという操作は、脳神経外科医にとっては、容るAβ を分解することである。脳内におけるAβ易い手術であろう。ネプリライシン発現の安全性のクリアランス機構としては、ネプリライシン以や副作用については、今後さらに検討されるであ外のプロテアーゼによる分解や脳血管関門・髄液り、遺伝子治療は一つのオプションとして残してによる輸送の関与も指摘されているが、シナプスおくべきであろう。

でAβ定常量を制御することができるのは、ネプリライシンだけである。

ソマトスタチンによる Aβ 分解系の制御
遺伝子治療の開発に並行して、我々は薬理学的ヒトネプリライシンcDNAを用いた実験的遺伝子治療に脳内のネプリライシン活性を操作する可能性

脳内のネプリライシン活性を上昇させる最もソマトスタチンが、培養神経細胞のネプリライシ

直接的な方法は、ウィルスベクターを用いてネプン活性を上昇させることを見いだした。これはinリライシン遺伝子を導入することである。我々

vitroの観察であるので、ソマトスタチン遺伝子破は、アデノ随伴ウィルスを用いてヒトネプリライ壊マウスを用いて in vivo における蓋然性を検討

シンを正常マウス・ネプリライシンノックアウト

したところ、海馬においてソマトスタチンはネプマウス・APPトランスジェニックマウスの海馬おリライシン活性を制御することによってAβ（特よび嗅内野に発現させた 8）。アデノ随伴ウィルスに病原性の高いAβ42）の量を調節することを見は、非病原性である、炎症反応を引き起こさな

いだした9）。

を探索してきた。その結果、神経ペプチドであるい、神経細胞のような非分裂細胞にも感染できソマトスタチンは、ソマトスタチンリセプター

る、長期間にわたって遺伝子発現を行う、物理的を介して作用する。ソマトスタチンリセプターに安定である、などの長所がある。

は、Ｇ 蛋白にカップルするリセプターであるた

上記のマウスを 用い た実 験的遺 伝子 治療 にめ、格好の創薬の標的である。また、ソマトスタ

よって、ネプリライシンノックアウトマウスでチンリセプターには５種類の（異なる遺伝子の産は、Aβレベルが正常レベルまで低下し、APPト物である）サブタイプが存在し、その中には脳内ランスジェニックマウスでは、Aβ病理が顕著にに選択的に発現するものがある。このサブタイプ減弱された。この結果と一致して、APPトランスだけを活性化する低分子薬剤は、systemic な副作− 137 −

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用なく、脳内のAβレベルを下げる作用があるとと思われる。今のところ、成功の報告は見られな期待される。また、ソマトスタチン自身に抗認知いが、今後マイクロPETを用いた実験動物の観測症作用があることも報告されており、二重の意味が可能になれば大きく研究は進展するであろう。

でアルツハイマー病に対して予防・治療作用があることが期待される。さらに、脳内のソマトスタおわりにチンは加齢によって減少し、孤発性アルツハイ

孤発性アルツハイマー病の根本的原因が解明

マー病患者では顕著に低下することが報告されされたとは言い難いが、Aβ分解システムの破綻ている。このことは、加齢に伴うソマトスタチンが原因である可能性が高い。そうであれば、分解レベルの低下が、ネプリライシン活性を低下さシステムの回復は根本的原因療法となるであろ

せ、Aβレベルを上昇させることによって、孤発う。さらに、根本的原因から症状発現にまでいた性アルツハイマー病の原因となる可能性を示唆

るメカニズムとして、炎症反応、酸化的ストレしている。これが事実であれば、孤発性アルツハ

ス、カルパインやカスパーゼ等の活性化・過剰リイマー病の原因が初めて解明されることになる。

ン酸化タウの蓄積、神経伝達物質の低下等が考え以上の結果は、ソマトスタチンのような受容体られる。これらの中で、病理学的カスケードの本アゴニストを用いることによって、脳内Aβの代流に位置する分子を同定し標的とすれば、上記の謝を制御し、アルツハイマー病、ひいては、脳老原因療法と組み合わせることによって、最も効率化の予防や治療に応用することができる可能性

的にアルツハイマー病およびその前段階にあるを示している。

軽度認知障害の治療となるであろう。

MRI による特異的アミロイドイメージング

文献

脳内Aβの蓄積は、発症の10年以上前に生じる

1） Iwata, N. , Tsubuki, S. , Takaki, Y. , Watanabe, K. ,Sekiguchi, M. , Hosoki, E. , Kawashima-

ので、これを非侵襲的に可視化することが出来れMorishima, M. , Lee, H. -. J. , Hama, E. , Sekine-

ば、発症前診断や抗Aβ治療効果評価が可能になる。現 在 主 流 の ア プ ロ ー チ は PETAizawa, Y. , Saido, T. C. (2000). Identification of(Positronthe major Aβ1-42-degrading catabolic pathway inEmission Tomography) であり、実用化は時間の問

brain parenchyma: Suppression leads to

題であるが、装置が高価であることや放射性化合biochemical and pathological deposition. Nature

物を使用するという欠点がある10）。我々は、このような 欠 点 の な い 手法 と し て MRI

Resonance Imaging) を用いた特異的アミロイドイ
メージングの開発を試みた

Med. , 6, 143-151.

(Magnetic2） Iwata, N. , Tsubuki, S. , Takaki, Y. , Shirotani, K. ,Lu, B. , Gerard, N. P. , Gerard, C. , Hama, E. ,10）

。通常、MRIは、神Lee, H. -J. , Saido, T. C. (2001). Metabolic

経組織の変性や萎縮の観測のために用いられる

regulation of brain Aβ by neprilysin. Science,19が、我々は、核磁気共鳴シグナルを発する核種 F（天然型フッ素）を含有するアミロイド結合化合物FSB (Floro-Styryl-Benzene) を新規合成し、アル292, 1550-1552.
3） Rovelet-Lecrux A, Hannequin D, Raux G, Meur
NL, Laquerriere A, Vital A, Dumanchin C,

ツハイマー病モデルマウスを用いて 19F 由来のシ

Feuillette S, Brice A, Vercelletto M, Dubas F,グナルを捕らえることに成功した。実験動物を用いる長所は、FSBが沈着した部分に本当にアミロ

Frebourg T, Campion D. (2006). APP locus

イドがあったか否かについて、神経病理学的に検

duplication causes autosomal dominant early-討できることである。一方、PETでは今までのとonset Alzheimer disease with cerebral amyloid

ころアルツハイマー病患者の脳における老人斑

angiopathy. Nature Genet. , 38, 24-26.と思われるシグナルを捕らえるところまでは来4） Iwata, N. , Takaki, Y. , Fukami, S. , Tsubuki, S. ,ているが、本来老人斑がみられない白質や脳幹等

Saido, T. C. (2002). Region-specific reduction ofにもプローブの沈着がみられ、改善の余地がある

Aβ-degrading endopeptidase, neprilysin, in− 138 −アミロイド β ペプチド代謝とアルツハイマー病

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Neprilisin-sensitive synapse-associated amyloid β

この論文は、平成16年10月16日(土) 第15回中部老peptide oligomers impair neurornal plasticity and年期痴呆研究会で発表された内容です。

cognitive function. J. Biol. Chem. , 281. 1794117951.

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