hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生活習慣病における施灸効果の神経科学的解明

施灸に対する脳反応について客観的指標の樹立を試みた。ラットに施灸し、マイクロダイアリシスによる神経伝達物質測定、脳波等の電気生理学的測定、DNAマイクロアレイによる遺伝子発現解析を行った。全ての反応は極めて弱く、測定には高S/N比を得る工夫が必要であった。ドパミン分泌・関係する脳内部位の遺伝子発現変化・体温上昇・海馬脳波θ波の変化が示され、施灸が情動・記憶など重要な脳機能に影響し、生活習慣病に効果を示す可能性が推定された。【目的】施灸による脳の初期効果に物質レベルで客観的指標を樹立し、脳内情報処理機構を解明する。経験的に施灸が有効であると知られる慢性疾患における、施灸に対する脳の反応特性を明らかにする。【実験方法】本年度は,糖尿病モデルと正常動物を主な対象として研究を行った。計画した質量分析およびDNAマイクロアレイについては、その準備を行った。本年度に実行できた主な解析方法は、以下の3つである。1)中枢反応の解明:マイクロダイアリシスおよび条件性場所選好試験(CPP)を行う。マイクロダイアリシスでは、特に腹側線条体におけるドーパミン分泌について検討した。CPPでは、施灸および丈の煙による報酬特性について検討した。2)末梢反応の解析:体温・心電図テレメーターを用いて、自律神経系の関与の仕方を測定する。心電図テレメトリーでは、周波数解析を行い、交感神経系および副交感神経系に対する施灸の効果を調べた。3)行動試験:脳の反応の総括的表現としての行動を測定する。Open field試験を中心に、施灸および艾の煙が動物の活動量に及ぼす効果を検索した。【結果】得られた主な成果は、以下の2点であり、論文として投稿準備中である。(1)マイクロダイアリシス実験:灸により、大脳基底膜(背側および腹側線条体)において神経伝達物質(ドーパミン)の分泌が引き起こされる。(2)体温に関するテレメーター実験:灸により、体温の上昇が引き起こされる。【意義と重要性】ドーパミンの分泌から、施灸により脳の基本機能を制御できる可能性が示唆された。特に、ヒトにおける様々なドーパミン調節障害を伴う疾患の治療に応用できると期待される。【目的】施灸による脳での初期効果に物質レベルでの客観的指標を樹立し、脳内情報処理機構を解明する。【実験方法】本年度は,正常動物を主な研究対象とすると同時に、糖尿病・記憶障害・高血圧モデルラットを用いて研究が進行中である。本年度に実行できた主な解析方法は、以下の5つである。1)中枢反応の解明:マイクロダイアリシスにより、背側線条体・腹側線条体・内側前頭前野におけるドーパミン分泌について検討した。神経ペプチドの分泌については、質量分析装置による測定を試行した。条件性場所選好試験では、施灸および艾の煙による報酬特性について再検討した。2)末梢反応の解析:脳波・心電図テレメーターを用いて、自律神経系の関与の様態を測定した。脳波テレメーターでは、脳内電極を用いて海馬θ波を測定を試行した。腎動脈周囲の交感神経叢に対する反応の測定を試行した。4)脳各部位についてDNAマイクロアレイを試行した。5)艾煙成分のGC/MSによる測定を試行した。【結果】多くの実験は進行中であるが、結果のまとまった成果は、論文として投稿準備中である。マイクロダイアリシス実験:灸により、中脳黒質A10より投射を受けるすべての部位である、3部位において神経伝達物質(ドーパミン)の分泌が引き起こされる。【意義と重要性】ドーパミンの分泌から、施灸により報酬・感情・運動・記憶などの、脳の基本機能を制御できる可能性が示唆された。ヒトにおける様々なドーパミン調節障害を伴う疾患の治療に応用できると期待される事を前提に、この現象と他の進行中の研究成果の関連を考慮して、平成22年度の実験を進めたい。本年度は,正常動物と糖尿病動物を主な研究対象として、研究と発表が進行中である。本年度に実行した主な解析方法は、以下の5つである。【実験方法】2)中枢反応の解明:マイクロダイアリシスにより、背側線条体・腹側線条体・内側前頭前野におけるドーパミン分泌についてさらに検討した。

神経ペプチド、特にエンケファリンの分泌については、試料の採取と分析・測定方法を再検討した。条件性場所選好試験では、施灸および艾の煙による報酬特性について様々な条件下で再検討した。3)自律神経系・記憶の解析:体温・脳波について、自律神経系の関与の様態を有線・テレメーターで測定した。脳内電極を用いて海馬θ波を測定し、記憶への関与を探ることを試みた。4)脳の遺伝子発現:各部位についてDNAマイクロアレイ解析を行った。【結果】多くの実験は進行中であるが、結果のまとまった成果は、論文として投稿中である。灸により、中脳黒質A10より投射を受けるすべての部位である、3部位において神経伝達物質(ドーパミン)の分泌が引き起こされる。糖尿病動物について考察を進めた。本年度は特に質量分析装置を用いて、マイクロダイアリシスにおける人工脳脊髄液の解析と分子の脳内局在性を示す2次元画像データを得る基盤を形成した。【意義と重要性】ドーパミンの分泌、施灸により報酬・感情・運動・記憶などの、脳の基本機能を制御できる可能性が示唆された。ヒト疾患への東洋医学の適用を目指し、質量分析装置の利用により東洋医学研究の進展に寄与していきたい。
免疫調節物質を血管内手術に局所的に作用させる脳腫瘍に対する新しい免疫療法の開発

HCCに対するTAEで用いられるヨード化ケシ油と抗癌剤水溶液の混液は、水相と油相の分離が早く油滴が粗大で不均一である。この様な不均一な混液によっても、HCC組織の持つ脂肪親和性を利用して選択的持続的抗腫瘍作用が達成されている。この他の多くの腫瘍では、この様な特性は不定である。そこで、より小さく均一な塞栓子による選択的塞栓が望まれる。特に脳腫瘍では腫瘍だけを選択的に塞栓する必要からなおさらである。そこで、我々は油性造影剤(ヨード化ケシ油)水溶性造影剤・表面活性剤または高比重液・抗癌剤水溶液の混合により、今までにない安定な血管塞栓性エマルジョンを作成した。家兎を用いた実験で、このエマルジョンは静注・動注にて肺・大脳・肝・腎などの臓器に塞栓した。透析を用いた組織拡散シミュレーションで、水溶液またはそのヨード化ケシ油との懸濁液に比べて、このエマルジョンからは抗腫瘍性物質の緩やかな拡散が示された。このエマルジョンは、抗癌剤・免疫調整物質を運搬する塞栓性薬剤輸送系として作用するものと考えられる。すなわち、超選択的に動注された場合、腫瘍局所に持続的抗腫瘍効果をもたらすことが期待される。特にマニトールにより作成されたエマルジョン(Mizonokuchi-Emulsion)は、マニトールの脳血管関門透過性亢進作用からとくに脳腫瘍に対する効果が期待される。本年は、基礎的研究として、各種塞栓物質と造影剤,抗癌剤・免疫調節物質の混合における性状について成果が得られた。イオン性造影剤は、ソ水性の抗癌剤・他の造影剤等に対し、混合におけるミセルの形成に大きく関与し、そのサイズの縮小と、安定化に寄与する。また、ソ水性の塞栓物質(Polyoyhlalcohl etc)の表面に親水性の抗癌剤等を付着し安定化させる可能性が示唆される。一方、これらのミセル等のサイズの検討とともに、力テーテルの通過性もあわせて検討を行ないイオン性造影剤の付加によりこの点でも良好なことが推測された。本年度は、昨年度得られた成果から、ドラッグデリバリーシステムの改良として、油性造影剤(ヨード化けし油)を塞栓子とする塞栓性懸濁液の処方について検討を加えた。イオン性造影剤と非イオン性造影剤、油性造影剤(ヨード化けし油)と水相(抗癌剤(ACNUニドラン(R))溶液などを想定している)との配合における混合液(エマルジョン)の安定性について検討を加えた。試験的実験結果から、イオン性造影剤は希釈による造影効果の減弱を最小限に抑えて、この溶液を安定化させる可能性が示された。さらに少量のアルコールは同等の効果があり、血栓原性(thrombogenesity)を示すことから有用性が考察された。丁度良い配合は、現時点では、ACNU25mg、注射用蒸留水0.5ml、イオキサグル酸(イオン性造影剤)2ml、ヨード化けし油(リピオドール)2.5mlである。この配合比の混合液は、100ミクロン内外の粒状を示し、丁度良い大きさであった。しかし、試験管中で超音波攪拌の後、常温1気圧で一時間ほどは懸濁状態を保ったが、粒状性は懸濁後直ちに増大し安定性が思わしくなかった。エチルアルコールの添加はこのwater-in-oil型のエマルジョンを安定化させることが試験的実験において示された。今後は、このアルコールの至適配合比を決め、サイズの測定、動物実験を予定している。19931994年度、我々は油性造影剤(ヨード化ケシ油、リピオドール)・水溶性造影剤(ヘキサブリックス、イオパミロン)・表面活性剤(ポロクサマー)・抗腫瘍剤水溶液の混合により、今までにない安定な血管塞栓性エマルジョンを作成法を考案した。

1995年度には、家兎を用いた動物実験・透析を用いたin vitro組織拡散シミュレーションにてこれらのエマルジョンが血管塞栓性薬物輸送系として働き、腫瘍組織に持続的高濃度の薬物濃度をもたらし得ることを検証した。すなわち、これらのエマルジョンの静注または動注にて、家兎肺・大脳・肝・脾・腎などに塞栓を形成し得ることが示された。さらにin vitroでの組織拡散シミュレーションで、抗腫瘍物質水溶液やピリオドールとの懸濁液に比べて、これらのエマルジョンからは徐放的抗腫瘍物質の拡散が認められた。これら組織を用いた抗腫瘍物質の組織濃度の測定も実行中である。このエマルジョンは水相・油相それぞれに抗癌剤・免疫調整物質を溶解・運搬し、超選択的に動脈内注入された場合、腫瘍局所に高濃度かつ徐放的に塞栓部周囲の腫瘍組織にその効果をもたらすことが期待される。従来用いられている抗癌剤・免疫調整物質の動注法もこの輸送系を用いた場合、より有効なものとなる可能性が示唆される。水溶性造影剤とマニトールにより得られたエマルジョンは、マニトールの血液脳関門の透過性亢進作用から、特に脳腫瘍に対しての効果が期待される。
ネフローゼ症候群のステロイド薬感受性についてのグルココルチコイド受容体遺伝子解析

グルココルチコイド分子作用は、リガンドと結合した受容体が核内に移行し転写調節を行うことによる。ステロイド感受性低下症例では受容体核内移行が低下することが予想される。そこで、標識受容体を患者リンパ球に導入しグルココルチコイド刺激による核移行を解析する。この目的のためにすでに作成しているGCR融合Green Fluorescent Protein(GFP)発現ベクターを動物細胞に遺伝子導入しその核移行を解析した。本研究ではこのGCR-GFP発現ベクターを健常者およびグルココルチコイド感受性の異なる小児ネフローゼ症候群患者末梢血単核球に導入し、GCR(蛍光蛋白として発現)の核移動によりステロイド作用を定量し患者個人のグルココルチコイド感受性を測定した。グルココルチコイド受容体四次構造を規定する細胞内蛋白の解明。GCRの四次構造は、熱ショック蛋白(hsp90,hsp70,hsp27)、イムノフィリン(cyclophilin40,FKBP52)、p56などとの相互作用(会合)により保たれている。これらの蛋白の発現異常が、GCRのリガンドとの結合、核移行を阻害する可能性が考えられる。そこで健常者およびグルココルチコイド感受性の異なる小児ネフローゼ症候群患者末梢血単核球におけるこれらの蛋白発現と臨床所見、腎組織学的分類について解析した。グルココルチコイド受容体機能を抑制する転写因子の解明。GCRは他の転写因子とも相互作用し、互いの転写活性を制御する。GCRと相互作用を持つ転写因子としてFOS/JUN,NF-kBが知られている。本研究においては健常者およびグルココルチコイド感受性の異なる小児ネフローゼ症候群患者末梢血単核球を用いて、これらの蛋白の発現、導入GCR(前述のGCR-GFP)との相互作用を、イメージ解析および表面プラズモン共鳴解析(IAsys)により解析した。小児特発性ネフローゼ症候群は、一般にグリココルチコイド薬により寛解した。しかし一部の患者ではグルココルチコイド薬を減量すると直ちに再発(ステロイド依存性)し、あるいはグルココルチコイド薬に反応しない(グルココルチコイド抵抗性)。本研究は、ネフローゼ症候群のグルココルチコイド応答性の多様性の分子薬理学的機序を明らかにする。1)グルココルチコイド受容体遺伝子の多型性をネフローゼ症候群および健常者で検討し、遺伝子多型、多型によるGCR蛋白機能異常がネフローゼ症候群ステロイド応答性規定因子であることを明らかにする。健常者の末梢血よりゲノムを抽出し既報に従ってそれぞれのエクソン(機能的GCRをコードするGCRαのコード領域)についてPCR法で遺伝子断片を増幅し、増幅された遺伝子断片を一本鎖コンフォーメーション多型解析(SSCP)法で遺伝子変異の有無をスクリーニングした。グルココルチコイド感受性の異なる小児ネフローゼ症候群患者(3から12歳;国際分類によるステロイド反応群;ステロイド依存群;およびステロイド抵抗群各最低20名)についてGCR遺伝子型解析を行った。得られた遺伝子型と臨床所見、腎組織学的分類について解析した結果、現時点では遺伝子型と臨床所見、腎組織学的分類に有な差は認められいない。

本研究ではこのGCR-GFP発現ベクターを健常者およびグルココルチコイド感受性の異なる小児ネフローゼ症候群患者末梢血単核球に導入し、GCR(蛍光蛋白として発現)の核移動によりステロイト作用を定量し患者個人のグルココルチコイド感受性を測定した。グルココルチコイド受容体四次構造を規定する細胞内蛋白の解明。GCRの四次構造は、熱ショック蛋白(hsp90,hsp70,hsp27)、イムノフィリン(cyclophilin40,FKBP52)、p56などとの相互作用(会合)により保たれている。これらの蛋白の発現異常が、GCRのリガンドとの結合、核移行を阻害する可能性が考えられる。そこで健常者およびグルココルチコイド感受性の異なる小児ネフローゼ症候群患者末梢血単核球におけるこれらの蛋白発現と臨床所見、腎組織学的分類について解析した。グルココルチコイド受容体機能を抑制する転写因子の解明。GCRは他の転写因子とも相互作用し、互いの転写活性を制御する。GCRと相互作用を持つ転写因子としてFOS/JUN,NF-kBが知られている。本研究においては健常者およびグルココルチコイド感受性の異なる小児ネフローゼ症候群患者末梢血単核球を用いて、これらの蛋白の発現、導入GCR(前述のGCR-GFP)との相互作用を、イメージ解析および表面プラズモン共鳴解析(IAsys)により解析した。
実験室規模落下塔を用いた微小重力場のプール核沸騰熱伝達

実験装置および方法伝熱面〔寸法〕加熱部直径55mm、厚さ3mm、〔材質〕サファイアガラス、〔姿勢〕水平上向き、〔加熱方法〕裏面ITO膜への通電加熱、沸騰容器〔寸法〕内径120mm×長さ400mm、〔材質〕ポリカーボネイト、〔姿勢〕垂直円筒、〔圧力調整〕窒素加圧金属ベローズ、薄膜温度センサー〔寸法〕3.3mm×1.2mm、厚さ0.1μm、〔材質〕白金、〔製作方法〕ガラス基板に蒸着後エッチング、〔測定原理〕抵抗温度計式、〔測定精度〕±0.2°C、厚膜センサー〔寸法〕4.2mm×3.8mm、厚さ0.1μm、〔材質〕白金、〔製作方法〕ガラス基板に蒸着後エッチング、〔測定原理〕液膜電気抵抗値より液体導電率を用いて膜厚を算出、〔測定精度〕±10%、実験条件〔試験液体〕エタノール、〔圧力〕0.010.02MPa、〔サブク-ル度〕027K実験結果I)低熱流束域では孤立泡が伝熱面上で大きく成長し、伝熱面付着気泡底部の局所熱伝達は重力レベルの影響を強く受けており、ミクロ液膜の拡大による伝熱促進と液膜厚さの減少にともなう乾き部の発生による伝熱劣化の2つの要素が共存する。したがって、微小重力場での伝熱が通常重力場に比べて促進するか劣化するかは実験条件、微小重力レベル(残留g)、対象とする沸騰系などによるものと考えられる。II)孤立泡域では、伝熱面付着気泡底部の局所熱伝達係数が重力レベルの影響を強く受ける場合でも、伝熱面全体の平均での熱伝達に関する議論では重力レベルの影響はきわめて不明瞭となる。III)高熱流束域での熱伝達は、巨大合体泡底部のマクロ液膜内で生じている核沸騰によりほぼ規定されており、重力レベルの変化に対してきわめて鈍感である。製作した実験装置の概要伝熱面諸元は以下の通りである。[寸法]加熱部直径55mm、厚さ3mm、[材質]サフィアガラス、[姿勢]水平上向き、[加熱方式]ITO膜の直接通電、裏面加熱、最大許容熱流速3×10^5W、温度測定センサー図1にセンサーの配列を示す。[寸法]2×2mm、厚さ0.1μm、[材質]白金、[原理]抵抗温度計式、[製作法]基板に蒸着後エッチング、[精度]±0.5°C、薄液膜厚さ測定センサー[形状・寸法]幅0.2mm円弧状電極、厚さ0.1μm、[材質]白金、[原理]円弧状電極間の液体電気抵抗値より膜厚を計算、[製作法]基板に蒸着後エッチング、[精度]±10%沸騰容器[寸法・姿勢]内径120mm、長さ300mm、垂直円筒、[材質]ポリカーボネイト、[圧力調整]窒素加圧金属ベローズによる、[温度調整]外部補助ヒ-タによる、実験条件・方法、[試験液体]蒸留水、[圧力]0.1MPa、[温度]飽和温度実験結果1)水の0.1MPaでは大気泡が周期的に離脱するが、熱流束によらず伝熱面表面温度分布は離脱の影響を受けない。2)熱伝達に及ぼすgレベルの影響はほとんど認められない。3)μg下においても1g下と同様にほぼα∝q^<0.8>の関係がある。4)発泡点数はgレベルによってほとんど変化しない。

5)μg下の高熱流束では大気泡底部の薄液膜中で激しく沸騰を行っており、気泡は液膜表面上で大きく成長することはなく、はじけて大気泡内面に飛散する。6)薄液膜の定常熱伝導では付与熱流束の一部のみしか伝達できず、少なくともμg下の比較的高熱流束では、大気泡底部の液膜蒸発のみが主要な熱伝達機構とはなり得ない。7)μg特有の大気泡はいわゆる合体二次気泡が付着したままで成長した結果である。8)μg下で孤立泡が大きくなったり、大気泡底部の液膜において水位が極端に低下して気泡が逆に小さくなっても、熱伝達に影響を及ぼさない。9)μg下で観察される大気泡の表面には無数のしわがあり、1gの減圧下で観察される滑らかな大気泡とは対照的である。実験装置・方法(1)伝熱面サファイアガラス基材、直径76mm(加熱部直径50mm)、厚さは3mm、表面に温度センサーおよび膜厚センサーを配列、裏面のITO膜コーティングヒ-タにより加熱(2)沸騰容器ポリカーボネイト垂直円筒、内径120mm×長さ400mm、端面に伝熱面を配置して現象を2次元化、圧力は金属ベローズの内圧を窒素ガスで調整(3)実験条件エタノールを試験液体、系圧力P=0.010.02MPa、液体温度t_b=2537°C、液体サブク-ル度Δt_<sub>=027K、熱流束q≦9000W/m^2実験結果熱伝達係数と付着気泡底部ミクロ液膜挙動のgレベルによる変化低熱流束域では1g下において伝熱面中心部のみから発泡が生じているのに対し、μg下では伝熱面中心で大きな気泡が周期的離脱する状況が観察された。伝熱面中心部でのμg下の熱伝達係数は1g下の値と比較してかなり高い値となる。これはμg下で気泡底部の液膜厚さが薄くなるという測定結果と対応している。このような場合であっても、伝熱面中央部の面積占有割合が相対的に小さいので、伝熱面全体の平均熱伝達への影響は鈍感である。すなわち従来のような平均熱伝達のみの議論ではgレベルの影響を的確に把持することはできない。中熱流束域では1g下において伝熱面周辺を除いてほぼ均一に発泡点が分散している。μg下では伝熱面全体を覆う大気泡が出現し、後続のいくつかの気泡が大気泡底部を持ち上げている。また大気泡の周囲は相対的に小さい気泡で取り囲まれており時折水平合体の形で大気泡に取り込まれる。大気泡は周期的に離脱し、後続の気泡が次の大気泡へと成長してゆく。μg下での熱伝達係数は1g下の値と比較して、伝熱面中央部の値が著しい低下を示す一方で、周辺部の熱伝達係数は逆に増加する。しかしμg下では伝熱面中央部における液膜厚さの測定値は明らかに現象しており、乾き部の出現がないことが映像のみならず、液膜厚さが一定値以下にはならないことからも確認される。従来の考え方によれば、液膜厚さの減少と熱伝達係数の低下は相矛盾する事項であり、今後の検討課題である。
共形族の差分類似とＤｉｎｇ－Ｉｏｈａｒａ代数

星野・野海との共同研究により、Askey-Wilson多項式の四重和公式を導き、それによって、一行の分割に付随するKoornwinder多項式の明示的公式を導出した。その公式によってLassalleの予想が証明がされた。Braverman、Finkelbergとの共同研究により、Laumon空間のtwisted de Rham complexのEuler characteristicの母関数がMacdonald差分作用素の固有関数であることが示された。Ding-Iohara代数のFock表現に付随した3点頂点作用素を適宜合成して得られる演算子の行列要素を調べ、それがある条件の下でMacdonald差分作用素数の(無限級数の空間の上での)固有関数となることを示した。同様の設定と条件の下で、共形場の理論のprimary場の差分アナログが定められた。共形場の理論の縮退したprimary場は、それらを零とおくことで行列要素の満たす偏微分方程式系を導くのであったが、その現象の差分類似についてある程度の理解が(現状では表現に依存するような不完全な形ではあるが)得られた。Laumon空間のde RhamコホモロジーのEuler characteristicを(同変K理論において)調べることにより、上述のMacdonald差分作用素数の無限級数による固有関数についての幾何学的な理解が得られた(A. Braverman, M. Finkelbergとの共同研究)。量子コホモロジーと量子戸田理論の研究においてはLaumon空間はA型の対称性を持つ擬写像空間のsmallな特異点解消を与えるような空間として研究されてきたのであるが、この結果はそのMacdonald系への拡張を与えている。野海氏と私との共同研究で得られた、A型のMacdonald対称多項式のもつ座標・スペクトル間の双対性は、Ding-Iohara代数のFock表現論から見ると、代数のSL(2,Z)対称性からの帰結とみなすことができる。Laumon空間の幾何学の観点からこの双対性を理解することは今後の課題である。Ding-Iohara代数のFock表現に関するトレースから、Ruijsenaars作用素とある補助的な作用素の線形結合の固有関数を構成することができた(現段階では2変数の場合のみ)。本研究の主な研究目標は、Ding-Iohara代数の表現論を、共形場の理論の差分類似としての観点から研究することである。以下、研究実績について述べる。(1)Ding-Iohara代数のFock表現のテンソル積表現を研究し、基本的な準同型写像(3点関数)を(2種類)構成した(B. Feigin氏、粟田英資氏との共同研究)。3点関数の合成から定められる演算子の行列要素を計算し、それが位相的頂点と呼ばれる計算処方と同じものを与えることを示した。その行列要素はNekrasov分配関数を与える。Ding-Iohara代数のFock表現のテンソル積表現を考察する場合、自然にSL(2,Z)の作用を取り入れる必要が生じた。よって、位相的頂点の理論の背後にある対称性がDing-Iohara代数、ないし、(変形)W代数と同定できる。(2)Macdonald差分作用素の級数解と双対性について研究した(野海正俊氏との共同研究)。Macdonald多項式は座標とスペクトル変数(分割)に関する双対性を持つことが知られている。固有関数を(ある)級数の空間の上で扱えば、スペクトル変数も連続的な変数として扱うことができてその双対性をよりはっきり観察することができる。多変数の超幾何級数のような無限級数を具体的に構成し、それがMacdonald差分作用素の固有関数となること、双対性を持つことと変換公式との関係、収束性などについて研究した。(3)Laumon空間上の微分形式とMacdonald関数について研究した(A. Braverman氏、M.Finkelberg氏との共同研究)。Laumon空間上の接空間の構造はWhittaker関数(量子戸田方程式の波動関数)を導くことが知られている。さらに、微分形式の構造も加味するとMacdonald差分作用素の級数解が構成されることを示した。研究計画に掲げた課題は、Ding-Iohara代数の表現論を用いて共形場の理論の差分類似を理解することであった。特に、BPZ方程式の差分類似と、Macdonald多項式(の一族)の明示的公式の組合わせ的構造に焦点を当てて研究した。以下、研究期間全体を通じて行った研究の成果及び最終年度のそれについて概略を述べる。(1)超幾何級数に関するHeineの変換公式の楕円アナログを、Ding-Iohara代数の表現論(とそれに付随する幾つかの予想)を用いて導いた。そして、楕円超幾何級数の満たす差分方程式を(Macdonaldの差分方程式の楕円類似として)導いた。これらの結果は、共形場の理論におけるBPZ方程式の差分類似と解釈することが出来る。(2)Macdonald多項式の一族の中で、特にBC型の対称性を持つAskey-Wilson/Koornwinder多項式の明示的公式の組合わせ的な構造とそれに付随した変換公式の一群を研究した。

特に、Askey-Wilson多項式を4重級数に表示する公式は、本研究者と星野氏野海氏の行ってきた長い研究によって得られたもので、特に、Macdonald/Koornwinder多項式に関するLassalleの予想を解決する糸口を与えるために重要なものである。(3)最終年度に実施した研究の成果としては、上記(2)と共に、Braverman、Finkelbergと本研究社が提案したMacdonald多項式の幾何学的構成法に関する予想(A型の場合はLaumon空間の幾何学を用いて証明が得られる)が挙げられる。そこでは、Drinfeldの擬写像空間に付随するperverse coherent sheafを用いて定義されたEuler characteristicがMacdonald差分作用素の固有関数となることが予想された。量子可積分系本年度の研究では、共形場の理論の差分類似について、Ding-Iohara代数の表現論からのアプローチを取り、重要な特殊ケースを与えるような表現空間をある程度系統的に探し出すことを試みた。主に、A型のMacdonald対称多項式に関する組合わせ論を用いてその構造が記述されることを指導原理として、そのような探索を進めた。より具体的には、3つのFock空間の間の準同型写像(3点頂点作用素)を用いれば(必要に応じてそれらの合成を行うものとする)作用素の真空状態に関する行列要素に関して、Alday-Gaiotto-Tachikawa予想(AGT予想)が示すようにNekrasov分配関数を用いた表示式が得られる(一般のn階テンソル表現の場合は予想として残されている)。このことから、共形場の理論のないしW代数の表現論的の差分類似を取り扱うための道筋がこれまでに比べてかなりはっきりしたものと考えられる。さらに、このような構成で得られる演算子のトレースを取ることにより、自然にMacdonald多項式のある種の楕円アナログを定めることができるが、そのような関数がRuijsenaars作用素とそれに伴うある補助的作用素数の和に関する固有関数となる。このような楕円的差分方程式は今まで全く求めることができなかったものであり、その解(規格化を除いて一意的に定まると予想される)が楕円超幾何級数の形に具体的に書けているような状況を作り出すことができたことは、今後の研究の糸口になるのではないかと思われる。Laumon空間の幾何学を用いた研究が一定のレベルへと進んだことは、A型の対称性を持つMacdonald多項式に関してはっきりとした幾何学的意味付けを与えるものと考えられる。一般の型のMacdonald多項式に関しては偏屈層を用いた構成と予想が形作られた状況で、今後更に研究を積み重ねる必要がある。Ding-Iohara代数の表現論を色々な観点から理解するということに関して、研究はおおむね順調に進展している。とりわけ、研究実績の概要に述べた項目(1)、(2)、(3)はNekrasov分配関数を通して全てが直接関係していることがわかってきたことが重要だと考えられる。
嚥下過程の生体計測による嚥下補助食品の添加・調製法の検討とその指標の提案

嚥下補助食品は、高齢者施設では介護職員等が経験と勘によって使用していた。嚥下補助食品を添加した食べ物の嚥下しやすさを客観的に評価するために、嚥下過程を測定することのできる生体計測法(嚥下筋の表面筋電図、咽頭部の超音波エコー)を用いて検討したところ、食べ物の嚥下しやすさを評価するのは難しいことが示唆された。嚥下補助食品の利便性を高めるために、食べ物の嚥下しやすさを客観的に評価することのできる測定法のさらなる検討が必要と考える。高齢者施設では,摂食困難者に対し各人の摂食機能に応じて料理を刻んだり,それらや飲み物に増粘剤を添加して食べやすくする工夫をしているところが多い。しかし,その実態は施設によって大きく異なるようである。そこで主として増粘剤の使用状況に着目し,その実態を明らかにすることを目的に質問紙調査を行った。対象は,千葉県,埼玉県,神奈川県,栃木県,群馬県,茨城県の特別養護老人ホーム512施設とし,郵送法で調査した。回収率は62.7%であった。平均入所者数は67±24人,平均年齢は85±2歳,女性/男性は4.4であった。身体状況と対応する食事形態は,同じ身体状況でも食事形態は23段階と幅があった。摂食困難者に対する食事の工夫は,増粘剤の使用はほぼ100%で,その他あんかけ料理やゼラチン,寒天の使用のほか,市販介護食品も64%が使っており,その使用理由は簡便性,栄養性,水分補給等であった。現在/過去使用の増粘剤は60種類出てきたが,同じ商品名でまとめると24種類であった。使っている理由で多かったのは,「味・色・匂い等がよい」「とろみ性が良い」「簡便である」等で,逆に使用しなくなった理由はそれらが悪いからであった。とろみの粘度を決めている人は介護職員,管理栄養士等が多かったが,実際の調製者は介護職員と調理師・調理員が多かった。介護職員や調理師・調理員への指導の重要性が明らかとなった。とろみ液の調製法は0「様子を見ながら目的の粘度まで入れる」が約70%と多く,使用に当たって困っていることは,「用途・適正」「簡便性」「とろみ性」「経済性」等であった。増粘剤によってとろみの付き方が大きく異なることが問題であることも分かった。各食事形態を施設ではどのように呼んでいるかを聞いたところ,形態ごと1737種類の呼び名があり,またそれぞれに増粘剤を加えてとろみ液にしたときの呼び名も統一性がなかった。これらの統一を図れば,介護者が共通認識を持つことができ,とろみ液の調製法の問題点を解決する手助けになると考えられた。前年度の研究である高齢者施設への質問紙調査により、いくつかの問題点が明らかになった。それを受け、以下の2点について研究を行った。1.咀嚼を要しない食品を用いて嚥下過程の主観的測定(官能評価)、客観的測定(物性測定)及び生体計測(咽頭部における表面筋筋電図測定)の関係を検討した。試料は目開き径2mmの篩を通した9種類の食品ととろみ液3種類とした。被験者のオトガイ舌骨筋に表面電極を張りつけて試料を嚥下させ、筋電図測定と7段階尺度の官能評価を同時に行った。物性測定ではかたさ応力及び付着性を求めた。その結果、筋電図測定では、嚥下筋活動量、最大振幅、嚥下時間に試料間で有意差は見られなかった。官能評価では、嚥下量が多く、残留感があり、飲み込みにくいと評価されたのはおかゆ類で、ゼリー類、ヨーグルト類などはその逆に評価された。前者の試料類はかたさ応力及び付着性が大きく、後者は小さい傾向があった。以上により、官能的に異なると識別できる試料において、物性的にはそれを裏付けることができるが、嚥下筋の筋電図測定では差がなかったことから、嚥下過程の解明のためには嚥下筋の表面筋電図測定は利用性が低いことが分かった。2.嚥下補助食品を指示通りの濃度で調製したとろみ液が、対応する例示食品の物性と一致するかどうか検討した。高齢者施設で利用の多かった13種類の嚥下補助食品を用い、各濃度のとろみ液を調製し、それと対応する例示市販食品とともに粘性特性(降伏値、流動性指数、粘性定数)及びテクスチャー測定(かたさ応力、凝集性、付着性)を行い、主成分分析を行うことにより両者の近似性を検討した。

その結果、嚥下補助食品とそれに対応する例示市販食品の近似性は、一部近似していると考えられたものもあったが、多くはそう考えられなかった。嚥下補助食品に、濃度とともに書かれている市販食品の例は、より正確な例になっていない可能性が示唆された。嚥下過程の測定法として咽頭部の超音波エコーの測定を行うことにより、物性的に差の明らかな食品を識別出来るかどうか検討した。その際、咀嚼活動と嚥下過程の関係も検討した。市販の7食品を試料とし、咀嚼の必要のないウーロン茶、嚥下補助食品を用いたとろみ液も対象として用いた。試料の物性は、歪率30%と70%のときの硬さ及び凝集性で評価した。筋電位測定及び超音波エコーは、咀嚼・嚥下に問題のない20代の女性2人を被験者とし、咬筋に表面電極を貼り付け咀嚼筋活動量等を測定し、同時に超音波画像診断装置を用いて咽頭部を通過する食塊の最大流速等を測定した。物性測定の結果から、試料は、硬さも凝集性も大小まであり、凝集性と硬さは関係がなく、つまりさまざまな物理的特徴をもつ試料であることが確認された。それらの物性値と咀嚼特性値の関係は、硬さと咀嚼筋活動量及び咬合力が相関があり、凝集性と咀嚼時間及び咀嚼回数がやや傾向が近似していた。一方、噛みしめ時間及び一噛み時間は物性値との関係が見られなかった。咀嚼経過に伴う各咀嚼特性値の変化を見ると、咀嚼筋活動量、咬合力及び噛みしめ時間は有意に小さくなる傾向があった。すなわちそれは、咀嚼が進むにつれて食品が破壊されてそれらの値が明らかに小さくなっていくことを示していた。咀嚼しながら行われる嚥下は、試料によって13回であり、最大流速は1回目より2回目、さらに3回目の方が小さくなる傾向があった。最大流速は、ウーロン茶が有意に大きく、他の試料は有意差がなかった。以上より、食品の咀嚼特性は、食品の硬さなどの物性に影響を受けるものの、その物性の違いは咀嚼活動によって最終的には相殺され、食塊が咽頭を通過するときはもとの物性の違いが表れにくくなっている可能性が考えられた。しかし、実際に誤嚥が起こり、誤嚥しやすい食品としにくい食品があることから、さまざまな食品についてさらなる検討をする必要があると考える。
シベリア原野・森林火災の最近10年の変動と温暖化との相互影響

シベリアの森林火災には、林床と樹冠が燃えるか枯死する樹冠火と、林床のみが燃える地表火がある。燃焼時の二酸化炭素放出の平均値は、地表火が2.3tC/haであるのに対し、樹冠火は23tC/haであると言われている。しかしながら、これまで観測衛星によりこれらの区別はされなかった。燃焼時の二酸化炭素放出や森林の回復過程を考えると、樹冠火と地表火を区別した解析が求められる。最初に、1kmの解像度で毎日観測する、中分解能撮像分光放射計(MODIS)画像の分光ミクセル解析により、地表火、樹冠火、および他の土地被覆の面積割合を算出するアルゴリズムを構築した。次に、2002年から2010年まで月ごと(毎年59月)に、東シベリアのMODIS画像の分光ミクセル解析から土地被覆カテゴリーの面積率の地理的分布を見積もった。その土地被覆カテゴリーの面積率の変化から、この期間の月ごとの地表火および樹冠火の発生の地理的分布、さらには地表火および樹冠火による焼失面積を得た。面積率の見積の検証については、Landsat TM画像により行った。Landsat TM画像は30mの解像度であるが、16日周期の観測のため、雲で地上の反射データが取得されないことを考えると、毎月の火災の解析には利用できない。MODIS画像で得られたシベリア全域の地表火および樹冠火の発生の地理的分布と気象データとを合わせて、本地域の火災の発生と気象状況との関係を解析した。その結果、樹冠火、地表火ともに降水量との正の相関関係があった。特に、降水量が顕著に少ない年には、樹冠火、地表火による焼失面積が顕著に大きかった。東シベリア・ヤクーツク近くの2002年8月のMOIDS画像の分光ミクセル解析を行い、各画素(500m×500m)内の各土地被覆カテゴリー(地表火、樹冠火、森林(樹種ごと)、草地(疎および密))の面積率を得た。試験地域では2002年の5月から7月にかけて、地表火および樹冠火が起こった。2002年に火災が起こっていない場所では、その過去数年は火災を受けていない。分光ミクセル解析の際に、各土地被覆カテゴリーの分光反射データの平均値を与えた。分光ミクセル解析によって得た面積率と、Landsat ETM+画像による、30m×30m単位の土地被覆分類結果と比較し、見積精度を評価した。このLandsat ETM+画像の分類結果は、現地調査(2002年8月に行っている)および1m分解能のIKONOS衛星(2002年8月取得)により検証されている。実際のMODIS画像を用いた解析の結果、MODIS模擬画像と比べて、大気効果を含むノイズの分だけ面積率の見積の精度が下がった。また、火災直後と火災後2年目の画像による評価を行った。2004年8月取得の対象地域のLandsat ETM+画像を入手し、同様に2004年8月のMODIS画像について分光ミクセル解析を行った。その際に、地表火、樹冠火を受けた場所が2年経って植生回復の結果分光反射がどのように変化したか調べた。その変化を考慮することにより、面積率の見積が改善した。画素ごとに、土地被覆カテゴリーの面積率の見積の整合性を調べ、植生の年々変動や大気効果の取り扱いを検討した。シベリアの森林火災には、林床と樹冠が燃えるか枯死する樹冠火と林床のみが燃える地表火がある。地表火が火災全体の5090%を占め、残りが樹冠火である。燃焼時の二酸化炭素放出の平均値は、地表火が2.3tC/haであるのに対し、樹冠火は23tC/haである。

燃焼時の二酸化炭素放出や森林の回復過程を考えると、樹冠火と地表火を区別した解析が求められる。2002年5月から9月のMODIS画像について、Landsat ETM+画像と合わせた分光ミクセル解析により、土地被覆カテゴリーの面積率を見積り、樹冠火、地表火の起こった場所の地理的分布を得た。これらが火災後の画像の判読であるのに対し、火災時の画像による解析も行った。MODISの原野・森林火災検知アルゴリズムMOD14は、消火活動に広く用いられてきた。MOD14は1時期の画像の空間的な温度差を元にしているのに対し、時系列画像の温度差の検知を元にしたアルゴリズムを提案した。モデル解析の結果、本アルゴリズムがMOD14より検知能が高い場合が広く存在することを示した。本アルゴリズムとMOD14との比較を東シベリアの火災について行ったところ、本アルゴリズムが実際の火災の内61%を検知したに対し、MOD14は33%にとどまった。本事例では両アルゴリズムとも誤検知はなかった。直線上の火災前線を持つ火災については、本アルゴリズムの方が優れていることを示唆した。シベリアの森林火災には、林床と樹冠が燃えるか枯死する樹冠火と、林床のみが燃える地表火がある。燃焼時の二酸化炭素放出の平均値は、地表火が2.3tC/haであるのに対し、樹冠火は23tC/haであると言われている。しかしながら、これまで観測衛星によりこれらの区別はされなかった。こうした背景で、最初に、1kmの解像度で毎日観測する、中分解能撮像分光放射計(MODIS)画像の分光ミクセル解析により、地表火、樹冠火、および他の土地被覆の面積割合を算出するアルゴリズムを構築した。次に、2002年から2010年まで月ごと(毎年59月)に、東シベリアのMODIS画像の分光ミクセル解析から土地被覆カテゴリーの面積率の地理的分布を見積もった。その土地被覆カテゴリーの面積率の変化から、この期間の月ごとの地表火および樹冠火の発生の地理的分布、さらには地表火および樹冠火による焼失面積を得た。面積率の見積の検証については、Landsat TM画像により行った。Landsat TM画像は30mの解像度であるが、16日周期の観測のため、雲で地上の反射データが取得されないことを考えると、毎月の火災の解析には利用できない。MODIS画像で得られたシベリア全域の地表火および樹冠火の発生の地理的分布と気象データとを合わせて、本地域の火災の発生と気象状況との関係を解析した。その結果、樹冠火、地表火ともに降水量との正の相関関係があった。特に、降水量が顕著に少ない年には、樹冠火、地表火による焼失面積が顕著に大きかった。
心房細動発生機序におけるTRPMファミリーの役割の多階層解析

本研究ではTRPM4、TRPM7チャネルと心リモデリングに関連した不整脈の病態形成機序を解明することを目的として、ストレス応答分子TRPMチャネルに着目した解析を行っている。平成29年度は、(1)不死化心房筋細胞株HL-1とマウス心房から単離した心線維芽細胞の共培養二次元拍動シートのデータを忠実に再現する2D興奮伝播モデルを構築するため、Oxford大学から提供されているシミュレーションパッケージCHASTEを利用して、異なる細胞興奮数理モデルを自由に編集でき組み合わせることが可能な枠組みを構築した。これを用いて、TRPM4の発現増加や遺伝子変異による活性変化(下述)が興奮伝播速度やリエントリーによるスパイラルウェーブの生成・消滅に影響を与えることを確認した。(2)TRPM4チャネルの催不整脈性機能亢進型変異であるE7K変異体の電位及Ca濃度変化に依存したゲーティングキネティクスの詳細な電気生理学的解析を行った。E7K変異体では、野生型に比べて、開状態→閉状態の遷移速度が増加し、閉状態→開状態の遷移速度が著しく減少していることを、実験・シミュレーションの両方で初めて実証した。また、E7K変異体のゲーティング変化を反映した細胞興奮モデル(単一心筋細胞活動電位モデル)を作成し、これを上述の2D興奮伝播モデルに導入することによって、上述の結果を得た。これらの成果は、第95回日本生理学会公募シンポジウム等で発表した。現在、論文として投稿する準備を進めている。心房線維芽細胞と心房筋細胞HL-1の二次元拍動シートの実験データを、互換性のある2次元興奮伝播モデルで再現する理論的枠組みが構築できた。H29年度の成果を更に発展させ、最終年度としてのゴールに到達するため、以下の計画を進める。(1)心房線維芽細胞の電気生理学的数理モデルの精緻化を図る。特に、リモデリング時のTRPM7チャネルの寄与について精査する。(井上・沼田・胡)(2)2次元数理モデルの精緻化と平行して、3D全心房モデルの開発に着手する(朱)。(3)上記のモデル構築に必要十分な形態・構造データベースを各種の形態学的測定によって作成する(倉原・市川)。得られた結果は、適宜、日本生理学会地方会・年会等の学会で発表し、今後の研究の完成に資するための討議と情報交換を行う。また、これまでの成果を学術論文としてまとめる。連携研究者胡耀鵬(福岡大学・医・生理):培養および単離心筋・線維芽細胞の電気生理学的解析市川純・倉原琳(福岡大学・医・生理):心房構成細胞の生化学的・形態学的解析本研究では心房リモデリング時の不整脈基質形成に関わる新しい機序を探索することを目的として、ストレス応答分子TRPMチャネルに着目した解析を行った。その結果、(1)不死化心房筋細胞株HL-1による2次元拍動シートを作成し、このシートから安定して活動電位を(β-escinを用いて)記録する方法を新たに開発した。これらを用いた実験の結果、TRPM4チャネルとNa-Ca交換機構(NCX)の活性が密接に連動し自発性活動電位の発生頻度を効果的に制御していることを新たに見出した。更に、この結果をHL-1の数理モデルに基づいた予備的なシミュレーションによって再現することができた。(2)アンギオテンシンIIのマウスへの持続投与によって心房リモデリングを誘導し、これより急性単離した心房筋細胞を用いてTRPM4チャネルの発現・活性増加とそれに伴う活動電位の有意な延長を認めることができた。(3)HL-1と線維芽細胞3T3の共培養によって形成した2次元シートにおいて、後者の相対的な発現増加が前者で生成された興奮の伝播を抑制することを見出した。この抑制は線維芽細胞の比率増加でより顕著となり、ギャップ結合阻害薬の投与でほぼ完全に消失した。(4)心房から単離した線維芽細胞の培養法確立と電気生理学的な予備的検討を行った。以上より、心房の不整脈機序を検討するための心房筋細胞/線維芽細胞の共培養2次元シートの作成法をほぼ確立すると同時にその有用性も確認することができた。また、これらの実験に付随して、TRPM4チャネルと機能的に連関し不整脈基質となる可能性のある新規機序が明らかとなった。培養心筋および線維芽細胞による2次元シートの作成法・実験法が確立した。2次元シートにおける実験結果が、本研究のスタート時までに得られていた、TRPM4チャネルのゲーティングキネティクスを組み込んだ活動電位モデルでほぼ忠実に再現でき、モデルの有用性を確認することができた。本研究では心房リモデリング時の不整脈基質形成に関わる新しい機序を探索することを目的として、ストレス応答分子TRPMチャネルに着目した解析を行っている。平成28年度は、H27年度に確立した心房筋細/線維芽細胞(3T3)共培養法を用いて、マウス心房から急性単離した線維芽細胞と不死化心房筋細胞株HL-1の二次元拍動シートを作成し、詳しい電気生理学的解析を行った。その結果、(1)心線維芽細胞の占める比率の増加に伴い、活動電位の持続時間延長・立ち上がり速度や自発活性頻度が減少し、ついには興奮伝導が完全に途絶することを見出した。(2)薬理学的検討によって、これらの変化には、心線維芽細胞と心房筋細胞の電気的細胞間結合の変化や前者から放出される液性因子(候補分子TGF-beta)が関与していることを見出した。

(3)線維芽細胞の比率が高い場合には、早期後脱分極(EAD)様及び後期後脱分極(DAD)の発生が見られ、これらの異常脱分極はTRPM4チャネルの比較的選択的阻害薬9-PAで抑制されることから、心線維芽細胞との共存によってHL-1心房筋細胞の電気的リモデリング(TRPM4チャネルの発現増加)が生じていることが示唆された。また、一部の測定では、静止電位に重畳された閾値下脱分極性膜電位振動(subthreshold membrane depolarizations)が観察され、これらの変化には心線維芽細胞のTRPM7チャネルの発現増加が関与している可能性が示唆された。(4)以上の結果を定量的に説明するため、線維芽細胞とHL-1心房筋細胞の電気的等価回路モデルを様々な割合やパターンで連結させた2次元興奮伝播数理モデルのプロトタイプを作製し、予備的な結果を得た。以上の結果は、日韓シンポジウム、西日本生理学会、日本生理学会大会で発表した。急性単離心房線維芽細胞と心房筋細胞HL-1の二次元拍動シートを作成し、詳しい電気生理学的検討を行うことができた。また、これらの異種細胞の2次元興奮伝播数理モデルの作製に成功し、次のステップに進む準備が整った。本研究ではTRPM4、TRPM7チャネルと心リモデリングに関連した不整脈の病態形成機序を解明することを目的として、ストレス応答分子TRPMチャネルに着目した解析を行っている。平成29年度は、(1)不死化心房筋細胞株HL-1とマウス心房から単離した心線維芽細胞の共培養二次元拍動シートのデータを忠実に再現する2D興奮伝播モデルを構築するため、Oxford大学から提供されているシミュレーションパッケージCHASTEを利用して、異なる細胞興奮数理モデルを自由に編集でき組み合わせることが可能な枠組みを構築した。これを用いて、TRPM4の発現増加や遺伝子変異による活性変化(下述)が興奮伝播速度やリエントリーによるスパイラルウェーブの生成・消滅に影響を与えることを確認した。(2)TRPM4チャネルの催不整脈性機能亢進型変異であるE7K変異体の電位及Ca濃度変化に依存したゲーティングキネティクスの詳細な電気生理学的解析を行った。E7K変異体では、野生型に比べて、開状態→閉状態の遷移速度が増加し、閉状態→開状態の遷移速度が著しく減少していることを、実験・シミュレーションの両方で初めて実証した。また、E7K変異体のゲーティング変化を反映した細胞興奮モデル(単一心筋細胞活動電位モデル)を作成し、これを上述の2D興奮伝播モデルに導入することによって、上述の結果を得た。これらの成果は、第95回日本生理学会公募シンポジウム等で発表した。現在、論文として投稿する準備を進めている。心房線維芽細胞と心房筋細胞HL-1の二次元拍動シートの実験データを、互換性のある2次元興奮伝播モデルで再現する理論的枠組みが構築できた。初年度の成果を基盤に本研究目的の遂行を推進するため、以下の実験、解析、数理モデル作成を遂行する。(1)単離心房線維芽細胞の電気生理学的特性を詳細に検討して数理モデル化し、単一心房筋活動電位モデルと連結させた2次元ハイブリッド心房モデルを開発する。
プロスタグランジンの標的ニューロンにおける発熱関与遺伝子の同定と機能解析

本研究は、(1)EP3を発現する視索前野ニューロンに共通して見られる基本的な性質を同定し、発熱刺激時にEP3受容体のすぐ下流で働く遺伝子群を検索すること、(2)4種類存在するPGE受容体サブタイプのなかで、EP3による発熱を標的とした創薬を考える基礎知見として、さらなる各サブタイプとPGE2作用の対応化を図ること、(3)EP3を含むPGE受容体サブタイプの病態生理的意義を明らかにすること、を目的として発足した。その結果、(1)発熱に関与するEP3ニューロンの性質と刺激による遺伝子発現変化解析し、PGE2の脳室内投与の有り無しで、多くの遺伝子群の発現がPGE2投与群において低下傾向を示し、これがPGE2による発熱入力の本態である可能性が示唆された。(2)PGE受容体の遺伝子発現に関する解析を行い、PGE受容体が、マクロファージや卵巣、皮膚組織、大腸癌上皮細胞などで発現誘導を受けることを見出した。(3)各受容体KOマウスを用いて、PGの病態生理機能の評価を行い、(1)炎症性疼痛にはEP3受容体とIP受容体が痛覚修飾に関与するPG受容体であること、(2)Apc(delta)716マウスの大腸ポリープ形成にはPGE2ならびにEP2受容体が関与すること、(3)血小板凝集には、内因性PGE2が血小板に発現するEP3受容体に作用して、トロンボキサン刺激による凝集効率を高めていること、(4)デキストラン硫酸投与による大腸炎モデルを用いて、炎症性大腸疾患におけるPGE2の役割を、EP4受容体欠損マウスならびにEP4受容体選択的アゴニスト、EP4受容体選択的アンタゴニストを用いて多面的に解析した結果、PGE2はEP4受容体を介して、上皮組織の再生亢進作用、白血球およびリンパ球の活性化抑制作用により炎症を抑制する活性を示すこと、を明らかにした。発熱反応は、末梢からサイトカインなどを介して視床下部の体温中枢にシグナルが伝達された結果、引き起こされる中枢性の応答である。申請者らは、PGE受容体の4種類のサブタイプを個々に欠損したマウスの作成し、EP3受容体欠損マウスが炎症性の発熱を全く示さないことを明らかにした。本研究の目的は、(1)EP3を発現する視索前野ニューロンの個々に関して、それぞれどの様な神経伝達物質、チャネル、受容体を発現するのか解析し、EP3発現ニューロンの基本的な性質を同定すること、(2)EP3ニューロンの個々において、末梢からの発熱シグナルの有無によりどの様な遺伝子の発現が変化するのかを調べることで、発熱刺激時にEP3受容体のすぐ下流で働く遺伝子群を検索することである。本年度、申請者は、ペンシルバニア大のEberwineらによって開発されたシングルセル遺伝子発現プロフィール解析法を国内において初めて確立した。また本解析法を用いることにより、視床下部のEP3ニューロンに共通して発現の見られる遺伝子群を同定した。現在、これらの候補遺伝子群が視床下部において本当にEP3と共存しているのか検討中である。また、動物実験における個体差のように、細胞間のゆらぎが問題となったが、複数の個体から複数の細胞を解析に供することで、生物学的な差を捉えることが可能であった。さらに、本法を種々の試料に対しても対応できるように最適化し、またハイスループット化を検討する予定である。本研究は、(1)EP3を発現する視

索前野ニューロンに共通して見られる基本的な性質を同定し、発熱刺激時にEP3受容体のすぐ下流で働く遺伝子群を検索すること、(2)4種類存在するPGE受容体サブタイプのなかで、EP3による発熱を標的とした創薬を考える基礎知見として、さらなる各サブタイプとPGE_2作用の対応化を図ること、(3)EP3を含むPGE受容体サブタイプの病態生理的意義を明らかにすること、を目的として発足した。その結果、(1)発熱に関与するEP3ニューロンの性質と刺激による遺伝子発現変化解析し、PGE_2の脳室内投与の有り無しで、多くの遺伝子群の発現がPGE_2投与群において低下傾向を示し、これがPGE_2による発熱入力の本態である可能性が示唆された。(2)PGE受容体の遺伝子発現に関する解析を行い、PGE受容体が、マクロファージや卵巣、皮膚組織、大腸癌上皮細胞などで発現誘導を受けることを見出した。(3)各受容体KOマウスを用いて、PGの病態生理機能の評価を行い、(1)炎症性疼痛にはEP3受容体とIP受容体が痛覚修飾に関与するPG受容体であること、(2)Apc(delta)716マウスの大腸ポリープ形成にはPGE_2ならびにEP2受容体が関与すること、(3)血小板凝集には、内因性PGE_2が血小板に発現するEP3受容体に作用して、トロンボキサン刺激による凝集効率を高めていること、(4)デキストラン硫酸投与による大腸炎モデルを用いて、炎症性大腸疾患におけるPGE_2の役割を、EP4受容体欠損マウスならびにEP4受容体選択的アゴニスト、EP4受容体選択的アンタゴニストを用いて多面的に解析した結果、PGE_2はEP4受容体を介して、上皮組織の再生亢進作用、白血球およびリンパ球の活性化抑制作用により炎症を抑制する活性を示すこと、を明らかにした。