これまでに、記憶の形成に重要な海馬や側脳室の脳室下帯では、大人になっても神経細胞が作られることが明らかになっています。一方、認識・思考・意識などといった高度な脳機能を生みだす大脳新皮質において、大人になっても神経新生が生じるかどうかは、１００年以上前から議論が続く大きな問題でした。

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　私たちのグループは、細胞分裂している細胞に蛍光たんぱく質を作らせることにより、新しい神経細胞を作ることができる神経前駆細胞がラットの大脳新皮質の表層に存在することを発見しました。さらに脳に虚血（脳虚血）を起こすと、この細胞は、てんかんや過剰な神経活動を抑えることのできる抑制性神経細胞を盛んに産生することも分かりました。「大脳新皮質の第１層にある神経前駆細胞」という英語の頭文字を連ねて「Ｌ１－ＩＮＰ細胞」と名付けました。

 

　今後、虚血によらずとも、薬剤などの投与により、これらのＬ１－ＩＮＰ細胞の増殖や新しく産生された神経細胞の生存を促進させることで、てんかんや認知機能の低下を防ぐ新しい治療法の確立につながる可能性があります。また、統合失調症などの精神疾患では大脳新皮質の抑制性神経細胞が減少する中間表現型が知られていますが、抑制性神経細胞を増殖・維持させることにより、精神疾患の治療にも結びつく可能性を持っています。

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＜研究の背景と経緯＞

　大人の脳は、非常に再生しにくいことが昔からよく知られています。そのため、事故や疾病による脳の損傷により、多くの人たちが後遺症を抱えたまま一生を過ごさなければならず、患者のＱＯＬ（生活の質）の低下や家族の負担も甚大なものとなっており、一刻も早い治療法の確立が望まれています。

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　一方、近年になり、大人の脳でも新しい神経細胞が盛んに作られることが、記憶に関連する海馬の歯状回や、においの感覚を伝える嗅球の神経細胞が作られる側脳室の脳室下帯で明らかになっています。これらの領域に存在する神経細胞の元になる神経幹細胞や前駆細胞を利用して、体外で増殖・分化させた後に損傷した脳の領域に移植する方法を開発する試みが行われています。また、再生医療で注目されている人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）を用いた脳・神経系の治療法開発の試みも同じ論理に基づいています。しかし、損傷部位に存在する神経細胞の種類は多岐にわたるため、幹細胞から目的の神経細胞だけに分化させることが困難です。増殖細胞の移植によるがん化などの問題もあり、体外からの細胞移植による脳損傷・疾患の治療法は、まだ開発途上にあるのが現状です。

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　脳損傷に対する治療法のもう１つの柱と考えられているのは、もともと脳内に存在する神経幹細胞や前駆細胞を利用して、体内に存在したまま増殖・分化させる治療法です。この治療法を確立するためには、対象となる脳の領域に存在する神経幹細胞や前駆細胞を同定することが必須となります。最近の研究により、損傷によって大脳新皮質における神経細胞の新生が報告されており、脳内に大脳新皮質の神経細胞を産生する神経幹細胞や前駆細胞が存在するのではないかと推測されていました。しかし、成熟期の大脳新皮質の神経幹細胞や前駆細胞が、どこに存在し、どのような性質を有しているのか、これまで全く明らかにされていませんでした。

 

　また大脳新皮質は、認識、思考、意識など脳の高次機能の中心であり、大人の大脳新皮質でも神経細胞が作られるかどうかは１００年以上前から議論の続く重要な問題ですが、はっきりとした証明はされていませんでした。従って、大人の大脳新皮質において神経幹細胞や前駆細胞を同定することは、基礎科学と臨床医学にとって非常に重要なことになります。

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＜研究の内容＞

　私たちのグループは、成熟したラットの大脳新皮質の表層（第１層）に神経細胞を生み出す神経前駆細胞（Ｌ１－ＩＮＰ細胞）を発見しました。さらに、Ｌ１－ＩＮＰ細胞は、前脳虚血を起こすと盛んに分裂し、抑制性神経細胞を産生しました。また、ラットの行動実験で、新しく作られた抑制性神経細胞が神経回路に組み込まれていることを明らかにしました。以下、それぞれの項目について詳述します。

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１）大脳新皮質第１層の分裂細胞

　まず、細胞分裂マーカーであるＫｉ６７の全脳マッピングを行った結果、大脳新皮質第１層にＫｉ６７陽性細胞が集積していることを見いだしました。さらに、多種の細胞マーカーとの多重免疫染色により、第１層分裂細胞は、抑制性神経伝達であるＧＡＢＡを合成する酵素であるＧＡＤ６７を含有していることを明らかにしました。ＧＡＤ６７は、海馬と脳室下帯の神経幹細胞や前駆細胞にも発現しているため、第１層分裂細胞に注目しました。

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２）レトロウイルスを利用した第１層分裂細胞の解析

　第１層分裂細胞と分裂して生まれた新生細胞の形態を詳細に解析できるように、膜移行性緑色蛍光たんぱく質（ＧＦＰ）を発現するレトロウイルスベクターを作製しました。このレトロウイルスベクターを第１層分裂細胞に感染させて多重免疫染色を行い、第１層分裂細胞が球型の細胞で２、３本の短い突起を持っていることを明らかにしました。また、軽度な脳虚血を起こすと第１層分裂細胞は盛んに増殖することが分かりました（図１）。

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３）新生細胞についての解析

　第１層分裂細胞から生まれた新生細胞の移動について時間を追って解析すると、第１層から深層（第６層）へ７～１０日で到達することが明らかになりました（図２）。新生細胞は、ほぼ全て一様の形態学的な特徴を示し（図３）、新生細胞を多重免疫染色すると、約８０％は、ＧＡＢＡ陽性の抑制性神経細胞に分化することを見いだしました。その他に、新しく産生された神経細胞は、ニューロペプチドＹ（約３０～４０％）、ソマトスタチン（約１０％）などを発現していることが分かりました。また、グリア細胞のマーカーを使用して多重免疫染色を行いましたが、新生細胞は全く染色されませんでした。この結果、新生したのは神経細胞で、グリア細胞の新生はないと言えます。新生神経細胞の神経回路への組み込みについて解析するために、ラットの新規探索行動課題を利用しました。探索行動によって活動した神経細胞は、神経興奮のマーカーであるｃ-Ｆｏｓを発現しますので、ＧＦＰとｃ-Ｆｏｓを共に発現している細胞は、回路に組み込まれている新生細胞と言うことができます。ウイルスベクター感染後、虚血を起こして神経細胞新生を誘導し、さらに１ヵ月経過したラットを回転車やトンネルを入れて環境を豊かにした新しいケージに移し、新規探索行動をさせると、大脳新皮質内にＧＦＰとｃ-Ｆｏｓを共に発現している細胞が出現しました。この結果は、新しく生まれた神経細胞が脳の神経回路に組み込みまれていることを示唆しています。

 

　以上の結果から、大脳新皮質第１層に神経前駆細胞（Ｌ１－ＩＮＰ細胞）が存在することを世界で初めて実証しました。（図４）。

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　新生神経細胞に含有されているニューロペプチドＹとソマトスタチンには、神経細胞の活動を抑制することにより、神経回路の異常な電気的興奮状態であるてんかんを抑える機能があります。今回、新生神経細胞の８０％がＧＡＢＡ作動性であったことから、Ｌ１－ＩＮＰ細胞の増殖・分化、新生神経細胞の生存を薬剤などで制御することができれば、脳卒中が原因で起こるてんかんやそれに付随する認知機能の低下を防ぐ治療法の開発につながることが期待されます。

 

　また、統合失調症などの精神疾患では、大脳新皮質において、抑制性神経細胞の数が有意に低下する中間表現型が知られていますが、抑制性神経細胞を増殖・維持させることができれば、精神疾患に対する新しい“細胞治療法”に結びつく可能性もあります。