インスリンはmTORシグナルを介して視床下部室傍核の副交感神経肝関連ニューロンを活性化する

2025-01-18 Sat
インスリンはmTORシグナルを介して視床下部室傍核の肝関連ニューロンを活性化する学術的背景グルコースホメオスタシスは生命を維持するための重要な生理的プロセスであり、肝臓はこのプロセスにおいて中心的な役割を果たしています。肝臓はグリコーゲン生成とグルコース放出を調節することで血糖値を維持します。インスリンは肝臓組織に直接作用してグルコース生成を抑制することができますが、近年の研究では、中枢神経系（特に視床下部）がグルコース代謝の調節においても重要な役割を果たしていることが示されています。視床下部室傍核（paraventricular nucleus of the hypothalamus, PVN）は、自律神経と代謝調節を統合する異質性の核であり、特に肝機能に関連する自律神経出力を制御しています。PVNニューロンはインスリン受容体を発現し、迷走神経を介して肝臓と接続されているため、PVNはインスリンが肝機能を調節するための重要な中枢部位と考えられています。
しかし、インスリンが中枢神経系を介して肝機能を調節するメカニズムはまだ明確ではありません。具体的には、インスリンがどのようにPVNニューロンを介して迷走神経出力を調節し、肝臓のグルコース生成を制御するかは未解決の問題です。この問題を解決するために、研究者らはこの研究を行い、インスリンがPVNニューロンを介して肝機能を調節する神経回路メカニズムを明らかにすることを目指しました。
論文の出典この研究論文は、Karoline Martins dos Santos、Sandy E. Saunders、Vagner R. Antunes、およびCarie R. Boychukによって共同で執筆されました。著者らはそれぞれUniversity of Texas Health San Antonio、University of São Paulo、およびUniversity of Missouriに所属しています。この論文は2024年12月12日にJournal of Neurophysiologyに初めて掲載され、DOIは10.1152/jn.00284.2024です。
研究の流れと結果1. 実験設計とプロセスa) 偽狂犬病ウイルス（PRV）逆行性トレーシングPVNニューロンと肝臓の間の神経回路を研究するために、研究者らは偽狂犬病ウイルス（PRV-152）を使用して逆行性トレーシングを行いました。PRV-152は、ニューロン間のシナプスを介して伝播し、肝臓に関連する神経回路を標識するように改変されたウイルスです。具体的な手順は以下の通りです：
肝臓へのPRV-152注射：研究者らはPRV-152をマウスの肝臓に注射し、注射後48時間、72時間、および96時間でマウスを安楽死させ、PVNと迷走神経背側核（dorsal motor nucleus of the vagus, DMV）におけるPRV-152標識ニューロンの数を観察しました。
迷走神経切断実験：PVNニューロンと迷走神経の関係を確認するために、研究者らはPRV-152注射前にマウスの左迷走神経を切断し、PVNとDMVにおける標識ニューロンの変化を観察しました。
b) 免疫組織化学的表現型分析PVN肝関連ニューロン（PVNhepatic）の神経ペプチド表現型を特定するために、研究者らはPVNニューロンに対して免疫組織化学的染色を行い、3つの主要な神経ペプチド（オキシトシン（oxytocin, OT）、バソプレシン（vasopressin, VP）、およびコルチコトロピン放出ホルモン（corticotropin-releasing hormone, CRH））を検出しました。
c) 電気生理学的記録インスリンがPVNhepaticニューロンの活動に及ぼす影響を研究するために、研究者らはパッチクランプ技術を使用してPVNhepaticニューロンの電気活動を記録しました。具体的な手順は以下の通りです：
脳スライスの調製：マウスの脳からPVNを含む脳スライスを取り出し、人工脳脊髄液（ACSF）中でインキュベートしました。
インスリン処理：ニューロンの電気活動を記録中に、研究者らは脳スライスにインスリンを添加し、ニューロンの発火頻度への影響を観察しました。
mTORシグナル経路の抑制実験：インスリンの作用分子メカニズムを研究するために、研究者らはインスリン添加前にmTOR阻害剤ラパマイシン（rapamycin）を使用し、インスリン誘導性のニューロン発火頻度変化への影響を観察しました。
2. 主な結果a) PRV逆行性トレーシングの結果DMVニューロンの標識：PRV-152注射後48時間で、DMVに少数の標識ニューロンが現れ、72時間および96時間後には標識ニューロンの数が著しく増加しました。迷走神経切断後、DMVの標識ニューロンはほぼ完全に消失し、DMVニューロンが迷走神経を介して肝臓と接続されていることが示されました。
PVNニューロンの標識：PRV-152注射後72時間で、PVNニューロンに標識が現れ、96時間後には標識ニューロンの数が著しく増加しました。迷走神経切断後、PVNの標識ニューロンはほぼ完全に消失し、PVNニューロンが迷走神経を介して肝臓と接続されていることが示されました。
b) 免疫組織化学的表現型分析の結果PVNhepaticニューロンはOT、VP、またはCRHとの共標識を示さず、これらのニューロンはこれらの神経ペプチドを発現していない可能性が示唆されました。
c) 電気生理学的記録の結果インスリンがPVNhepaticニューロンに及ぼす影響：インスリンはPVNhepaticニューロンの発火頻度を著しく増加させました。標識されていないPVNニューロンはインスリンに対して弱い反応を示し、インスリンの作用が特異的であることが示されました。
mTORシグナル経路の役割：ラパマイシン前処理は、インスリン誘導性のPVNhepaticニューロン発火頻度の増加を抑制し、インスリンの作用がmTORシグナル経路に依存していることが示されました。
3. 結論と意義この研究は、インスリンがmTORシグナル経路を介してPVNhepaticニューロンを活性化し、迷走神経を介して肝機能を調節する神経回路メカニズムを明らかにしました。具体的には、インスリンはPVNhepaticニューロンを活性化し、その発火頻度を増加させることで、迷走神経を介して肝臓のグルコース生成を抑制します。この発見は、中枢神経系がグルコースホメオスタシスにおいて果たす役割についての理解を深めるだけでなく、糖尿病などの代謝性疾患の治療における新しい潜在的なターゲットを提供します。
4. 研究のハイライト新しい神経回路メカニズム：インスリンがPVNhepaticニューロンを介して肝機能を調節する神経回路メカニズムを初めて明らかにしました。
mTORシグナル経路の重要な役割：インスリンがPVNhepaticニューロン活動を調節する際のmTORシグナル経路の重要性を明確にしました。
特異的標識技術：PRV逆行性トレーシングと免疫組織化学技術を使用して、PVNhepaticニューロンを成功裏に標識し、同定しました。
5. その他の価値ある情報実験設計の厳密性：研究者らは迷走神経切断実験とmTOR阻害剤実験を通じて、実験結果の信頼性と特異性を確保しました。
潜在的な応用価値：この研究は、中枢神経系を標的とした糖尿病治療戦略の開発に理論的基盤を提供します。