hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スフィンゴ糖脂質糖鎖による神経機能の健常性維持の分子機構

脳神経系に高発現するガングリオシドの機能と作用機構につき、脂質ラフトでの制御機能を中心に、糖鎖欠損マウスを用いて解明した。ガングリオシドが、ニューロンにおいて神経健常性維持に働くことが、ニューロン特異的B4galnt1トランスジェニックにより示された。St8sia1欠損マウスの解析から、b-系列ガングリオシドが脂肪細胞からのレプチン分泌に必須であり、視床下部のレプチン受容体の機能にはa-系列ガングリオシドが必須なことが明らかになった。さらに、マウスグリオーマモデルにおいて、GD2/GD3がPDGFRalphaとYesとの複合体を形成することで、グリオーマの悪性形質を増強することが示された。1.新生児マウス脳からの初代培養ニューロンおよびグリア細胞膜上でガングリオシド近傍に発現する分子を、Enzyme-mediated activation of radicalsources (EMARS)反応と質量分析(MS)により同定するため、初代神経系細胞の分別培養系の樹立を目指した。また、これらの細胞の基本的なガングリオシド発現パターンおよびサイトカイン等の遺伝子発現を解析した。アストロサイトでは、種々の糖鎖の発現が認められが、グリア初代培養によるEMARS実験を行うには至らなかった。2.シナプス伝達機能に重要なAMPA受容体に対するガングリオシド欠損の影響を検討するために、種々の変異マウス由来の海馬切片を用いて、シナプス可塑性を検討した。形態学的な変化が著明なGM2/GD2合成酵素KOに関しては、南京大学の陳博士との共同研究により、長期増強(LTP)の著明な低下を確認した。一方。本遺伝子を過剰発現させたTgマウスの海馬LTPについても、山形大学の五十嵐博士との共同研究により検討したところ、有意な低下を認めた。従って、複合型ガングリオシドの欠損、a-系列の過剰発現、ともにLTPの機能低下を招くことが示された。さらに、b系列ガングリオシド欠損のGD3合成酵素KOマウスの海馬LTPの測定を準備中である(宮崎大学高宮博士との共同研究)。3.糖脂質糖鎖欠損による膜ミクロドメイン局在タンパク質の分布変化を、1分子イメージングにより検討した。そのために、C9蛍光標識GM1を細胞膜に取込ませ、超分解能イメージングによる検討を行った。GM1過剰発現細胞、欠損細胞による解析結果から、GM1同士の2量体化が確認された。現在、GPI-アンカータンパク質との相互作用のイメージングを行っている。(おもに、分担者である京都大学鈴木健一准教授が担当)ガングリオシド糖鎖と相互作用する分子の同定をさらに幅広く実施して、その分子群の固有の機能と共に、作用機構を生化学的解析とイメージングにより検討した。前年度の成果をふまえ、通常の共焦点顕微鏡による糖脂質糖鎖との共局在や膜上動態を明らかにすると共に、詳細な動態イメージング解析の基本条件を明らかにした。1.新生児マウス脳からの初代培養グリア細胞膜上で、ガングリオシド近傍の分子を、enzyme-mediated activation of radicalsources (EMARS)反応と質量分析(MS)により同定した。培養アストロサイトでは、GD3を標的にしたEMARSにより、PDGF受容体αを同定し、免疫沈降実験でGD3との特異的結合を明らかにした。さらにPDGFRαがGD3との結合に基づいてより強い浸潤能を獲得することを示した。2.細胞膜脂質ラフトにおけるガングリオシドと神経伝達物質受容体の機能的関連の解明のために、シナプス伝達に重要なAMPA受容体に対するガングリオシド欠損の影響を糖鎖欠損マウスにより検討した。海馬切片を用いた長期増強(long-term potentiation、LTP)の検討の結果、GM2/GD2合成酵素ノックアウトの海馬切片では著明なLTP低下が認められた。一方、GD3合成酵素ノックアウトマウスでは、明らかな表現型異常が認められないにもかかわらず明瞭なLTPの低下が見られた。(宮崎大学高宮博士との共同研究)3.糖脂質糖鎖の膜ミクロドメイン局在の動態を、1分子イメージングにより検討した。そのために、蛍光標識GM1と各種ガングリオシド特異発現細胞株を用いて、ガングリオシド2量体形成の解析を行ない、同一糖脂質同士の2量体形成をミリ秒レベルで証明した。さらにガングリオシドGM3, GD3の糖鎖蛍光標識により、超分解能イメージング解析を実施中である。神経系組織の健常性維持におけるガングリオシドの作用機構の解明のために、ガングリオシド欠損マウスの異常表現型のメカニズムの解析を行い、興味ある結果が得られた。GM2/GD2合成酵素の雄ノックアウト(GM2/GD2S KO)では、モリス水迷路試験やステップダウンテストにおいて記憶・学習能の低下が認められた。海馬スライスを用いた各周波数のLTPでは、100-200 Hz刺激でNMDA受容体依存性LTPが誘導されなかったが、20-50Hzの中間的周波数刺激ではNMDA受容体非依存性のLTPが誘導された。これらの結果とスライスにGM1を添加したときの反応変化等から、b-系列ガングリオシドの欠損がNMDA受容体依存性LTPの抑制による認知機能の障害を招くこと、a-系列ガングリオシドの欠損が前シナプス性グルタミン酸放出の亢進によって、NMDA受容体非依存性のLTPを促進することが示唆された。p53欠損マウス

由来の初代培養アストロサイトにPDGFBを導入して複合型ガングリオシドが高発現する細胞群と低発現細胞を分離したところ、高発現細胞でST8Sia1の著明な発現亢進を認めるとともに、PDGF受容体alphaの著明な発現亢進を認めた。GD3合成酵素の発現が腫瘍形質の増強に働く具体的なメカニズムの一つが示された。GD3合成酵素欠損マウスはb-系列ガングリオシドを欠損するにもかかわらず重篤な症状を認めなかったが、損傷神経の再生の遅延が認められた。本マウスで血中のレプチンレベルが著明に低下していた点に着目して検討した結果、脂肪組織からのレプチン分泌がb-系列ガングリオシドの欠損で障害されたことが分かった。しかし低レプチン血症にもかかわらず肥満を呈さないことから、標的組織である視床下部でのレプチンシグナルの代償的な亢進が予想され、現在、視床下部ニューロンの機能を解析中である。本研究では神経系に高レベルに発現する酸性スフィンゴ糖脂質、ガングリオシドと神経系細胞の膜上で相互作用する膜分子を、次世代EMARS法を用いて同定して、それらのガングリオシドとの相互作用の動態をイメージング技術により解析した。アストサイト(グリオーマ)においては、GD3関連分子としてPDGF受容体alphaを、GD2関連分子としてEphA2を同定した。一方、神経内分泌系細胞である小細胞肺癌細胞においては、GD2に関連するESCT2分子を同定した。これらの膜分子につき、おもに培養細胞、グリオーマに関しては脳組織を用いて、ガングリオシドとの共局在の動態のイメージング解析を共焦点顕微鏡にて行った。ガングリオシドGD3に会合するPDGF受容体に関しては、培養細胞膜、能腫瘍組織ともに細胞膜に共発現が見られ、また、相互に会合することが免疫沈降とTLC-免疫染色実験で示された。この複合体に、さらにSrcファミリーのYesが会合することも示された。一方、小細胞肺癌細胞においては、GD2とASCT2が会合することが、ASCT2の膜発現に必須であることが示されるなど、両者の結合の新規の意義が新たに解明された。PDGF受容体alphaの場合には、Yesのリン酸化を介した、paxillinの活性化が惹起されて、グリオーマ細胞の浸潤性の亢進に至ることが示唆された。また、ESCT2の場合には、その発現亢進がGD2のもとでmTORを介する転写活性化を誘導することが示され、癌形質増強のシグナルの基盤を形成することが明らかになった。目ざしていた、スフィンゴ糖脂質との会合分子として、神経系細胞に発現する膜分子の同定が展開され、また、それらと糖脂質との共局在がイメージング解析で明らかになったから。これまで、b-系列ガングリオシドを全て欠損するGD3合成酵素遺伝子ノックアウト(KO)マウスを作成して解析してきたが、舌下神経再生系での再生不良が認められた以外は、著明な異常を認めなかった。行動異常解析を本格的に行い、幾つかの興味深い結果が得られた。GD3合成酵素遺伝子KOマウスは、とくにRota-rodテストなどにおいて、著明な機能低下が認められたが、興味深いことに雄マウスにおいて神経機能低下が際立っていた。
重症心不全患者における至適栄養療法の確立

入院中の重症心不全患者において間接熱量計による安静時消費エネルギーを計60名に行った。心不全患者において安静時消費エネルギーは一般的に増加するといわれているものの、個人差が多く認められた。測定された安静時消費エネルギー量が、いわゆるHarris-Benedictの式から推定される安静時消費エネルギー量と変わらない、もしくは少ない患者がいる反面、1.5倍に亢進しているものが認められた。この亢進がどういう要因によるものなのか、現在解析中である。これらの要因がわかれば、カヘキシーが進みやすい心不全患者を識別できることになり、予防のための介入が容易になる。また、上記患者のうち12名はVAD(植込み型補助人工心臓)植え込み前後に測定をしている。今後も測定数を増やし比較検討する予定である。またVAD植え込み前と比べると植え込み後では運動量が格段に増加する。リハビリを進めるうえで適切なカロリー・タンパク投与設定は重要であり、実際に摂取してもらうカロリー、タンパク量は現段階では安静時消費エネルギーから推測しているものにすぎない。運動量増加に伴ってどれくらい増やせば十分であるかどうか、心不全患者では利尿剤による血液濃縮があるために血清アルブミンなどの血清タンパク値は比較的高値であり、実際に不足がないかどうかの客観的評価が難しい。この課題についてもエコーによる筋肉量の測定や他の生化学的指標を見ながら今後検討を加えていく予定である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
高垂直磁気異方性金属薄膜を用いた超高速マグノントランジスタの実証

非磁性体/強磁性体の二層膜構造において非磁性体薄膜に面内電流を流すと非磁性体のスピンホール効果によって強磁性体薄膜へスピントルクを誘起できることが近年報告された。この効果を利用し強磁性体のダンピングの変調や磁化反転に用いる研究が近年盛んに行われている。スピンホール効果によって生成できるスピン流のスピンの向きは固定で常に面内方向を向く。この制限により、非磁性体/垂直磁化強磁性体の二層膜構造では垂直磁化膜のダンピングの変調やゼロ磁場での磁化反転が不可能になっている。一方で強磁性体特有の異常ホール効果を利用することでスピン流のスピンの向きを強磁性体の磁化の方向で制御することが可能になり、垂直磁化強磁性体のダンピング変調やゼロ磁場での反転ができることが期待される。本研究では、この強磁性体の異常ホール効果を用いたスピントルクの観測を試みた。本実験で用いた膜構成はCoFeB(強磁性体)/ Cu(非磁性体) /NiFe(強磁性体)の三層構造を用いた。CoFeB層の異常ホール効果によってスピン流が生成され、そのスピン流がNiFe層の強磁性共鳴スペクトル線幅を変調させることが期待される。線幅が面内電流によって変調されていることが観測され、CoFeB層の異常ホール効果によって生成されたスピン流によるスピントルクに起因していることがわかった。CoFeB層でのスピン流を生成する効率を評価したところ、非磁性重金属のスピンホール効果と同等の効率であった。この強磁性体の異常ホール効果を利用したスピントルクを用いることによって垂直磁化膜のゼロ磁場磁化反転やダンピングの変調、垂直磁化膜におけるスピン波伝搬(マグノントランジスタ等)への応用が期待される。今年度は異常ホール効果を用いたスピントルク生成に関する研究結果をまとめ、学術雑誌に投稿した。時間はかかったが受理され、出版することができた。当初実験はうまくいかなかったが、最終的にいい形にまとめられて期待以上の結果となった(S. Iihama etal. Nature Electronics 1, 120 (2018))。また今年度は主にフランスで超短パルス光による高垂直磁気異方性材料の超高速磁化制御の研究をしてきた。長期間海外での研究生活をすることができていい経験になった。これまでの研究では面内磁化膜におけるダンピングの変調を観測した。垂直成分を持つスピン注入層を作製し、垂直磁化膜のダンピングを変調することが今後の課題である。またスピン流への変換効率が何によって決まっているのかもまだ明らかになっていないので、材料、組成等系統的に変えて評価することも今後の課題である。本研究の目的として、垂直磁化膜の磁化をスピン軌道トルクによるゼロ磁場での反転、またはその垂直磁化膜のダンピングの変調を目的とした。スピン軌道トルクを用いた垂直磁化膜のゼロ磁場反転やダンピング変調は3端子MRAMや垂直磁化膜のスピン波を用いたデバイスの実現に向け、必須課題であると考えられる。従来よく研究されてきた重元素のスピンホール効果ではゼロ磁場における反転が不可能であることがわかっており、それはスピンホール効果で生成されるスピン流のスピンの向きが制御できないからである。そこで、我々は強磁性体で発現することで知られている異常ホール効果に着目した。異常ホール効果を用いることでスピン流のスピンの向きを強磁性体の磁化の向きで制御可能になることが期待されるが未だその報告はない。我々は強磁性体1(CoFeB)/非磁性体/強磁性体2(NiFe)の三層構造における強磁性共鳴測定を行った。バイアス電流を印加することで強磁性体1の異常ホール効果を誘起し、異常ホール効果によって生成されたスピン流が強磁性体2のダンピングを変調することが予期される。強磁性共鳴スペクトルのバイアス電流依存性の測定を試みた結果、強磁性体2のダンピングを反映するスペクトルの線幅がバイアス電流によって変調されていることを観測した。この結果は異常ホール効果によってスピン軌道トルクを生成できることを示す初の観測であり、この結果を今後学術雑誌に投稿する予定である。最初に行った試料構造では強磁性体にあまり電流が流れない構造であり、異常ホール効果によるスピン軌道トルクは観測できなかった。しかし、試料構造を改善し、異なる強磁性体を積層した、強磁性体1/非磁性体/強磁性体2の三層構造の強磁性共鳴測定を行うことで、異常ホール効果を用いたスピン軌道トルクを観測することができたからである。

本実験で用いた膜構成はCoFeB(強磁性体)/ Cu(非磁性体) /NiFe(強磁性体)の三層構造を用いた。CoFeB層の異常ホール効果によってスピン流が生成され、そのスピン流がNiFe層の強磁性共鳴スペクトル線幅を変調させることが期待される。線幅が面内電流によって変調されていることが観測され、CoFeB層の異常ホール効果によって生成されたスピン流によるスピントルクに起因していることがわかった。CoFeB層でのスピン流を生成する効率を評価したところ、非磁性重金属のスピンホール効果と同等の効率であった。この強磁性体の異常ホール効果を利用したスピントルクを用いることによって垂直磁化膜のゼロ磁場磁化反転やダンピングの変調、垂直磁化膜におけるスピン波伝搬(マグノントランジスタ等)への応用が期待される。今年度は異常ホール効果を用いたスピントルク生成に関する研究結果をまとめ、学術雑誌に投稿した。時間はかかったが受理され、出版することができた。当初実験はうまくいかなかったが、最終的にいい形にまとめられて期待以上の結果となった(S. Iihama etal. Nature Electronics 1, 120 (2018))。また今年度は主にフランスで超短パルス光による高垂直磁気異方性材料の超高速磁化制御の研究をしてきた。長期間海外での研究生活をすることができていい経験になった。これまでの研究において強磁性体(CoFeB)のスピン流の生成効率が評価できたため、今後は積層構造を改良することで、スピン軌道トルクの増大を目指す。また垂直磁化/面内磁化の交換結合した積層膜を用いることで、垂直方向の成分のスピンをもったスピン流の生成を試みる。これまでの研究では面内磁化膜におけるダンピングの変調を観測した。垂直成分を持つスピン注入層を作製し、垂直磁化膜のダンピングを変調することが今後の課題である。またスピン流への変換効率が何によって決まっているのかもまだ明らかになっていないので、材料、組成等系統的に変えて評価することも今後の課題である。
ヒト鼻粘膜上皮のM細胞の同定と分化誘導:DDSの新しい標的として

ヒト咽頭扁桃(adenoid)上皮は,発達したタイト結合による上皮バリア機能を有し,外来病原体に対する生体防御の役割を担っていることが考えられる.そこで,我々はcytokeratin 20 (Ck20)をマーカーとして,ヒト咽頭扁桃(adenoid)におけるM細胞の同定をし,in vivoおよびin vitroでのタイト結合蛋白の発現を調べた.ヒト咽頭扁桃(adenoid)上皮は,発達したタイト結合による上皮バリア機能を有し,外来病原体に対する生体防御の役割を担っていることが考えられる.そこで,我々はcytokeratin 20 (Ck20)をマーカーとして,ヒト咽頭扁桃(adenoid)におけるM細胞の同定をし,in vivoおよびin vitroでのタイト結合蛋白の発現を調べた.我々はこれまで,アレルギー性鼻炎においては,発達したタイト結合による上皮バリア機能を有し,抗原提示細胞であるCDllc陽性樹状細胞が上皮と同様のタイト結合分子を現し内腔に樹状突起を伸ばしている現象を世界に先駆けて報告してきた。一方でヒト咽頭扁桃(adenoid)上皮は,発達したタイト結合による上皮バリア機能を有し。外来病原体に対する生体防御の役割を担っていることが考えられる。そこで,我々はcytokeratin20(Ck20)をマーカーとして,ヒト咽頭扁桃(adenoid)におけるM細胞の同定をし。in vivoおよびin vitroでのタイト結合蛋白の発現を調べた。ヒト咽頭扁桃(adenoid)および,その初代培養細胞では,occludin,JAM-A,ZO-1,claudin-1,-4,-7,-8のmRNA発現が認められ,培養細胞においてはclaudin-2,-9のmRNA発現もみられた。ヒト咽頭扁桃(adenoid)組織においては,Ck7陽性細胞がほとんどの細胞に存在していたのに比べ,Ck20陽性細胞はいくつかのランダムに存在し,ポケット状の構造を示していた。透過型電子顕微鏡を用いてヒト咽頭扁桃(adenoid)組織を観察すると,短い微絨毛をもったM細胞様の細胞内にCk20で標識された金粒子が同定され。さらにポケット様構造の内部にはリンパ球を取り込んでいる像が確認された。また,ヒトadenoid培養細胞においても,Ck20陽性細胞が蛍光標識した微粒子を取り込む機能があることが確認された。さらに,ヒトadenoid組織および培養細胞におけるCk20陽性細胞は,周囲の上皮同様,タイト結合蛋白であるoccludin,ZO-1,claudin-1,-7を細胞境界領域に発現していることを観察した。これらの結果はヒト咽頭扁桃(adenoid)において,Ck20陽性のM細胞を含めた上皮におけるタイト結合が抗原認識および生体防御の両面で深く関与していることを示している。これらのヒト咽頭扁桃のCk20陽性のM細胞を指標にして,今後ヒト鼻粘膜組織および培養鼻粘膜上皮細胞を用いて,M細胞の同定,分離および培養法を確立し,M細胞の分化誘導を試みる。我々はこれまで,アレルギー性鼻炎においては,発達したタイト結合による上皮バリア機能を有し,抗原提示細胞であるCD11c陽性樹状細胞が上皮と同様のタイト結合分子を発現し内腔に樹状突起を伸ばしている現象を世界に先駆けて報告してきた.一方でヒト咽頭扁桃(adenoid)上皮は,発達したタイト結合による上皮バリア機能を有し,外来病原体に対する生体防御の役割を担っていることが考えられる.そこで,我々Dcytokeratin 20(Ck20)をマーカーとして,ヒト咽頭扁桃(adenoid)におけるM細胞の同定をし, in vivoおよびin vitroでのタイト結合蛋白の発現を調べた.ヒト咽頭扁桃(adenoid)および,その初代培養細胞では, occludin, JAMA, ZO-1, claudin-1, -4, -7, -8のmRNA発現が認められ,培養細胞においてはclaudin-2, -9のmRNA発現もみられた.ヒト咽頭扁桃(adenoid)組織においては, Ck7陽性細胞がほとんどの細胞に存在していたのに比べ, Ck20陽性細胞はいくつかのランダムに存在し,ポケット状の構造を示していた.透過型電子顕微鏡を用いてヒト咽頭扁桃(adenoid)組織を観察すると,短い微絨毛をもったM細胞様の細胞内にCk20で標識された金粒子が同定され,さらにポケット様構造の内部にはリンパ球を取り込んでいる像が確認された.また,ヒトadenoid培養細胞においても, Ck20陽性細胞が蛍光標識した微粒子を取り込む機能があることが確認された.さらに,ヒトadenoid組織および培養細胞におけるCk20陽性細胞は,周囲の上皮同様,タイト結合蛋白であるoccludin, ZO-1, claudin-1, -7を細胞境界領域に発現していることを観察した.これらの結果はヒト咽頭扁桃(adenoid)において, Ck20陽性のM細胞を含めた上皮におけるタイト結合が抗原認識および生体防御の両面で深く関与していることを示している.これらのヒト咽頭扁桃のCk20陽性のM細胞を指標にして,今後ヒト鼻粘膜組織および培養鼻粘膜上皮細胞を用いて, TSLPおよびPPAR-γリガンドなどによるタイト結合のバリア機能調節をターゲットとして,樹状細胞の抗原提示と上皮のバリア機能との関係も踏まえて,アレルギー性鼻炎の新しい治療のための基礎研究を行う予定である.
閉領域内の乱流に生じる大規模循環流の反転機構の解明

乱れた流れには、大きな空間規模、大きな時間規模に注目すると秩序的な構造が存在することがある。特に閉じた容器内の乱流には容器と同じ程度の大きさで循環する秩序流れが生じることがある。さらに、条件によっては、この循環流の向きが長時間維持された後にランダムに突然反対になることがある。この乱流中の大規模循環流の反転の仕組みの解明が本研究の目的である。我々は、反転が生じる最も単純な2次元乱流系の高精度数値計算を通じて、この系のランダムな反転現象を良く記述する確率的モデルを構成した。この考察から、反転は、乱流に加えられた外力の揺らぎ、この揺らぎの平均的な長さと粘性が引き起こすことが判明した。閉じた容器内にはいった流体に何らかの外力を加え続けて、乱流を維持すると容器と同じ程度の大きさをもつ循環流(例えば右回りに容器をぐるりとまわる流れ)が乱れのなかに形成されることがある。さらに、設定によっては、この循環流が自発的に反転することが主に実験的に知られている。この自発的反転現象の力学的機構の解明のために、本年度は2次元正方形領域内で時間相関のあるランダム外力で駆動される乱流系の解析をおこなった。この系は自発的反転現象が生じることが先行研究で既に報告されており、おそらくこの現象をしめす最も単純な流体系(ミニマルモデル)であると考えられる。この系を対象として大きくわけて2つの数値的方法での研究をおこなった。一つは、先行研究と同様に高精度な数値計算法(直交多項式展開を用いた重み付き残さ法)を用いること。2つめは将来の3次元系での反転ミニマルモデル構築のために、数値的精度は多少犠牲になるが埋め込み境界法を用いて2次元正方形領域系の計算を再訪することである(3次元では2次元では可能な高精度な数値計算法が実際上使えない)。前者の方法をもちいた研究では、数値的な力学系解析を行って、循環流に相当する定常解など特徴的な数値解を探査する目的であったが、誤差や収束の問題から、この探査にはさらに時間を要する。後者の方法をもちいた研究では、高精度な数値計算法での結果とほぼ同様の反転結果が再現できることが確認できたため、3次元への拡張が行える可能性がたかまった。また反転のための外力条件については、反転に必要な相関時間や外力のスケールについての条件が整理できつつある。閉じた容器内にはいった流体に何らかの外力を加え続けて、乱流状態を維持すると、容器と同じ程度の大きさをもつ循環流(例えば右回りに容器をぐるりとまわる流れ)が乱れのなかに形成されることがある。さらに、熱対流乱流などでは、この循環流が自発的に反転することが主に実験的に知られている。この自発的反転現象の力学的機構の解明が本研究の目的である。本年度は、昨年度に引き続き2次元正方形領域で、特定の空間スケールに印加される時間相関のあるランダム外力で駆動される乱流系を中心とする数値シミュレーション研究をおこなった。この系は自発的反転現象が生じることが先行研究で既に報告されており、反転をしめす最も単純な流体系(ミニマルモデル)であると考えられる。特に、先行研究と同様に高精度な数値計算法(直交多項式(チェビシェフ多項式)展開を用いた重み付き残さ法)を用いて反転現象がおこるための外力の条件について詳細な数値実験をした。この結果、外力の特徴的スケールが最も重要であり、外力の相関時間の影響は弱いことが判明した。また、この系は確率的外力に依存するため既存の力学系解析手法の適用が容易でない。このため、ノイズ誘起転移の観点からデータ解析、理論解析を行っている。他方で、3次元系での反転ミニマルモデル構築のために、昨年度に準備計算をおこなった結果を用いて埋め込み境界法による3次元立方体領域で同様の計算を行ったが反転は見られなかった。しかし、非線形エネルギー輸送(カスケード)に関する解析を行うと、空間2, 3次元でのカスケードの向きの違いが非反転の原因と考えられ、3次元系で反転を起こすための外力の条件についての示唆が得られつつある。閉じた容器内の流体を乱流状態に維持すると、条件によっては乱れのなかに容器程度のひろがりをもつ大規模な循環的な流れができることが知られている。また、このような場合に、長時間維持されていた大規模循環流れの向きが急に反転することがある。例えば、地球磁場の反転は、地球内部の伝導性流体の乱流が大規模流れの向き、あるいは何らかの秩序、が反転することの結果として理解できるかもしれない。本研究の目的はこうした反転の仕組みを流体力学的、力学系的に明らかにすることである。このために、反転をおこす最も簡単な乱流系として知られている、2次元正方形領域内でランダムな力で混合されている2次元乱流の高精度な数値シミュレーションを行ってきた。この2次元系での反転の指標は流体の運動エネルギーで規格化された角運動量である。今年度はこの運動エネルギー、角運動量といった積分量の収支式を確率過程としてモデル化をおこなった。この系の流れにはランダム力が印加されているため、収支式そのものが確率過程となっている。ここでは、積分量を表現する秩序変数を導入し、この秩序変数の確率過程として、2次元系の反転、非反転をよく再現するモデルをつくることができた。

この結果から反転を、2つの安定状態とその間の転移として記述できることがわかった(パラメータによっては安定状態は1つだけになる)。また、この確率過程の脱出時間などの表現から反転時間間隔についても有用な示唆が得られた。他方で、この系の乱流を維持するための力をランダムなものから決定論的なものに変更した場合に、安定な時間周期解が得られた。この周期解は反転しないが、双安定系の片方の安定解に対応するものと考えられる。粘性を小さくすると、この周期解は不安定化して乱流的になっていくことが数値シミュレーションから明らかになった。両外力の結果を統合するシナリオ作りが残された課題である。本課題での目的は、2次元正方形領域内でランダムな力で混合されている2次元乱流系の大規模流反転の機構を流体力学的、力学系的に明らかにすることである。力学系的とは相空間上での解の軌道の振舞いとして反転を記述することである。この力学系的アプローチは、特に乱流遷移の分野で現在までに大きな成功をおさめている。しかし、本課題の2次元乱流系にはランダム外力があるため、その枠組みを直接適用できないことに難しさとそれ故のやり甲斐がある。そこで、この2次元乱流系の特異的な特徴を利用して、積分量の収支式を秩序変数の確率過程としてモデルした。その結果、この系をランダム力学系としてとらえることで一定の記述には成功した。この一方で、この2次元乱流系が考案されるきっかけとなった実験室実験では、決定論的外力とされる場合に大規模流の反転が生じている。ただし、レイノルズ数はランダム系と比べてひと桁以上大きい。決定論的外力の場合に反転が生じれば、決定論的力学系の描像を用いることができる。この可能性を検証するため、決定論的外力をもちいてレイノルズ数のやや大きい数値シミュレーションを行った。結果として、時間周期解など、反転にはいたらないものの深い洞察につながる数値解が得られつつある。しかし、レイノルズ数を大きくして長時間のシミュレーションを行うには時間が必要である。また、ランダム外力の結果と決定論的外力の結果の統合を行う必要が出てきた。流体乱流の特徴は、大きい乱れから小さい乱れまで様々な時間空間スケールの運動がほぼ相似的に存在し、強く非線形相互作用をしていることである。閉領域内の乱流では、この様々なスケールの乱れの積算効果の一つとして、乱流中に秩序だった大規模流れが形成されることがある。さらに、この大規模流れの向きが確率的に逆転する場合があることもしられている。本研究の対象は2次元正方形領域内でランダムな外力が印加されて統計的に定常な乱流が維持されている系である。この系は大規模な秩序的流れが形成され、さらにこの大規模流れの向きが不規則に反転する性質を示す最も単純な系のひとつとして知られている。昨年度27年度までに、この系の反転についてナビエストークス方程式に基づく単純な確率論的モデルを考案した。このモデルでは反転時間間隔について定量的な一致が得られ、反転の支配機構については粘性と外力の特徴スケールであるとの考察結果が得られた。また、この支配パラメータである粘性や外力のスケールを変えることにより、このモデルの適用限界についても研究を行った。さらに、反転の機構を力学系的に考察するために、乱流の統計的定常性を維持する外力をランダムなものから決定論的なものに変えた場合の乱流の振舞いについても研究を行った。
人間ー環境系における元素の挙動の安定同位体分析による解析

パプアニュ-ギニアに居住するギデラ族の生態系における微量元素の挙動を解析する目的で、本年度も一昨年、昨年度に引続きギデラ族の食物、毛髪中微量元素濃度と炭素窒素安定同位体比を測定した。本年度は特に毛髪分析を中心に行った。昨年度食物について分析したセレンの毛髪中濃度を測定し、生態学的条件の異なる村落による差を解析した。その結果、村により男性で平均値が470600ナノグラム/グラム、女性で480610ナノグラム/グラムの範囲にあった。昨年度の研究結果は、男性1人1日あたりに換算したセレンの摂取量が村により50130マイクログラムと大きく異なることを示したものであったが、毛髪中セレン濃度と摂取量との間には関連が認められなかった。この原因としては、セレン摂取量が4村とも欠乏範囲にないこと、食物中セレンの生物学的利用効率が食物によって違う可能性のあること、などが考えられた。同位体分析済み試料数は59に増え、またあらたにセレンのデ-タも加わったので、毛髪中元素濃度と炭素・窒素安定同位体比との関連を再検討した。その結果、Na、Mg、P、Ca、Fe、Cu、Sr、Hgがδ15Nと正の、Hgがδ13Cと負の有意な相関を示した。いくつかの元素については、毛髪が未洗浄試料であったために、外部からの汚染を考慮しなければならず、観察された有意な相関の解釈は現時点では難しいと判断した。毛髪への外部汚染の少ないHg(対数変換)とδ15Nの回帰直線の傾きは、食物中のそれとほぼ一致し、Hgが食物連鎖の過程を一定の濃縮係数で、他の修飾を受けることなく、人間へと移動していることが示唆された。人間-環境系における元素の挙動に関する知見を得る目的で、毛髪・食物の多元素分析の結果と、炭素・窒素安定同位分析の結果とを比較した。対象としたのはパプアニュ-ギニア低地・ギデラ族の毛髪と、彼らが食物として利用している動植物類で、その多元素分析の結果は既にOhtakaら(1984)、Suzukiら(1988)、Hongoら(1989)により公表済のものである。このサンプルの一部(毛髪29、食物42)につきあらたに炭素・窒素安定同位体比(δ^<13>C,δ^<15>N)を測定した。生物の窒素同位体組成は食物連鎖の過程で^<15>Nが濃縮していくことから、栄養段階の高い生物ほど高いδ^<15>Nを示すことが知られている。そこで哺乳類・魚類・は虫類等の動物性食物のδ^<15>N値を栄養段階のマ-カ-とし、各元素濃度との関連を相関分析により検討した。その結果、食物中の総水銀濃度はδ^<15>Nと有意な正の相関(スピアマンの相関係数:0.822)をもつことが判明した。水銀が食物連鎖の過程で生物体内に蓄積していく(Biomagnification)ことを示した結果であると解釈できる。分析対象としたギデラ族の4村落から得た成人男子の毛髪のうち、川沿いの1村落を除くと、毛髪中水銀濃度とδ^<15>N値との間にも有意な正の相関(γ=0.747)がみられた。例外となった1村落ではδ^<15>Nに比して水銀濃度が高く、この村で多く消費されている淡水魚中の水銀濃度とδ^<15>Nとの関係についてより詳細な研究が必要であることが示唆された。

食物・毛髪の双方において水銀以外のδ^<15>Nと有意な関連を示した元素はなかった。一方δ^<13>Cは、水銀を含む毛髪中のどの元素とも有意な相関を示さず、食物中においてはNa、Feと有意な正の相関を示した。パプアニュ-ギニア・ギデラ族の生態系における諸元素の挙動を調べる目的で、既に食物中の元素含量および一部の食物については炭素・窒素安定同位体比の測定が行われたが、本年度は食物中のセレンを対象に加え、炭素・窒素安定同位体比との関連を調べた。植物性食物のセレン含量がほとんど10ng/g未満(湿重量あたり)であるのに対し、鳥獣肉類では40300ng/g、爬虫類・魚介類では60800ng/gであった。このように、植物で低く、動物、特に水棲動物で高い傾向は水銀含量や窒素同位体比と同じであった。動物性食物において、セレン含量、水銀含量、窒素安定同位体比の間で互いに高い有意な相関が観察された(スピアマンの順位相関係数;水銀ーセレン:r=0.650,水銀ーδ15N:r=0.796,δ15Nーセレン:r=0.616)が、重回帰分析の結果、セレン含量の変動に有意な寄与をする変数として選択されたのは水銀含量だけで、δ15Nは選択されなかった。このことから、セレンは栄養段階の高い動物に高濃度であるが、これは食物連鎖に沿って蓄積した(biomagnification)結果ではなく、biomagnificationをする水銀と関連をもっているためであると考えられる。なおギデラ族の異なる4村落での成人男子1人1日あたりのセレン摂取量は49130μgと大きく異なったが、毛髪セレン濃度には大きな村落間差は認められなかった。環境中でのストロンチウムの挙動を追跡するために、ストロンチウム安定同位体比をICPーMSにより測定することを目的とした基礎的な条件検討を行った。100ppbのストロンチウムを含む溶液を用い、質量数86、87を1秒間測定することで、0.30.5%の精度で^<87>Sr/^<86>Srを求めることができた。パプアニュ-ギニアに居住するギデラ族の生態系における微量元素の挙動を解析する目的で、本年度も一昨年、昨年度に引続きギデラ族の食物、毛髪中微量元素濃度と炭素窒素安定同位体比を測定した。本年度は特に毛髪分析を中心に行った。昨年度食物について分析したセレンの毛髪中背度を測定し、生態学的条件の異なる村落による差を解析した。その結果、村により男性で平均値が470600ナノグラム/グラム、女性で480610ナノグラム/グラムの範囲にあった。昨年度の研究結果は、男性1人1日あたりに換算したセレンの摂取量が村により50130マイクログラムと大きく異なることを示したものであったが、毛髪中セレン濃度と摂取量との間には関連が認められなかった。この原因としては、セレン摂取量が4村とも欠乏範囲にないこと、食物中セレンの生物学的利用効率が食物によって違う可能性のあること、などが考えられた。同位体分析済み試料数は59に増え、またあらたにセレンのデ-タも加わったので、毛髪中元素濃度と炭素・窒素安定同位体比との関連を再検討した。その結果、Na、Mg、P、Ca、Fe、Cu、Sr、Hgがδ15Nと正の、Hgがδ13Cと負の有意な相関を示した。いくつかの元素については、毛髪が未洗浄試料であったために、外部からの汚染を考慮しなければならず、観察された有意な相関の解釈は現時点では難しいと判断した。毛髪への外部汚染の少ないHg(対数変換)とδ15Nの回帰直線の傾きは、食物中のそれとほぼ一致し、Hgが食物連鎖の過程を一定の濃縮係数で、他の修飾を受けることなく、人間へと移動していることが示唆された。
赤血球分化における血球特異的RINGフィンガー蛋白、HERF1の分子生物学的役割

1.これまでに、赤血球系細胞特異的な新規RINGフィンガー蛋白であるHERF1の、赤血球系細胞の分化における役割を検討してきた。マウス赤白血病細胞株MELにテトラサイクリンで調節されるHERF1のアンチセンスおよびセンス発現誘導システムを構築した。アンチセンスの発現によりDMSO刺激によるMEL細胞の赤血球系細胞への分化が抑制され、一方センスの発現によってDMSO非刺激下でもMEL細胞の赤血球系細胞への分化、グロビンの産生増強が認められた。このことから、HERF1が赤血球系細胞の分化に重要であることが分かった。さらにHERF1遺伝子の欠損マウスを作成し、生体レベルでの役割を検討した。HERF1欠損マウスにおける末梢血と骨髄の赤血球系細胞を含めた造血細胞数および骨髄幹細胞のコロニーアッセイに異常はなかった。また、放射線や各種ストレスによる赤血球系細胞への影響を検討したが異常はみられなかった。欠損マウスに明らかな異常は認められていないが、赤血球系細胞特異的な他のリングフィンガー蛋白が同定されており、HERF1との協調作用を考慮する必要性がある。2.咋年度、ヒトHERF1を同定し赤血球系細胞の分化に関与していることを明らかにした。HERF1と同じ構造(RBCC-RFP)を持つMID-1はRFPドメインの点突然変異によりOpitz症候群を来たし、またRFPは甲状腺腫瘍においてRETと融合蛋白を形成する。そこで各種造血器疾患(骨髄異形性症候群、急性白血病および慢性骨髄増殖性疾患)におけるHERF-1のRFPドメインにおける点突然変異をPCR-SSCP法で検索したが、変異はみとめられなかった。さらに、サラセミアや溶血性貧血などの赤血球系疾患での変異の有無のスクリーニングを行っている。本年度は、ヒト赤白血病株HELのcDNAライブラリーをスクリーニングし、ヒトHERF-1の全長を単離した。マウスHERF-1との相同性は81%で、RING Finger、B-box、Coiled-coil(RBCC)とRFP domainより成り、ヒト染色体6p21.3に位置すると推測された。ヒトHERF-1の発現は造血組織に限局し、赤芽球系細胞株のみに発現していた。次に正常骨髄の各系列細胞をFACSで分取したところ、GPA陽性の赤芽球細胞のみに発現を認め、他の系列細胞に発現はみられなかった。CD34陽性の造血幹細胞には発現していないが、メチルセルロース下で培養すると赤芽球系コロニーに発現が認められたが、顆粒球・単球系コロニーには発現はみられなかった。以上のことから、ヒトHERF-1も赤血球分化に重要な役割があると考えられた。同じ構造を持つMID-1は、RFP domainに変異を来たす事によりOpitz症候群を生じることが知られている。そこで、造血器腫瘍におけるHERF-1のRFP domainの遺伝子変異の有無をPCR-SSCP法にて検索した。これまでのところ変異は認められなかったが、更に症例数、疾患(多血症、赤芽球癆等の赤血球系疾患)を増すとともに、RING domainの変異の有無についても検討していく。マウスHERF-1に関しては、転写開始点をプライマー伸長法にて決定した。プロモーター領域にはAML-1を含めた各種の造血関連転写因子の結合配列が存在していた。HERF-1の転写調節領域を有するレポーターをAML-1またはGATA-1発現ベクターとともにルシフェラーゼ・アッセイを行ったところ、GATA-1に強い転写活性能が認められた。このことから、GATA-1がHERF-1の転写調節因子の一つであることが明らかとなった。現在、他の因子との相互作用について検討している。
痛覚神経選択的遮断法の開発

ヒトボランティアを用いて,左旋性の局所麻酔薬であるレボブピバカインが,触覚と痛覚の分離遮断効果がラセミ体の局所麻酔薬であるブピバカインよりも強いことを証明した。ラットの脊髄レベルで、触覚をつかさどるAβ線維が痛覚をつかさどるC線維よりも遮断されにくいことがこのような結果をもたらしていることを証明した。この反応は,局所麻酔薬が低濃度高容量のほうが高濃度低用量よりも起こりやすいことがわかり,今後の臨床応用に期待される。平成23年度に、左旋性の局所麻酔薬を、ヒトボランティアに投与することで、触覚と痛覚の分離遮断効果を証明した。このことを裏付けるために、ラットを用いて脊髄レベルで同様の反応が起こるかどうかを平成24年度に研究した。まず、生体ラットの脊髄より下肢を刺激した時の細胞外記録を行い、局所麻酔を施したあとの触覚と痛覚の反応を、ブピバカインとレボブピバカインで比較した。ラットにおいてもレボブピバカインが触覚刺激を抑えにくいことが証明された。当初の計画にはなかったものの、ラットにおいても脊髄レベルの電気生理実験においても分離遮断が証明され、人ボランティアで見られた反応がより確かなものとなった。リドカイン誘導体における分離遮断効果を調べる研究では、平成23年度に、リドカイン誘導体それだけでは麻酔作用を示さないが、カプサイシンと混ぜることで局所麻酔効果が現れる可能性があることを確認した。平成24年度には症例数を増やし、分離遮断効果を確認している。平成24年度の計画で当初は、より臨床に即した末梢神経ブロックを行い分離遮断効果を確認する予定であった。レボブピバカインとブピバカインの研究では、臨床使用濃度ではっきりとした差が見いだせなかった。平成23年度は、ヒトにおける末梢神経(前腕皮下の神経)を、ブピバカインに比べレボブピバカインは分離遮断することを証明した。前腕皮下に施した局所麻酔薬は、ブピバカインであってもレボブピバカインであっても、10g以上の通常痛みを感じるvon Freyフィラメントの刺激や42度以上の熱刺激に対し、その閾値を上昇させた。ところが触刺激として用いた軽いvon Freyフィラメントの触覚閾値はレボブピバカインにおいて、ブピバカインに比べあまり閾値を上げなかった。その後ラットを用い、そのメカニズムを裏付けるために追加実験を行った。ラットの脊髄を麻酔下に露出し、脊髄細胞外記録を行った。脊髄受容野に実際の局所麻酔薬を施し、非侵害刺激と侵害刺激を加え比較検討したところ、ラットにおいても同様に分離遮断が成立することを証明した。この分離遮断は低濃度の局所麻酔薬を用いたときのほうがより明確に差が表れることが分かった。また、本研究を開始する動機となった、in VIVOパッチクランプ法による、脊髄スライスを用いた研究を再度追試した結果、Aδ、C繊維と思われる神経はレボブピバカイン、ブピバカインとも抑制したが、Aβと思われる神経はレボブピバカインはあまり抑制しなかった。以上により、低濃度のレボブピバカインは触覚を温存した痛覚神経遮断が行える可能性を証明した。この内容をアメリカ麻酔学会にて発表した。論文も間もなく投稿予定である。計画書に示した1つのテーマとして論文にできる内容の研究は終了した。レボブピバカインの分離遮断能は証明された。しかし、現段階では計画書の研究の半分を達成したに過ぎないため、さらなる分離遮断の可能性につき研究を計画通り進めていく必要がある。もう少し太い神経をブロックし、実際の手術現場で分離麻酔として成立するかどうかを検討する必要がある。まずは人ボランティアを用い、尺骨神経ブロックにて広範囲をブロックし、その回復過程を検討する。カプサイシンを用いた分離遮断法に関しては、局所麻酔薬とカプサイシンの量の組み合わせが未だ上手くいっていないため、局麻の種類も含め検討する。昨年度は人ボランティアに対し、安価な市販の局所麻酔薬を皮下注射することで実験が完了した。そのため次年度使用額が生じた。今年度は末梢神経ブロックを行う際に、末梢神経がよりよく描写できる超音波装置のプローベや、神経を探すための電気刺激装置が必要になるため支出が見込まれる。また、計画書にある通り、より強力な分離遮断を成立させるため、人体使用での安全性が確立しているQX572というリドカイン誘導体を購入予定であるため支出が見込まれる。
仮想空間での視覚的変化の見落としに及ぼす身体変動の効果に関する認知心理学的研究

人間は,様々な照明条件,観察角度から物体を観察する。物体認知の初期の処理段階においては,網膜に入力された物体の像から輪郭が抽出される。明るい照明条件のもとでは,物体の外側の輪郭だけではなく,内部の輪郭に至るまで詳細に輪郭情報を取り出すことができる。しかし,暗い照明条件下では,内部の詳細な情報を取り出すことは困難であり,シルエットとしての外側の輪郭情報だけで物体を認知しなければならない。シルエットという限られた情報源から人間がいかにして適切に認知的判断を行うかを調べることは,照明条件の変化に対して,人間が適応的に対応できる状況を考察する上で重要である。線画またはシルエットの前に主軸の方向を手がかりとして与える矢印あり条件と,手がかりを与えない矢印なし条件の2条件があった。矢印あり条件では,線画またはシルエットの前に主軸の方向と一致する矢印が示された。物体の角度に関しては,主軸が短縮される正面条件と短縮されていない斜め条件の2条件があった。正面条件と斜め条件の角度差は、30°であった。被験者の課題は,単語と物体が一致するかどうかを判断する照合課題であった。矢印なし条件は先行研究の追試として行われた。結果は,線画の主軸短縮効果に比べて,シルエットの主軸短縮効果が大きくなり,追試に成功した。一方,矢印あり条件では,線画とシルエットの主軸短縮効果の大きさが等しくなった。この結果から,シルエットに不足している内部輪郭情報は,物体の主軸を抽出するための手がかりとなっていることが示唆された。様々な視点から、または身体運動に伴って物体を観察すると,見えが変化する。同一の3次元物体を継時提示した場合に,刺激間の見えが異なるときは,同じであるときよりも,同定判断時間が長くなることが報告されており、この認知的コストは"視点依存効果"と呼ばれている。本研究では,ヘッドマウントディスプレイを使用することにより,運動物体を頭部回転によって随従する状況を設定し,物体認知が視点依存かどうかを検討した。ヘッドマウントディスプレイは,頭部に装着するモニタ装置なので,頭部の向きに関わらず刺激を観察することができる。刺激物体として,ジオンと日常物体の両方を用いて検討した。実験状況として,運動物体が被験者の前を水平方向に通過する。第1物体の消失後,2秒間のブランクの間に頭部を反対方向に回転させ,第2物体を観察させた。統制条件として,第1物体と第2物体を頭部を固定して観察する条件を設定した。第1物体と第2物体が同じ物体かどうかを判断させ,反応時間が測定した。結果は,観察方向固定条件で視点依存効果が見られたが,観察方向変化条件では見られなかった。この結果は,ジオンと日常物体の両刺激で共通であった。したがって,運動物体を頭部回転によって随従する場合に,物体認知が視点非依存であることが示唆された。また,第1物体を静止刺激として提示した実験も行った。結果は,観察方向固定条件と観察方向変化条件の両方において,視点依存効果が見られた。この結果は,ジオンと日常物体の両方において,共通であった。したがって,視点依存効果を消失させるためには,観察方向の変化だけでは不十分で,運動物体を随従することが必要であることが示された。身体運動の情報が加わることで認知的処理が促進されることが示唆された。恐らく,前庭や自己受容器からの情報が,記憶表象に対する心的回転の処理を促進したのではないかと考察することができる。
歯周疾患に関わる頸動脈硬化症が中枢性血圧反射感受性に与える影響

循環器系疾患は受療率が最も高い疾患であり、世界的に大きな医療負担となっている。近年、高齢者の6割以上が罹患している歯周病と心血管疾患、脳血管疾患との間に強い相関が多くの横断的研究により示され、歯周病と循環器系疾患の関連が注目されるようになった。ところが、いまだにその機序を示すような介入研究は存在しない。循環器疾患や循環器イベントの重要なリスクファクターとして中心動脈硬化症が知られている。さらに、最近、我々は中心動脈のうち圧受容器の存在する頸動脈の動脈硬化度を評価し、動脈硬化度が高いものでは、血圧を一定に保つ圧反射感受性が低下していることを発見した。そこで、本研究は歯周病と循環器疾患との関連を示す機序として、(1)歯周病の進行が頸動脈を硬化させる、(2)頸動脈硬化を介して中枢性血圧反射感受性を低下させる、という仮説を検証した。歯周病患者と健常者を対象に頸動脈硬化度を評価した。さらに、血圧変動と交感神経活動を同時に測定することで、血圧変動に対する交感神経反応の変化量を算出し、両者の関係から圧反射感受性を評価した。また、動脈硬化度と圧反射感受性を歯周病患者と健常者で比較することにより、歯周病の存在が中枢性循環調節機構にどのような影響をあたえるかを検証した。本研究の特徴としてマイクロニューログラムを利用して、ヒト交感神経活動を直接計測すること、中心動脈全体の硬化度をシステミックに評価するだけでなく、βスティッフネスを用いて圧受容動脈である頸動脈を含めた各部動脈の硬化度を局所的に評価し、どの部位に影響があるかを検証できること、が挙げられれる。その結果、歯周病患者では末梢動脈よりも中心動脈の硬化度が高く、また、圧受容動脈である頸動脈でもその硬化度が高かった。そのため、健常者と比較して、歯周病患者の中心動脈圧は有意に高く、圧受容器反射感受性は低い傾向を示した。重症歯周病患者は循環器系疾患を併発するリスクが高い。しかしながら、これらの因果関係を示す強いエビデンスは存在せず、その機序は不明である。現在、歯周病患者では頸動脈内膜の肥厚、狭窄が認められ、頸動脈硬化症を併発するという報告が蓄積されつつあるが、いずれも歯周疾患と心血管疾患との関係に着目した観察研究がほとんどで、関連を予測したものに過ぎない。最近、申請者はマイクロニューログラフィーを用い頸動脈硬化が進行すると、高血圧の主な要因のひとつとして知られる中枢性血圧反射感受性の低下を引き起こすことをヒトで直接確かめた。そこで、本研究は、マイクロニューログラフィーを利用し、歯周病患者及び健常者で、直接筋交感神経活動を記録し比較することで、(1)歯周病患者では交感神経活動が上昇しているか否か、(2)歯周病患者では交感神経性圧受容器反射感受性が低下するか否か、そして、約6ヵ月の歯周病治療を施した後、歯周疾患ステータスが改善したものと改善しなかったものにわけ比較することで、(3)歯周病ステータスの改善が圧受容器反射感受性の低下を抑制するか否かを明らかにする。本研究では歯周病患者において、ヒト交感神経活動を国内外で始めて直接測定し、循環生理学的に評価する点、重篤なリスクを伴う循環調節機能低下の一因が歯周疾患に関わる動脈硬化にあるという発想から、中枢性血圧調節機構である圧受容器反射感受性を評価する点は極めて新規性が強い。上記の仮説を明らかにすることは、歯周病患者が心血管系疾患を合併するという報告のメカニズムを解明し、因果関係・発生機序を説明することとなる。それとともに、効果的な歯周疾患治療、あるいは予防管理を介して、将来の重大な心血管イベントを抑制する可能性を示唆する。つまり、心血管疾患のリスクを低下させる一つの方法、及び予測因子を提供できるという意味で本研究は社会的意義が非常に高い。本研究は歯周病患者及び健常成人を対象に動脈硬化度を評価するため、脈波伝達速度、Augmentation Index、中心動脈圧の測定が必要になる。それらすべての測定項目が1台で計測可能な実験器具としてAtCorMedical社(Australia)のSpygmoCorがあり、その購入を考えていた。ところが、米国での価格はおよそ$10,000であるものの、同製品を取り扱う日本の販売元(RIKOの一社のみ)は見積価格として日本円で\3,780,000を提示した。これは、本年に使用できる直接経費を超える金額で、購入により本研究の執行が困難となる。そこで、研究費の節約と他の研究執行に関わる経費を考慮し、輸入による購入、あるいは共同購入を検討していたため。循環器疾患や循環器イベントの重要なリスクファクターとして動脈硬化が知られている。また、最近、験者らは圧受容器の存在する頸動脈で動脈硬化を評価し、血圧を一定に保つ圧受容器反射の感受性が動脈硬化度の高いものでは低下していることを発見した。現在、歯周病の重症度と動脈硬化度に相関関係があるということから影響を与えうるのではないかということを示唆するデータがクロスセクショナルでデザインされた研究により報告されている。しかしながら、未だに因果関係を示すよう介入研究は行われていない。そこで、われわれは歯周病患者を対象として頚動脈硬化度と圧受容器反射感受性を測定し、歯周長期治療の前後、及び健常者群との比較により、動脈硬化の促進や圧受容器反射感受性の低下に歯周病が影響を与えるか否かを調べている。