認知神経科学講義意識下認知機構：サイトカイン、フェロモン九州工業大学大学院生命体工学研究科脳情報専攻高次脳機能講座認知神経科学分野粟生修司 AOU Shuji サイトカインによる生体警告信号１．第六の感覚？ •かぜをひくと気分が悪くなる。熱が出る前から調子が悪い。 •肝炎の治療に使うインターフェロンは副作用として抑うつ症状を引き起こす。 •ストレスで血液中にエンドトキシン（リポポリサッカライド、LPS）やサイトカインが増加し、脳内でもサイトカイン（インターロイキン-1β、インターロイキン-6、インターフェロンα等）が発現する。 Interleukin-1 in the Central Nervous System Acute phase responses in the brain : Fever, Anorexia, Slow wave sleep↑, Pain modulation, Sympathetic nerve system↑, Neuroendocrine reactions ( CRH-ACTH-GC↑, GH↑, Prolactin↑, TSH↓, LH↓, Endorphin↑, Somatostatin↑) Neurotrophic or neurotoxic effect : Growth and proliferation of glial cells↑, NGF production↑, Neurite outgrowth of sympathetic ganglion cells↑, Neuronal cell death after, Neurodegeneration after ischemia or chronic stress↑, NMDA neurotoxity↓↑ GCグルココルチコイド、GH 成長ホルモン、LH黄体形成ホルモン、NGF: nerve growth factor神経成長因子、 TSH甲状腺刺激ホルモン Expression of IL-1b in the CNS 1) Brain insults 脳の損傷: Ischemia 虚血 ( Liu et al.,Northern,'93: Buttini et al., ISH, '94, etc ) Trauma 外傷 ( Fan et al.,Northern,'95: Gabellec et al., ISH,'99, etc ) CNS infection 感染 ( Blasi et al.,Northern,'93: Ben-Hur et al., ISH,'96, etc ) 2) Peripheral inflammation 末梢の炎症: LPS i.p. ( De Simoni et al., Northern,'95: リポポリサッカライド腹腔内注射 Buttini et al.,'95, ISH, etc ) 3) Physico-emotional stress 物理的-情動的ストレス: Immobilization stress ( Minami et al., Northern,'91: Suzuki et al., semi-quantitative PCR '97 ) IL-1β mRNA after LPS i.p. (block sample) 10-1 ** ** 10-2 Hypothalamus 10-3 10-4 10-1 IL1- b /GAPDH 10-2 control 1h 2h 4h n=6 n=5 n=5 n=4 ** ** ** Hippocampus 10-3 10-4 10-1 10-2 control 1h n=6 n=5 ** ** 2h 4h n=5 n=4 ** Cortex 10-3 10-4 control 1h n=7 n=5 2h 4h n=5 n=4 拘束ストレスで視床下部に発現する IL1-b mRNA Sample mRNA cDNA standard mimic DNA IL1- b /GAPDH co-amplification by PCR -3 10 BamHI digestion 拘束対照 * * * Target -4 10 -16.5 -15.5 -14.5 mimic DNA (log M) 競合的PCR 内側外側視索前野腹内側核２．免疫系から脳への信号１）活性化した免疫細胞は種々のサイトカイン（インターロイキン (IL)-1,IL-2,IL-3,IL-6,腫瘍壊死因子(TNF), インターフェロン (IF),Thymosins）や生理活性ペプチド(ACTH,プロラクチン PRL, TSH, エンケファリンENKs, エンドルフィンENDs, 成長ホルモンGH)を産生する。２）末梢サイトカインは脳室周囲器官や自律神経を介して中枢に信号を伝達する。３）神経細胞やグリア細胞もサイトカインを産生する。４）視床下部やその他の部位の神経細胞はサイトカインに感受性を有する。サイトカインの中枢伝達経路孤束核 1) 脳室周囲器官 4) 迷走神経 LPS Cytokines 2) サイトカイントランスポーター肝臓 (クッパ−細胞) COX2 3) 内皮細胞プロスタグランジンE2 マクロファージ etc LPS i.p. LPS Cytokines ３．サイトカインの中枢作用１）食欲抑制、発熱、睡眠誘発２）痛覚過敏（低濃度）、鎮痛（高濃度）３）学習・記憶機能の調節４）視床下部−下垂体−副腎軸の賦活化 –(1) 内分泌反応 –(2) 免疫機能の調節非発熱量の視床下部IL1-b による痛覚過敏三叉神経中脳路核wide dynamic neuronの痛覚応答 IL1- b 10 pg/kg 顔面ピンチ刺激 IL1- b 100 pg/kg -10 -5 5 10 15 20 50 Imp/s 25 30 40 50 60 min 一酸化窒素/プロスタグランジンを介する IL1-bのNA放出促進 NA (%) IL1- b NA(%) IL1- b * * 200 200 * * 150 150 * * * * 100 100 PG合成阻害剤 NO合成阻害剤 L-NNA (100 m M) 50 -200 -100 0 100 200 300 400 Diclofenac (500 mM) 50 -200 -100 0 100 200 300 400 Time ( min ) 脳内マイクロダイアリシス法４．サイトカイン受容体および細胞内信号伝達 1) NF-B を介するTNF, IL-1b 2) JAK-STATを介する (i) IL-3, IL-5, GM-CSF（共通のβ鎖を使用） (ii) IL-6, LIF , OSM, CNTF, CT-1 (gp130が共通) (iii) IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15, (IL-2 受容体γ 鎖を共有) (iv) エリスロポイエチン受容体, 成長ホルモン受容体（ホモ二量体化により活性化） 3) MAPK経路 4）PI3K, PLCγも関与ウィルス抗原エンドトシキン紫外線細胞障害と防御に関与する IBa 転写因子NF- B P IBa サイトカインフリーラジカル PKC活性化 p50 p65 free NF-B IBa p50 p65 p50 p65 炎症性酵素受容体 p50 p65 iNOS IL-2 receptor ( iCOX-2 5-lipoxygenase PLA 2 T-cell receptor ( mRNA a chain) b chain) 接着因子 intracellular adhesion molecule 1 炎症性サイトカイン vascular-cell adhesion molecule 1 TNF a , IL-1 E-selectin b , IL-2, IL-6 granulocyte-macrophage colony-stimulating factor macrophage colony-stimulating factor granulocytee colony-stimulating factor ケモカイン macrophage inflammatory protein 1 macrophage chemotactic protein 1 IL-8, Gro- a , - b , &- g , eotaxin ５．脂質メディエーター 1)プロスタグランディンD2：睡眠誘発 2)プロスタグランディンE2：発熱、覚醒、摂食抑制、鎮痛（極低濃度／非発熱量） 3)血小板活性化因子（PAF）：摂食抑制フェロモンによる意識に登らない情報伝達生物の情報伝達物質種内個体間 Pheromon Releaser ph. 相手の行動を変化させる Primer ph. 相手の内分泌環境を変化させる Allomones 生産者に利益がある種間 Allelochemicals Kairomones 受容者に利益がある Synomones 生産者と受容者に利益がある Antimones 生産者と受容者両方に不利益無生物−生物間 Apneuones 無生物由来であるが作用を持つフェロモン個体から環境中に放出され、同種の個体で受容される信号。生殖や個体間情報など個体の生存に不可欠な情報を伝達する。特定の行動を速やかに誘発するリリーサー効果（ releaser pheromone）とホルモン分泌などの生理機能に影響を与えるプライマー効果（primerr pheromone）の二つに大別できる。１．生理作用 1）生殖機能への影響 (1)思春期前の雌の性成熟の促進と抑制雄による促進、母親による抑制 (2)性周期の同調母娘、女子寮、女性刑務所：腋下アポクリン腺 (3)マウス妊娠阻止反応（Bruce効果）交尾時の雄の尿中物質 (4)発情信号、誘惑信号コプリン（雌ザル）生理作用 2) 社会行動への影響 (1)個体識別、家系・種属の識別、コロニーの識別尿によるマーキング（イヌ、ネコ） (2)母子識別、母子親和性（嗅覚も関与）母乳を介する母子親和性（ヒト、羊、ラット、マウス） (3)配偶者選択主要組織適合抗原遺伝子による選択的体臭嗜好性（ヒト、マウス）生理作用 3) その他 (1)警戒フェロモン (2)年齢、性＊昆虫では：性行動誘発フェロモン、コミュニケーションフェロモン、警告フェロモン２．伝達経路鋤鼻器−副嗅球−扁桃体−視床下部１）嗅覚系と副嗅覚系が存在 (1) 鋤鼻器と副嗅球をもつ：偶蹄目、奇蹄目、食虫目、食肉目、霊長目（新世界ザル）、ゲッ歯目、有袋類 (2) 鋤鼻器のみもつ：霊長目（ヒト） 2）嗅覚系のみ存在：霊長目（旧世界ザル）、鰭脚目 3）どちらも退化：鯨目、海牛目＊水棲動物には存在しない。樹上動物では退化の傾向フェロモン受容機構とその伝達経路嗅上皮嗅神経梨状皮質嗅球視床背内側核前頭眼窩野ピット鋤鼻神経？副嗅球？扁桃体鋤鼻器鋤鼻器電位視床下部ヒトでは鋤鼻器はあるが鋤鼻神経や副嗅球は存在せず主嗅覚系は梨状皮質を経て、内嗅野、扁桃体、視床を含め、さまざまな経路を経て最終的に前頭眼窩野へ達する。一方、鋤鼻系は副嗅球から扁桃体から分界条床核、視索前野へ至り、さらに視床下部へ投射する。３．フェロモン受容体 7回膜貫通型G蛋白共役型受容体。 1細胞−1受容体。 V1R：100種。 V2R：100種、細胞外ドメインが非常に長い。４．同定されたフェロモン •Z-7-ドデセニルアセテート（ゾウ、イラクサキンウワバ（蛾）） •ブレビコミン（マウス、キクイムシ） •アンドロステノン（ヒト、ブタ）