炎症性うつ病行動およびそれに関連する「炎症の嵐」におけるBMAL1の役割

はじめに

2019年の世界疾病負担研究によると、精神障害は世界の負担トップ10の原因の1つとされ、うつ病はその主要な要因です。世界中で3.5億人以上がうつ病に苦しんでおり、これは世界で最も一般的な障害の原因となっています。臨床的には多くの抗うつ薬が提供されていますが、初期治療として選択的セロトニン再取り込み阻害薬(SSRI)の効果が限定的であるため、30%以上の患者がこの第一選択治療に耐性を示します。N-メチル-D-アスパラギン酸受容体(NMDAR)拮抗薬であるケタミンは、その強力で迅速な抗うつ作用により大きな関心を集め、うつ病治療の新しい方向性として報告されていますが、その正確な作用メカニズムはまだ不明です。したがって、うつ病の発症メカニズムを深く研究し、新しい効果的な薬物治療法を開発することは急務です。

ストレスと腸脳軸機能障害の既知の病態生理学的作用に加えて、神経炎症または神経免疫メカニズムがうつ病の進行に重要な役割を果たしているという証拠が増えています。感染患者はうつ病にかかりやすく、うつ病患者も「炎症の嵐」または「サイトカインの嵐」と呼ばれる炎症因子、例えばC反応性タンパク質(CRP)、インターロイキン6(IL-6)、腫瘍壊死因子-α(TNF-α)を過剰に放出します。さらに、最近のメタ分析では、抗うつ薬に反応しない患者に異常な炎症プロセスが存在し、CRPのベースライン値が高いことが示されています。我々の予備研究では、慢性ストレスまたはリポ多糖(LPS)誘導性うつ病のラットがうつ病様行動を示し、血漿CRPおよびIL-6濃度の増加、および脳由来神経栄養因子(BDNF)の減少を伴うことを発見しました。これらの発見は、炎症とうつ病の間の病理生物学的重複を支持しています。

ミクログリアは中枢神経系(CNS)の炎症反応の重要な調節因子であり、CNSの常在マクロファージです。ミクログリアの活性化状態は、それが炎症促進性か神経保護性かを決定します。活性化されたミクログリアは炎症因子の放出を促進し、神経損傷を引き起こします。我々の予備研究結果では、小脳橋および海馬領域のミクログリアがアルツハイマー病(AD)モデルラットで蓄積することが分かりました。

複数の研究が、炎症が生体時計メカニズムを破壊することにより概日リズムを変化させ、IL-6を標的とした治療が睡眠障害を改善できることを示しています。ミクログリアの重要な調節因子として、起動受容体ファミリーの不均衡は体内活動に影響を与え、さまざまな疾患で多様な結果をもたらす可能性があります。さらに、概日リズム障害は精神障害でよく見られ、うつ病と概日リズム障害には双方向の関係があります。概日リズムの中断はうつ病の発症と重症度を促進する可能性があり、逆にうつ病はさらに概日リズムを乱す可能性があります。脳の時計を外部環境の時間と同期させることでうつ症状を軽減できます。

上記の背景に基づき、本研究は概日リズム時計遺伝子、特に脳および筋ARNT様タンパク質1(BMAL1)の炎症とうつ病の間の役割を探ることを目的とし、LPS刺激ラットとBV2細胞を研究モデルとして採用しました。

研究出典

本論文研究はXu Dan-Dan、Hou Zhi-Qi、Xu Ya-Yunなどの学者によって完成され、著者らは安徽医科大学、解放軍総合病院などの機関に所属しています。論文は2024年1月に発表され、「Journal of Neuroimmune Pharmacology」に受理されました。

実験設計とプロセス

実験動物とモデル確立

実験では2ヶ月齢の雄性SDラットを使用し、それぞれ1週間の適応期間後、対照群とLPSモデル群にランダムに分けました。モデル群のラットには1日おきに0.5mg/kgのLPS(大腸菌由来、055：B5血清型)を腹腔内注射し、対照群には同量の無菌生理食塩水を注射しました。投与後24時間で強制水泳試験(FST)を行い、4回の注射完了後に一連の行動テストを実施しました。

行動学的テスト

すべての行動テストは静かな防音室内で行われ、オープンフィールドテスト(OFT)、高架式十字迷路テスト(EPM)、Y迷路テスト(Y-Maze)、ショ糖選好テスト(SPT)が含まれます。実験結果は、4回のLPS注射後のモデル群ラットがうつ病様行動を示し、LPSが成功的にうつ病モデルを誘導したことを証明しました。

炎症の嵐の検出

LPS注射により、モデル群ラットの血清IL-6、TNF-αおよびCRP濃度が有意に増加し、海馬のIL-6およびTNF-αタンパク質発現レベルが増加しました。これはLPSが「炎症の嵐」を誘導したことを証明しています。

HPA軸活性と副腎皮質形態学的観察

LPS処理により、モデル群ラットのコルチゾール(CORT)濃度と視床下部のCRH mRNAレベルが有意に増加し、副腎皮質に軽度から中等度の形態学的変化が生じ、HPA軸の過剰活性化が示されました。

BDNFとシナプス可塑性関連タンパク質発現の検出

LPS刺激時間の増加に伴い、海馬と視床下部のBDNF、シナプス関連タンパク質(Syt-1など)の発現が徐々に減少し、うつ病におけるBDNFとシナプス可塑性の重要な役割を示唆しました。

概日リズム関連指標の検出

LPS処理後、モデル群ラットの直腸温度変動、血清メラトニンおよびコルチコステロン濃度が有意に変化し、海馬のBMAL1タンパク質発現が増加し、PER2、CRY2およびCLOCKタンパク質が有意に減少しました。視床下部のBMAL1発現は逆の傾向を示し、概日リズムの乱れを示唆しました。

細胞実験

研究ではBV2ミクログリア細胞を体外モデルとして使用し、LPS処理により細胞生存率の低下、貪食能力の増加、TNF-αとIL-6タンパク質発現の上昇、およびBMAL1タンパク質発現の増加が観察されました。小さな干渉RNA(siRNA)技術を用いてBMAL1発現を下方制御すると、LPSによって引き起こされた病理学的変化が逆転し、炎症反応におけるBMAL1の重要な役割が示されました。

研究結果と意義

主な結果

1. LPSはラットにうつ病様行動を誘導し、FSTでの不動時間の増加とSPTでのショ糖選好指数の低下として現れました。
2. LPSはHPA軸の過剰活性化と「炎症の嵐」を引き起こし、血清および脳内のTNF-αとIL-6が有意に上昇しました。
3. LPSはラットの海馬と視床下部におけるBDNFとシナプス関連タンパク質の発現を減少させ、概日リズム関連タンパク質BMAL1は海馬で増加し、視床下部で減少しました。
4. BV2細胞実験では、LPS処理によりBMAL1、TNF-αおよびIL-6タンパク質発現が増加し、BMAL1の抑制によりこれらの変化が逆転しました。

結論とハイライト

本研究は、炎症とうつ病の間の潜在的な架け橋としてのBMAL1の役割を明らかにし、BMAL1の不均衡が炎症の嵐と概日リズムの乱れを引き起こし、うつ病の病理学的変化につながる可能性があることを指摘しました。この発見は、新しい抗うつ薬のターゲットを探索するのに役立ち、疾患の予防と治療に新しい視点を提供します。

研究の意義と価値

本研究は、炎症関連うつ病におけるBMAL1の新しいメカニズムを提供するだけでなく、概日リズム遺伝子とうつ病および神経炎症を結びつけ、うつ病の発症メカニズムに対する理解を拡大しました。同時に、研究結果は、BMAL1およびその関連経路の調節がうつ病治療の新しい方法となる可能性を示し、将来の治療戦略の開発に貴重な情報を提供しました。