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東京理科大学薬学部薬学科の斎藤顕宜教授、山田大輔助教らの研究グループは、これまでの研究からオピオイドδ受容体作動薬KNT-127が抗うつ様・抗不安様作用を示すことを突き止めており、新たな向精神薬候補として期待されていますが、その作用機序はわかっていませんでした。本研究で斎藤教授らは、神経細胞同士の情報のやりとりを単一細胞レベルで観察し、オピオイドδ受容体作動薬KNT-127投与により、マウスの内側前頭前野(mPFC)前辺縁領域 (PL-PFC)において、神経細胞同士の伝達の場(つまりシナプス)において、興奮性の神経伝達物質であるグルタミン酸の放出が減少して脳活動が弱まること、また、神経細胞自体も興奮しにくくなることを明らかにしました。これは、既存薬とは全く異なる作用機序です。

現在、うつ病や不安症の治療薬にはセロトニン再取り込み阻害薬(SSRI)やベンゾジアゼピン系薬物が処方されていますが、十分な効果が得られない患者さんも多く、治療満足度は高いとは言えない状況が続いています。そのため、既存薬とは異なる作用機序を持つ新規治療薬の開発が望まれています。

KNT-127は、げっ歯類のうつ病モデルにおいて、オピオイドδ受容体(DOP)作動薬として強力かつ迅速に不安を和らげる効果を示すことがすでにわかっています。また、KNT-127は、既存の抗不安薬で知られている記憶障害や消化器症状などの副作用を示さないため、新規向精神薬としての開発が期待され、そのメカニズムの解明に注目が集まっていました。

今回の研究で、これまで議論の的になっていたKNT-127の作用機序の鍵となるメカニズムが解明されました。今後、本研究成果を基盤として、オピオイドδ受容体をターゲットとした新たな抗精神薬の開発につながると期待されます。

本研究成果は、2021年5月14日に国際学術雑誌「Biochemical and Biophysical Research Communications」にオンライン掲載されました。

研究の背景

mPFCは、情動の処理において非常に重要な役割を果たす部位です。その中でもPL-PFCにおけるグルタミン酸作動性伝達の活性化は、げっ歯類において不安様行動を誘発することが知られています。

研究グループは以前の研究で、KNT-127の局所灌流が、PL-PFCにおいてベラトリン(※1)で誘発される細胞外グルタミン酸の上昇およびマウスにおける不安様行動を弱めることを報告しています。これはKNT-127がPL-PFCにおいてプレシナプス(※2)からのグルタミン酸の放出を抑制しているということを示唆する結果ですが、その直接的な証拠はまだ得られていませんでした。

今回、研究グループは、これまでの研究から示唆された、KNT-127がPL-PFCのプレシナプスからのグルタミン酸放出を抑制するというメカニズムを実験的に証明するために、ホールセルパッチクランプ法(※3)を用いて、細胞膜を流れるイオン電流を単一細胞レベルで記録しました。プレシナプスから放出されたグルタミン酸がポストシナプス(※4)の受容体に結合すると、Na⁺イオンが細胞内に流れ込み膜電位が脱分極し、細胞は興奮します。主にNa⁺イオンの流れによって生じるこの電流は興奮性シナプス後電流(EPSC)と呼ばれ、薬剤による影響を検討する際、その作用がプレシナプスの伝達物質放出によるものか、ポストシナプスの受容体感受性によるものかを知るための重要な手がかりとなります。

研究結果の詳細

研究グループは、摘出されたマウスの脳を人工脳脊髄液に浸し、PL-PFCを含む脳の冠状断面の生切片を作製し、ホールセルパッチクランプ法にて神経細胞のシナプス応答の電流測定を行いました。まず、脳切片を人工脳脊髄液に浸し、自発性興奮性シナプス後電流(sEPSC)を、また人工脳脊髄液にテトロドトキシンを加えて投与した際の自発性の微小興奮性シナプス後電流(mEPSC)を測定しました。さらに人工脳脊髄液にDOP拮抗薬のナルトリンドール(NTI)を加え、その中で脳切片をプレインキュベーションすることで、DOPを介したシグナル伝達への影響を阻害しました。それらの処置に併せてKNT-127投与を行い、投与前後のsEPSCとmEPSC、さらに興奮性シナプス応答のペアパルス比の分析を行いました。

KNT-127がPL-PFCのグルタミン酸作動性シナプスでの伝達物質放出を変化させるかどうかを調べるために、まず、マウスPL-PFCの主要ニューロンのsEPSCに対するKNT-127の効果を調べました。sEPSCの発生頻度は、KNT-127の非投与下で記録されたものと比較して、KNT-127の投与によって有意に減少しました。sEPSCの振幅、立ち上がり時間、減衰時間はKNT-127の影響を受けませんでした。mEPSCの平均発生頻度は、sEPSCと同様KNT-127の投与により有意に減少しました。一方NTIでプレインキュベーションした場合、mEPSCの発生頻度に対するKNT-127の効果は検出されませんでした。

これらの結果から、KNT-127の投与によってPL-PFCのDOPを介してプレシナプスからのグルタミン酸放出が抑制されたことが示されました(図)。また、ペアパルス比分析からも、KNT-127がPL-PFCのDOPを介してプレシナプスからのグルタミン酸の放出率を低下させるというメカニズムを支持する結果が得られました。PL-PFCニューロンの基本的な特性(活動電位発火および膜特性)に対するKNT-127の影響を調べた結果からは、KNT-127がマウスPL-PFCのニューロンの細胞膜興奮性を低下させる可能性が示唆されました。