I. 血圧制御の脳内機構

　食塩の過剰摂取によって血圧が上昇することは良く知られた事実であるが、そのメカニズムは長い間謎であった。その原因は、体液中のNa+濃度の上昇を感知するセンサーの実体とその場所、並びにシグナルを伝達する細胞機構と交感神経制御中枢までの経路が未解明であったことにある1)。我々は最近、この塩分依存性高血圧発症の脳内機構を初めて明らかにした2)。脳内の終板脈管器官(OVLT)のグリア細胞に、体液中のNa+濃度の上昇を感知して開口する特殊なNaチャンネルNaxが分布しており、このチャンネルに由来するシグナルが交感神経制御中枢である(paraventricular nucleus (PVN)とrostral ventrolateral medulla (RVLM))へ伝えられ、交感神経活動の活性化が誘導されることが解明された。この交感神経の活性化によって末梢の血管が収縮することが血圧上昇の機序であった（図1）。一方、肥満やストレスによっても血圧が上昇することが知られているが、これも脳内の交感神経制御中枢が活性化することが原因と言われている。

図１. 食塩の過剰摂取による血圧上昇を司る脳内メカニズム

　肥満やストレス負荷時にはレプチン、アンジオテンシンII、アルドステロン等の血中濃度が上昇するが、これらの血圧上昇因子が脳内のどこで受容され、そのシグナルがどのような経路で交感神経制御中枢に伝えられているのか、わかっていない。我々は、これらの因子の脳内での受容は、血液－脳関門を欠く脳室周囲器官（図2）で行われていると推定している。

図２. 脳室周囲器官

　今後、これらの因子の脳内における受容部位を同定するとともに、それぞれのシグナルの伝達経路を明らかにする。具体的には、受容体を有する脳室周囲器官の細胞を同定し、そのシグナルが神経回路の活性化につながる機構を解明するとともに、交感神経制御中枢までの経路を明らかにする。さらに、これらのシグナルが中枢神経核においてNa+濃度上昇のシグナルと統合される仕組みを明らかにする。このために、ウィルスベクターを用いたトレーサーによる神経路解析法、特定の神経回路の機能を解析する光遺伝学、蛍光Ca++プローブによる細胞レベルの神経活動イメージング（図3および動画1）等の最新の解析法を、血圧のテレメトリー解析と組合せて用いる。

図３. Ca++イメージング実験中のマウス


動画1. ある神経核の神経活動を示す実際のCa++イメージ

＜参考文献＞
1. Noda M. and Sakuta H. (2013) Central regulation of body-fluid homeostasis. Trends Neurosci. 36, 661-673.
2. Nomura K, Hiyama TY, Sakuta H, Matsuda T, Lin C-H, Kobayashi K, Kobayashi K, Kuwaki T, Takahashi K, Matsui S, and Noda M. (2018) [Na+] increases in body fluids sensed by central Nax induce sympathetically mediated blood pressure elevations via H+-dependent activation of ASIC1a. Neuron 101, 60-75.

　ヒトを含む陸生動物には体液の状態を常に一定に保つ機構(体液恒常性)が備わっている。例えば、脱水時には、喉が渇いたと感じたり、塩分の摂取を避ける。これは脳が常に体液状態をモニターしており、体液状態に応じて水分欲求や塩分欲求をコントロールしているためである。体液情報のモニタリングは、脳弓下器官(SFO)や終板脈管器官(OVLT)、最後野(AP)と呼ばれる血液－脳関門が欠損している感覚性脳室周囲器官で行われている。最近になり、我々の研究を中心に、それぞれの器官を起点とした水分および塩分摂取制御を司る神経機構が明らかになってきた1-4)。この研究の一環として、ヒトにおいて、Naxに対する自己免疫の発生によって高Na血症を発症する新しい症候群があることを発見した5)。

　ペプチドホルモンであるアンジオテンシンII ( Ang II )は脱水時および脱塩時に血中濃度が上昇し、水分欲求と塩分欲求を促進させることが知られている。我々の研究から、SFOに水分摂取を誘導する「水ニューロン」および塩分摂取を誘導する「塩ニューロン」が存在することが明らかになった1)。水ニューロンおよび塩ニューロンはいずれもAng IIの受容体を発現していた。脱水時においては、SFOのグリア細胞に発現しているNaxが体液Na+濃度の上昇を感知し、乳酸の分泌を介して抑制性であるGABAニューロンを活性化させ塩ニューロンの活動を抑えることによって、水分摂取行動を選択的に誘導していた1) (図1, 2)。一方、塩欠乏時においては、コレシストキニン(CCK)に応答する別のGABAニューロンが水ニューロンの活動を抑えることで、塩分摂取行動を選択的に誘導していた1)。また、OVLTでは、Naxが体液Na+濃度の増加を感知した後、グリア細胞からのエポキシエイコサトリエン酸(EET)の分泌を介してTRPV4陽性ニューロンを活性化し、水分摂取行動を誘導することを明らかにしている4)。

図1. SFOにおける体液[Na+]のセンシング機構



図2. 体液状態がAngIIによる水分摂取および塩分摂取を選択的に制御する神経機構

　一方、浸透圧を感知する脳内センサー分子や神経機構は未だに明らかにされていない。我々の研究室では引き続き、Na+濃度や浸透圧などの体液情報を感知するための脳内機構、ならびにSFOやOVLTの下流における神経情報の統合機構を明らかにすることを目指している。そのため、光を用いて人為的に神経活動を制御するオプトジェネティクス(動画1)や神経細胞集団の活動を観察する in vivoカルシウムイメージングなど、最先端の神経科学的手法を用いて研究を進めている。

動画2. オプトジェネティクスを用いて飲水行動が人為的に誘導されたマウス

＜参考文献＞
1. Matsuda T., Hiyama TY, Niimuara F, Matsusaka T, Fukamizu A, Kobayashi K, Kobayashi K and Noda M. (2017) Distinct neural mechanisms for the control of thirst and salt appetite in the subfornical organ. Nature Neurosci. 20, 230-241.
2. Hiyama TY, Watanabe E, Ono K, Inenaga K, Tamkun MM, Yoshida S, and Noda M. (2002) Nax is involved in the sodium level sensing in the CNS. Nature Neruosci. 5, 511-2.
3. Shimizu H, Watanabe E, Hiyama TY, Nagakura A, Fujikawa A, Okado H, Yanagawa Y, Obata K and Noda M. (2007) Glial Nax channels control lactate signaling to neurons for brain [Na+] sensing. Neuron 54, 59- 72.
4. Sakuta H, Nishihara E, Hiyama TY, Lin CH and Noda M. (2016) Nax signaling evoked by an increase in [Na+] inCSF induces water intake via EET-mediated TRPV4 activation. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 311, R299-306.
5. Hiyama TY, Matsuda S, Fujikawa A, Matsumoto M, Watanabe E, Kajiwara H, Niimura F, and Noda M. (2010) Autoimmunity to the sodium-level sensor in the brain causes essential hypernatremia. Neuron 66, 508-522.

　肥満は、メタボリックシンドロームやⅡ型糖尿病、高血圧症、脂質異常症、脂肪肝・脂肪肝炎、動脈硬化などの原因となる。現在の日本における肥満者(BMI25以上)の割合は、男性の3割、女性の2割に達しており、糖尿病患者も人口の約8％に及ぶなど大きな問題となっている。肥満は過剰な摂食を継続することによって生じる。しかしながら、摂食制御とエネルギー代謝の調節機構については十分に解明されていない。また、肥満にともなう様々な病態の発症機構についても不明な点が多く残されている。

　摂食と代謝の制御において、タンパク質のチロシンリン酸化を介した情報伝達系が重要であることが知られている。糖代謝の制御において重要なホルモンであるインスリンと、摂食制御において重要なホルモンであるレプチンは、ともにチロシンリン酸化を介した情報伝達を行う。インスリンは膵臓から分泌され、血糖値を減少させるように働くが、肥満を通して筋肉や肝臓などの標的器官においてインスリンに対する応答性が減弱する「インスリン抵抗性」が問題になっている。一方、レプチンは脂肪細胞から分泌され、脳内の視床下部に働いて摂食を強力に抑制する。肥満症患者では血中のレプチン濃度が上昇しているにも関わらず、視床下部において「レプチン抵抗性」と呼ばれるレプチンの作用不全が生じることにより、摂食抑制が起こらないことが問題となっている。また、レプチンは肥満によって誘導される高血圧症において主要な原因となっていることが明らかになっている。

　我々は、タンパク質のチロシンリン酸化シグナルを制御する受容体型プロテインチロシンホスファターゼ(RPTPs)について解析を進め、RPTPは細胞膜の受容体型プロテインチロシンキナーゼを基質として、その活性（化）を制御していることを見出した1)。これまでに、RPTPの一つであるPTPRJが生体内でインスリンシグナルとレプチンシグナルを抑制する機構を明らかにしている2, 3)（図１）。すなわち、Ptprj遺伝子欠損マウスは、インスリンとレプチンの両シグナルが亢進しており、血糖維持能と抗肥満能が増強している。また、肥満時には視床下部においてPTPRJの発現上昇が起こり、これが「レプチン抵抗性」の原因となっていることを明らかにした（図2、3）。

　引き続き、遺伝子組換えマウスやウイルスベクターを用いた解析を進めることで、食欲の制御機構と肥満にともなう様々な病態の発症機構を明らかにする計画である。さらに、抗肥満薬や肥満にともなう様々な病態を改善する薬剤の開発も進めて行く。

図1. PTPRJによるインスリンシグナルとレプチンシグナルの抑制


図2. 摂食中枢へのPTPRJを発現するウイルスの注入


図3. 摂食中枢へのPTPRJの過剰発現によるレプチン抵抗性の誘導
（vehecle投与とレプチン投与時の体重変化を測定）

＜参考文献＞
1. Sakuraba J, Shintani T, Tani S, and Noda M. (2013) Substrate specificity of R3 receptor-like protein-tyrosine phosphatase subfamily toward receptor protein-tyrosine kinases. J. Biol. Chem. 288, 23421-23431.
2. Shintani T, Higashi S, Suzuki R, Takeuchi Y, Ikaga R, Yamazaki T, Kobayashi K and Noda M. (2017) PTPRJ inhibits leptin signaling, and induction of PTPRJ in the hypothalamus is a cause of the development of leptin resistance. Sci. Reports 7, 11627.
3. Shintani T, Higashi S, Takeuchi Y, Gaudio E, Trapasso F, Fusco A and Noda M. (2015) The R3 receptor-like protein-tyrosine phosphatase subfamily inhibits insulin signaling by dephosphorylating the insulin receptor at specific sites. J. Biochem. 158, 235-248.