反復低用量リポ多糖前処理による反復社会的敗北ストレス誘発行動異常および異常免疫応答の改善

背景紹介

ストレスは人体の健康に顕著な影響を与え、特に慢性ストレスは多くの生理的および心理的障害を引き起こす。視床下部-下垂体-副腎（HPA）軸は主要な神経内分泌系であり、グルココルチコイド（コルチコステロンやコルチゾールなど）を分泌してストレス反応を調節する。しかし、持続的な慢性ストレス曝露はHPA軸の調節機能を乱し、グルココルチコイドのネガティブフィードバック機構に影響を与え、生理機能の障害をもたらす。同時に、グルココルチコイドは炎症反応を含む免疫系も調節する。このストレスホルモンは体外で免疫細胞を刺激し、血液脳関門や中枢神経系の二次メッセンジャー経路を通じて中枢神経系に入り、特にミクログリアなどの常在免疫細胞を活性化する。多くの研究が、慢性炎症と脳機能障害（感情、認知機能、行動パターンを含む）との密接な関連を示している。

近年の研究では、低用量リポ多糖（lipopolysaccharide, LPS）前処理が耐性状態を誘導し、炎症反応を再構成して炎症性因子の産生を減少させることが発見された。LPS耐性はいくつかの神経疾患モデルで神経保護効果を示しているが、感情障害の予防効果についてはまだ完全に解明されていない。

研究出典

この「Repetitive Administration of Low-Dose Lipopolysaccharide Improves Repeated Social Defeat Stress-Induced Behavioral Abnormalities and Aberrant Immune Response」と題された論文は、Vichuda Charoensaensuk、Wei-Lan Yehらの研究者によって共同で完成され、Journal of Neuroimmune Pharmacology誌2024年第19巻38ページに掲載された。この論文は、LPS前処理が反復社会的敗北ストレス（RSDS）マウスの行動異常および異常免疫反応に与える影響とその潜在的メカニズムを探究することを目的としている。

研究プロセス

本研究では、8週齢のオスC57BL/6マウスと25週齢のオスCD-1(ICR)マウスを使用した。C57BL/6マウスは実験群と対照群に分けられ、標準的な実験室条件下で飼育された。すべての動物実験は中国医科大学の動物ケアおよび使用ガイドラインに従って実施された。

動物処理とRSDS手順

C57BL/6マウスは、内毒素耐性を誘導するために0.5 mg/kgのLPSを腹腔内注射で4日間連続で1日1回前処理された。その後、マウスは6日間のRSDS手順を経験した。RSDS手順は標準操作手順に従って実施され、毎日複数のC57BL/6マウスを異なるICR攻撃者の小ケージに2時間の身体接触のために入れ、接触終了後は自分のケージに22時間戻された。

行動テストとサンプル採取

RSDS手順終了後11日目に、社会的相互作用テスト、高架式十字迷路テスト、明暗箱テストを実施し、血清と脳組織サンプルを採取して更なる分析に用いた。別の実験では、RSDS手順終了後12-13時間以内に、脳、血液、脾臓、骨髓サンプルを採取し、白血球分析に使用した。

細胞培養と内毒素耐性誘導

成体マウス脳ミクログリア（IMG）と新生児マウス脳ミクログリア（BV2）を10%胎児牛血清と1%ペニシリン-ストレプトマイシンを含むDMEM培地で培養した。細胞内毒素耐性反応を誘導するために、細胞を10 ng/ml LPSで20時間処理し、その後500 ng/mlの組換えマウスリポカリン2（LCN2）タンパク質で12時間処理してからmRNAを抽出した。

研究結果

LPS耐性はRSDSによる社会的回避行動を緩和する

LPS前処理は、ターゲットが存在する際のRSDSマウスの交互作用ゾーンでの滞在時間を有意に延長し、同時にコーナーゾーンでの滞在時間を減少させた。これはLPS耐性がRSDSマウスの社会的回避行動を緩和し、同時に正常マウスの社会的相互作用に顕著な影響を与えないことを示している。

LPS耐性はRSDS誘発の不安行動を改善する

高架式十字迷路実験と明暗箱実験を通じて不安行動をテストした結果、LPS前処理はRSDSマウスのオープンアームと明るい区域での滞在時間を有意に増加させ、閉鎖アームと暗い区域での滞在時間を減少させた。これはLPS耐性がRSDSによる不安行動を緩和できることを示している。

LPS耐性はRSDSマウスの海馬におけるストレス関連タンパク質に影響を与える

RSDSマウスの海馬におけるモノアミンオキシダーゼ（MAO-AとMAO-B）とグルココルチコイド受容体（GR）の発現レベルが有意に変化した。LPS前処理はMAO-AとMAO-Bの発現を有意に低下させ、GRの発現を増加させた。これはLPS耐性がストレス関連タンパク質を調節することで、社会的回避と不安行動を改善することを示している。

LPS前処理はCCL2-CCR2軸を介して末梢の炎症性単球の脳への浸透を調節する

フローサイトメトリー分析により、RSDSマウスの脳内CD11b+CD45hi末梢白血球およびCD11b+CD45hily6chiccr2+炎症性単球が有意に増加していることが分かった。LPS前処理はこれらの細胞数を有意に減少させた。さらに、LPS前処理はCCL2/CCR2軸の末梢炎症性単球の脳への浸透における役割を低下させた。これはLPS耐性がこの軸を通じてRSDS誘発の炎症と行動異常を緩和できることを示している。

LPS耐性はリポカリン2（LCN2）誘導のミクログリア活性化とCCL2発現を抑制する

LPS前処理は、RSDSマウスの脳内ミクログリアの活性化状態とLCN2の発現を有意に低下させた。in vitro実験でも、LPS前処理がLCN2によるミクログリアのCCL2、IL-6、IL-1β、TNF-αの過剰発現を効果的に抑制することが示された。これはLCN2がミクログリア活性化において重要な調節役割を果たしており、LPS耐性がLCN2発現を調節することでRSDS誘発の免疫異常を改善できることを示している。

LPS耐性はRSDSマウスの海馬における内因性抗酸化物質レベルを促進する

さらなる研究により、RSDSマウスの海馬におけるGCLM、GCLC、NQO1などの内因性抗酸化物質や抗炎症性フェノタイプマーカーARG1の発現が有意に低下していることが分かった。LPS前処理はこれらの抗酸化タンパク質のレベルを有意に上昇させた。これはLPS耐性が内因性抗酸化物質の産生を促進し、炎症反応を抑制することで、社会的回避と不安行動を改善することを示している。

研究結論

本研究は、反復低用量LPS前処理が複数のメカニズムを通じてマウスをRSDS誘発の行動異常と免疫反応異常から保護できることを示している。研究結果は、LPS耐性が免疫系と中枢神経系の相互作用を調節し、末梢の炎症性細胞の脳への浸透を減少させ、脳と免疫系における炎症と抗炎症のバランスを維持することで、マウスをRSDS誘発の異常免疫反応と行動変化から保護することを支持している。