虚血性運動ニューロン死

総説
研究の今までとこれから－虚血性運動ニューロン死－
櫻井雅浩1)
1) 国立病院機構仙台医療センター

心臓血管外科キーワード：運動ニューロン死大動脈瘤（2011 年 1 月 5 日脊髄虚血原稿受領）方法
家兎を用い 15 分間腎動脈下大動脈遮断を行い脊はじめに仙台医療センター医学雑誌発刊にあたり、研究の髄虚血モデルを作成した。脊髄標本は血流再開後、今までをまとめてみました。1994 年から現在まで

8 時間、1 日、2 日、7 日で摘出し、以下の実験的検一貫して「虚血性運動ニューロン死」について研究討を行った。

し論文を発表してきました。この総説が若い先生の虚血性運動ニューロン死のメカニズムを解明すこれからの研究の一助となれば幸いです。（ただしるため１）虚血再潅流後の選択的ニューロン死、２）

この総説では紙数の関係で予防法、治療法の実験にストレス蛋白誘導、３）アポトーシスおよび酸化ス

ついては言及していません。）

トレスの関与、４）NO の関与、５）選択的神経栄養因子誘導、６）細胞周期関連蛋白の誘導、７）小胞体ストレス、８）ユビキチンストレスについて検背景と目的討した。

胸部大動脈瘤症例は高齢社会の到来、診断手技の向上に従い増加傾向にある。胸部大動脈瘤術後の対麻痺は重篤な合併症で、その発生頻度は 1.0~10%結果と考察と報告されている。対麻痺の原因は術中大動脈遮断

虚血再潅流後の選択的ニューロン死：選択的運動時の脊髄虚血であり、脊髄運動ニューロンが最も虚ニューロン死は 15 分間虚血群で再潅流後 2 日以降血に対して脆弱であるとされている。しかしながら発生した。5 分間、10 分間脊髄虚血群では選択的運虚血性脊髄運動ニューロン死のメカニズムは虚血動ニューロン死は起こらなかった（1、図 1）また性脳神経細胞死のメカニズムに比べほとんど研究

20 分間脊髄虚血群では広範囲な壊死像を示していされておらずまた予防法も明らかにされていない。

た。

そこでわれわれは、脊髄虚血モデルを作成し運動ニューロン死のメカニズムとの検討を行った。

17

仙台医療センター医学雑誌 Vol.1 March 2011

レス蛋白であるHSC70mRNAの発現がみられたが、HSP70mRNAの発現はなかった。15 分間虚血群では、HSP70mRNAは再潅流後８時間に誘導されたがHSC70mRNAの発現は継続したものの有意な誘導は認められず、虚血に対して脆弱であるとされている脳海馬領域のストレス応答と異なる所見が得られた1、2）。
アポトーシスと酸化ストレスの関与
血流再開後 8 時間にアポトーシス促進因子としてFas、Caspase1、2、3、が運動ニューロンに誘導され3、4）、血流再開後 1 日に酸化ストレスマーカーである 8OHdGが誘導された4）。さらに再潅流後 2日では運動ニューロン核がTUNEL positiveとなり、またDNA ladderを認めた5）。一方また抗アポトー
シス蛋白Bcl2 ファミリーのリン酸化酵素である
PI3kとAktが血流再開後 8 時間にのみ誘導され、さらに Akt、Caspase3 が蛍光二重染色で同じ運動ニューロンに誘導された6）。DNA修復蛋白Ref1 がSham controlから血流再開後 1 日まで発現し血流再開後 2 日に発現は消退した。また血流再開後 1 日にRef1, 8OHdGが蛍光二重染色で同じ運動ニューロンに誘導された7）。致死的虚血後の酸化ストレス状態でもAktが誘導されRef1 の発現も持続した。脊髄虚血後の運動ニューロンの障害の程度は生のシグナルと死のシグナルのバランスの上に決定されると考えられた。
NO の関与再 潅 流 後 ８ 時 間 に nNOS 、 Cu/ZnSOD 、Nytrotyrosineが運動ニューロンに誘導された8） 。
またNytrotyrosineの定量をHPLC法で行い、脊髄前角部分が有意に誘導されていることを示した10）。
脊髄虚血における虚血性運動ニューロン死は過剰なNO産生から誘導されるPeroxynitriteによるニュ
図1

ーロン内Tyrosinのニトロ化、即ちNytorotyrosine誘導が関連していることが明らかになり、筋萎縮性側索硬化症における選択的運動ニューロン死と同ストレス蛋白誘導
Sham control群及び 5 分間脊髄虚血群ではスト様のメカニズムの存在が示唆された。

18

虚血性運動ニューロン死

再潅流後８時間にDJ1、PINK1、α-Synuclein（パーキンソン病とユビキチン関連蛋白）が運動ニュー神経栄養因子誘導
再 潅 流 後 ８ 時 間 に glial cell line-derived

ロンに誘導され、再潅流後 1 日で消退した。また、

neurotrophic factor(GDNF)とその受容体である

Western blotでも再潅流後８時間にDJ1、PINK1、RETが運動ニューロンに誘導され、再潅流後 1 日でα-Synucleinが有意に誘導され、再潅流後 1 日で消消退した11） 。致死的虚血下であっても神経保護的退した。Western blotでも再潅流後８時間にDJ1、な蛋白が誘導されることが示された。またここでは

PINK1、α-Synuclein が有意に誘導され、再潅流後

詳しく述べないがGDNF遺伝子を導入すると虚血1 日で消退した。また、DJ1 とPINK1、DJ1 と耐性を獲得することが示された。

α-Synucleiがそれぞれ蛍光二重染色で同じ運動ニューロンに誘導された13、14)。虚血性脊髄運動ニューロン死はユビキチンストレスでも説明可能であ

細胞周期関連蛋白の誘導
再潅流後８時間にCyclin D1 とcdk４が運動ニュった。脊髄虚血後の運動ニューロンの障害の程度はーロンに誘導され、再潅流後 1 日で消退した。また、アポトーシスと酸化ストレスの関与と同様に生のWestern blotでも再潅流後８時間に細胞周期関連

シ グ ナ ル (DJ1) と 死 の シ グ ナ ル (PINK1 、蛋白Cyclin D1 とcdk４が誘導され、再潅流後 1 日

α-Synuclein)のバランスの上に決定されると考えで消退した11）。神経細胞は通常M0 期であるが、虚られた。また変性疾患であるパーキンソン病の発症

血負加によって細胞周期関連蛋白が誘導され、アポと共通のメカニズムを持つことが示唆された。

トーシスを起こすことが示された。またラット脳虚血モデルではアポトーシスを起こす神経細胞にはこれから

Cyclin D1 とcdk４は誘導されず、脳虚血モデルと実験的脊髄虚血の研究の歴史は 17 世紀のスペイは異なる所見が得られた。

ンの業績を嚆矢とするが、疾患が比較的稀と考えられていたため、今迄殆ど研究されてこなかった。20世紀に入り、心臓血管外科が発達するに従い合併症

小胞体ストレス
再潅流後８時間にGrp78 とcaspase12 が運動ニとしての脊髄虚血に注目が集まるようになった。まューロンに誘導され、再潅流後 1 日で消退した。また、1200 例の連続剖検例で脊髄虚血の所見が 4.3%た、Western blotでも再潅流後８時間にGrp78 とに認められたとの報告から、脊髄虚血は比較的稀なcaspase12 が有意に誘導され、再潅流後 1 日で消退病態ではない、と考えられる様になった。しかしなした。また、Grp78 とcaspase12 が蛍光二重染色でがら、分子生物学的アプロ−チからなされた研究は同じ運動ニューロンに誘導された12） 。虚血性神経わずかであり、脊髄虚血のメカニズムは脳虚血のメアポトーシスでは主にミトコンドリア障害が引きカニズムと同様と考えられ、それをもって代用して金になっていると考えられてきたが、近年、その他いたに過ぎなかった。我々は分子生物学的アプロ−のオルガネラのストレスがアポトーシスを引き起チと再現性の高い脊髄虚血モデルを用い虚血性脊こすことが報告されてきた。虚血後に産生される

髄運動ニューロン死と虚血性脳神経細胞死のメカunfolded protein除去のためGrp78 が誘導され、まニズムの類似する部分と異なる部分を指摘してきたストレスによってcaspase12 が有意に誘導された。この一連の研究は脳虚血のメカニズムの代用でた。脊髄虚血後に運動ニューロンに小胞体ストレスは無いオリジナルの脊髄虚血のメカニズムであるが起こることが示唆された。と考えている。さらに一連の研究により本来の脊髄虚血の病態が解明されれば、より効果的な脊髄保護法の開発が可能となると考えている。世界的には、

ユビキチンストレス19仙台医療センター医学雑誌 Vol.1 March 2011

外傷性脊髄損傷の研究や脳虚血の研究が盛んに行

Cardiovasc Surg. 1998;115:1310-1315.

われているが病態を共有している部分があると考6) Sakurai M, Nagata T, Abe K, Horinouchi T,

えられ、この分野への情報発信も可能になると思わ

Itoyama Y, Tabayashi K. Oxidative damage andれる。また変性疾患である筋萎縮性側索硬化症やパ

reduction of redox factor-1 expression afterーキンソン病とも病態を共有している部分が存在

transient spinal cord ischemia in rabbits. J Vasc

し、脊髄虚血の研究から難病である筋萎縮性側索硬化症やパーキンソン病の治療法開発の一端を担う

Surg. 2003;37:446-452.

ことも可能であると考えられる。即ち、人類の疾患

7) Sakurai M, Nagata T, Abe K, Horinouchi T,はそれぞれが孤立した存在ではなく相互関係を保Itoyama Y, Tabayashi K. Survival- and deathって存在しているのであり、脊髄虚血のメカニズム

promoting events after transient spinal cordの研究によって脳脊髄の広範囲な学問領域の構築

ischemia in rabbits: induction of Akt andが可能であると考えている。

caspase3 in motor neurons. J Thorac Cardiovasc
Surg. 2003;125:370-377.

参考文献

8) Watanabe M, Sakurai M, Abe K, Aoki M,

1) Sakurai M, Aoki M, Abe K, Sadahiro M,Sadahiro M, Tabayashi K, Okamoto K, Shoji M,

Tabayashi K. Selective motor neuron death andItoyama Y. Inductions of Cu/Zn superoxide

heat shock protein induction after spinal cord

dismutase- and nitric oxide synthase-likeischemia in rabbits. J Thora. Cardiovasc Surg.

immunoreactivities in rabbit spinal cord after

1997;113:159-164.

transient ischemia. Brain Res. 1996;732:69-74.

2)Sakurai M, Aoki M, Abe K, Sadahiro M,

9) Sakurai M, Fukuyama N, Takizawa S, Abe K,

Tabayashi K. Dissociation of HSP72 and HSC73

Hayashi T, Shinohara Y, Nakazawa Tabayashi K.

heat shock mRNA inductions after spinal cord

Inductions of 3-L-Nitrotyrosine in motor neurons

ischemia in rabbit. Neurosci Lett. 1996; 217:

after transient Spinal Cord Ischemia in Rabbits.

113-116.

J Cereb Blood Flow Metab. 1998;18:1233-1238.

3) Hayashi T, Sakurai M, Abe K, Sadahiro M,

10) Sakurai M, Hayashi T, Abe K, Yaginuma G,Tabayashi K, Itoyama Y. Apoptosis of motor

Meguro T, Itoyama Y, Tabayashi K. Inductions ofneurons with induction of caspases on the spinal

glial cell line-derived neurotrophic factor andcord after ischemia. Stroke. 1998;29;1007-1013.

Ret-like immunoreactivities in rabbit spinal cord

4) Sakurai M, Hayashi T, Abe K, Sadahiro M,after transient ischemia. Neurosci Lett. 1999;

Tabayashi K. Delayed selective motor neuron

276:123-126.

death and Fas antigen induction after spinal cord11) Sakurai M, Hayashi T, Abe K, Itoyama Y,

ischemia in rabbits. Brain Res. 1998;797:23-28.

Tabayashi K. Cyclin D1 and cdk 4 protein

5) Sakurai M, Hayashi T, Abe K, Sadahiro M,inductions in motor neurons after spinal cordTabayashi K. Delayed and selective motor

ischemia in rabbits. Stroke. 2000;31:200-207.

neuron death after transient Spinal Cord12) Sakurai M, Takahashi G, Abe K, Horinouchi

Ischemia: A role of Apoptosis? J. Thorac

T, Itoyama Y, Tabayashi K. Endoplasmic

20

虚血性運動ニューロン死

reticulum stress induced in motor neurons bytransient spinal cord ischemia in rabbits. JThorac Cardiovasc Surg. 2005;130:640-645.
13) Yamauchi T, Sakurai M, Abe K, Sawa Y.
Ubiquitin-mediated stress response in the spinalcord after transient ischemia. Stroke. 2008;
39(6):1883-1889.
14) Sakurai M, Kawamura T, Nishimura H,Suzuki H, Tezuka F, Abe K. Induction ofParkinson disease-related proteins in motor
neurons after transient spinal cord ischemia inrabbits. J Cereb Blood Flow Metab. 2009;29:
752-758.

21