エネルギー代謝の変化を担う脳―末梢間神経回路リモデリング機構の解明

阐明导致能量代谢变化的脑-周围神经回路重塑机制

基本信息

批准号：
21H03387
负责人：
近藤邦生
金额：
$ 11.23万
依托单位：
National Institute for Physiological Sciences
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

脳は体内外の情報を統合し、多数の末梢組織の機能を協調的に制御することで、生体のエネルギー恒常性を維持する。恒常性維持メカニズムにおいては、脳による末梢組織の制御が重要な役割を果たしている。体内外の環境が変化すると、それに応じて脳による末梢組織制御メカニズムも柔軟に変化すると考えられる、しかし、実際に体内外のエネルギー状態の揺らぎに対して、脳から末梢組織へ至る神経回路がどのように対応するのか、その実体については不明である。本研究では、エネルギー代謝の状態の変化に応じた、脳―末梢組織間の神経回路の構造変化すなわち「リモデリング」を引き起こすメカニズムとエネルギー代謝における役割を解明する。仮性狂犬病ウイルス（Pseudorabies virus：PRV）は神経細胞に感染すると、シナプスを介して逆行的に移動する性質を持つ。すなわち、末梢組織にPRVを接種すると、ウイルスは接種した組織を制御する一連の神経回路に感染する。本研究では、PRVをマウスに接種し、エネルギー代謝に重要な末梢組織である褐色脂肪組織・骨格筋に脳からのシグナルを伝達する神経回路を同定した。次に同様の手法により、寒冷飼育や継続的な自発運動により個体のエネルギー代謝を変化させたマウスにおいて、脳と褐色脂肪・骨格筋を結ぶ神経回路を解析した。その結果、いくつかの脳領域において、末梢組織を制御する神経細胞の数が変化することを見出した。変化した領域はエネルギー代謝を変化させる刺激ごとに異なっていた。これらの結果は、脳領域と生理状態に特異的に脳―末梢組織間の神経回路のリモデリングが生じている可能性を示している。

大脑通过整合体内外信息，协调控制众多周围组织的功能，维持体内能量稳态。在体内平衡维持机制中，大脑对周围组织的控制起着重要作用。当体内外环境发生变化时，人们认为大脑对周围组织的控制机制会做出灵活的反应，但实际上，我们很难理解从大脑到周围组织的神经回路如何应对变化。目前尚不清楚是否会出现这种情况。在这项研究中，我们将阐明响应能量代谢状态变化而导致大脑和周围组织之间的神经回路发生结构变化或“重塑”的机制，及其在能量代谢中的作用。当伪狂犬病病毒（PRV）感染神经细胞时，它具有通过突触逆行移动的特性。也就是说，当PRV接种到外周组织时，病毒会感染一系列控制接种组织的神经回路。在这项研究中，我们给小鼠接种了 PRV，并鉴定了将信号从大脑传递到棕色脂肪组织和骨骼肌的神经回路，这些都是对能量代谢很重要的外周组织。接下来，他们使用类似的方法，分析了通过冷饲养和持续自发运动改变能量代谢的小鼠的大脑、棕色脂肪和骨骼肌之间的神经回路。结果，他们发现控制周围组织的神经元数量在几个大脑区域发生了变化。对于改变能量代谢的每种刺激，改变的区域是不同的。这些结果表明，大脑和周围组织之间的神经回路的重塑可能以特定于大脑区域和生理条件的方式发生。