APP/PS1マウスの研究が、慢性誘発てんかんとアルツハイマー病の関連を明らかに

背景紹介

アルツハイマー病（Alzheimer’s Disease、AD）は世界で最も一般的な認知症のタイプであり、5500万人以上に影響を与えている。ADの典型的な病理特徴は脳内のアミロイドβ（Aβ）蓄積である。Aβ 蓄積とそれによるメカニズムがADの診断と進行に重要な役割を果たしている一方で、多くの証拠が示すように、Aβ蓄積はAD進行の唯一の原因ではない。したがって、Aβ斑蓄積のない初期AD段階での病理メカニズムの研究は、ADの理解と治療にとって非常に重要である。

AD症例の5%は65歳以前に発症し、早発性アルツハイマー病（EOAD）と見なされる。これらの症例はしばしば側頭葉てんかんを伴い、近年ではてんかんがADの未充分に研究された合併症として注目を集めている。残念ながら、てんかんがADの進行と症状の重篤性にどのように直接影響を与えるかは不明である。本研究の目的は、AD初期段階においててんかんによる神経細胞の過剰興奮が病気の進行にどう影響するかを探ることである。

研究出典

この研究は、Aaron Del Pozo、Kevin M. Knox、Leanne M. Lehmann、Stephanie Davidson、Seongheon Leo Rho、Suman Jayadev、および Melissa Barker-Haliski によって行われ、彼らはそれぞれワシントン大学医学部のてんかん薬物発見研究センターおよび神経病学部門に所属している。論文は《Progress in Neurobiology》雑誌に掲載され、オンライン発行日は 2024年3月13日である。

研究プロセス

実験のアレンジ

実験対象と実験方法：

• 実験対象：

  • 2～3ヶ月齢の APP/PS1、PSEN2-N141I トランスジェニックマウスおよび対照群のマウス。
  • 雄性および雌性のマウスを含む。

• 実験方法：

  • 角膜点火（corneal kindling）モデルを使用する。これは十分に研究されたてんかんモデルであり、マウスの角膜上に電気刺激を加えることでてんかん発作を誘発する。
  • 実験群のマウスは2週間の角膜点火処理または模擬角膜点火処理を受ける。

実験ステップ：

1. 角膜点火：

   • 2ヶ月齢のAPP/PS1およびPSEN2-N141Iマウスとその対照マウスに2週間の両側正弦波パルス電気刺激（3秒、60ヘルツ、1.6-2.0ミリアンペア）を行う。
   • てんかん発作の重篤度を記録し、点火基準（連続5回のRacineステージ5の発作）に到達するまでの時間を統計する。

2. 生存率の評価：

   • 角膜点火期間中および点火基準に到達した後のマウスの生存率を評価する。

3. 生体サンプルの収集：

   • マウスは点火基準に到達した後24-72時間以内に安楽死され、脳組織を迅速に取り出し、組織切片およびタンパク質検出を行う。

4. 分子生物学的検出：

   • ウエスタンブロット法を用いて海馬および前頭前皮質内のセロトニン（5-HT）経路関連タンパク質（例えばトリプトファンヒドロキシラーゼ2、モノアミンオキシダーゼA、セロトニントランスポーター）およびAD関連タンパク質（例えばPS1、PS2、Aβ）の発現を検出する。

5. 免疫組織化学分析：

   • 免疫組織化学法を用いて海馬および皮質内のアストロサイト（GFAP）、ミクログリア（IBA-1）、神経細胞（Neun）およびAβなどの陽性細胞数とタンパク質発現密度を評価する。

実験結果

1. 角膜点火効果：

   • APP/PS1雌性マウスは対照群マウスよりも点火されやすく、高いてんかん負担を示し、点火基準により速く到達する。
   • APP/PS1雄性マウスは雌性マウスと同じ点火率およびてんかん負担の差異を示さなかった。
   • PSEN2-N141Iマウス（雄性、雌性）は顕著な点火率およびてんかん負担の差異を示さなかった。

2. 生存率：

   • 早期に点火基準に到達した後、APP/PS1マウスの死亡率が顕著に増加（約75%）。
   • PSEN2-N141Iマウスは顕著なてんかん誘発死亡率を示さなかった。

3. 分子生物学および免疫組織化学結果：

   • 点火状態のAPP/PS1マウスの海馬では、トリプトファンヒドロキシラーゼ2およびモノアミンオキシダーゼAのタンパク質発現が顕著に減少し、セロトニントランスポーターの発現が増加する。
   • APP/PS1 マウスは Aβ斑蓄積を示さなかったが、Aβタンパク質レベルは増加した。
   • アストロサイトおよびミクログリアの反応が顕著に増強され、特にCA3および歯状回領域で顕著であった。
   • PSEN2-N141Iマウスは明らかな影響を示さなかった。

結論及び意義

この研究は、ADの初期段階で誘発された神経細胞の過剰興奮性が、5-HTシグナル経路を撹乱することにより、ADの病理特徴を悪化させ、死亡を加速させることを初めて直接証明した。研究結果はまた、慢性てんかん発作および神経細胞の過剰興奮性がAPP/PS1マウスのAβタンパク質レベル上昇を引き起こすが、斑蓄積はないこと、そして明らかなグリア細胞の反応をもたらすことを示している。

研究は、早期および持続的な神経細胞の過剰興奮を抑制することがADの長期病理特徴を減速させる可能性があり、潜在的な治療介入に対するさらなる研究を呼びかけている。神経細胞の過剰興奮を早期に処理することで、ADの進行を軽減し、患者の寿命を延ばす可能性がある。これは、将来のAD研究と治療に新たな視点と方向性を提供するものである。

研究のハイライト

1. 初期神経細胞興奮性がAD進行に与える影響の識別：

   • AD病理特徴（例えばAβ斑）の形成前に、初めて神経細胞過剰興奮が病気の長期的な結果に直接影響を与えることを証明。

2. 新規治療ターゲットの発見：

   • 5-HT経路が神経細胞過剰興奮性とAD病理特徴の悪化において鍵となる役割を果たすことを識別し、新型治療法の潜在的なターゲットを提供。

3. 角膜点火モデルの応用：

   • 角膜点火は効果的で制御可能な実験モデルとして、てんかんとADの関係を研究するための一つの実行可能な方法を提供。

4. 性差：

   • APP/PS1雌性マウスが雄性マウスよりもてんかん点火されやすいことを発見し、研究において性差を考慮する重要性を強調。

この研究は、メカニズムから見ててんかんとADの関係を深く解析しただけでなく、神経細胞過剰興奮を介入することでADの進行を緩和するための新たな方向性と希望を提供するものである。