2019 年度研究助成報告書

低酸素換気応答におけるアストロサイトの役割：呼吸困難感知覚機序解明に向けた検討

126-27 ℃）で灌流して生存性を維持しつつ，横隔神経に連なる第 4 頸髄前根（C4）より吸息性神経出力を記録した9）。対象をアストロサイト活性化阻害剤 arundicacid 投与群と非投与群に分け，arundic acid 非投与群（n=5）には，ジメチルスルホキシドのみ（622 µ M）を
福士勇人（PT）1），岡田泰昌（MD）1）

溶解させた人工脳脊髄液を，arundic acid 投与群（n=5）には arundic acid（546 µ M）およびジメチルスルホキ1）

独立行政法人国立病院機構村山医療センター臨床研

シド（622 µ M）を溶解させた人工脳脊髄液を，それぞ究部

れ灌流させた。
酸素 95% −二酸化炭素 5% で平衡させた人工脳脊髄キーワード：アストロサイト，低酸素，呼吸困難感液（normal 液）で 20 分間灌流した後，低酸素ガス（窒はじめに（hypoxia 液）で 5 分間灌流し，その間の吸息神経活動を，素 95% −二酸化炭素 5%）で平衡させた人工脳脊髄液
慢性閉塞性肺疾患などの呼吸器疾患に罹患した患者
は，労作時に体内酸素レベルが低下し，呼吸困難感をarundic acid の投与群，非投与群それぞれで計測し，解析した。

感じるが，低酸素状態における呼吸困難感の知覚機序

各標本の 1 分間あたりの吸息神経のバースト数を分は未だ解明されていない。低酸素呼吸応答の機序は，従時呼吸数とした。Normal 液灌流時の分時呼吸数は計測

来，末梢化学受容器およびそこからの入力を受ける下部

開始後 19 〜 20 分までの 1 分間あたりのバースト数で，脳幹内にある呼吸ニューロンを中心に考えられてきた

hypoxia 液灌流時の分時呼吸数は計測開始後 22 〜 23 分1）が ，未だに不明点が多い。ここで近年，従来は脳機能までの 1 分間あたりのバースト数で，それぞれカウント発現には直接関与しないと考えられていたグリア細胞した。

が，ニューロンと積極的な情報交換を行いつつ，ニューArundic acid 非投与群，および arundic acid 投与群

ロンとは異なる仕組みで脳機能発現に重要な役割を果たの分時呼吸数を平均値±標準偏差で表し，両群の分時呼していることが明らかにされつつある

2）3）。グリア細胞のなかでもアストロサイトは，低酸素呼吸応答を含む呼吸数の比較には Welch の検定を用いた。有意水準は 5％とした。

吸調節機構において重要な役割を果たしていることが示
唆されている4‒7）。研究代表者らは，マウスを用いた in結果vivo 実験から，アストロサイトが低酸素により活性化

Arundic acid 非投与群の normal 液灌流時の分時呼吸し，低酸素呼吸抑制に拮抗的に働くこと，およびアスト

数は 5.8 ± 1.2 回 / 分，hypoxia 液灌流時の分時呼吸数はロサイトが低酸素のセンサー細胞として働く可能性を示

7.2 ± 1.6 回 / 分 で あ り，arundic acid 投 与 群 の normal7）8）。しかし，呼吸調節機構を背景とした呼吸困難

液灌流時の分時呼吸数は 4.6 ± 1.0 回 / 分，hypoxia 液灌感の知覚機序へのアストロサイトの関与については，ほ流時の分時呼吸数は 4.8 ± 0.7 回 / 分であった。Normal

とんど解明されていない。

液灌流時の分時呼吸数は，両群間に有意な差が認められした

そこで，本研究では，呼吸困難感の知覚機序解明のたなかった。一方，hypoxia 液灌流時には，arundic acidめの基礎的検討として，末梢からの入力のない新生ラッ投与群の分時呼吸数が，arundic acid 非投与群の分時呼トの摘出脳幹−脊髄標本を用いた in vitro 実験を行い，低吸数よりも有意に少なくなっていた（p = 0.04）。

酸素呼吸応答におけるアストロサイトの役割を検証した。
考対象および方法
本研究は村山医療センター動物実験委員会の承認を受けて実施した。

察
視床下部より高位の脳，および末梢からの入力のない摘出脳幹−脊髄標本へのアストロサイト活性化阻害剤
arundic acid の投与は低酸素負荷時の呼吸数を減少させ実験には，新生 Wistar ラット（P0-2）から作製したていた。同じ arundic acid を用いた in vivo 実験で，低新生ラット摘出脳幹−脊髄標本を用いた。まず，深麻酸素負荷時の換気量が，arundic acid 投与により抑制さ酔下で新生ラットから脳幹および脊髄を一塊として取れることが報告されているがり出し，新生ラット摘出脳幹−脊髄標本を作製し，計れらの報告に合致している。今回の実験結果は，延髄の測チェンバーに入れ，酸素 95% −二酸化炭素 5% で平アストロサイトが低酸素呼吸増強に，なんらかの役割を衡させた人工脳脊髄液（塩化ナトリウム 124 mM，塩化果たしていることを示すと考えられる。また，延髄は自7）8），今回の実験結果はそカリウム 5.0 mM，リン酸二酸化カリウム 1.2 mM，塩律的呼吸神経出力を発するとともに，その出力のコピー化カルシウム 2.4 mM，塩化マグネシウム 1.3 mM，炭情報を高位脳に投射する役割を担うことで呼吸困難感の酸水素ナトリウム 26 mM，グルコース 30 mM，pH 7.4,知覚に関与していると考えられるが，今回の実験から，

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延髄のアストロサイトが自律的呼吸神経出力とそのコピー情報の投射に関与し，呼吸困難感の知覚に関与している可能性があると考えられる。
今回の実験からは，延髄のどの領域のアストロサイトが低酸素呼吸増強に貢献しているかを特定できなかったが，今後は，より詳細な領域の同定が必要になると考えられる。
結論
延髄のアストロサイトは，低酸素負荷時に脳内の低酸素状態を感知するとともに呼吸出力を増強させる役割を担っている。
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発表実績
Fukushi I, Kono Y, Yokota S, Takeda K, Yazawa I, Onimaru
H, Okada Y: The diencephalon augments respiration in
the isolated diencephalon-lower brainstem-spinal cord
preparations of newborn rats. 第 6 回日本呼吸理学療法学会学術大会，2019 年 11 月 10 日．