末梢神経損傷後のCLによる増強再生におけるマクロファージの役割

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マクロファージ 末梢神経再生 CL反応 神経炎症 CCR2

#末梢神経再生における大食細胞の重要性に関する研究

背景と研究目的

1990年代以降、大食細胞が末梢神経再生を促進し、特に条件付き損傷（Conditioning Lesion, CL）応答において重要な役割を果たすことが明らかになった。坐骨神経損傷後、大食細胞は損傷部位、損傷部位の遠位の神経、および切除された背根神経節（Dorsal Root Ganglia, DRG）に蓄積する。大食細胞の反応は、常在性大食細胞と動員された単球由来大食細胞（Monocyte-Derived Macrophages, MDMs）に由来する。しかし、どの部位でどのタイプの大食細胞集団が神経再生において重要な役割を果たすかは、依然として未解決の問題である。そのため、本論文の著者は一連の実験を通じて、CL増強神経再生における異なるタイプの大食細胞の役割を探究した。

著者と所属機関

この論文の著者はAaron D. Talsma、Jon P. Niemi、Richard E. Zigmondであり、それぞれCase Western Reserve Universityに所属している。この論文は2024年の『Journal of Neuroinflammation』に掲載された。

研究プロセス

実験設計

著者はCCR2遺伝子ノックアウト（Ko）およびCCR2gfp/gfpノックイン/ノックアウト（Ki/Ko）マウスを使用し、MDMの動員を阻止した。坐骨神経CLモデルにおいて、CL増強再生におけるMDMsと常在性大食細胞の必要性を調査し、損傷誘導性神経炎症を特徴づけた。

実験手順と処理方法

  1. 大食細胞の取得と注入：

    • 8〜20週齢のマウスを使用し、性別がCL応答に顕著な影響を与えないことを確認したため、性別が均等な実験群を選択した。
    • マウスの坐骨神経を片側切断し、微小手術で坐骨神経を露出して切断し、CLモデルを作成した。

  2. 再生測定と免疫蛍光染色：

    • 両側近位テスト損傷（TLs）後2日目に、in vivoで再生を測定し、免疫蛍光染色で大食細胞を定量化した。
    • 実験結果については、Luxol Fast Blue染色とImageJソフトウェアを使用して画像分析と定量分析を行った。

  3. 特別な方法とツール：

    • 革新的にナノリポソームキャリア注入溶液（Clodronateなど）を使用して大食細胞をブロックし、レンチウイルス形質導入法と組み合わせて大食細胞の特定のマーキングと追跡を行った。
    • ImageJと画像分析アルゴリズムを適用して、神経再生の定量化と画像処理を行った。

データ分析と結果

再生の結果と大食細胞集団分析

  1. CCR2遺伝子ノックアウトマウスの再生パフォーマンス：

    • 研究では、CL増強末梢神経再生と脊髄背根の中枢CL応答の両方において、CCR2遺伝子ノックアウトマウスの再生能力が維持されることが明らかになった。これは、MDMsとDN環境が再生に必須ではないことを示している。

  2. CL部位の大食細胞：

    • 大食細胞はTLとCL部位に分布していたが、両者の間に有意差はなかった。TLの大食細胞は主にCCR2に依存し、CCR2遺伝子ノックアウトマウスでほぼ消失した。一方、CL部位のArg1+大食細胞は、CCR2遺伝子ノックアウトマウスで補償されていた。
    • Zymosanを使用して炎症を誘導し、intact WTの坐骨神経に注入した結果、Arg1+大食細胞が動員されたにもかかわらず、神経再生は増強されなかった。

  3. Clodronate処理が再生に与える影響：

    • CCR2gfp KOマウスのCL部位にClodronateを注入すると、CL部位の大食細胞数が著しく減少したが、再生効果は影響を受けなかった。

結論と意義

実験により、坐骨神経中の大食細胞はCL応答の生成に必要でも十分でもないことが示された。DN環境の損傷誘導性大食細胞は再生を促進できず、これは損傷後の神経再生における大食細胞の機能を再評価する必要があることを示している。

研究のハイライト

  1. 革新的技術の適用：研究ではCCR2遺伝子ノックアウトモデルとナノリポソームCL実験を利用し、異なる部位と時間帯における大食細胞の変化を正確にブロックし観察した。
  2. データ定量化と画像処理：Luxol Fast Blue染色とImageJソフトウェアを採用し、データ定量化が正確で画像処理が厳密であり、実験の信頼性を保証した。
  3. 再生メカニズムの深い理解：実験は初めて系統的にMGMsとWD環境が神経再生に必須ではないことを排除し、再生メカニズムに新しい視点と理解を提供した。

これらの発見は、今後の末梢神経損傷の治療と研究に重要な理論的支持と実践的指針を提供し、将来の臨床および基礎研究の方向性に影響を与える可能性がある。

本研究は技術的手段においても革新を達成し、また科学理論においても重要な洞察を提供しており、再生医学分野の推進に重要な意義を持つ。