「ミクログリア」の版間の差分

　ミクログリアは1920年代にPio del Rio-Hortegaによって中枢神経系における「第3のエレメント」として位置付けられ、「ミクログリア」と命名された。彼の一連の研究から、ミクログリアの発達初期に脳への浸潤し、その細胞はアメボイド形態で中胚葉由来であろうということ、成体脳では枝分かれした形態で一定間隔を保って分布し、病態ではアメボイド形態になり、移動、増殖、貪食能を有するという仮説が立てられた[1]。これらは、現在までの多くの研究から明らかになったミクログリアの特徴や機能にマッチしており、非常に先駆的な研究といえる（彼はFather of Microgliaとも呼ばれている）。その後、中枢神経系においてミクログリアを他の細胞と識別できる[[F4]]/80、Fc受容体、補体受容体[2]、Iba1[3, 4]に対する抗体や細胞培養法の開発により、ミクログリア研究が大きく発展した。さらに、1960年代後半にKreutzbergが、[[血液脳関門]]が正常なままである[[顔面神経]]切断モデルを開発し、神経損傷によるミクログリアの応答性の研究に飛躍的な発展をもたらした[1]。その後、ミクログリアに蛍光タンパク質を発現する[[トランスジェニックマウス]]が開発され、[[免疫]]組織染色をすることなくミクログリアの可視化が実現し、生体イメージング技術との組み合わせで、ミクログリアのin vivoイメージングが可能になった（後述）。これにより、これまで正常時のミクログリアは「静止型（resting）」とされてきたが、ミクログリアは細胞突起をダイナミックに動かし、[[シナプス]]との物理的コンタクトや細胞障害に鋭敏に応答することが明らかになった。さらに、遺伝子改変による細胞ラベリング技術等により、長らく議論になっていたミクログリアの起源が骨髄由来細胞ではなく[[胎生期]]に卵黄嚢で発生する前駆細胞であることが発見され、更なるブレイクスルーとなった（後述）。また、生体からミクログリアのみをFACS等で分取し、マイクロアレイや次世代シーケンス技術等による網羅的遺伝子解析からミクログリアに高発現する遺伝子群（P2ry12、P2ry13、Tmem119、Gpr34、Siglech、Trem2、Cx3cr1など）も明らかになり、骨髄由来の単球やマクロファージとは異なる遺伝子発現パターンを有していることが報告された[5-7]。最近では脳部位によってもミクログリアの遺伝子発現が異なることも報告されている[8]。加えて、ミクログリア選択的な遺伝子改変技術も開発され、ミクログリアの生理および病態における多くの興味深い役割が次々と明らかになってきており[1, 9-14]、中枢神経系機能の維持や異常にこの「第3のエレメント」が世界的な注目を集めている。

　ミクログリアの発生や起源については古くから議論されてきた。以前は神経外胚葉由来という説もあったが、現在では中胚葉由来とされている。マクロファージマーカーでミクログリアを標識した組織学的研究から、脳でのミクログリアは胎生期の骨髄造血前に観察される[15]。ミクログリアの起源となる前駆細胞とその発生組織は最近まで未解明であったが、2010年にGinhouxらがfate-mapping解析によって、胎生7.5日の卵黄嚢に存在する前駆細胞が循環器系（胎生8.5～10日に形成）を介して脳へ移動しミクログリアに[[分化]]することを発見し[16]、それがミクログリアの起源であろうとされている。脳へ移動した卵黄嚢由来前駆細胞は増殖能を有する。この説は、骨髄系細胞の発生に必要な[[転写因子]]Mybの欠損[[マウス]]でミクログリアが正常に発生することからも裏付けられた[17]。卵黄嚢前駆細胞（おそらく赤血球系骨髄前駆細胞）からミクログリアへの分化には転写因子RUNX1、PU.1、IRF8が重要な役割を担っている[16, 18]。

　成体におけるミクログリアについては、蛍光タンパク質[[GFP]]を発現したマウスの骨髄細胞を移植した骨髄キメラマウスの脳でGFP陽性のミクログリアが観察されたことから、骨髄由来の単球やマクロファージがミクログリアの供給源である可能性が考えられた。しかし、骨髄キメラマウスを作製するために用いる致死量放射線照射や骨髄細胞投与という実験的操作の影響が懸念されていた[19]。実際に、脳の遮蔽保護や放射線照射を利用しないキメラマウスでの実験では、GFP陽性のミクログリアがほとんど認められなかった[20, 21]。

　コロニー刺激因子1受容体（CSF1R）はミクログリアに発現しており、その欠損マウスではミクログリアの細胞数が消失する[22]。また、CSF1R阻害薬を成体マウスに慢性的に処置することでもミクログリア数が著減する[23]。一方で、CSF1Rの内因性リガンドであるCSF1の欠損ではそのような劇的な減少は認められない。最近、CSF1Rの他の内因性リガンドとして同定されたインターロイキン-34（IL-34）は、生後マウス脳のニューロンに発現し、その欠損により卵黄嚢での前駆細胞は正常であるが、生後のミクロ[[グリア細胞]]数が減少することから、成体でのミクログリアの維持に重要であると考えられている[24, 25]。さらに興味深いことは、IL-34欠損マウスでのミクログリア数の減少は脳部位によって差異があり、各脳部位によってミクログリアの維持メカニズムが異なる可能性も示唆されている。また、TGF-βも成体でのミクログリアの機能維持に関与している[6]。

　ミクログリアは細胞個々のテリトリーがあり、同一の脳部位においてはほぼ均一に分布している。しかし、その分布密度は脳部位によって異なっており、例えば成体マウスでは、皮質や脳梁におけるミクログリアの占める割合は細胞の5%ほどであるが、黒質におけるミクログリアの占める割合は細胞の12%にのぼる。また、部位によって細胞体や突起構造の形にも違いがあり、[[灰白質]]と[[白質]]のミクログリアを比べると、灰白質のミクログリアは放射状に突起構造を伸ばしているが、白質のミクログリアは長細く突起を伸ばし、細胞体も細長い形態をとることが報告されている[26]。また、興味深いことに、ミクログリア突起長は昼間よりも夜間で長く、さらに突起の分岐数も夜間のほうが多く、より複雑な構造をとっている。この日内変化はミクログリア分子時計で制御されており、[[プリン受容体]]の一つである[[P2Y12受容体]]の発現が日内変動しているためと考えられている。さらに、シナプスの密度と活動性も日内変化の原因の一つとしてミクログリアの突起構造日内変化が関与していることも示されている[27]。

　2005年にNimmerjahnらとGanらの研究グループは2光子顕微鏡を用いたin vivoイメージングにより、生きたままのマウスの脳内ミクログリアを非侵襲的に観察することに成功し、従来静止状態とされてきたラミファイドミクログリアが常に突起を動かし伸縮を繰り返して活発に活動していることを発見した[28, 29]。固定組織標本からは認識されなかったこの発見はミクログリア研究のブレイクスルーとなり、ミクログリアの挙動とその生理的な役割に注目を集めることとなった。

　ミクログリアの突起伸長や細胞遊走は化学誘引物質の濃度勾配に従う走化性によって起こる。ミクログリアの代表的走化性誘導因子としては[[ATP]]およびADPが知られており、[[初代培養]]ミクログリア細胞を用いた研究からP2Y12受容体を介したシグナルが重要な役割を担っていることが明らかにされている[30, 31]。加えて、[[P2X4受容体]]や[[アデノシン受容体]]A1や[[A3受容体]]も細胞遊走に関与する[32, 33]。その一方で、ミクログリアの突起の退縮には[[A2A受容体]]が関与することも報告されている[34]。ATPやADP以外にも[[Aβ]]やブラジキニン、[[グルタミン酸]]、補体C5a、CCL21、NGF、[[EGF]]といった多岐にわたる因子がミクログリア走化性誘導因子として報告されている[1, 35-37]。

　ミクログリアは中枢神経系の機能に様々な影響を及ぼすが、この生理機能への調節機構の手段の一つとして液性因子の産生や放出が挙げられる。神経障害時や[[ストレス]]、細胞内感染などによって活性化したミクログリアからは腫瘍壊死因子（TNF-α）、IL-1β、IL-6などの炎症性サイトカインが放出され、神経変性や中枢神経系の炎症応答を引き起こす[38]。それ故、ミクログリア由来の炎症性サイトカインにより中枢神経系の機能に何らかの支障が生じることで、[[多発性硬化症]]や[[アルツハイマー病]]などの中枢神経系疾患の悪化につながることが示唆されている。ミクログリアから放出されるケモカインもまた炎症応答や神経変性を引き起こすなど、生理学的および病的状態に大きく寄与する[39]。培養ミクログリア細胞からはCCL3（MIP-1α）やCXCL2（MIP-2）がプリン受容体である[[P2X7受容体]]の刺激を介して産生および放出される[40, 41]。そして神経が障害される状況においては脊髄ミクログリアでCCL3の発現が増加し、持続した[[疼痛]]が起こる[42]。炎症性サイトカインやケモカイン以外にも、[[一酸化窒素]]（[[NO]]）、活性酸素（ROS）、グルタミン酸、ATPなどがミクログリアから放出され、[[神経細胞死]]を誘導することが示唆されている[43-45]。

　一方、ミクログリアから産生放出される液性因子は、神経系の調節にも密接に関わる。例えば、神経系の異常時において活性化したミクログリアから放出される脳由来神経栄養因子（BDNF）は神経の興奮を引き起こす[46]。一方、ミクログリア特異的にBDNFを欠損させることで脳のシナプス可塑性に異常が認められることから、ミクログリア由来のBDNFは正常時には記憶や学習に重要な役割を担うことが分かる[47]。発達期や出生後早期においては、ミクログリアから[[分泌]]されるインスリン様成長因子1（IGF-1）がニューロンの生存維持に必要なこと[48]、また面白いことに神経障害作用を有する炎症性サイトカインIL-1βおよびIFN-γがニューロンの発生をむしろ促進することも報告されている[49]。他にも、中枢神経系ではミクログリアのみに発現する[[リソソーム]]性プロテアーゼのカテプシンSは、神経細胞に発現する膜結合型ケモカインのフラクタルカイン（CX3CL1）を切断し[50]、それがミクログリアのCX3CR1に作用することで様々な生理応答を示す。さらに、ミクログリアから放出されるカテプシンSは[[大脳皮質]][[体性感覚野]]においてスパインの密度や活動の日内リズム形成に関与することが報告されている[27]。

　正常時のミクログリアは細かく枝分かれした突起を脳実質内に張り巡らせて脳内環境の異常を待ち構えていると考えられていたが、2光子励起顕微鏡を用いたマウス大脳皮質のイメージング法の利用により、その突起の動態は非常にダイナミックなもので常に一定の領域の中で突起の退縮を繰り返していることが証明された[28, 29]。この時の突起の動きは1 μm毎分で、数時間で脳全体の容積を[[検索]]できるような速度と推測される。さらに、脳内に傷害が起きた場合はP2Y12受容体を介して、さらに動的に突起を動かして障害部位に集積する[51]。ミクログリアの突起がシナプス構造に接触するという直接の証拠は電子顕微鏡像で得られており[52]、[[体性感覚]]野又は視覚野皮質Ⅱ/Ⅲ層のシナプスにおいては、二光子励起観察像からミクログリアの突起がシナプスに短期的な接触を繰り返していることが生きたままのマウスで確認されている[53]。ミクログリアのシナプスへの接触は眼からの入力を取り除いた場合、[[テトロドトキシン]]処置や低温条件によって神経活動が抑制された条件で減少することから、神経活動依存的なものであると考えられている。

　ミクログリアのシナプスへの接触はシナプス剪定（synaptic pruning）といった発達段階において不必要なシナプスを取り除く機能に深く関係していると考えられており[54]、シナプスリモデリングが活発な脳部位（皮質、[[海馬]]、視覚処理回路）におけるミクログリアの存在が注目されていた[2, 55, 56]。現在では、眼―視床経路におけるシナプスの左右眼選択的な神経回路構築時に補体シグナルを介したミクログリアによるシナプスの除去が重要なプロセスを担っていることが証明されている[57]。また、障害を受けた神経細胞のシナプス間にミクログリアが入り込むことでシナプス接続を断つ（synaptic stripping）現象も古くから報告されている[58]。

　ミクログリアはその挙動からマクロファージに類似した細胞と認識されている。1900年代にRobertsonによって、神経細胞由来の崩壊物がミクログリアの細胞内に多数存在していることが見出されており、ミクログリアの貪食についての初めての観察とされている。ミクログリアは活性化型の形態の一つとして、通常は細く枝分かれした突起の退縮を引き起こし、アメボイド形態に変化する。このようなミクログリアは強い貪食作用を示し、死細胞やデブリ（障害を受けた細胞の破片など）を取り除く作用を持っている。ミクログリアが障害を受けた死細胞を取り除くことは、有害な細胞内因子の漏出を防いで脳内環境を保つ意味で重要なプロセスである。現在では、神経細胞の自己死の一つの形態に、ミクログリアが生きた神経細胞を貪食して組織中から取り除くといった現象も報告されている（phagoptosis）[59, 60]。これらミクログリアの貪食活性は死細胞に対してだけではなく、病原体や細胞からの分泌物や老廃物の除去という役割も持っており、ミクログリアの最も重要な機能の一つである。また、不要物の除去はその後の脳組織の回復にも寄与すると考えられ、障害によって変性した[[軸索]]の再生の促進にも関与するとされる。

　ミクログリアの貪食に関わる受容体としてはToll様受容体（TLR）など外因性病原体を認識する受容体と、TREM2などの[[アポトーシス]]を認識する受容体が主なものであるが、Fc受容体や補体受容体、スカベンジャー受容体、MAC-2、マンノース受容体、LRP受容体、[[P2Y6受容体]]などもミクログリアの貪食機能との関わりが示唆されている[61-63]。

　神経系のダメージや機能不全により神経障害性疼痛と総称される慢性的な[[痛み]]が発症する。その発症と維持メカニズムはわかっていないが、近年脊髄におけるミクログリアの役割が注目されている。同疼痛の[[モデル動物]]である人為的な末梢神経損傷モデルや神経障害を伴う病態モデル（糖尿病、がん、[[脊髄損傷]]、帯状疱疹など）において、脊髄のミクログリアは肥大化し、突起の退縮が起こる。さらに、細胞マーカーCD11bやIba1の発現が増加し、損傷ニューロンで発現するCSF1によって[[細胞増殖]]が誘発され、細胞数が2～3倍に増加する[64, 65]。

　神経障害性疼痛における脊髄ミクログリアの重要性は、プリン受容体のP2X4受容体の役割から見出された[66]。神経障害性疼痛[[動物モデル]]の脊髄後角では、転写因子IRF8とIRF5によってP2X4受容体がミクログリアで特異的に高発現し、その受容体を遮断すること、あるいは遺伝子を[[ノックダウン]]や欠損させることで、[[アロディニア]]が著明に抑制された[66-69]。ミクログリアのP2X4受容体がATPで刺激されることでBDNFなどの液性因子が産生放出され[70]、それらが脊髄後角ニューロンの機能を変調し、神経障害性疼痛を発症することが報告されている[46]。したがって、ミクログリアとニューロン間の病的連関が神経障害性疼痛の原因であろうと考えられている[71]。ミクログリアにはP2X4受容体以外にも他の機能分子が発現し、神経障害性疼痛に関与している[72-75]。