5-HT1A作動薬Buspironeの大腸炎後ラットにおける疼痛調節への影響

背景紹介

近年、臨床および実験的研究により、脳内セロトニン（5-HT）系が炎症性腸疾患（IBD）や過敏性腸症候群（IBS）などの消化器疾患の発症メカニズムにおいて重要な役割を果たしていることが明らかになってきました。これらの疾患は、内臓過敏症や慢性腹痛を伴うことが特徴です。中縫大核（Raphe Magnus, RMg）および中縫背核（Dorsal Raphe, DR）は、中枢性疼痛調節の主要な構造であり、腸管病理における活動変化は広く研究されていますが、その神経可塑性変化のメカニズムは未だ不明です。5-HT1A受容体は疼痛調節および中縫核ニューロン活動において重要な役割を果たすため、本研究では、大腸炎後に5-HT1A受容体依存性の内臓および体性疼痛処理が変化するかどうかを探ることを目的としました。

研究の出典

この研究は、ロシア科学アカデミー・パブロフ生理学研究所のOlga A. Lyubashina、Boris M. Sushkevich、およびIvan B. Sivachenkoによって共同で行われ、2025年に『European Journal of Neuroscience』誌に掲載されました。研究はロシア科学財団の助成を受けて実施されました（プロジェクト番号23-25-00151）。

研究の流れ

1. 実験動物と大腸炎モデル

研究では、成体の雄性Wistarラットを使用し、健康対照群と大腸炎回復群に分けました。大腸炎モデルは、トリニトロベンゼンスルホン酸（TNBS）を用いて誘導され、TNBS溶液を肛門から結腸内に注入することで炎症を引き起こしました。大腸炎回復群のラットは、炎症が治まった後29～60日後に実験を行い、炎症が完全に回復していることを確認しました。

2. 麻酔と手術準備

実験前に、ラットはウレタンとα-クロラロースの混合麻酔薬を腹腔内投与により麻酔されました。その後、手術準備が行われ、大腿動脈および静脈にカテーテルを挿入して血圧と静脈内投与をモニタリングし、気管挿管を行って呼吸を維持しました。ラットの頭部は立体定位装置に固定され、頭蓋骨に穴を開けてRMgおよびDR核を露出させました。

3. ニューロン記録

絶縁されたタングステンマイクロ電極を使用して、RMgおよびDRニューロンの電気活動を記録しました。電極はマイクロドライバーを使用して正確に目標核に挿入され、信号は増幅およびフィルタリングされた後、コンピュータソフトウェアを使用してリアルタイムで表示および処理されました。実験中、血圧と呼吸を継続的にモニタリングし、麻酔深度と実験の安定性を確保しました。

4. 内臓および体性侵害刺激

内臓侵害刺激は、結腸拡張（CRD）によって行われ、80 mmHgまで急速に膨張させたバルーンを使用し、30秒間維持しました。体性侵害刺激は、尾部圧迫（TS）によって行われ、手術用鉗子を使用して尾部を30秒間固定圧迫しました。両方の刺激は、血圧と呼吸の明らかな変化を引き起こし、侵害性を示しました。

5. 実験プロトコル

実験開始前に、ラットは少なくとも45分間休息させました。ニューロン活動の記録は180秒間行われ、60秒間のベースライン活動、30秒間の刺激期間、および90秒間の回復期間を含みました。CRDとTS刺激の間隔は少なくとも5分間とし、ニューロン活動がベースラインレベルに戻ることを確認しました。実験中、CRDおよびTSに対するニューロンの反応を記録し、静脈内投与されたBuspirone（0.1、0.5、2.0、および4.0 mg/kg）後に再度記録しました。

6. データ分析

ニューロン活動データは、Spike 2ソフトウェアを使用してオフラインで分析され、波形形状と振幅に基づいてスパイクシーケンスを自動的にソートしました。各ニューロンのベースライン活動および刺激期間中の活動を個別に計算し、1秒あたりのスパイク数として表しました。ニューロンの刺激に対する反応は、ベースライン活動に対するパーセンテージとして表され、10％以上の変化が反応ありと見なされました。血圧反応は、刺激前後の差として評価されました。

主な結果

1. 大腸炎後のRMgニューロンの変化

健康対照群では、Buspironeの低用量（0.1および0.5 mg/kg）は、RMgニューロンのCRDに対する興奮反応を抑制しましたが、高用量（2および4 mg/kg）は、RMgニューロンのCRDおよびTSに対する興奮反応を増強しました。しかし、大腸炎回復群では、すべての用量のBuspironeがRMgニューロンのCRDおよびTSに対する興奮反応を抑制し、大腸炎後にRMgニューロンの疼痛反応が著しく変化したことを示しました。

2. 大腸炎後のDRニューロンの変化

健康対照群では、Buspironeの低用量および高用量は、DRニューロンのCRDおよびTSに対する興奮反応を抑制しました。しかし、大腸炎回復群では、BuspironeによるDRニューロンのTSに対する興奮反応の抑制効果が著しく弱まり、大腸炎後にDRニューロンの疼痛反応も変化したことを示しました。

3. 血圧反応の変化

健康対照群では、Buspironeの高用量は、CRDおよびTSによる血圧低下反応を著しく抑制しました。しかし、大腸炎回復群では、Buspironeによる血圧反応の抑制効果が著しく弱まり、大腸炎後に全身性疼痛反応も変化したことを示しました。

結論

本研究は、大腸炎後に5-HT1A受容体依存性の疼痛調節メカニズムが著しく変化することを明らかにしました。Buspironeは、健康なラットでは5-HT1A自己受容体および異種受容体を活性化することでRMgおよびDRニューロンの疼痛反応を調節しますが、大腸炎後にはこの調節メカニズムが変化し、RMgニューロンの疼痛反応が弱まり、DRニューロンの疼痛反応が強まることが示されました。これらの変化は、大腸炎後の内臓および体性過敏症の発症に関連している可能性があります。

研究のハイライト

1. 新しい研究方法：本研究では、マイクロ電極記録技術を使用して、RMgおよびDRニューロンの内臓および体性侵害刺激に対する反応を正確に記録し、全身性血圧反応と組み合わせることで、Buspironeの鎮痛作用を包括的に評価しました。
2. 重要な発見：大腸炎後に5-HT1A受容体依存性の疼痛調節メカニズムが著しく変化することが明らかになり、大腸炎後の疼痛過敏症の理解に新たな視点を提供しました。
3. 潜在的な応用価値：研究結果は、Buspironeの大腸炎後疼痛治療への応用を再評価する必要性を示唆しており、今後の研究では5-HT1A受容体の慢性疼痛における役割をさらに探求することができます。

その他の価値ある情報

本研究では、BuspironeのRMgおよびDRニューロンに対する調節作用に性差があることも明らかになりました。雌ラットはBuspironeに対してより敏感に反応し、この発見は、疼痛調節における性差の役割を探る今後の研究に新たな手がかりを提供します。