「摂食制御の神経回路」の版間の差分

　ネコを用いた破壊実験から、腹内側核に満腹中枢があり、外側野に空腹中枢があると考えられてきた。しかし、過去の破壊実験の多くは近傍の神経線維の破壊を伴うため、単純には解釈できない。例えば、外側野の破壊時には内側前脳束も損傷するが、内側前脳束には摂食行動や報酬行動に重要なドパミン神経線維が豊富に存在する。腹内側核を破壊すると、弓状核からの腹内側核や室傍核への投射線維も破壊されるため、観察される摂食行動変化の原因が腹内側核と弓状核のどちらにあるかを決めることができない。しかし、Cre-loxPシステムを利用した遺伝子改変マウスの開発により、特定の神経細胞集団での遺伝子発現変化が摂食行動や体重制御に与える影響を検討することが可能となり、この10年で摂食制御の神経ネットワークについての理解が大きく進展した。

　眼窩前頭皮質は、味覚情報が島皮質周辺を経て集まる他、嗅覚や口腔感覚情報が集まり、摂食時の感覚が統合される。さらに、眼窩前頭皮質は側坐核や扁桃体と密な線維連絡を持ち、報酬行動、意思決定に重要な役割を果たすことが知られている。眼窩前頭皮質は空腹時に活性化し、前頭前皮質の運動の実行開始を制御する部位と密な線維連絡を持つことから、摂食に向かう行動開始の決定と実行に重要であると考えられている<ref><pubmed> 15924905 </pubmed></ref>。  

　側坐核は腹側被蓋野からドパミン神経の投射を受け、眼窩前頭皮質や島皮質とも線維連絡があり、摂食の快さ、報酬的側面に基づいた摂食行動の促進に関与していると考えられている<ref><pubmed> 12383777 </pubmed></ref>。側坐核にGABA受容体作動薬やグルタミン酸受容体拮抗薬を投与すると摂食行動が促進するが、とくに甘みや脂質に富んだ餌の摂取量が増加する。側坐核はメラニン凝集ホルモン（melanin-concentrating hormone: MCH）受容体を豊富に発現し、MCH神経の密な投射がある。

　弓状核は摂食行動制御の中心に位置すると考えられている。弓状核への主な入力は室傍核、内側視索前野、背内側核、外側野、前乳頭核、分界条床核、扁桃体内側核、中隔核であり、出力は室傍核、内側視索前野、背内側核に多い。弓状核には、摂食行動を促進するニューロペプチドY (Neuropeptide Y: NPY）およびアグーチ関連ペプチド（Agrouti-related peptide: AgRP）を産生する神経細胞と、摂食行動を抑制するαメラノサイト刺激ホルモン（α-melanocyte stimulating hormone: α-MSH）を産生する細胞が存在する。NPY産生神経細胞とAgRP産生神経細胞はほぼ同一の細胞集団であることからNPY/AgRP神経細胞と記載されることもある。α-MSH は、プロオピオメラノコルチン（proopiomelanocortin: POMC）神経細胞が産生する前駆体蛋白POMCが酵素によってプロセスされて生成される。POMC神経はコカイン・アンフェタミン調節転写産物（cocaine- and amphetamine-regulated transcript: CART）も産生することからPOMC/CART神経と記載されることもある。NPY、AgRP、α-MSHに加えて、摂食行動抑制作用を示すガラニン様ペプチド（galanin-like peptide: GALP）は視床下部では弓状核のみに発現している。また、弓状核はレプチン受容体やグレリン受容体が最も強く発現している部位である。レプチン受容体シグナルが活性化するとStat3がリン酸化されることからリン酸化Stat3はレプチンによる活性化の指標となっており、レプチン投与後弓状核でのリン酸化Stat3陽性細胞数が著増する。

　弓状核のNPY/AgRP神経は摂食行動を促進する。ジフテリア毒素受容体をNPY/AgRP神経細胞のみに発現させたマウスにジフテリアトキシンを投与すると、NPY/AgRP神経が数日で脱落する。この脱落に伴って、マウスの摂食量や体重が低下する<ref><pubmed> 16158063 </pubmed></ref>。NPY/AgRP神経細胞はGABA作動性であり、POMC神経細胞に投射してPOMC神経細胞を抑制するほか、室傍核、孤束核、結合腕傍核へ抑制性の投射をしている。NPY/AgRP神経から室傍核への投射はAgRPによるメラノコルチン４型受容体への逆作動薬としての活性が重要でありNPY・AgRP神経から孤束核、結合腕傍核へのGABA作動性投射により嘔気、嘔吐を抑制し、摂食行動を促進する。NPY/AgRP神経細胞はレプチン、グレリン、オレキシン、インスリン、セロトニンなどの受容体を発現しており、レプチンにより抑制性に、グレリンにより興奮性に制御される。

　弓状核のPOMC神経はα-MSHを介して摂食行動を抑制する。αMSHによる摂食行動抑制の主な標的は室傍核のメラノコルチン４型受容体陽性神経細胞と考えられている<ref name="ref1"><pubmed> 16269339 </pubmed></ref>。POMC神経細胞の大部分は、NPY／AgRP神経細胞と異なりGABA作動性ではない。POMC神経細胞にはオレキシンの摂食、体重制御に重要なオレキシン2型受容体やレプチン、セロトニン、NPYの受容体も豊富に発現している<ref><pubmed> 19117547 </pubmed></ref>。また、ATP感受性Kチャネルの変異型サブユニットをPOMC神経細胞に発現させ、POMC神経細胞のグルコースの感知が正常に機能しないマウスは、全身的に耐糖能が低下することから、POMC神経細胞が摂食行動だけでなく糖代謝制御にも重要な役割を果たしている<ref><pubmed> 17728716 </pubmed></ref>。NPY/AgRP, POMC神経共に、細胞内エネルギーが負の状態で活性化するAMPKを発現しており、これらの細胞のAMPKはレプチンやインスリン、グルコースによって活性が落ちる<ref name="ref2"><pubmed> 15058305 </pubmed></ref>。POMC神経細胞のAMPK機能を低下させたマウスは軽度の肥満を示すが、AgRP神経細胞のAMPK機能を低下させたマウスの体重や摂食量はほぼ正常である<ref><pubmed> 17671657 </pubmed></ref>。エストロゲンは摂食行動を抑制するが、エストロゲン受容体は弓状核に豊富に発現しており、エストロゲンによってPOMCの発現が増加する<ref><pubmed> 17195839 </pubmed></ref>。  

　腹側被蓋野は眼窩前頭皮質を含めた皮質、側坐核、線条体、外側野、背側縫線核、青斑核、上丘、中心灰白質などと双方向性の線維連絡がある。ドパミンを産生しないマウスは摂食量が少なく生後数週で死亡する<ref><pubmed> 10518589 </pubmed></ref>。腹側被蓋野は摂食のヘドニックな価値を制御しており、ドパミン神経を活性化すると摂取するものへの嗜好性が高まる。ドパミン神経はレプチン受容体を発現しており、レプチンは摂取するものへの嗜好性を低下させる<ref><pubmed> 22081158 </pubmed></ref>。