特集

新井･他：統合失調症とカルボニルストレス

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特集 精神疾患の病態研究の最前線

統合失調症とカルボニルストレス
新井誠，宮下光弘，市川智恵，糸川昌成

生体内の糖，脂質，アミノ酸の酸化・還元，過酸化に由来する種々の反応性カルボニル化合物は，終末糖化産物（advanced glycation end products：AGEs）を形成する．このような非酵素的タンパク質修飾反応が亢進している状態は，カルボニルストレスと呼ばれている．これまで，カルボニルストレスは，動脈硬化の促進因子や糖尿病性合併症の増悪要因として内科領域で精力的に検討されてきた．我々は，およそ 2割の統合失調症患者において，AGEs のひとつであるペントシジンの蓄積とビタミン B の減少を同定し，カルボニルストレスに glyoxalase I （GLO1）の変異による機能低下が関連することを明らかにした．また，カルボニルスカベンジャーであるピリドキサミン（活性型ビタミン B ）がカルボニルストレス性統合失調症患者の治療に結びつく可能性を見出した．
索引用語：統合失調症，ペントシジン，ビタミン B ，オミックス，メタボローム

は じ め にかにした ．GLO1 のエクソン 1にフレームシフ

遺伝子研究や生化学研究で用いられる生理検体

ト変異をもつヘテロ接合体症例は，mRNA 量おの非均一性のため，統合失調症の発症の要因とそよびタンパク質発現はともに野生型の 50％までの病態を把握可能なバイオマーカーはいまだに同低下していた．また，症例の末梢血リンパ球の酵定されていない．また，統合失調症は単一な病態素活性は野生型のおよそ半分にまで低下していた．

である保証がないため，研究対象に異種性の問題

さらに，GLO1 のエクソン 4にフレームシフトを生じ，統合失調症の原因究明を困難にしている．

変異（P122LfsX27）をもつヘテロ接合体の第 2しかしながら，従来の研究手法や仮説からは予測症例を新たに同定し，第 1症例で発見した酵素活できない新規な病態を同定することによって，こ性の低下を再現した．第 1症例，第 2症例とも顕れまでの抗精神病薬の作用機序とは異なる分子基著な GLO1 の酵素活性低下を生じ，ペントシジ盤を発見し，革新性のある診断・治療・予防法開ンの血漿中濃度は，第 1症例では 137ng mL，発を進展させることが期待される．

第 2症例では 74.7ng mL と変異を持たない健常筆者らは，ある統合失調症多発家系の発端者に者と比 して有意な増加を認めた．また，ビタミ

おいて，反応性カルボニル化合物（reactive car-ン B も そ れ ぞ れ の 症 例 で，2.8ng mL，bonyl compounds：RCOs）を解毒する律速酵素＜2.0ng mL と顕著な低下が認められた．さらglyoxalase I （GLO1）に稀なフレームシフト変に，304例の統合失調症患者の末梢血を用いて，異（T27NfsX15）を同定した．この症例ではカカルボニルストレスを検討した結果，約 39％がルボニルストレスが亢進しており，これを一般症

ペントシジン蓄積を呈し，これら症例の約 45％

例に敷衍し，統合失調症の病態の一部に GLO1にビタミン B 低下を確認し，カルボニルストレ代謝のネットワークの破綻が関連することを明ら

ス性統合失調症が全体の約 17.4％に存在するこ

著者所属：財団法人東京都医学総合研究所精神行動医学研究分野統合失調症・うつ病プロジェクト

精神経誌（2012）114 巻 2 号102

図 1 非酵素的・累積的な翻訳後修飾
生体内タンパク質の酸化，過酸化，カルボニル化など不可逆的プロセスによる非酵素的な翻訳後修飾は，糖尿病合併症，腎不全合併症，動脈硬化あるいは神経変性疾患など，種々の疾患の発症と進展に関与することが報告されている（文献 6より一部改変して引用）．とを明らかにした ．

を介し非酵素的反応に終末糖化産物（advanced

本稿では，これまで筆者らが行ってきた統合失glycation end products：AGEs）蓄積を引き起調症におけるカルボニルストレスについて概説し，こす （図 1）．このような RCOs によりタンパクバイオマーカーによる症例のプロファイルが代謝質修飾反応が亢進している状態は「カルボニルス経路の同定に有用であること，さらに代謝システトレス」と呼ばれている ．酸化ストレスや高血ムの比 的均一な分子基盤抽出や新規治療薬創出

糖は，AGEs 産生の促進要因のひとつであり，カのために有用であることを述べた．

ルボニルストレスの亢進とも密接に関連している．
ピリドキサミンは，RCOs 捕捉能を有するカルボカルボニルストレス

ニルスカベンジャーとして作用し，RCOs による生 体 内 タ ン パ ク 質 の oxidation，carbonyla-

タンパク質修飾，AGEs 産生の抑制に働いていtion，glycation，nitration など不可逆的プロセる ．近年では，気分障害，自閉症，不安障害なスによる非酵素的な翻訳後修飾は，糖尿病合併症，ど複数の精神疾患にこれらの代謝系の機能不全が腎不全合併症，動脈硬化あるいは神経変性疾患な影響を及ぼし，AGEs による修飾タンパク質が病ど，種々の内科・神経科疾患の発症と進展に関与因となる可能性が示唆される ．

することが報告されている．RCOs の蓄積は，糖血液中，尿中，組織にみられる代表的な AGEsや脂質，アミノ酸から形成され，タンパク質修飾構造体としては，ペントシジンをはじめ，CM L

特集新井･他：統合失調症とカルボニルストレス

103［Nε‑（ carboxymethyl） lysine］， CEL［ Nε‑失 調 症 剖 検 脳 の ペ ン ト シ ジ ン 蓄 積 は，平 均（ carboxyethyl） lysine］， M OLD（ methyl ‑0.459±0.40pmol mg で健 常 者 剖 検 脳 2症 例 の，GOLD（glyoxal‑lysineglyoxal‑lysine dimer）

0.163±0.012pmol mg と比dimer），Argpyrimidine，G ‑H1（glyoxal‑der-の値であった．剖検脳においても，一部の統合失，MG ‑H1（methylgived hydroimidazolone）

調症症例でペントシジン蓄積が認められた（未発しておよそ 2.8倍lyoxal ‑derived hydroimidazolone），G ‑H1表）．今後，脳部位毎のペントシジン蓄積の差異（glyoxal‑derived hydroimidazolone），MetSOなどを明らかにし，薬剤，死亡原因の影響など交（methionine sulphoxide），3‑NT（3‑nitrotyr-絡因子についてもより詳細な検討が不可欠と思わosine）などが知られている．これらの構造体は，れる．

高速液体クロマトグラフィー（high perform，HPLC
ance liquid chromatography：HPLC）

カルボニルストレス性統合失調症の臨床症状と質量分析法（mass spectrometry：MS）を組

The Diagnostic and Statistical Manual of

み合わせた LC‑MS あるいは酵素免疫吸着測定

Mental Disorders：DSM ‑Ⅳ（精神障害の分類と法（enzyme‑linked immunosorbent assay：診断の手引き第 4版）で統合失調症と診断されたELISA）な ど の 手 法 に よ り 測 定 が な さ れ て い

患者群のうち，ペントシジン蓄積，ビタミン Bる．AGEs の構造による生理作用の違いや病低下をバイオマーカーとして，カルボニルストレ態との関連性はいまだ不明な点も多く，AGEs のス性統合失調症群と定義し，臨床症状を Positive

病態生理の解明は疾患の治療・予防法確立にとっand Negative Syndrome Scale：PANSS（陽てその意義は大きい．

性・陰性症状評価尺度）で評価した．また，既往歴，入院歴，発症年齢，罹病期間，入院期間，教ペントシジン蓄積とビタミン B 低下

育年数，家族歴などの臨床情報についても検討を我々は，45名の統合失調症の血漿成分中のペ加えた．なお，匿名化検体の連結は倫理委員会のン ト シ ジ ン レ ベ ル を 定 量 し た と こ ろ，21例審査を経て行われた．本研究は，被験者に十分な（46.7％）において 55.2ng mL（健常対照の平インフォームドコンセントを行い，書面にて同意

均値＋2SD を cutoﬀとした）以上のペントシジを得て行われた．

ン上昇が認められた ．統合失調症患者の平均ペペントシジンレベルが 100ng mL 以上の統合ントシジン値は，68.4ng mL であり，健常者の失調症 18例（平均年齢 53.3±8.3歳）と 100ng平均値である 39.6ng mL の約 1.7倍にまで達し

mL 以下の 85例（平均年齢 49.0±12.6歳）を対ていた（P ＜0.0001，odds ratio＝25.81，95％

象にして臨床症状評価を実施した．ペントシジン．こ れ ま で に，上 記 の 45症
CI＝5.609〜118.8）

高値群の 63％に精神疾患の家族歴を認めた．一例を含む 304例の統合失調症患者の末梢血を用い方，ペントシジン低値群では，47％とペントシてカルボニルストレスを検討した結果，統合失調ジン高値群と比 して家族歴の頻度が低かった．

症における GLO1 変異は，ペントシジン蓄積の発症年齢は，ペントシジン高値群が 21.0±5.5歳

リ ス ク を 約 3.3倍 高 め た（ P ＝0.025， odds

に対し，ペントシジン低値群では 25.9±10.0歳

ratio＝3.3，95％ CI＝1.10〜9.92） ．と発症年齢の若年化傾向を認めた（P ＝0.056）．

また，末梢で観察されたカルボニルストレスが，ま た，罹 病 期 間 は，ペ ン ト シ ジ ン 高 値 群 が脳内組織の状態を反映しているのか，予備的に統31.9±11.1年に対して，ペントシジン低値群で合失調症の剖検脳で検討を試みた．男性 31例，は 23.4±14.8年と有意に期間の増大が認められ

女性 15例の前頭葉組織を利用して，ペントシジた（P ＝0.020）．PANSS による症状評価を検討

ンの脳内蓄積を HPLC にて分析した結果，統合したところ，ペントシジン高値群の症例では，

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院後まで縦断的にフォローできた入院症例の予備的検討では，入院時よりも退院後に有意なペントシジン濃度 の 低 下（P ＝0.01）と GLO1 酵 素 活性の上昇（P ＝0.04）を認めた．また，ビタミンB の回復も認められたことから，ペントシジン濃度や酵素活性は，患者の臨床経過のバイオマーカーとしての有用性が示唆された．また，ペントシジン上昇を呈していた at‑risk mental state（ARMS）症例では，マイナートランキライザー
図 2 高ペントシジン値の症例における臨床症状と経過の特徴
ペントシジン高値群の症例では，表情・仕草の減少，思考の流動性・柔軟性が欠如，反復・常同的な動作と姿勢，注意・集中力の困難，判断力・病識の欠如，思考発動・維持・制御の障害，幻覚や妄想への没頭した行動が目立つ．
ペントシジンは，罹患者の症状と経過のバイオマーカーとしての有用性が高い．の 用使用と精神療法により症状の改善を認め，ペントシジン値も健常者レベルに減少した ．多くの症例では，様々な投薬が施されているが，ペン ト シ ジ ン 蓄 積 症 例 群 の 服 薬 量（17.0±12.4mg day）はペントシジン正常群（12.4±9.1mgday）と比して有意な差は認められなかった（P ＝0.50）．また，1日の平均服薬量はペントシジン値と相関を認めず（ペントシジン蓄積群 r ＝0.03，P ＝0.93；ペントシジン正常群 r ＝−0.07，，N7（常 同 的 思 考），G5
N1（感 情 の 平 板 化）

，喫煙や入院期間の影響も否定的であP ＝0.78）（反復・常同的な動作と 姿 勢）
，G11（注 意 の 障った．

害）
，G12（判断力と病識の欠如），G13（意思のビタミン B は，ピリドキサール，ピリドキシ障害），G15（没入性）がペントシジン低値の症

ン，ピリドキサミンと 3種類が存在し，このうち，例と比 して顕著に重症化していた（P ＜0.05）．

カルボニルストレスを消去する能力があるのはピ

また，P2（概念の統合の障害），N2（情緒的引リドキサミンのみである ．実際に，ピリドキサきこもり），N6（会話の自発性・流暢性の欠如），ミンのペントシジン産生の抑制効果を in vitro で，G8（非協調性），G14（衝動制御G3（罪責感）検討した結果，濃度依存的にペントシジン産生をの障害）の症状尺度が重症化傾向にあった．

抑制した（特願 2007‑209412，特開 2009‑39088）．

これらの所見から，ペントシジン高値の症例で筆者らは，未承認薬であるピリドキサミンの第Ⅰは，①思考障害が目立つ傾向にある，②感情が平相試験をすでに実施し，ピリドキサミンの安全性板化し，思考の柔軟性が欠如している，③不自然を確認した．さらに，2011年 11月現在，少数例で奇妙な動作が多く，病気の認識を持てず，内的を対象としたピリドキサミン投与による医師主導異常体験に没頭している．④現実感に乏しく，注型 治 験 を 実 施 中 で あ る（臨 床 試 験 登 録

意力が散漫で，独語や空笑が目立つといった特徴．
UMIN000006398）があることが示唆された．また，若年発症傾向，長期罹病という経過の特徴が認められた（図 2）．

オミックス情報の臨床応用
カルボニルストレスを認めた症例の一部では，ペントシジンとピリドキサミンの臨床応用

GLO1 の遺伝的活性低下がペントシジン蓄積に統合失調患者の入院症例，外来症例のペントシ寄与したと考えられる（P ＝0.03；odds ratio＝ジン値を比検討したところ，外来症例は入院症

3.30）．しかしながら，GLO1 のフレームシフト例に比べて有意に低下していた（P ＜0.05）．退ヘテロ接合体やミスセンス変異のホモ接合体を認特集

新井･他：統合失調症とカルボニルストレス

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Parkin in the Ubiquitin‑Proteasomal Pathway，
Cytoskeleton remodeling Neuroﬁlaments，Neurophysiological process Glutamate regulation of Dopamine D1A receptor signaling，
Apoptosis and survival Endoplasmic reticulum
stress response pathwayといったパスウェイ関連遺伝子群の発現量が健常者群と有意に異なっていた．このことは，3因子が病態の客観的指標としてだけでなく，新規治療薬ターゲットとなる代謝パスウェイを同定するのに有用であることを示
図 3 統合失調症の異種性回避（研究対象のプロファイル）
統合失調症患者では，ペントシジン，ビタミン B ，可溶型 RAGE，亜鉛，葉酸，ホモシステインなど様々な分子の変動があり，研究対象の異種性がある．メタボローム解析と臨床症状の相互プロファイルは，ある患者グループの多様性を包括的に理解することに繫がる．

唆した．統合失調症は異種性の問題から対象の均一化が困難を伴い，病因研究が難航してきた経緯がある．これまでに，統合失調症患者では，ペントシジン蓄積やビタミン B 低下に加え，亜鉛低下，葉酸低下，ホモシステイン増加など様々な分子の変動があり，異種性があることも明らかになってきている（図 3）．
今後，統合失調症の病態生理の分子基盤を把握めた症例は一部であり，多くのカルボニルストレするためには，確かなバイオマーカーの同定が不スの発生機序は不明である．AGEs の消去系とし可欠である．統合失調症の遺伝‑環境要因を理解て機能する分泌型 AGE 受容体（esRAGE）をコするためには，オミックス解析による研究対象のードする AGER に関して resequence をした結プロファイルによって，生体代謝の多様性を包括果，esRAGE の血中濃度の低下が AGER の var-的に理解することが重要となる．
「現にある今のiants により制御される可能性が示唆された．健病態を表す網羅的情報」に基づいたオミックス情常者群の平均 値−1SD 以 下（185pg mL）を 基

報の革新性は，診断，治療，予後に対する病態理準として群間比 をしたところ，統合失調症群の解の分解能・予測力の向上，臨床的有効性を引き

お よ そ 34％（36名 106名 中）に esRAGE の 低出し，実現するための臨床支援システムであり ，下が認められたのに対し，健常者群では 80名中

今後，精神科医療にも求められる必要不可欠な情11名（13.8％）で あ っ た（ P ＝0.002， odds

報ツールとなろう．

．このことは，ratio＝3.23，95%CI＝1.52〜6.85）
esRAGE 低下に遺伝的要因が関与し，統合失調お わ り に症のカルボニルストレス抑制に AGEs‑RAGE 代

本稿では，①カルボニルストレス性統合失調症謝経路の関連が示唆された．esRAGE 低下症例

患者は，ペントシジン，ビタミン B といった分では，敵意，衝動制御の障害といった症状評価尺子マーカー，GLO1 の遺伝子型によって早期診度の下位項目と関連も認められた．

断と病態の把握が可能であること，②ピリドキサ

ペ ン ト シ ジ ン 蓄 積・ビ タ ミ ン B 低 下・ミンは，カルボニルストレス性統合失調症の病態

esRAGE 低下を伴う 3症例と，これら 3因子全に根ざした治療・予防薬となる可能性が高いこと，てが正常な 3症例について，マイクロアレイによ③バイオマーカーによる症例のプロファイルは，る網羅的遺伝子発現変化を解析したところ，Cell代謝経路同定に有用であること，④代謝システム

adhesion Gap junctions，Proteolysis Role ofの比 的均一な分子基盤抽出は，新規治療薬創出

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106のために有用であることを述べた．今後，パーソ

hanced carbonyl stress in a subpopulation of schizophre-

ナルゲノム研究，脳画像研究，死後脳研究，疫学

nia. Arch Gen Psychiatry, 67; 589 ‑597, 2010研究など，集積された情報を統合・整備し，研究対象のオミックス情報を適切に活用することが，健康維持や病気の発症予防に有効な視点を提供できるものと考えられる．

4）Hambsch,B.: Altered glyoxalase 1 expressionin psychiatric disorders: cause or consequence?Semin
Cell Dev Biol, 22; 302‑308, 20115）Izuhara, Y., M iyata, T., Ueda. Y., et al.: A
sensitive and speciﬁc ELISA for plasma pentosidine.
Nephrol Dial Transplant, 14; 576‑580, 1999

本稿の内容は，第 107回日本精神神経学会学術総会シンポジウム 37「精神疾患の病態研究の最前線」にてその一部を発表しました．本研究は，基盤研究（C），公益財団法人先進医薬研究振興財団研究助成，公益財団法人アステラス病態代謝研究会研究助成，統合失調症研究会研究助成

6）Jaisson, S., Gillery, P.: Evaluation of nonenzymatic posttranslational modiﬁcation‑derived products as biomarkers of molecular aging of proteins.ClinChem, 56; 1401‑1412, 2010

より助成を受けて実施した成果の一部です．また，今回の7）M iyata,T.,van Ypersele de Strihou,C.,Kurok-

統合失調症におけるカルボニルストレス研究に対し，ご理

awa,K.,et al.: Alterations in nonenzymatic biochemis-解とご協力を頂いた当事者の方々，そしてご家族の皆様に，

try in uremia : origin and signiﬁcance of “carbonyl

心より感謝申し上げます．

stress”in long‑term uremic complications. Kidney Int,55; 389 ‑399, 1999

文献1）Arai, M., Koike, S., Oshima, N., et al.:Idiopathic carbonyl stress in a drug‑naive case of at‑risk mental state. Psychiatry Clin Neurosci, 65; 606‑Acids（in press）
9）田中博 : オミックス医療と情報科学．日本化学会情報化学部会誌，24; 113‑119, 2006

607, 20112）新井8）Rabbani, N., Thornalley, P.J.: Glycation research in amino acids: a place to call home. Amino誠，宮下光弘，市川智恵ほか : 統合失調症

10）Voziyan,P.A.,Hudson,B.G.: Pyridoxamine asの病態仮説と将来的な治療法についての展望．精神経誌a multifunctional pharmaceutical: targeting（印刷中）ogenic glycation and oxidative damage. Cell Mol Life3）Arai, M., Yuzawa, H., Nohara, I., et al.: En-Sci, 62; 1671‑1681, 2005

path-

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特集

新井･他：統合失調症とカルボニルストレス

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Schizophrenia and Carbonyl Stress

M akoto ARAI, Mitsuhiro MIYASHITA, Tomoe ICHIKAWA, Masanari ITOKAWA
Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science, Department of Psychiatry andBehavioral Sciences, Project for Schizophrenia & Aﬀective Disorders Research

Glyoxalase I（GLO1）is an enzyme essential for the cellular detoxiﬁcation of reactivecarbonyl compounds. Its impairment leads to carbonyl stress and the eventual formation ofadvanced glycation end products（AGEs）including pentosidine. In the present study, we
provide for the ﬁrst time evidence of genetic abnormalities in GLO1 with their attendant
derangements of biochemistry in a small population of schizophrenia. We found thatseventeen schizophrenia（〜17.4%）showed increases in plasma pentosidine content although
they have no physical complications,and concomitantly marked decrease of pyridoxal levels
was found in schizophrenia. Vitamin B exists in three forms,i.e.,pyridoxine,pyridoxal andpyridoxamine. Pyridoxamine has potent ability to entrap RCOs and prevent their toxicity.
Further study of proﬁling of metabolomics and clinical manifestations in schizophrenia could
pave the way for novel,better therapeutic preventive measures for this devastating disease.
Authorsʼabstract