高血糖通过星形胶质细胞重编程增强脑对脂多糖诱导的神経炎症的易感性

学术背景紹介

糖尿病は、世界中の数百万人に深刻な影響を及ぼす慢性の代謝疾患であり、その特徴は高血糖（hyperglycemia）（血糖値の上昇）です。長年にわたり、研究は主に高血糖が末梢臓器に与える負の影響に焦点を当ててきましたが、近年、科学者たちは高血糖が中枢神経系（CNS）にも深刻な影響を及ぼすことを認識しています。高血糖は脳炎症および神経変性疾患の病理過程において重要な影響を持ち、特に糖尿病患者は健康な人々に比べて認知機能障害や重篤な脳損傷を起こしやすいです。しかし、高血糖が脳内細胞（特に星形膠細胞）に具体的にどのような影響を与えるのかはまだ明らかにされていません。本研究は、高血糖が脳炎症の進行にどのように関与するかを探ることを目的としています。

論文紹介

この「Hyperglycemia enhances brain susceptibility to lipopolysaccharide-induced neuroinflammation via astrocyte reprogramming」（高血糖が星形膠細胞の再プログラミングを介して脂多糖誘導性の神経炎症に対する脳の感受性を高める）という論文は、《Journal of Neuroinflammation》ジャーナルに発表され、著者にはKyung-Seo Lee、Sung-Hyun Yoon、Inhwa Hwang、Jeong-Hwa Ma、Euimo Yang、Rebekah Hyeyoon Kim、Eosu Kim、Je-Wook Yu（通訊作者）が含まれます。著者はいずれも韓国ソウルの延世大学医学部の複数の研究部門に所属しており、この論文は2024年に発表され、韓国政府資助の国家研究基金の支援を受けています。

研究詳細介绍

研究流程

研究はまず、ストレプトゾトシン（streptozotocin, STZ）を使用してマウスに高血糖状態を誘導し、関連する検査と分析を行いました。

• 実験マウス：C57BL/6マウス、Aldh1l1CreERT2マウス、Rosa26-tdTomatofl/flマウスおよびTmem119-EGFPマウス。
• 高血糖誘導：8週齢のオスC57BL/6マウスにSTZ（150mg/kg）を投与し、5日後に尾静脈から採血して空腹血糖を測定しました。血糖値が250 mg/dLを超えたマウスは本研究に使用しました。
• 末梢炎症誘導：マウスに腹腔内注射で脂多糖（LPS, 0.5mg/kg）を投与しました。

研究流程は以下を含みます： 1. フローサイトメトリー分析：脳細胞集団の変化を検出。 - マウスを高血糖と対照条件下に置く。 - 免疫細胞（CD45+）および非免疫細胞（CD45-）の数を分析、小膠細胞（CD45medCD11bmed）および浸潤マイエロイド細胞（CD45hiCD11bhi）の変化を検出。 - 星形膠細胞の増加はGFAPとAcsa2抗体で標識して検出。

1. 免疫組織化学分析：GFAPおよびIba1抗体を用いて星形膠細胞および小膠細胞を染色。

2. RNAシーケンシング分析：分離し、星形膠細胞のトランスクリプトーム変化を分析。

   • サイトソーターを使用してtdTomatoを標識した星形膠細胞を分離。
   • 差次的遺伝子発現分析および遺伝子オンロジー（GO）富集分析を実施。

3. 行動テスト：

   • 新規物体認識（NOR）タスクおよびY迷路タスクを使用して認知機能を評価。
   • マウスにLPS注射後に行動テストを実施し、探索時間および自発交替率を計算。

4. 血液脳関門（BBB）の浸透性検査：Evans 青色染料の漏出を通じてBBBの完全性を評価。

主な結果

1. 星形膠細胞の増殖：研究は、STZが誘導する高血糖状態が脳内の星形膠細胞の数を著しく増加させることを発見しましたが、小膠細胞や浸潤マイエロイド細胞の数にはほとんど影響がありません。エクスペリメント分析により、高血糖は星形膠細胞の増殖を促進することが示されました。

2. 星形膠細胞の再プログラミング：

   • 高血糖条件下では、星形膠細胞に著しい遺伝子転写の変化が見られ、特に細胞増殖および炎症反応に関与する遺伝子が顕著。
   • 高血糖が誘導する星形膠細胞は特有のA1反応性遺伝子の上昇を示した。

3. 末梢LPS誘導の神経炎症の増強：

   • 高血糖状態は、LPS誘導の髄系細胞の脳への浸潤を増強しました。
   • BBBの浸透性が増加し、星形膠細胞におけるアクアポリン4（AQP4）の減少がさらにBBBの損傷を確認しました。
   • 脳炎症の状態を評価し、高血糖状態ではLPS誘導の脳内サイトカイン（例えばTNF-α）の発現が顕著に増加しました。

4. 高血糖が末梢炎症に対して顕著な影響を与えないことを確認：

   • 末梢臓器における髄系細胞およびその反応性は、高血糖状態で顕著な変化を示しませんでした。
   • 高糖条件下では、末梢マクロファージがLPSまたはpoly(I:C)に対するIL-6生成に有意な変化を示しませんでした。

5. 星形膠細胞のグルコース駆動再プログラミング：

   • 高グルコース環境下では、星形膠細胞中の糖分解酵素の発現およびLPSに対する反応性が顕著に増加しました。

6. 認知機能の低下：

   • 行動テストは、軽度の末梢LPS注射が高血糖マウスの認知機能を著しく損ねることを示し、正常血糖マウスにはそのような影響は見られませんでした。

結論と意義

本研究は、高血糖が直接的に星形膠細胞の再プログラミングを誘導し、増殖性および促炎性表現型となることにより、軽度の末梢炎症に対する脳の感受性を高めることを示しました。この発見は、星形膠細胞が高血糖媒介による脳病理状態において重要な役割を果たしていることを示し、糖尿病関連の脳病変の治療に新たな視点を提供します。たとえば、高血糖誘導の星形膠細胞再プログラミングをターゲットにした介入が、新しい治療ターゲットとなり、糖尿病の合併症による脳病変の軽減に寄与する可能性があります。

研究ハイライト

• 革新点：高血糖が星形膠細胞の増殖および再プログラミングを直接的に誘導し、促炎性表現型に変化することを初めて実証しました。
• 重要な発見：高血糖は末梢の軽度炎症刺激に対する脳の感受性を著しく高め、髄系細胞の脳内浸潤および認知機能の損傷のリスクを増加させます。
• 実用的価値：糖尿病関連の脳病変を治療するための新たな研究方向および潜在的な治療ターゲットを提供しました。

この研究を通じて、科学者たちは高血糖が星形膠細胞および脳炎症に与える具体的な影響をさらに理解し、星形膠細胞が中枢神経系の恒常性維持において重要な役割を果たしていることを確認しました。また、糖尿病患者の脳病変の予防および治療に対する新たな潜在的介入手段も提供しました。