エンドフェノタイプ

英：endophenotype

同義語：中間表現型（intermediate phenotype)

　エンドフェノタイプ（endophenotype）は、中間表現型（intermediate phenotype）とも呼ばれる遺伝学的な研究における表現型である。統合失調症や双極性障害の精神障害においては、家族集積性が認められ強い遺伝要因があることから、リスク遺伝子や原因遺伝子が存在することが想定されている。しかし、統合失調症や双極性障害そのものを表現型とした連鎖解析研究や関連解析研究において、結果が一致しないことから、病気そのものではなく、遺伝子と病気という表現型の「中間」に存在するその精神障害において認められる特徴的な神経生物学的な障害である中間表現型を遺伝学的な表現型を用いることが有用ではないかと考えられた。

　例えば、統合失調症家系の中に、双極性障害、うつ病、パーソナリティ障害などの者がいた場合、「罹患者」と考えるか、「非罹患者」と考えるかで、解析結果が異なり、これが連鎖解析の再現性を失わせている可能性がある。また、人種毎に遺伝子多型の頻度が異なるために、疾患の脆弱性に影響する多型は人種や集団により異なるためであると考えられる。こうした問題が、疾患と遺伝子多型との関連解析に加えて、疾患と中間表現型の関係、中間表現型と遺伝子多型の関連を、それぞれ独立に検討することにより、解決できるのではないかと期待される。

歴史

図1．中間表現型研究の発展

　1986年にGershonらが精神医学領域において、初めてエンドフェノタイプの概念について提唱した。その後Gottesmaらがエンドフェノタイプという用語を導入し、次にWeinbergerらが1998年に中間表現型(intermediate phenotype)という用語を導入した。

　2001年にWeinbergerらが、ドーパミンの代謝酵素であるCOMT（catechol-o-methyltransferase gene）遺伝子の機能的多型であるVal多型はMet多型と比較してCOMT酵素活性が高く、その結果、前頭葉のドーパミン量が低下し、前頭葉機能とその効率が悪くなることを認知機能と機能的MRIを用いて示し、最後に統合失調症のリスクとなるという発表を行った。この研究を端緒に、統合失調症の認知機能障害、脳神経画像の異常、神経生理学的異常所見を中間表現型として統合失調症のリスク遺伝子を見出す研究が実際的に開始された。本邦においては、2003年に橋本らがintermediate phenotypeを中間表現型と翻訳し、この概念が本格的に導入された。Pubmedにおいてendophenotype (intermediate phenotype)で引用される論文は、1990年前半で10編、後半で約50編、2000年前半で約400編、2000年後半で約1200編と急速に増えており、本邦においてはこの分野の日本生物学的精神医学会年会における中間表現型の発表は概念が導入された2003年にはなかったものの2010年には口演の22％、ポスター発表の9％を占めるようになり、遺伝学的研究のみならず、生物学的精神医学研究の中心的な研究手法となりつつある(図1)。 本邦では、中間表現型という用語がよく用いられるが、後に定義に述べるように遺伝子と精神疾患の中間という意味と、健常者と患者の中間にある精神疾患を持たない患者血縁者においても認められるという意味をわかりやすく表していることによると思われる。

定義

表1．定義（理想的な精神障害の中間表現型の定義）。

1)　遺伝性がある

2)　量的に測定可能である

3)　精神障害の弧発例において精神障害や症状と関連する

4)　長期にわたって安定である

5)　精神障害の家計内で精神障害を持たないものにおいても発現が認められる

6)　精神障害の家計内では精神障害を持つものでは持たないものより関連が強い

　1986年にGershon & Goldinが、最初に1)、3)、4)、6)を定義した。その後1998年に、Leboyerらは5)を追加し、さらに2006年にWeinbergerらは、2)を導入することで、疾患のあり/なしというような２分法ではなく、量的に測定可能な表現型を用いることで健常者においても測定でき、さらに中間表現型の関連を検出することが疾患との関連より統計学的に有利であることを示した。

統合失調症

図2．エンドフェノタイプ（中間表現型）の新しい方向性

} 　代表的な統合失調症のエンドフェノタイプ（中間表現型）としては、認知機能、脳画像、神経生理機能などが今までよく用いられているが、最近はより発展して、人格傾向や遺伝子発現などもエンドフェノタイプの一つとして用いられるようになってきた（図2）。認知機能には、言語性記憶、視覚性記憶、作業記憶、遂行機能、語流暢性、注意・集中力、精神運動速度、視・知覚運動処理などがある。言語性記憶に関しても短期記憶と長期記憶に分かれ、さらにそれぞれについて確立した測定法が複数あるため、本来ならばその一つ一つについて中間表現型の定義を満たすかどうかを確認する必要があるが、実際にそのエビデンスがあるものは少ないのが現状である。そこでここでは、それぞれのエンドフェノタイプのドメインでよく用いられるものを中心にその妥当性をまとめた（表2）。妥当性の高いエンドフェノタイプは存在するが、理想的なエンドフェノタイプは存在していないことを追記しておく必要がある。 　以下によく用いられる統合失調症のエンドフェノタイプについて述べる。

認知機能

　認知機能を測定する多数の検査がエンドフェノタイプとされており、最も多数の検討がなされてきている。認知機能検査は、認知機能のある領域を測定することを目的に作られているが、課題達成には主な領域以外の機能も用いる必要があることを知っておく必要がある。その中でも特に、効果サイズの大きいものを以下に述べる。

• CPTのD’
• Trails B
• WAIS-Rの単語
• WMS-Rの言語性記憶I
• WCST Perseverative error  

 それぞれの検査の他のスコアにおいても効果サイズの大きいものがいくつもある。

脳神経画像

　脳構造画像においては、SPM(Statistical Parametric Mapping)を用いたVBM（Voxel-Based-Morphometry）法が導入され、全脳における定量的な解析を比較的簡単に行えるようになったことで、飛躍的にこの分野の研究が進んだ。その結果、全脳の体積や灰白質の体積がエンドフェノタイプとして用いられるようになった。 白質の統合性を測定する拡散テンソル画像（DTI: Diffusion tensor imaging）についても検討が進んでいる。

　脳機能画像研究においては、課題を用いた時の脳血流の変化（賦活化）を定量する機能的MRI(fMRI)が主に用いられている。統合失調症においてよく研究されているのは、ワーキングメモリー課題とエピソード記憶課題である。次に、情動制御課題や報酬課題がよく用いられる。

神経生理機能

　神経生理機能については、単純な非言語性の刺激を用いるため、年齢、人種、用いる言語に関係なく簡便に施行できるという利点がある。統合失調症では、プレパルス抑制テスト、眼球運動（アンチサッケード課題）、P50、ミスマッチネガティビティ、NIRSなどが用いられるが、遺伝性についても示されているものはプレパルス抑制テストと眼球運動である 。その中でも、PPIはマウスなどの動物モデルにおいても同様な検査が可能であるため、汎用されており、関連する遺伝子についての知見も多い。

その他

　エンドフェノタイプの概念が広がり、死後脳やリンパ芽球における遺伝子発現やパーソナリティー傾向もその候補として考えられるようになってきたが、まだ十分な検討はなされておらず、今後の発展が期待される。

双極性障害

　双極性障害のエンドフェノタイプにエビデンスは、まだ研究報告が少ないため統合失調症のそれよりも小さい。よって、双極性障害においても理想的なエンドフェノタイプは存在していないが、いくつか有力な候補について述べる。
　認知機能については多数の報告があるが、過去の文献をレビューすると一致度は小さい。但し、その後、作業記憶、陳述記憶が有望であるとの報告がされている。神経生理機能については、眼球運動、P50、PPI、P300などが有力ではあるが、すべて統合失調症と重なっている。脳神経画像については、前部辺縁系の体積や情動刺激課題中の辺縁系を中心とした賦活が関与しているという報告が出始めたばかりである　。血液細胞におけるカルシウム濃度や培養リンパ芽球における遺伝子発現が、遺伝子多型を反映するものとして有望とされているが、遺伝性などについてはまだ十分な検討がなされていない。

今後の方向性と課題

今後の方向性

　精神障害のリスク遺伝子を見出すための一方法として中間表現型という概念が提唱されたが、その概念は徐々に拡大しており、遺伝子と量的に測定可能な神経生物学的な表現型との関連を検討することにより、その遺伝子の機能を見出すというように広く用いられるようになってきている（図2）。その結果、脳神経画像の分野ではimaging geneticsとして、神経心理学の分野ではneurocognitive geneticsとして発展してきている。  中間表現型と遺伝子の関連解析は、異分野の研究手法を用いて多数のサンプルサイズを必要とするため、この解析が可能な研究施設は少ないという問題点があるが、精神疾患を超えて神経科学の分野のトレンドとなることでこの問題が解決すると考えられ、今後の発展が期待される。

　中間表現型は統合失調症における定量的に測定できる神経生物学的な表現型であることから、いわゆる生物学的な診断マーカーとしての期待が持てる。一つ一つの中間表現型（例えば、記憶障害や脳構造異常）の感度と特異度は十分ではなく、未だ生物学的な診断マーカーは見つかっていない。しかし、統合失調症の病態のうち異なる遺伝子による異常を反映すると考えられる中間表現型の組み合わせを用いることにより、診断マーカーの開発につながることが期待されている（図2）。

　動物モデルの研究への応用可能性も今後期待される分野である。現在、精神疾患の診断は、多くを患者本人の主観的体験の陳述と行動の観察に頼っている。特に、幻聴や妄想といった症状は、動物で定義することは不可能である。動物でも定量可能なエンドフェノタイプを用いることで、こうした問題を克服できる可能性がある。実際に、統合失調症においてはプレパルス抑制の障害をヒトとモデル動物の双方に用いて研究がなされている。

　エンドフェノタイプ（中間表現型）は、定義上あくまでもヒトにおける表現型であるが、脳神経科学研究の領域にその概念が広がることにより、新たな意味を獲得しつつある。例えば、動物や細胞レベルにおける分子レベルのフェノタイプを精神疾患のエンドフェノタイプや中間表現型として、病態解明を目指す研究が行われ始めている。これは、現時点においてはテクニカルタームの誤用ということになるかもしれない。しかし、テクニカルタームは研究の進展とともに新たな概念を獲得して発展していくものであることから、この研究分野が今後、生物精神医学研究の中心的な研究手法から脳神経科学研究の中心的な研究になることが期待される。

今後の課題

　第一の課題は、解析手法の多様性とサンプル収集の困難さである。通常の基礎研究では、一つの分野の専門家でよく、臨床研究では2領域（例：精神医学と遺伝学）となるが、中間表現型解析は、3領域（例：精神医学、遺伝学、脳神経画像学）が必要となる。多分野を理解し統合することのできる研究者が、それぞれの専門家と協力するという体制をつくる必要があることが困難であるといえる。中間表現型研究は、ただ統合失調症と健常者のゲノムサンプルだけを集めればよい関連研究とは違い、サンプル収集が難しくゆえに時間がかかり、比較的少数のサンプルしか集められない。但し、本邦では、ヒト脳表現型コンソーシアムが多数のサンプルを収集してデータの提供や共同研究を行なっている。

　次は統合失調症のリスク遺伝子を見出す方法論的な問題点である。中間表現型の遺伝率は30－60％であり、統合失調症そのものの遺伝率(約80％)より低いことが知られている。このことは、中間表現型と一つ一つの遺伝子の関連が疾患に対する関連より強いとされることや量的な表現型であるため統計的なパワーが増すことによるメリットを打ち消す可能性がある。現時点では、これらの両方を考慮した上でどちらがより有用であるかについてのデータはなく、結論が出ていない。

　中間表現型はその定義からTrait(特性：状態によって変化しないもの)であるべきであるが、このような表現型はよくstate（状態像）を反映するという問題点がある。例えば、認知機能は服用している向精神薬の影響を受けることがあり、神経生理機能である脳波やプレパルス抑制などは、喫煙の影響を強く受け、遺伝子発現においては死後脳では死因を強く反映する。また、統合失調症において精神症状と認知機能の相関が知られており、しかも精神症状が非常に悪化すると測定することすら不可能となる。比較的安定であると思われている脳構造画像においても、近年は発症後にさまざまな部位で進行性に脳体積の減少が起こることが知られており、これも問題とされる。このように、Traitだけではなく、測定時の生理的な状態、精神症状、精神疾患の進行(病期)の影響を受けるため、すべてが遺伝子で説明できるわけではないことを理解したうえで、用いていく必要があると思われる。

参考文献

（執筆者：橋本亮太　担当編集委員：加藤忠史）