精神経誌（2011）113 巻 7 号

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特集 統合失調症の思春期病態と早期介入

統合失調症の分子病態と思春期までの予防戦略
糸川昌成
吉川，新井誠 ，市川武男 ，岡崎祐士

智恵 ，宮下，宮田光弘，敏男

統合失調症の多発家系の発端者から glyoxalase 1（GLO1）遺伝子に新規のフレームシフト変異を同定した．症例では，フレームシフトによって酵素活性が 50％低下しており，基質であるカルボニル化合物がメイラード反応を介して生成する終末糖化産物（advanced glycation endproducts；AGEs）が対照の 3.7倍に増加し，カルボニル消去系分子であるビタミン B6 が 20％レベルまで低下していた．GLO1 遺伝子について症例・対照研究を行った結果，Glu111Ala のAla アレルが脆弱性リスクである可能性が示唆された．GLO1 の cDNA を COS‑7細胞に導入し酵素活性を計測したところ，Glu 型 GLO1 より Ala 型 GLO1 の活性が低かった．赤血球を用いた GLO1 活性の測定では，Ala111 ホモ接合体の活性がその他の genotype より 16％低かった．
そこで，45例の統合失調症と 61例の健常者の末梢血を検討したところ，AGEs は統合失調症で有意な蓄積を認め，ビタミン B6 も有意に患者で低下していた．GLO1 遺伝子に変異を持った症
例では，発症前から長期間 AGEs が高かった可能性が示唆され，こうした症例にビタミン B6 を発症前に補充することで，思春期までの予防戦略となる可能性が示唆された．
索引用語：カルボニルストレス性統合失調症，終末糖化産物，ペントシジン，ビタミン B6，
GLO1．は じ め に

うに安全性の確立されたものを発症前の個体に補ある珍しい症例において代謝異常を同定したこ充することで，思春期の予防戦略となる可能性をとをきっかけに，これを一般症例まで敷衍して代呈示する．本稿では，以下の 2つのことについて謝異常を伴う統合失調症の一群が存在すること見考察したい．1つは，代謝障害の改善を視野にお出した．発端症例において，遺伝子変異が代謝障いた生物学的早期介入についてであり，もう 1つ害と関連した可能性が示唆されたことから，こうは症例研究の重要性についてである．近年，欧米した障害は発症前から長い期間持続していたことを中心に被験者と対象遺伝子の規模を万の単位まが推測された．ここで述べる代謝障害は内科領域で拡大した，国家プロジェクト級のビッグサイエを中心に十分検討されており，これを改善させるンスが精神医学研究にも導入されている物質も複数見出されている．中でもビタミンのよ

本の特に精神科領域の科学研究予算は，こうした．日

著者所属：1）東京都医学総合研究所統合失調症・うつ病プロジェクト
2）理化学研究所脳科学総合研究センター分子精神科学研究チーム
3）東京都立松沢病院精神科
4）東北大学大学院医学系研究科分子病態解析分野
第 106回日本精神神経学会総会＝会期：2010年 5月 20〜22日，会場：広島国際会議場・アステールプラザ
総会基本テーマ：求められる精神医学の将来ビジョン：多様な領域の連携と統合シンポジウム 統合失調症の思春期病態と早期介入野），岡崎

座長：福田正人（群馬大学大学院医学系研究科神経精神医学分祐士（東京都立松沢病院) コーディネーター：岡崎 祐士

特集

糸川･他：統合失調症の分子病態と思春期までの予防戦略

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図 1 症例における GLO1 の mRNA および蛋白発現
GLO1 の mRNA 発現．対照を 1.0とした時の相対発現量を示す．TaqM an 法
により定量． GLO1 の蛋白発現．対照を 1.0としたときの相対発現量を示す．
Western blot 法により β‑actin を内部標準として定量．case；GLO1 にフレームシフトを持った発端症例，schizophrenia；GLO1 にフレームシフトを持たない統合失調症，control；変異を GLO1 に持たない健常対照大規模研究を許容する額は配分されていない．日

院した．その後 5年が経過したが，治療抵抗性の本においても先進諸国なみの予算を精神医学研究

妄想と解体症状が持続し電気痙攣療法が繰り返さに配分されることが望まれる．国家プロジェクト

れ，閉鎖病棟での入院が継続していた．

級のビッグサイエンスが待望される一方で，疾患の病態解明における症例研究の重要性は依然とし．稀な遺伝子変異の同定て高く評価されるべきである．本稿では，臨床で我々は，症例が強い遺伝負因を持っていること出会う症例の注意深い検討が，貴重な発見のきっから，比 的大きな機能変化を伴う遺伝子変異がかけとなることを示したい．

家系内に存在する可能性が高いと考えた．そこで，

本研究は，東京都精神医学総合研究所および都遺伝子解析を目的として，研究協力について本人立松沢病院と共同研究施設の研究倫理委員会の承と後見人に説明し書面による同意を得て末梢血を認を得て，被験者に研究の説明と書面による同意採取した．6番染色体短腕 6p21 は，連鎖解析研を得て行われた．

究により複数のグループから統合失調症との連鎖が報告されており．症

例，ここにコードされている

glyoxalase 1（GLO1）に 注 目 し た．GLO1 は，48歳の男性で，3人同胞の第 3子として出生し酸化ストレスなどで生じる有害なカルボニル化合た．3親等内に同胞全員を含め 5名の統合失調症物を分解する解毒酵素である．症例の DNA を用罹患者がいる．高校入学ごろより，同級生の女子いて GLO1 遺伝子の解析をしたところ，exon 1を「自分の双子だ」などと妄想が認められたために adenine が 1塩基挿入する新規のフレームシ精神科に通院を始めた．間もなく「マイクで行動フト変異を同定した．症例の GLO1 遺伝子ではを探られている」と興奮状態になり入院した．以

フレームシフトにより早期終始コドンが発生し，後 4回の入院歴がある．24歳ごろから父母と兄

全長 184アミノ酸の GLO1 が症例では 42アミノに対し「顔はそっくりだが中身は入れ替わった偽酸しか合成されていない可能性が示唆された．そ物である」と訴え Capgras 症候群を認めた．43

こで，症例のリンパ球を用いて GLO1 の発現を歳のとき同症候群に基づく家人への傷害により入測定したところ，mRNA，蛋白量ともに健常者

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精神経誌（2011）113 巻 7 号図 2 GLO1 遺伝子の患者・対照研究
DSM ‑IV で統合失調症と診断された患者 202例と健常対照 187例の DNA を用いて，GLO1 遺伝子の 9SNP との関連を調べた．3つのハプロタイプで有意な関連が得られた． GLO1 の遺伝子構造と有意な関連を示したハプロタイプを構成する SNP の範囲． 連鎖不平衡（左）と sliding window によるハプロタイプ解析（右）．の 50％まで低下していた（図 1）．カルボニル化

AGEs 濃度は対照の 3.7倍に増加し，ビタミン合物はメイラード反応を介して蛋白質などを修飾

B6 は対照の 20％レベルにまで低下していた．

し，終 末 糖 化 産 物（advanced glycation endproducts；AGEs）を生成する．AGEs が蓄積す

．稀な症例から一般症例への敷衍る状態は「カルボニルストレス」と提唱され ，症例では稀な新規のフレームシフト変異によっ

糖尿病性網膜症や動脈硬化の発症，進展，増悪にて，GLO1 活性が 50％低下するという大きな機関与し，心不全や冠動脈疾患による死亡率とも相能変化がもたらされていた．一般症例では，より関する．カルボニルストレス消去系には，GLO1軽度な活性低下を伴った頻度の高い多型が存在す以外にビタミン B6 があり，カルボニル化合物とるのではないかと考え，GLO1 遺伝子の関連研結合して AGEs の腎排泄を促進し，メイラード究を行った．統合失調症 202例と年齢・性別の一反応を抑制する．症例では GLO1 活性が 50％ま致した対照 187例を用いて，データベースに登録で低下していることから，血中 AGEs（ペントシさ れ て い る 9ヶ 所 の SNP（single nucleotideジン）濃度の上昇，およびカルボニル消去に動員polymorphism）の頻度を比されることによるビタミン B6 の低下が予測され3つのハプロタイプで有意な関連を認めた（図た．そこで，症例の末梢血を解析したところ，

2）．ハプロタイプが重なりあう部分の SNP7 はした．その結果，

特集

糸川･他：統合失調症の分子病態と思春期までの予防戦略

図 3 GLO1 を COS‑7細胞に強制発現させたときの活性GFP を融合させた GLO1 の cDNA を COS‑7細胞へ導入し，細胞を調整後 GFP で免疫沈降して GLO1 蛋白を回収し活性を比 した．カルボニル化合物（メチオグリオキサール）とグルタチオンを被験者の赤血球から調整した GLO1 と 5分間 37℃で incubate し，240nm の吸光度により乳酸量を測定した．文献 7から一部改変して引用．T27NfsX15；フレームシフト変異を持った GLO1，
P122LfsX27；フレームシフト変異を持った GLO1（本文に記載なし．文献 2に記載．多検体解析により別のフレームシフトを同定）

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図 4 統合失調症と対照の末梢血における AGEs とビタミン B6 濃度
DSM ‑IV で統合失調症と診断された患者 45例と健常対照 61例の末梢血を用い AGEs（ペントシジン）とビタミン B6（ピリドキサール）を定量した． 血清ペントシジン濃度． 血清ビタミン B6 濃度．文献 2から一部改変して引用．

で な く，一 般 症 例 に も 16％ 活 性 低 下 を 伴 う
Ala111 ホモ接合体が存在することから，統合失調症には軽度に AGEs が蓄積している症例が広く 存 在 す る 可 能 性 が あ る と 考 え た．そ こ で，AGEs の蓄積要因である糖尿病，腎障害，炎症性疾患を除外規定にして，45例の統合失調症と 61例の健常対照の末梢血を用いて AGEs とビタミン B6 を測定した．その結果，統合失調症では対Glu111Ala であり，有意ではないが Ala のアレ

照より有意に AGEs 濃度が上昇し（P＜0.001），ルが統合失調症で高い頻度で認められた（患者 8ビタミン B6 濃 度 が 有 意 に 低 下 し て い た（P＜％，対 照 5％）．特 に Ala111 ホ モ 接 合 体 は 4例0.001）（図 4) ．AGEs 蓄積の有無と患者・対照同定されたが，全て統合失調症だった．そこで，を χ 検定したところ，統合失調症は AGEs 蓄積

Glu111 型 と Ala111 型 の GLO1 の cDNA にと 有 意 に 関 連 し た（χ ＝28.69，df＝1， P＜GFP を融合したコンストラクトを COS‑7細胞へ0.0001，オ ッ ズ 比＝25.81，95％ 信 頼 区 間＝導入し，強制発現させた GLO1 蛋白を GFP で免3.515‑57.64）．ビタミン B6 低下の有無と患者・疫沈降して回収し活性を測定した．その結果，対照を χ 検定した結果，統合失調症はビタミンGlu111 型より Ala111 型の GLO1 で活性が低かB6 低下と有意に関連した（χ ＝25.90，df＝1，った（図 3）．次に，Ala ホモ接合体 3名の赤血P＜0.0001，Odds 比＝10.58，95％ 信 頼 区 間＝球を用いて酵素活性を測定したところ，Glu Glu，3.942‑28.27）．

Glu Ala 型のヒトより有意に GLO1 活性が低下していた（16％低下，P＝0.0003）．
50％活性低下を伴うフレームシフト変異だけ．考察

多発家系の発端者から，GLO1 遺伝子に 50％

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676の活性低下をもたらす新規のフレームシフト変異

AGEs 蓄積の統合失調症に対するオッズ比はを同定した．症例では，カルボニル消去系に機能25.81だった．統合失調症の遺伝子研究は，2011

不全を招来し AGEs が対照の 3.7倍に増加し，

年 4月現在，1008遺伝子，8788多型が検討され，カルボニルスカベンジャーであるビタミン B6 のメタ解析も 287多型に及ぶが，ほとんどのオッズ枯渇を認めた．稀だが大きな活性低下をもたらす比が 1.5未満と小さい効果しかない ．遺伝子研変異を持った症例において，顕著な AGEs 蓄積究の結果と比べたとき，AGEs 蓄積の統合失調症を同定し，これをプロトタイプとして一般症例にへのリスクファクターとしての寄与は，きわめて敷衍し 46.7％の患者で AGEs 蓄積を認めること大きい可能性が示唆される．

が で き た（ペ ン ト シ ジ ン 蓄 積 あ り＞55.2ng

対象から AGEs の増加要因である糖尿病，腎mL；対照の平均＋2SD をカットオフ値）．強い障害，炎症性疾患は除外してある．カルボニルス効果の単一遺伝子が病態に関与することを予測しトレスを認めた症例の一部は GLO1 の遺伝的活多発家系に注目したからこそ，顕著なカルボニル性低下が AGEs 蓄積に寄与したと考える（χ ＝ストレスを同定することができた．また，この症

7.727；df＝1；P＝0.0054；オ ッ ズ 比＝5.632）．

例をプロトタイプとしてとらえた結果，一般症例

しかし，フレームシフトや Ala111 ホモ接合体をからもカルボニルストレスを見出せたと考える．

認めた症例は一部であり，多くのカルボニルスト

130ng mL を超える顕著な AGEs 蓄積と 3ng をレスの発生機序解明は不明である．GLO1 遺伝

下回る顕著なビタミン B6 低下を併せ持つ症例は子に変異を持たない症例から，その後の解析で複全体の 6％に過ぎない．やみくもに検体を検討し数のカルボニル消去経路に異常を同定しており，ても，カルボニルストレスを見逃した可能性が高統合失調症のカルボニルストレスにも異種性があかった．近年，欧米では万の単位の検体を用いて，る可能性が示唆された（未発表）．

万のオーダーで遺伝子解析を行うビッグサイエン

遺伝子変異を持った症例については，カルボニスが流行である．日本の精神医学研究において，ルストレスが発症前から存在した可能性が考えらこうした国家プロジェクト級の研究予算は配分され，こうした症例に発症前からピリドキサミンのれておらず，欧米型の大規模研究の実現は難しい予防的投与を行うことで，発症回避の可能性が期のが現状である．しかし，症例を丁寧に検討する待できる．また，一部であるが健常者からもフレことによって病態を明らかにすることは可能であームシフト変異を同定しており，これら健常者でり，疾患名しかラベルのない万の検体より，家族は AGEs 蓄積が認められなかった．この保因者歴や病状経過，服薬内容などが詳細な 50検体のでは，GLO1 の補酵素であるグルタチオンや亜鉛ほうが，はるかに有用な研究情報をもたらしてくの血中濃度が，平均より高い濃度で認められておれる．統合失調症は異種性を内包した症候群であり（未発表），これが GLO1 の活性低下を代償しり，今回はカルボニルストレスを伴う比 的均一てカルボニルストレスを抑制した可能性を考えるで小さな一群を抽出することができたと考えていと，発症回避に向けた思春期の予防戦略としてカる．

ルボニル消去系因子の補充療法に検討の価値があ50％という大きな活性低下をもたらすフレー

る．

ムシフト変異の発見ののち，16％活性低下といビタミン B6 はピリドキサール，ピリドキシン，う軽度の活性低下を伴う Ala111 ホモ接合体を同ピリドキサミンからなり，互いに平衡関係にある．

定したことも，一般症例へ敷衍する過程では重要

生体内ではピリドキサールがほとんどを占め，今なステップだったと考える．すなわち，in vitro

回計測したビタミン B6 もピリドキサールである．と in vivo の結果が一致したことで，一般症例のカルボニル消去作用を持つのはピリドキサミンだスクリーニングを実施する見通しがついた．

けであり，市販のビタミン B6（ピリドキサール）

特集

糸川･他：統合失調症の分子病態と思春期までの予防戦略を服用しても，体内でピリドキサミンに移行する

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the disease. Am J M ed Genet, 67; 564‑579, 1996

量は微量である．我々は，カルボニルストレスの4）Hwu,H.G.,Lin,M .W.,Lee,P.C.,et al.: Evalua-

改善効果を狙いピリドキサミンの第一相臨床試験

tion of linkage of markers on chromosome 6p withを実施した．有害事象を認めず，Zucker fatty
rat で AGEs 生 成 阻 害 に 有 効 な 1日 暴 露 量（AUC）46μg・hr mL に達するピリドキサ

schizophrenia in Taiwanese families.Am J M ed Genet,96; 74‑78, 2000
5）M iyata,T.,van Ypersele de Strihou,C.,Kurokawa,K.,et al.: Alterations in nonenzymatic biochemis-ミン投与量も決定した．現在第二相試験を準備中

try in uremia : origin and signiﬁcance of “carbonylである．

stress”in long‑term uremic complications. Kidney Int,55; 389 ‑399, 1999
文献1）Alderson, N.L., Chachich, M .E., Youssef,N.N.,
et al.: The AGE inhibitor pyridoxamine inhibits
lipemia and development of renal and vascular diseasein Zucker obese rats. Kidney Int, 63; 2123‑2133, 2003
2）Arai, M., Yuzawa, H., Nohara, I., et al.: Enhanced carbonyl stress in a subpopulation of schizophrenia. Arch Gen Psychiatry, 67; 589 ‑597, 20106）Stefansson, H., Ophoﬀ, R.A., Steinberg, S., etal.: Common variants conferring risk of schizophrenia.
Nature, 460; 744‑747, 20097）Stefansson, H., Rujescu, D., Cichon, S., et al.:Large recurrent microdeletions associated with schizophrenia. Nature, 455; 232‑236, 20088）SZ gene: http: www.schizophreniaforum.org
res sczgene default.asp

3）Arolt, V., Lencer, R., Nolte, A., et al.: Eye9）Wright, P., Donaldson, P.T., Underhill, J.A., ettracking dysfunction is a putative phenotypic suscepti-al.: Genetic association of the HLA DRB1 gene locus

bility marker of schizophrenia and maps to a locus on

on chromosome 6p21.3 with schizophrenia. Am J Psy-chromosome 6p in families with multiple occurrence ofchiatry, 153; 1530‑1553, 1996

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M olecular Pathophysiology of Schizophrenia andPreventive Strategy in Pubertal Period

M asanari ITOKAWA, M akoto ARAI , Tomoe ICHIKAWA , M itsuhiro MIYASHITA ,Takeo YOSHIKAWA , Yuji OKAZAKI , Toshio MIYATA
1）Project for Schizophrenia and Aﬀective Disorders Research, Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science2）Laboratory for Molecular Psychiatry, Brain Science Institute, RIKEN
3）Department of Psychiatry, Tokyo Metropolitan Matsuzawa Hospital4）Center for Translational and Advanced Research on Human Disease, Tohoku University Graduate Schoolof Medicine

A novel frameshift mutation in glyoxalase 1（GLO1）gene was detected in a patient withschizophrenia of a pedigree with multiple aﬀected individuals. The patient carrying themutation showed decreased enzymatic activity by 50%, 3.7 times high level of advanced
glycation end products（AGEs）that is substrate of GLO1 and 20% of serum vitamin B6
compared to controls. Case‑control study of GLO1 gene suggested that Ala allele ofGlu111Ala was associated with schizophrenia. In vitro study using COS‑7 cells transfectedwith cDNA of GLO1 yielded that enzymatic activity is lower in GLO1 with Ala111 than thatof Glu111. The homozygotes of Ala111 showed 16% decreased GLO1 activities in RBC ascompared with that of Glu111 Ala111 and Glu111 Glu111.

Plasma AGEs levels weresigniﬁcantly high and serum vitamin B6 was signiﬁcantly low in 45 schizophrenics than thatof 61 control subjects. Supplementation of vitamin B6 to cases with the genetic defect ofGLO1 before onset of psychosis is suggested to be possible strategy for prevention ofschizophrenia until pubertal stage since such mutation carriers could have been exposed byhigh level of AGEs for a long time before disease onset.
Authorsʼabstract