2 綜　説統合失調症の分子病態解明を目指して新潟大学医学部医学科　総合医学教育センター医学教育推進部門　渡部雄一郎１．統合失調症とは新潟大学脳研究所分子神経生物学分野の那波ら統合失調症とは、主に思春期から成人前期に陽のグループは、後述する種々の研究成果に基づい性症状や陰性症状と呼ばれる特徴的な精神症状をて、サイトカインのシグナル伝達異常が統合失調呈して発病する疾患で、人口の約１％が罹患する。症の病態に関与しているとする「統合失調症のサ慢性の経過をたどることが多く、患者や家族の精イトカイン仮説」を提唱した（図１）1）。つまり、神的・経済的負担に加え、社会的な損失も大きい。何らかの遺伝要因が神経発達における脆弱性を形統合失調症には多くの偏見や否定的なイメージが成し、さらに脳損傷、感染、心理的ストレス因子つきまとっており、そのことも患者や家族を苦しといった環境要因が加わることにより、正常な神めている。現在では新たな治療法の開発により回経発達が阻害され、青年期以降に統合失調症の発復可能な疾患となってきているが、十分な効果が症に至ると考えられる。得られない一群の患者が存在することも事実である。統合失調症は複数の遺伝要因と環境要因が相互に影響し合って発症する複雑な脳疾患であると考２－１．死後脳・末梢血におけるサイトカイン発現異常えられているが、その分子病態はいまだ明らかで那波らのグループは、統合失調症患者の死後脳はない。根治的な治療法を開発するためにも統合や末梢血におけるサイトカイン発現異常を明らか失調症の分子病態を解明する必要がある。本稿でにしてきた。例えば、代表的な炎症性サイトカイは、その一端が明らかになりつつある統合失調症ンである interleukin-1β（IL-1β）とその受容体の分子病態について筆者らの研究成果を中心に概の内在性アンタゴニストである IL-1 receptor 説する。 antagonist（IL-1RA）のタンパク量を前頭前皮質、海馬、頭頂皮質、被殻で測定し、IL-1βは対照群２．統合失調症のサイトカイン仮説と差がなかったものの IL-1RA は前頭前皮質でのサイトカインとは細胞間の情報を伝達するタンみ減少し、その mRNA レベルも同部位で低下しパク質の総称であり、細胞の増殖や分化、細胞死ていることを示した2）。一方、血清の IL-1RA タなどに関与する。サイトカインの機能は、単一のンパク量は、抗精神病薬を服用していない患者群サイトカインが様々な生理活性をもつ多様性およで増加していたが、慢性期の患者群では変化が認び複数のサイトカインが同一の作用をもつ重複性められなかった。同グループからは、他にもによって特徴づけられる。免疫系や血液系でよく brain-derived neurotrophic factor（BDNF）、知られているように多種多様なサイトカインは相 epidermal growth factor（EGF）、neuregulin-1 互に作用し、複雑なネットワークを形成している。（NRG1）の発現異常が報告されている3）、4）。中枢神経系においてもサイトカインの生理機能に関する研究が進められ、神経細胞の発生・分化・生存維持、シナプス可塑性など神経発達に重要な役割を果たしていることが明らかにされている。新潟県医師会報　Ｈ26.11　№ 776 ２－２．新生仔期サイトカイン投与動物モデルの開発さらに那波らのグループは、新生仔期サイトカ 3 図１　統合失調症のサイトカイン仮説イン投与動物モデルを作製し、その妥当性を検証 clozapine の慢性投与により改善された。８週齢した。具体的には、生後２～ 10日まで過剰量のにおける新奇個体に対する社会行動は増加していサイトカインを実験動物に皮下投与し認知行動発たが、恐怖条件付け学習などの記憶学習課題では達を観察したところ、新生仔期にサイトカインを異常は認められなかった。投与された動物は性成熟後に統合失調症様の行動他のサイトカインについても同様の解析がなさ学的特徴を呈することが明らかとなったれており、その種類によって惹起される認知行動。 5）、6）ここでは例として、IL-1α投与動物について述発達の障害はそれぞれ異なることが明らかとなっべる。120dB の音に対する驚愕反応については、た（表１）。統合失調症の動物モデルという観点３週齢では異常はみられなかったが、８週齢ではからみると、EGF や NRG1投与動物は PPI 以外反応の増大が認められた。音などの強い感覚刺激にも社会行動の低下やメタンフェタミンへの過感（例：120dB）の直前（例：0.1秒前）にそれ自身受性を示すなど表面妥当性が最も高く、IL-1α 投では驚愕反応を引き起こさない程度の弱いプレパ与動物がそれに続くと考えられた。また EGF、ルス（例：75dB）を予め負荷することで主驚愕 NRG1、IL-1α投与動物では、PPI 低下が抗精神反応が減弱するプレパルス抑制（prepulse 病薬投与により改善されたことから一定の予測妥 inhibition, PPI）という現象が知られている。PPI 当性を有しているとみなせる。さらに EGF の発低下は統合失調症やハンチントン舞踏病などの精現異常が統合失調症患者の死後脳において認めら神・神経疾患をもつ患者で報告されており、脳内れていることから、新生仔期 EGF 投与動物は構の感覚運動ゲート機構（sensorimotor gating）の成妥当性の高い理想的な動物モデルといえる。障害を反映していると考えられている。PPI はヒトと動物でほぼ同じ試験デザインが適応できると３．統合失調症のゲノム解析いう利点があり、統合失調症動物モデルの評価法統合失調症の遺伝率は、双生児研究のメタ解析として汎用されている。IL-1αを投与された動物では81％、スウェーデンの国民記録簿に基づいたでは、８週齢で PPI 低下が認められ、さらに週研究では64％と推定されており、遺伝要因の関与齢が経過しても PPI の低下が持続し永続的な変が大きい。このためゲノム解析は統合失調症の分化であった。PPI 低下は抗精神病薬である子病態解明における最も有力なアプローチとして新潟県医師会報　Ｈ26.11　№ 776 4 表１　新生仔期サイトカイン投与動物の認知行動発達期待されている。統合失調症の発症には、頻度はが9）-11）、確定的なリスク多型を同定することはで高いが相対危険度は低いリスク多型と頻度は稀だきず、その主な理由はサンプル数とマーカー数のが相対危険度の高いリスク変異の両方が関与して不足であった。いるものと考えられている（図２）。最近では、ゲノム上に存在する多型を（半）網羅的に解析するゲノムワイド関連解析が大規模サ３－１．リスク多型ンプルで行われるようになり、最新のメタ解析で頻度は高いが相対危険度は低いリスク多型の同は108のリスク座位が同定されている。日本人に定を目指して、従来は、統合失調症の病態仮説におけるゲノムワイド関連解析により見出された候基づいた候補遺伝子解析が行われ、筆者らもサイ補リスク多型の追試では、大規模サンプル（症例トカイン関連遺伝子を中心に解析してきた。 6,668・対照12,791）のメタ解析により、ゲノムワしかし、関連を示す報告がなされると、追試によイドに有意な関連が示され、これに筆者も貢献しり関連が否定されるということが繰り返されてきた12）。しかし、個々のリスク多型が統合失調症のた。そこで、メタ解析が行われるようになり、筆発症に与える影響は小さいことから、ゲノムワイ者らもいくつかの多型のメタ解析に取り組んだド関連解析の成果を分子病態の解明へとつなげる 7）、8）ことには大きな困難が伴っている。３－２．リスク変異統合失調症の分子病態を解明するためには、頻度は稀だが相対危険度の高いリスク変異を同定し、患者由来の人工多能性幹細胞や変異ノックインマウスを用いた研究へと展開することが重要である。新潟大学大学院医歯学総合研究科精神医学分野図２　統合失調症のリスク多型とリスク変異新潟県医師会報　Ｈ26.11　№ 776 の染矢らのグループは、統合失調症の発症に大きな効果をもつ遺伝子が存在すると考えられる多発 5 図３　統合失調症多発罹患家系の連鎖解析（A）とエクソーム解析（B）罹患家系のゲノム解析を進めてきた。家系内でのグループは、統合失調症の血液検査キット開発 DNA サンプルの収集が可能であった15人★（罹を目指して（科学技術振興機構　独創的シーズ展 • 患者◆６人、非罹患者◇８人、罹患状態不明者◇ 開事業・委託開発の開発課題「統合失調症の検査１人）について、常染色体上の322個のマイクロキット」）、52の症例（抗精神病薬未投与あるいはサテライト・マーカーを用いた連鎖解析を行った無投与）と49の対照サンプルについて、DNA マところ、候補領域として４番染色体長腕（ロッドイクロアレイ（54,847プローブ）による末梢全血値1.69）と３番染色体長腕（ロッド値1.66）が同の遺伝子発現解析を実施した15）。品質チェックを定された（図３A 矢印）13）。しかし、陽性領域内通過した19,129プローブの中で、両群間で発現のの3q13.3に存在するドパミン D3受容体遺伝子に差があったのは729プローブであった。さらにシついて、多発罹患家系サンプルのエクソン・シーグナル強度や変動係数に基づいて127プローブをクエンスにより検索された変異を含め関連解析を選択し、学習例（症例35・対照33）についてニュー行ったが、統合失調症との有意な関連は認められラルネットワーク解析を行い、14プローブを用いなかった。このように、統合失調症のような多た分類予測モデルを構築した。このモデルにより、因子疾患においては、連鎖解析から得られる広い学習例では症例31／35（88.6％）および対照31／33 陽性領域からリスク座位を同定することに大きな（93.9％）、試験例でも症例14／17（82.4％）およ困難を伴っていた。び対照15／16（93.8％）と高い感度と特異度をもっ個々の候補遺伝子のエクソン・シークエンスでて両群を判別することができ、科学技術振興機構は変異を網羅的に探索することができないことかはこの開発結果を成功と認定した（図４）。これら、ゲノム中のすべてのエクソン（エクソーム）らの結果は大規模サンプルで追試される必要があをシークエンスするエクソーム解析の実施が必要るものの、統合失調症の血液検査キットが実用化である。筆者らは、家系内の罹患者２人と非罹患されれば早期診断の支援に役立つものと思われる。 14）者１人についてエクソーム解析を行い、これにより選択された候補変異の中から、罹患者５／６人、５．まとめ非罹患者０／８人、罹患状態不明者０／１人がヘ統合失調症のサイトカイン仮説に基づいて、患テロ接合体である変異を同定した（図３B）。者の死後脳や末梢血におけるサイトカイン発現異常を明らかにするとともに、新生仔期サイトカイ４．統合失調症の末梢血遺伝子発現解析ン投与動物が高い妥当性を有する動物モデルであ死後脳研究は統合失調症の脳内分子病態を理解ること示した。また、ゲノム解析では多発罹患家するためには重要だが、実際の臨床現場で脳組織系で疾患とよく共分離する変異を同定するなど、を診断に利用することは現実的ではない。染矢らごく一部ではあるが遺伝要因を明らかにした。さ新潟県医師会報　Ｈ26.11　№ 776 6 図４　統合失調症の末梢血遺伝子発現解析らに、統合失調症の血液検査キットの開発を目指文献して、末梢血遺伝子発現解析に基づく診断分類予１）Watanabe Y, Someya T, Nawa H: Cytokine 測モデルを構築し、このモデルにより高い感度・ hypothesis of schizophrenia pathogenesis: 特異度をもって患者群と対照群を判別できること evidence from human studies and animal を示した。統合失調症の分子病態を完全に解明し、 models. Psychiatry Clin Neurosci 2010; 64: 妥当性の高い診断法や根治的な治療法の開発につ 217-230. なげるために、今後も研究を進めていくことが必要である。２）Toyooka K, Watanabe Y, Iritani S, et al: A decrease in interleukin-1 receptor antagonist expression in the prefrontal 謝辞 cortex of schizophrenic patients. Neurosci 筆者がこれまで取り組んできた研究課題である Res 2003; 46: 299-307. 「統合失調症の分子病態解明」に対して、平成26 ３）Toyooka K, Asama K, Watanabe Y, et al: 年度新潟県医師会学術奨励賞を賜りましたことを Decreased levels of brain-derived 深謝するとともに、研究にご参加いただいた多く neurotrophic factor in serum of chronic の方々に謝意を表します。本稿で取り上げた研究 schizophrenic patients. Psychiatry Res 2002; は、科研費などによる支援を受けて、新潟大学大 110: 249-257. 学院医歯学総合研究科精神医学分野・染矢俊幸教４）S h i b u y a M , K o m i E , W a n g R , e t a l : 授、新潟大学脳研究所分子神経生物学分野・那波 Measurement and comparison of serum 宏之教授をはじめとする多くの研究者と共同で実 neuregulin 1 immunoreactivity in control 施しました。利益相反はありません。 subjects and patients with schizophrenia: an influence of its genetic polymorphism. J 新潟県医師会報　Ｈ26.11　№ 776 7 Neural Transm 2010; 117: 887-895. ５）Watanabe Y, Hashimoto S, Kakita A, et al: meta-analysis. Psychiatry Clin Neurosci 2013; 67: 123-125. Neonatal impact of leukemia inhibitory 11）Shibuya M, Watanabe Y, Nunokawa A, et factor on neurobehavioral development in al: Interleukin 1 beta gene and risk of rats. Neurosci Res 2004; 48: 345-353. schizophrenia: detailed case-control and ６）T ohmi M, Tsuda N, Watanabe Y, et al: family-based studies and an updated meta- Perinatal inflammatory cytokine challenge analysis. Hum Psychopharmacol 2014; 29: results in distinct neurobehavioral 31-37. alterations in rats: implication in psychiatric 12）I keda M, Aleksic B, Yamada K, et al: disorders of developmental origin. Neurosci Genetic evidence for association between Res 2004; 50: 67-75. NOTCH4 and schizophrenia supported by a ７）Watanabe Y, Muratake T, Kaneko N, et al: GWAS follow-up study in a Japanese No association between the brain-derived population. Mol Psychiatry 2013; 18: 636-638. neurotrophic factor gene and schizophrenia 13）Kaneko N, Muratake T, Kuwabara H, et al: in a Japanese population. Schizophr Res Autosomal linkage analysis of a Japanese 2006; 84: 29-35. single multiplex schizophrenia pedigree ８）Watanabe Y, Nunokawa A, Kaneko N, et al: reveals two candidate loci on chromosomes Lack of association between the interleukin-1 4q and 3q. Am J Med Genet B Neuropsychiatr gene complex and schizophrenia in a Genet 2007; 144B: 735-742. Japanese population. Psychiatry Clin Neurosci 2007; 61: 364-369. 14）Nunokawa A, Watanabe Y, Kaneko N, et al: The dopamine D3 receptor（DRD3）gene ９）Watanabe Y, Nunokawa A, Kaneko N, et al: and risk of schizophrenia: case-control Meta-analysis of case-control association studies and an updated meta-analysis. studies between the C270T polymorphism Schizophr Res 2010; 116: 61-67. of the brain-derived neurotrophic factor 15）Takahashi M, Hayashi H, Watanabe Y, et al: gene and schizophrenia. Schizophr Res Diagnostic classification of schizophrenia by 2007; 5: 50-52. neural network analysis of blood-based gene 10）W atanabe Y, Nunokawa A, Someya T. Association of the BDNF C270T expression signatures. Schizophr Res 119: 210-218, 2010. polymorphism ith schizophrenia: updated 新潟県医師会報　Ｈ26.11　№ 776