2019.12

No.

63

脳卒中ラット由来アストロサイトの神経細胞へのエネルギー供給能日本大学 生物資源科学部 食品生命学科

山形一雄

脳卒中易発症高血圧ラット（SHRSP/Izm）は、重篤な高血圧を発症し 95% 以上が脳卒中で死亡する疾患モデル動物である。SHRSP/Izm は 20 分間の脳虚血状態で、グルタミン酸が大量に放出され海馬CA1 領域の神経細胞死が強く誘導される [1]。また、低酸素後の酸素再灌流時に神経細胞のアポトーシスが強く誘導され、アポトーシスの誘導割合が正常対象ラット（WKY/Izm）に比べ顕著に高い [2, 3]。我々は、アストロサイトの神経細胞へのエネルギー供給能や生存に関わる神経栄養因子の産生などについて検討し、脳卒中に関わる刺激で SHRSP/Izm 由来培養アストロサイトの WKY/Izm と異なる幾つか違いの存在を明らかにした [4]。本稿では、我々が解明した SHRSP/Izm 由来培養アストロサイトの神経細胞へのエネルギー供給能と神経栄養因子産生について概要を紹介する。

SHRSP/Izm は、脳虚血にともない大量のグルタミン酸が神経末端より放出され強く神経細胞死が誘導される [1]。このようなグルタミン酸刺激状態では、神経細胞死の誘導を惹起するとともに、同時にアストロサイトも刺激されアストロサイトからの乳酸産生を強く惹起させる。すなわち、図１に示すように、グルタミン酸刺激は、アストロサ
イトの Na+/K+ ATP-ase 活性、ブドウ糖の取り込み、および乳酸デヒドロゲナーゼ（LDH）の活性化を通して、ピルビン酸から乳酸への合成を強く誘導させる。さらに、アストロサイトで合成・産生された乳酸は、

LactateGlutamate

神経細胞へ供給されてエネルギーの基質とSynapse

優先して神経細胞でのエネルギー基質として使われ、虚血後の神経細胞の損傷や機能Glycolysis
Na/K ATAase
GlyS
GlyP

Neurons

Glut-1
GlucoseEAAT

Glycogen

脳虚血状態では、特に乳酸がブドウ糖よりGlucose

LactatePyr

モノカルボン酸輸送体（MCTs）を介してして神経細胞で使用される。脳卒中などのMCT-1

LactateGlc-6-P

Astrocytes
Stobartand Anderson, Front Cell Neurosci. 2013, 7:38.の回復に強く貢献することが判明している。 図 1. アストロサイトからMCTを介した神経細胞への乳酸の供給
我 々 は、培 養 ア ス ト ロ サ イ ト を 用 いて、低酸素後の再酸素（H/R）[5]、一酸化窒素（NO）[6]、および脳浮腫を誘導するアルギニンバゾフレッ
シ ン（AVP）[7] な ど の 刺 激 で 乳 酸 産 生、LDH お よ び MCTs な ど の 産 生 や 発 現 に つ い て WKY/Izm とSHRSP/Izm での違いを比較した。その結果、H/R 刺激で乳酸産生が誘導されたが、WKY/Izm に比べSHRSP/Izm 由来のアストロサイトで低下し、同時に LDH レベルや MCP の発現も減少していることを明らかにした [5-7]。また、NO ドナーであるニトロプルシド（SNP）刺激で誘導される神経細胞死の割合とアストロサイトの乳酸産生パターンが逆相関を示し、いずれも WKY/Izm に比べ SHRSP/Izm が有意に低下していることを示した（図 2, A B）[4, 6]。これら結果は、SHRSP/Izm のアストロサイトは、これら脳卒中の刺激状態で WKY/Izm に比べ乳酸産生が低下していて、その理由として乳酸供給の機構の減弱が示唆される。特に脳卒中状態において、減弱したアストロサイトからの乳酸供給能は、直接神経細胞のエネルギー基質の減少につながることから神経細胞死を誘導する重要な要因となる可能性が高い。

A（GDNF）は、脳虚血による神経我々は、H/R での GDNF 産生がWKY/Izm に比べ SHRSP/Izm 由Neuronal death（%）

する因子として知られている。

3020100010204060SNP（μM）
Yamagata et al., GLIA 56:387-393 (2008)

していることを示した [4, 8]（図 3,WKY/Izm

2000

SHRSP/Izm

40

来アストロサイトで有意に低下A,B）。また、我々は、神経細胞

WKY/Izm50

細胞障害の回復に貢献すると同時に神経細胞の生存をサポート

B

60Lactate（nmol/mg protein）

グリア細胞由来神経栄養因子

SHRSP/Izm

1500
**

**

**

1000

500

0051020SNP（μM）
Yamagata et al., Neurochem Int. 2012 60:91-8.

図 2. SHRSP/Izm 由来神経細胞とアストロサイトにおけるNOドナー SNPによる神経細胞死と乳酸産生の誘導、の生存に必須のアミノ酸 L- セリン産生がグルタミン酸や SNP 刺激で増加・誘導されることを示し（図 4A）
さらに、グルタミン酸刺激で誘導される L- セリン産生が WKY/Izm に比較して SHRSP/Izm 由来アストロ
サイトで有意に低下していることを明らかにした [4]（図 4B）。加えて、神経細胞にアポトーシスを誘導

A
GDNF（pg/ml）

100

SHRSP/Izm

GDNF mRNA＊50250Normoxia Hypoxia

SHRSP/Izm

SHRSP/Izm 由来アストロサイトの L- セリ

0.4
0.3

＊

＊

ン産生や輸送体 ASCT1 が WKY/Izm に比べ＊0.2

有意に低く、神経細胞への L- セリンの供給0.1

能の低下の可能性を示した。

0H/R

脳浮腫の誘導にかかわる AVP の刺激 [10] で、

WKY/Izm

＊0.5

＊

＊75

[9]
やするスフィンゴシン１−リン酸（S1P）

B

WKY/Izm+12.0

本稿において、SHRSP/Izm 由来アストロ

Reoxygenation（h）

サイトの神経細胞へのエネルギー供給能やHyp +0.5+1.5 +3.0 +6.0

Yamagata, Neurochem Int. 2012 60（1）:91-8.

神経栄養因子が WKY/Izm に比べ減弱して図 3. SHRSP/Izm由来アストロサイトにおけるGDNFの産生と遺伝子発現いることを記述した。これらアストロサイ

B

300

＊

250

＊

200
150100＊500Cont

Glu

H2O2 IL-1 SNP

L-serine（nmol/mg protein）

L-serine（nmol/mg protein）

A

120

トの機能低下は、脳卒中発症に関係して神WKY/Izm

経細胞の生存環境を強く悪化させる可能性

SHRSP/Izm

100が 高 い。特 に SHRSP/Izm 由 来 ア ス ト ロ サ

80
＊60
＊40

＊

イトの WKY/Izm と異なる上述の減弱した＊細 胞 特 性 は、SHRSP/Izm の 神 経 細 胞 の 生

200存に深く影響することが示唆される。今後、
100 200SHRSP/Izm 由来のアストロサイトを用いた

Yamagata, Neurochem Int. 2012 60（1）:91-8.

脳卒中による神経細胞死に関する予防的研

0550Glutamate（μM）

究は、益々重要性が高まると思われる。

図 4. SHRSP/Izm由来アストロサイトにおけるL-セリン産生

参[1] Gemba T, et al. Neurosci Lett.1992,135:184.
[2] Tagami, M, et al. Lab Invest.1999,79:609.
[3] Yamagata K, et al. Neuroscience.2010,170:1.
[4] Yamagata K. Neurochem Int.2012,60:91.
[5] Yamagata K, et al. Neurosi Lett.2000,296:113.

考文

献[6] Yamagata K, et al. Glia.2008.56:387.
[7] Yamagata K, et al. J Neuroinflammation.2017,14:176.
[8] Yamagata K, et al. Glia. 2002,37:1.
[9] Yamagata K, et al. Glia. 2003,41:199.
[10]Yamagata K, et al. Neuroscience.2014,267:277.

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