エンドセリン-1による脳幹グリアの活性化が、ATP-P2X4受容体シグナル伝達の増強を介して喘息性気道迷走神経過緊張を引き起こす

2024-08-02 Fri
エンドセリン-1 脳幹グリア活性化気道迷走神経過緊張 ATP-P2X4受容体喘息 Sprague–Dawleyラット
エンドセリン-1を介する脳幹グリア細胞の活性化は、ATP-P2X4受容体シグナル伝達の増強により喘息性気道迷走神経緊張亢進を引き起こす学術的背景喘息は世界的に主要な非感染性疾患の一つであり、社会的および経済的に大きな負担となっています。主な臨床症状には、気流閉塞、慢性気道炎症、感受性の増加、過剰反応が含まれます。これらの症状の出現は、気道迷走神経緊張亢進および気道迷走反射の増強と密接に関連しています。近年の研究により、気管支分岐の活性化が喘息患者の気道迷走反射増強の重要な要因であることが明らかになりました。しかし、中枢神経メカニズムはまだ不明です。
動物モデルにおいて、気道迷走反射弓の中枢ニューロンの興奮性増加は、反射出力を拡大するだけでなく、気道刺激がない場合でも喘息症状を引き起こす「喘息性気道迷走神経緊張亢進」をもたらす可能性があります。これまでの研究で、アレルギー性喘息ラットモデルにおいて、脳幹の細胞外ATP（アデノシン三リン酸）濃度が増加しており、これは主に細胞外ATPの分解に関連する酵素ecto-5’-ヌクレオチダーゼ（CD73）の発現と活性の低下に関連していることが分かっています。細胞外ATPはプリン作動性P2X受容体（P2X4R）を活性化することで気道迷走神経前ニューロンの興奮性を高め、喘息患者の中枢神経系内で気道迷走反射弓の興奮性を増強する可能性があります。
論文の出典この論文は「Endothelin-1 mediated brainstem glial activation produces asthmatic airway vagal hypertonia via enhanced ATP-P2X4 receptor signaling in Sprague-Dawley rats」というタイトルで、Journal of Neuroimmune Pharmacology (2024) 19:13に掲載されました。著者には、Yun Lin、Tian Liu、Hong Chenらが含まれており、全員が復旦大学基礎医学部に所属しています。論文は2022年11月29日に受理され、2024年4月1日に採択されました。
研究の詳細本研究の実験設計には、オバルブミン（Ovalbumin, OVA）を用いた喘息ラットモデルの作成、気道迷走神経緊張の評価、および脳幹の変化の観察が含まれています。実験は以下の複数のステップに分かれています：
研究プロセス実験動物：
中国科学院上海実験動物センターから購入した7週齢の雄性Sprague-Dawleyラット（180±10 g）。
喘息ラットモデルの作成：
ラットを対照群とOVA感作群に分けました。感作群のラットは0日目と7日目の朝にOVA（10 mg）とAl(OH)3（2 mg）の腹腔内注射を受け、14日目から28日目まで毎日5% OVAのエアロゾル暴露を受けました。対照群は同量の生理食塩水を投与されました。
実験操作：
一部の実験では、一部のラットがブロモ殺菌剤bq788や、shRNAを搭載したアデノ随伴ウイルス（AAV）の注射を受けました。これらの処置はP2X4受容体を抑制することを目的としています。
気道迷走神経緊張の検出：
電気生理学的記録法を用いて反復性喉頭神経放電（RLD）強度を評価し、カニューレを設置して即時に脳脊髄液（CSF）サンプルを採取し、ATP濃度を測定しました。
実験結果ET-1/EDNRBシグナルとATP/P2X4Rシグナルの増強：
ELISAの実験により、OVA感作ラットの脳幹内のET-1含有量が顕著に増加していることが示されました。RT-qPCRとWestern blotの結果は、EDNRB受容体とP2X4R受容体の発現が著しく増加していることを示しました。
グリア細胞とニューロンの活性化：
免疫蛍光染色により、EDNRBは主にアストロサイトで発現し、P2X4Rはニューロンで発現しており、対照群とOVA群の両方で顕著に増加していることが示されました。OVA感作ラットは顕著なグリア細胞の活性化を示し、アストロサイト（GFAP）とミクログリア（IBA1）のシグナルが増強されました。
気道迷走神経緊張亢進：
電気生理学的記録により、OVA感作群のラットは吸気相中のRLD強度が顕著に増加し、これはP2X4R拮抗薬（5-BDBD）と脳幹P2X4R遺伝子ノックダウン療法により著しく抑制されることが示されました。
Bq788治療の顕著な影響：
慢性的なBq788の腹腔内注射は、アレルギー性に増強されたRLD強度と肺機能低下を著しく緩和し、同時にP2X4Rの発現、CD73活性、およびCSF中のATP濃度の変化を逆転させました。
結論と意義これは、反復性喉頭神経放電を直接電気生理学的に記録することで、喘息モデルにおける気道迷走神経緊張亢進を検出した初めての研究です。研究結果は、EDNRBがアストロサイトの活性化を通じて重要な役割を果たし、増強されたATP/P2X4Rシグナルが中枢ニューロンにおいて気道迷走反射を増強させることを示しています。P2X4R拮抗薬は将来的に喘息症状を軽減する可能性があります。
研究のハイライトEDNRBとP2X4Rシグナル伝達の明確化：
OVA感作ラットにおいて、EDNRBとP2X4Rシグナル伝達が著しく増強されており、喘息性気道迷走反射におけるこれらの役割が明確になりました。
効果的な薬物介入：
慢性的なBq788治療は、アレルギー性に活性化されたグリア細胞と低下したCD73活性を効果的に逆転させ、この方法が将来の喘息治療において大きな応用の可能性を持つことを示しています。
方法論的革新：
反復性喉頭神経放電を電気生理学的に記録する方法は、実験的気道迷走神経緊張亢進を検出するための新しい感度の高い技術を提供し、非常に革新的です。
この研究は、喘息の中枢メカニズムの理解に新たな手がかりを提供するだけでなく、将来の喘息治療に新たな方向性を示しています。