カルパインとカテプシンの動態より見た霊長類の虚血性神経細胞死の病態と治療

从钙蛋白酶和组织蛋白酶的动态观察灵长类缺血性神经元死亡的病理学和治疗

基本信息

批准号：
09267215
负责人：
山嶋哲盛
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09267215/
关键词：
海馬 CA1 脳虚血神経細胞死カルパインカチプシン CA-074 サル

项目摘要

海馬のCA-1ニューロンは近時記憶を担っているが、一過性の脳虚血に脆弱で短時間血流が途絶えただけでも、その数日後には壊死に陥り個体は記憶障害をきたす。この遅発性神経細胞死に関しては現在なおその病態はベールにおおわれており有効な治療法がない。我々はサルの脳虚血実験で活性型muカルバインの基質はリソソーム膜に存在すること、及びmuカルパインの活性化が加水分解酵素であるカテプシンBのリソソーム外への放出を惹起することを示唆する知見を得た。即ち、活性型muカルパインのみを認識する抗体を用いた免疫染色を行うと、虚血をかけていない海馬のCA-1ニューロンは全く染色されないのに対し、20分間の脳虚血を負荷後のCA-1ニューロンは、核周囲の胞体が陽性所見を呈した。しかも、免疫電顕により検索すると、空胞化したリソソーム膜に活性型カルパイン局在がみられた。従って、虚血後のCA-1ニューロンに特異的にmuカルパインの活性化が生ずること、及びin vivoでの活性型muカルパインの基質はリソソーム膜の膜蛋白かその関連蛋白であることが示唆された。さらに、抗カテプシンB抗体を用いた免疫染色を行うと、一過性の虚血後にはCA-1以外の海馬ニューロンはリソソーム内での染色性の増加を示すものであるのに対し、CA-1ニューロンは特異的にリソソーム外へのカテプシンの放出を示した。以上より、CA-1ニューロンにおいて特異的に活性化されるmuカルパインは、リソソーム膜蛋白を限定分解する結果膜の断裂をきたし、カテプシンBがリソソーム外に漏出するものと推定された。そこで、カテプシンBの特異的拮抗薬であるCA-074を虚血負荷後に投与すると、CA-1領域の約2/3のニューロンは軽度の虚血性変化を示すものの遅発生神経細胞死は免れていた。

海马体中的CA-1神经元负责近期记忆，但它们很容易受到短暂性脑缺血的影响，即使血流短时间中断，几天后它们也会坏死，导致个体记忆丧失。这种延迟性神经细胞死亡的病理状况仍然是隐藏的，并且没有有效的治疗方法。我们在猴子脑缺血实验中发现，活性 mu 钙蛋白酶的底物存在于溶酶体膜中，并且 mu 钙蛋白酶的激活会诱导组织蛋白酶 B（一种水解酶）从溶酶体中释放出来。换句话说，当使用仅识别活性mu-calpain的抗体进行免疫染色时，没有缺血的海马中的CA-1神经元根本不被染色，而脑缺血20分钟后的CA-1神经元根本不被染色。在 CA-1 神经元中，核周网状细胞显示出阳性结果。此外，免疫电子显微镜显示活性钙蛋白酶位于空泡溶酶体膜中。因此，提示缺血后粘钙蛋白酶的激活特异发生在CA-1神经元中，并且体内活性粘钙蛋白酶的底物是溶酶体膜的膜蛋白或相关蛋白。此外，当使用抗组织蛋白酶B抗体进行免疫染色时，除了CA-1之外的海马神经元在短暂缺血后显示溶酶体内的染色增加，而CA-1神经元特异性地显示溶酶体外部的组织蛋白酶释放。由此推测，在CA-1神经元中特异性激活的粘钙蛋白酶引起溶酶体膜蛋白的有限降解，导致膜破裂，并且组织蛋白酶B从溶酶体中漏出。因此，当在缺血应激后给予组织蛋白酶B的特异性拮抗剂CA-074时，CA-1区域中大约三分之二的神经元表现出轻微的缺血变化，但避免了神经元细胞延迟死亡。