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【本学研究者情报】

〇生命科学研究科　教授　松井広

【発表のポイント】

• マウス脳内环境を光ファイバーで読み出したところ、レム睡眠^注１时に生じる様々な环境変化のうち、视床下部^注２グリア细胞^注３が酸性化することを新たに発见しました。
• グリア细胞や血管は、神経細胞と協調して、睡眠等の脳機能変化を担うことが示唆されました。
• てんかん^注４発作が生じやすい状态では、レム睡眠时の酸性化が强化されました。
• レム睡眠时の脳内环境を计测しててんかんの程度を诊断し、グリア机能を操作することで、てんかんを制御する新たな治疗戦略が开拓されることが期待されます

【概要】

私たちは、目を闭じて寝ている间でも、レム睡眠と呼ばれる特定の时期に梦を见ると言われており、レム睡眠时には脳内で特有の情报処理が行われていることが示唆されています。东北大学大学院生命科学研究科の生驹叶子助教、松井広教授（大学院医学系研究科兼任）らのグループは、レム睡眠时の视床下部の脳内环境の変化を调べました。蛍光センサータンパク质^注５をグリア细胞のうちのアストロサイト^注６に遗伝子発现させたマウスに细い光ファイバーを刺し入れ、光信号解析の新手法^注７を使ったところ、レム睡眠にともない、视床下部アストロサイトが酸性化することが示されました。このような脳内环境変化は、レム睡眠时に特有の脳波変化に20秒近く先行するため、アストロサイトが神経机能に影响を与えることが示されました。また、海马を电気的に刺激すると、てんかん様の発作が生じ、このような刺激を繰り返すと、てんかん様発作症状は悪化します。てんかん発作が生じやすい病态脳でのレム睡眠を调べると、アストロサイトがより强く酸性化するようになったことが分かりました。したがって、レム睡眠はてんかん発展度のバイオマーカーとして使える可能性があります。また、アストロサイトの辫贬を安定化するなどの方法で、てんかんの発展を予防する新たな治疗戦略に结び付くことが期待されます。

本研究成果は、2023年3月3日付で叠谤补颈苍誌にオンライン掲载されました。

【用语解説】

注1. レム睡眠：
急速眼球運動のことをレム（REM; Rapid Eye Movement）と呼びます。目を閉じて寝ている間に、まぶたの奥で眼球が急速に動く時期があります。レムが発生している時に起こすと、夢を見ていたと報告するヒトが多いため、レム睡眠中に過去の経験を記憶するものと忘れるものとに選り分けて、その過程で夢を見るという仮説が生まれました。このような機能を本当にレム睡眠が担っているかどうかは議論が分かれるものの、他の睡眠とは異なる特有の情報処理がレム睡眠中に行われていることは間違いないようです。このことを反映し、レム睡眠中の脳波の周波数においては、シータ波（6 - 9 Hz）が亢進し、デルタ波（1 - 4 Hz）が低下することが知られています。身体を支える筋肉は完全に弛緩することが知られており、筋電図はほぼ平坦になり、脳波と筋電図を合わせることで、レム睡眠が生じている時間帯を特定できます。

注2.视床下部：
间脳に位置し、内臓の働きや内分泌の働きを支配し、生命现象を司る自律神経系の中枢である脳の领域。体温调节やストレス応答、摂食行动や睡眠覚醒など多様な生理机能を管理し、脳内エネルギー代谢と深く関わります。従来、てんかん研究において视床下部はあまり注目されてきませんでしたが、当研究グループでは、视床下部のアストロサイトこそが、海马で始まった神経発振を増幅するとともに、てんかんの増悪化?可塑性を导く可能性を挙げてきました。今回、レム睡眠にともない、视床下部のアストロサイトが酸性化し、てんかん病态时には、レム睡眠时アストロサイト酸性化が强化されることが示されました。

注3.グリア细胞：
脳を構成する細胞の種類で、神経細胞とは異なるものは総じてグリア细胞と呼ばれます。従来、グリア细胞は、脳の隙間を埋めるノリのような存在と考えられてきましたが、グリア细胞には脳内のエネルギー代謝やイオン環境を制御する機能があることが示されてきました。さらに、神経細胞とは異なる方法で、脳内情報処理に関わることも次々と明らかにされてきており、脳と心の機能におけるグリア细胞の役割に大きな注目が集まってきています。

注4.てんかん：
脳内で过剰な神経活动が発振すると痉挛発作を起こすことがあり、このような発作が繰り返し生じる慢性の神経疾患のことをてんかんと呼びます。日本人の1％はてんかんの有病者で、そのうちの65%の患者は薬で発作を抑えることが可能です。しかし根本的な治癒は、外科的に脳の责任部位を切除する方法だけであり、多くの患者は発作を抑えるために一生薬を饮み続ける必要があります。また、てんかんによる痉挛発作が繰り返されると、次第にてんかんが増悪化することも知られています。

注5.蛍光センサータンパク质：
细胞内の小分子を検出するために、オワンクラゲ由来の緑色蛍光タンパク质（骋贵笔）等を人工的に改変して作製された蛍光タンパク质。今回、细胞内の颁补²⁺や辫贬に応じて蛍光が変化するように设计されたセンサータンパク质を、人工的にアストロサイトに遗伝子発现させました。なお、当研究グループでは、脳内を张り巡らされた血管が収缩したり拡张したりすると、脳细胞に発现させた蛍光センサータンパク质から発せられる蛍光が影响を受けることを示してきました。したがって、蛍光センサータンパク质がセンス（検出）するように设计された少分子とは、直接の関係ない血流动态に、计测される蛍光値が変化することになります。また、例えば、颁补²⁺をセンスするように设计された蛍光センサータンパク质は、辫贬にも影响を受けることも明らかになっています。これらの影响を考虑に入れて初めて、脳内环境変动を正しく评価することができるようになります。

注6. アストロサイト：
グリア细胞は、大きく分けて、アストロサイト、ミクログリア、オリゴデンドロサイトに分類されます。今回、アストロサイトに、蛍光センサータンパク質を特異的に遺伝子発現させました。アストロサイトは、神経細胞同士をつなぐシナプス結合部位とともに、脳内を張り巡らされた血管を取り囲む構造をしていることが知られています。本研究では、他のグリア细胞については検討せず、本リリースで、グリア细胞と表記されている箇所は、アストロサイトのことを意味します。

注7. 光信号解析の新手法：
脳深部に光ファイバーを刺し入れて、蛍光信号を计测する方法をファイバーフォトメトリー法と呼びます。本研究では、细胞内の颁补²⁺や辫贬に応じて、蛍光特性が変化する蛍光センサータンパク质を、脳内アストロサイトに人工的に遗伝子発现させたマウスを用いました。当研究室では、细胞内颁补2+をセンス（検出）するように设计された蛍光センサータンパク质でも辫贬の影响を受け、局所血流量の変动はあらゆる蛍光に影响を与えることを示してきました。本研究では、これらの影响を选り分ける工夫が施された新手法が用いられています。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学大学院生命科学研究科
教授　松井 広 （まつい こう）
罢贰尝：022-217-6209
贰-尘补颈濒：尘补迟蝉耻颈*尘别诲.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学大学院生命科学研究科
広报室
高橋　さやか （たかはし　さやか）
TEL： 022-217-6193
贰-尘补颈濒： lifsci-pr*grp.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）