２．In vivoパッチクランプ法を用いた痛覚および掻痒シナプス伝達抑制機構とその異常の解明

独自に開発したin vivoパッチクランプ法を用い，感覚情報、特に痛みや痒みの伝達と、未だ不明なことの多いその抑制機構を解明しています（図参照）。痛みや痒み情報の中枢への入り口である脊髄後角細胞から記録を行い、生理的な刺激によって誘起される興奮性および抑制性シナプス応答を詳細に解析し、脊髄内における抑制回路を同定しています。また、脳幹青斑核からのin vivoパッチクランプ法の開発に成功し、脊髄へ下行性に投射するノルアドレナリン神経を介した抑制機構、さらに、これら内因性抑制系を対象に鎮痛薬や抗掻痒薬の評価を行っています。また、末梢神経（A deltaやC線維）におけるNaチャネルの解析や行動薬理学的、免疫組織学的解析を併せて行って統合的な解析を行うとともに、神経因性やガン性疼痛の発症メカニズムの解明も行っています。
図. 脳幹および脊髄からのin vivoパッチクランプ記録法と記録した脊髄ニューロンの形態。　痛覚刺激によって発生した脊髄後角細胞の活動電位の抑制機構。①青斑核から下行性にノルアドレナリン神経を介して、②皮膚への触刺激によって、GABA作動性抑制性シナプス応答（IPSC）が賦活化された。脊髄後角には樹状突起を背腹側あるいは吻尾側方向に樹状突起を伸展するニューロンが痛みや痒みの伝達抑制に重要な役割を果たす。
①TRPA1チャネルを介した痛みのシナプス伝達抑制メカニズム
		TRPA1は末梢神経では冷覚や炎症時の痛みを受容するイオンチャネルです。冷情報などを受容してこれらのチャネルを発現した末梢神経（C線維）に活動電位が発生すると、その情報は脊髄後角表層のニューロンに伝えられます。末梢神経（C線維）は後角表層のニューロンとシナプス結合し、グルタミン酸受容体を介した興奮性のシナプス伝達を行います。我々はTRPA1が末梢だけでなく脊髄のシナプス終末部にも発現し、TRPA1を活性化すると特定の形態をもつ表層のニューロンへの情報伝達が、高度で洗練された神経回路によって制御されることを発見しました。歌君が学位の研究テーマとして主にこの研究を行い、論文が受理されました。                  1) Uta D, Furue H*, Pickering A.E, Rashid M.H,Mizuguchi-Takase H, Katafuchi T, Imoto K, Yoshimura M, TRPA1-expressing primary afferents synapse with a morphologically identified subclass of substantia gelatinosa neurons in the adult rat spinal cord. Eur J Neurosci. 2010 Jun;31(11):1960-73.
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②痒みのシナプス伝達と抗掻痒のメカニズム
		痒みのシナプス伝達を研究しています。In vivoパッチクランプ法を用い、痒みによって誘起される脊髄後角ニューロンのシナプス応答を解析しています。最近、痒みの伝達に関与する様々な分子が同定されました。これらの分子との関連を電気生理学と免疫組織化学的研究を併せて行っています。行動薬理学的実験も行っています。後藤くんが主にこの研究を行い、富山大学医学薬学研究部　応用薬理学の倉石先生、安東先生と共同で研究しています。
③脊髄後角ニューロンの免疫組織化学的研究
		In vivoパッチクランプ法により記録したニューロンを染色して観察しています。In vivoパッチクランプ法は発火頻度のみならず、シナプスレベルで興奮性や抑制性シナプス応答を機能解析した単一ニューロンを染色できる長所があります。機能解析した細胞がどのうような分子を発現しているか、免疫組織化学的に研究しています。石原さんが主にこの研究を行い、九州大学大学院医学研究院、神経形態学と共同研究しています。
④がん性の痛みの中枢メカニズム
		がんによる痛みの鎮痛法を開発するために、がん性疼痛の発現機序を研究しています。脊髄スライス標本を用い、A deltaやC線維誘起の興奮性シナプス応答をモデル動物を比較して、脊髄後角における痛覚伝達の可塑的変化、即ち、脊髄における興奮性シナプス応答の増大を見いだしました。柳澤君が主に実験を行い、論文が受理されました。信州大学医学部、麻酔蘇生科の川股先生や九州大学医学研究院、整形外科学分野との共同研究です。 1) Yoshikazu Yanagisawa, Hidemasa Furue, Tomoyuki Kawamata, Daisuke Uta, Jun Yamamoto, Shingo Furuse, Toshihiko Katafuchi, Keiji Imoto, Yukihide Iwamoto and Megumu Yoshimura. Bone cancer induces a unique central sensitization through synaptic changes in a wide area of the spinal cord. Molecular Pain 2010，6:38　 2) Yanagisawa Y, Furue H, Kawamata T, Uta D, Namiki A, Iwamoto Y and Yoshimura M. The behavioral and electrophysiological analysis of spinal nociceptive transmission in a murine model of bone cancer pain. The Journal of Functional Diagnosis of the Spinal Cord 30(1):58-62, 2009
⑤青斑核ノルアドレナリンと下行性痛覚抑制のメカニズム
		脳幹から下行性に痛みの伝達を抑制する青斑核ノルアドレナリン神経に着目し、青斑核からのin vivoパッチクランプ記録法を開発しました。脳幹は揺れが大きく、記録が困難な部位ですがin vivoパッチクランプ記録法により、電位固定下に青斑核ニューロンの興奮性シナプス後電流や抑制性シナプス後電流の記録に成功しました。杉山君が主にこの研究を行い、信州大学医学部、麻酔蘇生科と共同研究しています。また、脊髄後角からもin vivoパッチクランプ記録を行い、青斑核を活性化したときの脊髄における抑制機構を、英国のブリストル大学、生理学と共同研究しています。
⑦糖尿病性ニューロパチーの痛みの成因に関する研究
		糖尿病性ニュロパチーの痛覚過敏がどのようにして発現するかを研究しています。、末梢から脊髄にいたる痛覚伝達系の異常を捉え、その発現メカニズムを明らかにしています。名古屋大学大学院医学系研究科　糖尿病・内分泌内科と共同研究しています。
⑧麻酔薬の作用や鎮痛、抗掻痒作用のメカニズム
末梢神経（A beta, A deltaやC線維）におけるNaチャネル、末梢神経から脊髄への興奮性シナプス入力に対する局所麻酔薬の作用メカニズムの研究を行っています。また、新潟大学大学院、麻酔科学分野との共同研究で麻酔薬の作用メカニズムを研究し、論文が受理されました。その他企業との共同研究なども行っています。 1) 古江秀昌、歌大介、局所麻酔薬光学異性体の痛覚伝達選択的な遮断効果―基礎生理学的な検討―ペインクリニック（印刷中） 2) 古江秀昌, 杉山大介 生理学の立場から光学異性体の末梢神経（後根神経節細胞）への作用の違い．レボブピバカインの基礎と臨床．浅田章, 西川精宣編．克誠堂出版, 東京 (印刷中) 3) Stefan K Georgiev, Hidemasa Furue, Hiroshi Baba, Tatsuro Kohno Xenon inhibits excitatory but not inhibitory transmission in rat spinal cord dorsal horn neurons, Molecular Pain 2010, 6:25

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In vivo nocieptive synaptic transmission and its plastic change

The spinal dorsal horn, especially superficial dorsal horn, has an important role in the transmission and modulation of nociceptive information. Superficial dorsal horn neurons make excitatory synaptic contacts with noxious primary afferent fibers. In addition, dorsal horn neurons receive inhibitory synaptic inputs from spinal interneurons and descending inhibitory neurons in the brain stem. We investigate the spinal modulatory mechanism of nociceptive transmission by using in vivo patch-clamp recording techniques (Figure). We also study the underlying mechanism for the development of chronic pain. Behavioral and immunohistochemical analyses are also used.

Figure. In vivo patch-clamp recording from spinal dorsal horn neuron.

1. Furue H*, Katano T*, Okuda-Ashitaka E, Tagaya M, Watanabe M, Yoshimura M and Ito S (*contributed equally). N-Ethylmaleimide-sensitive fusion protein (NSF) is involved in central sensitization in the spinal sord through GluR2 subunit composition switch after inflammation. European Journal of Neuroscience 27(12):3161-3170, 2008

2. Furue H* , Suzuki SC*, Koga K, Jiang N, Nohmi, M, Shimazaki Y, Katoh-Fukui Y, Yokoyama M, Yoshimura M, Takeichi M (*contributed equally). Cadherin-8 is Required for the First Relay Synapses to Receive Functional Inputs from Primary Sensory Afferents for Cold Sensation. Journal of Neuroscience 24:3466-3476, 2007

3. Furue H, Katafuchi T, Yoshimura M. In vivo patch. In:Patch-Clamp Analysis: Advanced Technique, Second Edition (Eds. Wolfgang Walz) The Humana Press Inc pp.229-251, 2007

4. Furue H, Narikawa K, Kumamoto E and Yoshimura M. Responsiveness of rat substantia gelatinosa neurons to mechanical but not thermal stimuli revealed by in vivo patch-clamp recording. Journal of Physiology(London) 521:529-535, 1999

updated 7-May-2010

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