公開日 2009.07.01

統合失調症の認知障害の原因に新説: 脳の電気信号の伝わり方が遅いことで症状発現

カテゴリ:プレスリリース
 生理学研究所 広報展開推進室
 

概要

統合失調症は、人口の1%がかかる「心の病」ですが、これまで脳の中でどのような異常が起こっているのか、その明確な原因は知られていませんでした。昨年、宮川剛客員教授(生理学研究所客員教授、藤田保健衛生大学教授)が、統合失調症モデルマウスの脳の海馬の未成熟さが原因との報告をしましたが(2008年9月10日プレスリリース)、こうした脳の構造的な異常と統合失調症の症状がどう結びつくのか、まだまだ未解明の点がたくさん残されています。今回、自然科学研究機構・生理学研究所の池中一裕教授(副所長)、田中謙二助教、および、宮川剛客員教授らの研究グループは、脳の神経細胞ではないグリア細胞という神経細胞以外の細胞のわずかな異常が、神経の電気信号の伝わり方を遅くさせ、それが統合失調症で見られるような認知障害の原因になっているという新しい知見を発表しました。米国神経科学会誌(ジャーナルオブニューロサイエンス)7月1日号で発表されます。

通常、脳の中でやりとりされる電気信号は、神経細胞の突起を1秒間に50mというスピードで伝わっていきます。これによって、遅延なく情報をやりとりすることができ、「走る」「痛みを感じる」などの運動や知覚に加え、「考える」「記憶する」といった脳の高次な認知機能が保たれています。このスピードは、神経細胞の突起を取り囲むグリア細胞(オリゴデンドロサイトと呼ばれる細胞)を”飛び越えるように”電気信号が伝わっていくことによります。これは、「跳躍伝導」と呼ばれている現象です (図1参照)。このオリゴデンドロサイトの重篤な異常としては、神経細胞の突起を取り囲むことができなくなる「脱髄」という病態が知られています。これは炎症も伴う重篤な症状を起こし、しびれや麻痺がおこってしまうものす。しかし、その一方で、「脱髄」には至らない程度の軽微なオリゴデンドロサイトの異常が、電気信号の伝わり方、「跳躍伝導」に、どのように影響しているのか、また、脳の機能異常にどのように関 係しているのか、知られていませんでした。

今回、研究グループは、オリゴデンドロサイトの遺伝子(PLP1)にだけ異常があるマウスを用いて研究を行ったところ、「脱髄」は全く観察されないにもかかわらず電気信号の伝わるスピードが半減しており、電子顕微鏡観察ではじめて分かるオリゴデンドロサイトの軽微な異常を見つけました(図2参照。これによって、運動や痛みに対する応答は正常であるのに、マウスの認知機能が低下し、統合失調症と同じような行動異常(とくに認知障害)を示すことを明らかにしました(図3参照。脳の中の、しかも神経細胞以外の軽微な異常が、統合失調症で見られるような行動異常と関係があることを見つけた初めての報告です。

精神科医でもある田中助教は、「統合失調症の患者の遺伝子解析から、グリア細胞(オリゴデンドロサイト)の遺伝子異常が統合失調症と関連があるとの報告はこれまでにもあったが、具体的にどのような脳の機能異常があるかは知られていなかった。神経細胞そのものの異常ではない脳の軽微な異常が、統合失調症患者にみられるような行動異常(認知障害)に関わっているということは驚くべき結果」と話しています。

本成果は文部科学省科学研究費補助金の支援を受けて行われました。

今回の発見

  1. 脳の中のグリア細胞であるオリゴデンドロサイト(細胞)の異常のある遺伝子変異マウスで、オリゴデンドロサイトが神経の突起に巻きついている部分(図1)に、軽微な異常が見つかった(図2)。
  2. この軽微な異常のせいで、神経の突起を伝わる電気信号のスピードが半減していた。
  3. この変異マウスの行動を調べると、統合失調症で見られる症状と同じような認知障害が見られた(図3)。

【図1】 正常では、オリゴデンドロサイトが神経の突起に巻きついて電気信号を速く進めている

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正常では、神経の突起に、特殊なグリア細胞であるオリゴデンドロサイトが巻きついて絶縁部分をつくり、電気信号が跳ねるように速く進んでいく“跳躍伝導”を起こしています。今回の研究では、このオリゴデンドロサイトの巻き付き方、とくにこの巻き付きの“端”に注目しました。

【図2】 オリゴデンドロサイトが神経の突起に巻きついている部分の軽微な異常

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正常では、オリゴデンドロサイトが巻き付いた端は、きちんと閉じて、絶縁されています。今回の異常なマウスでは、オリゴデンドロサイトの巻き付きそのものは正常にもかかわらず(欠落してしまっているような「脱髄」という状態ではない)、巻き付いた先がきちんと閉じず、中がはみ出し、絶縁を弱くするという軽微な異常が見つかりました。

【図3】 オリゴデンドロサイトの軽微な異常で、統合失調症と似た認知障害

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 統合失調症では、陽性症状(妄想や幻覚)、陰性症状(無関心、意欲の低下、社会性の欠落)、認知障害が認められます。今回のマウスではこのうち特徴的な認知障害の症状を示しました。
具体的には、1)作業に必要な記憶を保持出来ない「作業記憶の障害」、2)大事なものがどこにいるのか、どこにあるのかわからなくなる「空間記憶の障害」、3)感覚情報を取捨選別して大事な感覚を選ぶことができなくなる「感覚の統合障害」です。
とくに感覚の統合障害では、少しでも聞こえたり、端っこに見たりという感覚の全てが、脳の中で重要な情報と同じに扱われるため、何もかもが気になってしまうという「感覚情報の洪水」という状態になってしまいます。統合失調症に特徴的な認知障害の一つです。(※参照「感覚の統合障害」の調べ方
なお、今回の異常マウスでは、陰性症状(社交性の欠落)は認められませんでした。また、陽性症状(妄想や幻覚)については、マウスで調べられる方法は確立されていません。

※参照「感覚の統合障害の調べ方」 

弱い音とそれより強い音をマウスに連続して聞かせます。正常では、弱い音を聞いたあと、すぐにそれより強い音をきいても、前の弱い音を聞いているので、あとの強い音にはそれほど大きな反応を起こしません。これはプレパルス・インヒビション(PPI)と呼ばれる現象です。ところが、今回のマウスのように感覚の統合障害がある場合には、弱い音を聞いて、そのすぐ後にそれより強い音を聞いても、突然強い音を聞いたのと同じように、びっくりしたような驚愕反応を示します。これをPPIの障害と呼び、統合失調症患者でも見られる現象です。

この研究の社会的意義

1)統合失調症の症状発現にグリア細胞の軽微な異常が関わっているという新説

統合失調症の患者の遺伝子解析から、グリア細胞(オリゴデンドロサイト)の遺伝子異常が統合失調症と関連があるとの報告はこれまでにもありましたが、具体的にどのような脳の機能異常があるかは知られていませんでした。オリゴデンドロサイトの軽微な異常が実際に統合失調症と同じような行動異常を引き起こすことを示した初めての報告です。

論文情報

Mice with altered myelin proteolipid protein gene expression display cognitive deficits accompanied by abnormal neuron-glia interactions and decreased conduction velocities. Hisataka Tanaka, Jianmei Ma, Kenji F. Tanaka, Keizo Takao, Munekazu Komada, Koichi Tanda, Ayaka Suzuki, Tomoko Ishibashi, Hiroko Baba, Tadashi Isa, Ryuichi Shigemoto, Katsuhiko Ono, Tsuyoshi Miyakawa, Kazuhiro Ikenaka
米国神経科学会雑誌(ジャーナルオブニューロサイエンス)7月1日号掲載

お問い合わせ先

研究に関すること

田中 謙二(タナカ ケンジ)助教
自然科学研究機構 生理学研究所 (山手地区)
 〒444-8787 岡崎市明大寺町字東山5-1
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広報担当

自然科学研究機構 生理学研究所 広報展開推進室
小泉 周(コイズミ アマネ)准教授
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