人間の大脳皮質におけるCB1カンナビノイド受容体とVGLUT3の分布と機能

背景紹介

カンナビノイド受容体1（CB1）は、神経終末のシナプス前受容体を介して神経伝達を調節し、その生理学的役割は臨床的に重要です。しかし、人間の大脳皮質におけるCB1を発現する神経終末の細胞源とシナプス標的は未だ明確ではありません。この研究は、特にGABA作動性ニューロンとの関連において、CB1を発現する神経終末の分布、シナプス標的、および細胞源を明らかにすることを目的としています。CB1受容体は脳内で最も豊富なシナプス前受容体の一つであり、内因性カンナビノイド（例えば2-アラキドノイルグリセロール、2-AG）によって活性化され、神経伝達物質の放出を調節します。人間の大脳皮質におけるCB1の分布と役割を研究することは、健康と疾患における神経生物学的意義を理解する上で重要です。

論文の出典

この論文は、Peter Somogyiとそのチームによって執筆されました。チームメンバーは、オックスフォード大学薬理学部、川崎医科大学、ハンガリー実験医学研究所など、複数の機関から構成されています。論文は2025年にEuropean Journal of Neuroscience誌に掲載され、タイトルは「人間の大脳皮質におけるGABA作動性ニューロンに関連するCB1カンナビノイド受容体とVGLUT3を発現する神経終末のシナプス標的と細胞源」です。

研究の流れと結果

1. 研究の流れ

研究は以下の主要なステップに分かれています：

a) サンプル収集とスライス調製

研究では、オックスフォード大学ジョン・ラドクリフ病院の神経外科手術中に得られた人間の大脳皮質組織サンプルを使用しました。サンプルは、脳腫瘍や側頭葉てんかんの治療中に採取されたものです。組織サンプルは氷冷した人工脳脊髄液（ACSF）中で保存され、約350マイクロメートルの厚さのスライスに切断されました。スライスは、電気生理学的記録が行われるまで室温で保存されました。

b) 電気生理学的記録

研究者は、全細胞パッチクランプ技術を使用して、皮質第1-3層のニューロンの電気生理学的活動を記録しました。記録中、ニューロンは後続の免疫組織化学的分析のためにビオチン（biocytin）で充填されました。記録されたデータには、ニューロンの膜電位、膜時定数、活動電位パラメータなどが含まれます。

c) 免疫組織化学的分析

記録後のニューロンスライスは固定され、CB1受容体、VGLUT3（小胞グルタミン酸トランスポーター3）などの分子の発現を検出するために免疫組織化学的染色が行われました。研究者は、複数の抗体を使用して多重免疫蛍光染色を行い、共焦点顕微鏡で染色結果を観察しました。

d) 電子顕微鏡分析

CB1およびVGLUT3陽性神経終末のシナプス標的を特定するために、研究者は免疫染色された神経終末を電子顕微鏡で分析しました。連続切片技術を使用することで、シナプスのタイプ（1型または2型）とその標的（樹状突起軸、樹状突起棘、または細胞体）を特定することができました。

2. 主な結果

a) CB1陽性神経終末のシナプス標的

電子顕微鏡分析により、CB1陽性神経終末は主に2型シナプス（抑制性シナプス）を形成し、その標的は主に樹状突起軸（69％）、次いで樹状突起棘（20％）、細胞体（11％）であることが明らかになりました。これらの結果は、CB1が主に樹状突起軸へのGABA作動性入力の抑制を調節していることを示しています。

b) CB1とVGLUT3の共発現

研究では、CB1陽性GABA作動性神経終末の約25％がVGLUT3を同時に発現していることがわかりました。これは、これらのニューロンがGABAとグルタミン酸を同時に放出する可能性があることを示しています。この共伝達現象は、特に樹状突起軸で顕著でした。

c) VGLUT3陽性神経終末のシナプス標的

VGLUT3陽性神経終末のうち、60％が1型シナプス（興奮性シナプス）を形成し、主に樹状突起棘（80％）と樹状突起軸（20％）を標的としていました。さらに、VGLUT3陽性神経終末の52％がVGLUT1も発現しており、これらの終末は皮質内のグルタミン酸作動性ニューロンに由来する可能性があることが示されました。

d) 細胞タイプの同定

電気生理学的記録と免疫組織化学的分析を通じて、研究者はCB1および/またはVGLUT3を発現する複数のGABA作動性介在ニューロンタイプを同定しました。これには、ローズヒップ細胞（rosehip cells）、神経膠様細胞（neurogliaform cells）、バスケット細胞（basket cells）などが含まれます。これらの細胞タイプは、人間の大脳皮質において異なる電気生理学的特性とシナプス接続パターンを持っています。

3. 結論と意義

研究は、人間の大脳皮質におけるCB1受容体の分布と、GABA作動性ニューロンのシナプス伝達を調節する役割を明らかにしました。CB1陽性神経終末は主に樹状突起軸を標的とし、GABAの放出を調節しています。また、一部のニューロンはGABAとグルタミン酸の共伝達を示しており、この発見は神経伝達物質の共伝達を理解する上で新たな視点を提供します。

さらに、VGLUT3陽性神経終末のシナプス標的分析により、これらの終末が皮質内のグルタミン酸作動性ニューロンまたは5-ヒドロキシトリプタミン（セロトニン）作動性ニューロンに由来する可能性が示されました。

この研究は、CB1受容体が人間の大脳皮質の神経回路において果たす役割を理解する上で新たな知見を提供し、特にGABA作動性ニューロンの機能障害に関連する神経疾患（てんかん、不安症、統合失調症など）の治療におけるCB1受容体を標的とした薬剤開発に潜在的な応用価値を持っています。

4. 研究のハイライト

• CB1陽性神経終末のシナプス標的：人間の大脳皮質において、CB1陽性神経終末のシナプス標的を詳細に記述し、樹状突起軸への抑制性入力の調節における重要な役割を明らかにしました。
• GABAとグルタミン酸の共伝達：一部のCB1陽性ニューロンがVGLUT3を同時に発現していることを発見し、これらのニューロンがGABAとグルタミン酸を同時に放出する可能性があることを示しました。この発見は、神経伝達物質の共伝達を理解する上で新たな視点を提供します。
• VGLUT3陽性神経終末の源：免疫組織化学と電子顕微鏡分析を通じて、VGLUT3陽性神経終末の複数の源（皮質内のグルタミン酸作動性ニューロンおよび5-ヒドロキシトリプタミン作動性ニューロン）を明らかにしました。

まとめ

この研究は、電気生理学、免疫組織化学、電子顕微鏡という多岐にわたる手法を用いて、人間の大脳皮質におけるCB1受容体とVGLUT3の分布と機能を明らかにしました。研究結果は、CB1受容体が神経回路において果たす役割を理解する上で新たな知見を提供し、CB1受容体を標的とした薬剤開発に新たな方向性を示すものです。