大型放射光施設 SPring-8

公開日

2021年06月03日

2021年6月3日
（公財）東京都医学総合研究所
東海大学

発表のポイント
•ヒト脳組織の三次元構造を、大型放射光施設SPring-8^*1)でマイクロCT法 ^*2)により解析した。
•得られた三次元像を解析したところ、脳の毛細血管の曲がり方が、神経突起の曲がり方と比例していた。
•一方で、毛細血管の太さは、神経突起の太さに関係なく一定であり、毛細血管と神経突起の曲がり方は比例するのに、太さは比例しないことが、統合失調症の脳代謝のアンバランスに関わっていると思われる。

発表内容
　統合失調症では、脳の特定の場所が萎縮することが知られています。例えば、眉間の奥の「帯状回」と呼ばれる場所や、耳の近くの「側頭葉」と呼ばれる部分です。そのような脳部位では、血流や代謝の異常が報告されており、精神症状との関係が疑われます。しかし、脳組織の血管ネットワークがどのような形になっているかは、明らかではありませんでした。今回の研究では、マイクロトモグラフィ（マイクロCT）法と呼ばれる方法をヒト脳組織に応用し、脳の毛細血管の構造をミクロのスケールで解析しました。糸川副所長らの研究グループは、脳の部位のうち、側頭葉Brodmann area 22（BA22）と帯状回BA24の脳組織を用いて、大型放射光施設SPring-8で実験を行いました（図１）。

　このようにして得た三次元像をトレースし、血管ネットワークの構造をデカルト座標系で再現しました（図２）。その座標値を用いれば、微分幾何学を応用することによって、神経細胞の構造と比べることが可能になります。

　このようにして得た脳血管の構造を神経細胞と比べたところ、曲率（曲がり方）が毛細血管と神経突起で比例していることがわかりました（図３左）。以前の研究では、統合失調症で神経突起が曲がっていることがわかっており、血管も同様の傾向があるようです。一方で、毛細血管の太さは、神経突起の太さに関わらず一定でした（図３右）。今回解析した側頭葉BA22や帯状回BA24は、統合失調症で脳組織が萎縮することが報告されています。そのような場所で血管径が一定で、曲がりくねっているということは、血管ネットワークが神経細胞に比べて大きな体積を占めていることになります。このような血管ネットワークと神経細胞の関係が、統合失調症での脳代謝に影響していると思われます。

　これまで、脳の血管ネットワークがこのような形で解析されたことはなく、神経細胞との関係性も明らかではありませんでした。今回の研究から、統合失調症であるかどうかに関わりなく、脳の毛細血管の形が神経細胞の形と関係していることがわかりました。従来の顕微鏡による方法では、立体的な脳を平面的な画像で観察していたため、偶然決まった方向で見ることとなり、形を正確に再現できていませんでした。今回、シンクロトロン放射光施設^*3)で脳組織を立体構造のまま解析できたことが、ブレイクスルーをもたらしたポイントだと考えます。

　統合失調症は120年前にドイツの精神医学者エミール・クレペリンによって提案された疾患概念です。クレペリンは統合失調症の基礎に、代謝の障害と神経細胞の変化を予言しましたが、これまで両者を関連付けた知見は得られてきませんでした。本研究の成果は、統合失調症の脳の変化のひとつとして、120年前に予言された統合失調症での代謝の関与を提示するものです。統合失調症の治療薬は、現在のところ対症療法的な薬しかなく、アンメット・メディカル・ニーズの高い分野です。今回の結果は、統合失調症での脳代謝異常について重要なヒントを与えるものであり、原因に基づいた治療法の確立に道を開くと期待されます。

用語解説