「グルタミン酸仮説」の版間の差分

==統合失調症のグルタミン酸仮説の歴史、根拠==

　現在のグルタミン酸仮説の中心的根拠は、フェンサイクリジンが統合失調症様の精神症状を惹起する点に置かれている。フェンサイクリジンは、1958年に解離性麻酔薬として開発されたが、翌年には副作用として幻覚、[[妄想]]などの精神症状が報告され<ref name=ref4><pubmed>13626287</pubmed></ref>、臨床応用は断念された。しかし、1970年ごろから乱用薬物として市中に出回り社会問題化した。フェンサイクリジン精神病の臨床症状は、統合失調症に酷似し[[陽性症状]]と[[陰性症状]]の双方を来たすため、臨床症状だけからは統合失調症と鑑別できないほどと言われる<ref name=ref5><pubmed>2820854</pubmed></ref>。1983年に、フェンサイクリジンがN-methyl-D-aspartate (NMDA)で誘発される脱分極を遮断することが見出され<ref name=ref6><pubmed>6317114</pubmed></ref>、NMDA型[[グルタミン酸受容体]]の[[イオンチャンネル]]を非競合的に阻害することが報告された。その後、フェンサイクリジンとグルタミン酸の関連が次々と報告され、1987年にJavittがそれらを「統合失調症のフェンサイクリジンモデル」としてまとめた<ref name=ref5 />。フェンサイクリジンがグルタミン酸受容体のひとつであるNMDA受容体を阻害してグルタミン酸神経の機能低下を起こすが、これと類似の病態が統合失調症でおこっているという仮説である。

　グルタミン酸仮説は神経生理学的にも支持されており、その根拠として統合失調症におけるprepulse inhibition (PPI)の減弱があげられている。PPIとは、大きな音を聞かせたときの驚愕反応が、音刺激直前 (50-500 ms) に小さい音を先行させることで抑制される現象のことである。1978年にBraffらが、12例の統合失調症が20例の対照よりPPIが小さいことを報告し<ref name=ref7><pubmed>693742</pubmed></ref>、統合失調症の情報処理障害・認知障害を反映していると考察した。PPIの障害は、その後多くの報告で再現され、統合失調型人格障害<ref name=ref8><pubmed>8238643</pubmed></ref>、患者の第1度近親者<ref name=ref9><pubmed>11007721</pubmed></ref>でも認められることから、脳内の病態が臨床症状として表現される以前の、より原因の近くに位置する神経機能障害を反映すると考えられている。つまり、PPIの減弱は統合失調症におけるendophenotype（[[中間表現型]]）とされている。PPIは[[動物]]でも観察され、フェンサイクリジン、MK801などのNMDA受容体阻害薬で障害されることから<ref name=ref10><pubmed>1834231</pubmed></ref> <ref name=ref11><pubmed>2692589</pubmed></ref>、統合失調症におけるPPIの障害もグルタミン酸仮説を支持する根拠と考えられている。  

　グルタミン酸受容体は大きく2つに分類される。1つは、多量体を構成して陽[[イオンチャネル]]を形成する[[イオン]]チャネル型であり、もうひとつはGタンパク質<ref group="注">'''Gタンパク質'''：[[GTP]]（グアノシン三燐酸）結合タンパク質のことで、受容体にはGタンパク質と共役するタイプとしないタイプがある。神経伝達物質が[[Gタンパク質共役型受容体]]と結合すると、Gタンパク質と共役してGTPの結合に伴った細胞内シグナル伝達機能が変化する。</ref>と共役する代謝調節型である。イオンチャネル型は、さらにアゴニストの種類によって、AMPA（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid）型、カイニン酸型、NMDA型の3つに分けられる。グルタミン酸受容体を候補遺伝子とした関連研究が多数行われ、有意な関連を示すSNPも報告された。

　染色体8pは、5つの人種にわたって複数のグループから連鎖が報告されてきた<ref name=ref12><pubmed>9731535</pubmed></ref> <ref name=ref13><pubmed>10486329</pubmed></ref> <ref name=ref14><pubmed>8942448</pubmed></ref> <ref name=ref15><pubmed>7573181</pubmed></ref>。Stefanssonらは、110例の患者を含む33家系を用いて連鎖解析を行い、8p12-21にLOD値<ref group="注">'''LOD値'''：遺伝子領域が疾患に連鎖している確率の指標で、logarithm of the oddsの略。連鎖解析において、遺伝子間の組み換え推定値を関数として算出される。LOD値が-2より小さいとき、その領域は疾患との連鎖が否定される。3より大きいとき95％の確率で連鎖していると結論づける。</ref>2.53を得た<ref name=ref16><pubmed>12145742</pubmed></ref>)。その領域（5cM）からマイクロサテライトマーカーを75kb<ref group="注">'''kb, Mb''': ゲノムは塩基の連なりであり、1000塩基対の長さを１Kb（kilo-base），100万塩基対を１Mb (mega-base)と表示する。</ref>間隔で選び、さらに感受性領域を絞り込んだ。その結果、600 kbにわたる2つのハプロタイプが複数の家系で共有されていた。その領域にコードされていた遺伝子がneuregulin-1 （NRG1）であった<ref name=ref16 />。彼らはNRG1上に同定された181の一塩基置換（single nucleotide polymorphism: SNP）について、394例の患者と478例の対照をタイピングしたが、いくつかのSNPで弱い有意差がみられたものの、どれもアミノ酸置換を伴わないものやスプライスサイトからはずれたものであった。しかし、ハプロタイプ解析では5’端の12のSNPと4つのマイクロサテライトマーカーからなるハプロタイプに有意差が見られ、これを統合失調症のリスクハプロタイプ（オッズ比2.2）であると報告した。NRG1は、中枢神経を含む多くの臓器で発現しており、胎生期には神経細胞のmigration<ref group="注">'''migration''': [[大脳皮質]]の神経細胞は、[[脳室帯]]という[[脳室]]に面した部位で誕生する。最終分裂を終えた神経細胞は、[[胎生期]]11-17日頃に表層へ向かって移動し皮質に6層構造を形成する。この神経細胞の移動がmigrationである。統合失調症では、migrationの障害を示唆する証拠がかねてから報告されており、神経[[発達障害]]仮説の根拠の一部とされている。</ref>に影響を与える。成人の神経系では、NMDA受容体を含む神経伝達物質受容体の発現や活性化に影響している<ref name=ref49><pubmed></pubmed></ref>。Stefanssonらは、さらにNRG1とNRG1受容体遺伝子であるErb4のノックアウトマウス<ref group="注">'''Erb4の[[ノックアウトマウス]]'''：[[マウス]]のNRG1受容体遺伝子にあたるErb4を、遺伝子操作によって発現できなくしたのがノックアウトマウスである。遺伝子は両方の親から一つずつ1対持っているが、両方ともノックアウトしたマウス（ホモ接合体）は生存できず死産してしまうため、片親からの遺伝子のみノックアウトしたマウス(ヘテロ接合体)が実験に用いられた。</ref>のヘテロ接合体を調べ、自発運動量の亢進やPPIの障害を報告した<ref name=ref57><pubmed></pubmed></ref>。さらに、NRG1のヘテロ接合体ではNMDA受容体密度が16％低下していることを確認した。

　染色体6pは、6p25-24<ref name=ref18><pubmed>11096332</pubmed></ref> <ref name=ref19><pubmed>9774782</pubmed></ref> <ref name=ref20><pubmed>10686556</pubmed></ref>、6p23-22<ref name=ref19 /> <ref name=ref20 /> <ref name=ref21><pubmed>9129723</pubmed></ref>、6p21-24<ref name=ref22><pubmed>11126394</pubmed></ref> <ref name=ref23><pubmed>12140777</pubmed></ref>と多数の連鎖が報告されてきた。Straubらは、270家系1425名を用いて連鎖解析を行い、6p22.3に連鎖の最大LOD値2.22をみとめた<ref name=ref24><pubmed>12098102</pubmed></ref>。さらに、6p22領域の20のマーカーを用いてtransmission disequilibrium test (TDT)を行ったところ、単独でもハプロタイプ<ref group="注">'''ハプロタイプ'''：遺伝子間の距離が近いか、組み換えの置きにくい領域の遺伝子は、メンデルの独立の法則から外れて、遺伝子型が連動して伝播される。これら、複数の遺伝子座における対立遺伝子の組み合わせをハプロタイプと呼ぶ。</ref>でもこの領域にあるdystrobrevin-binding protein 1（dysbindin, DTNBP1）上にあるマーカーが有意に統合失調症と関連していた<ref name=ref59><pubmed></pubmed></ref>。DTNBP1はdystrophin<ref group="注">'''dystrophin'''：Duchenne/Becker型筋ジストロフィーの原因分子として同定されたdystrophinであるが、筋組織だけではなく中枢神経系でも発現していることが確認されている。また、筋ジストロフィー患者の病変は筋組織のみならず、認知障害や注意欠陥障害など中枢神経症状も認められた。dystrophinは[[シナプス]]形成や[[神経終末]]の伝達調節を行っていることが明らかになっている。</ref>タンパク質複合体の1つで、脳内の[[PSD]] （postsynaptic densities）タンパク質と相互作用してNMDA受容体の活性を調節している。

　染色体13q22-34も、複数のグループが連鎖を報告している<ref name=ref12 /> <ref name=ref13 /> <ref name=ref25><pubmed>10924404</pubmed></ref>。Chumakovらは、フランス系カナダ人の統合失調症213例と対照241例を用いて、13q34から5 Mbにわたって191個のSNPについて関連地図を作成した<ref name=ref26><pubmed>12364586</pubmed></ref>。この領域に、統合失調症と関連を示したSNPの連続が65 kbと1400 kbにわたる2つの領域Bin A, Bin B<ref group="注">'''BinA, BinB'''：191のSNPの中から、統合失調症とP<0.05の有意水準で関連したSNPがM1-M5と名づけられた5箇所1380kbにわたって分布しており、この領域をBinBと命名した。P<0.01で関連したM12とM22というSNPもBinBより染色体末端方向に65.9kbの間隔で同定され、ここがBinA領域と名づけられた。</ref>として検出された。183名ずつのロシア人患者・対照を用いて再検した結果、65 kbのBin Aにおける２つのSNPが再び有意な関連を示した。このBin AからG72遺伝子<ref group="注">'''G72遺伝子'''：BinA領域をくまなく[[検索]]した結果、同定された2つの遺伝子がG72とG30と命名された。2つは、ゲノムの相同するストランドに逆向きにコードされており、G72がG30を包み込むような位置関係にあった。G72は、[[扁桃体]]、尾状核、脊髄などで発現していた。</ref>が同定された<ref name=ref26 />。Yeast two hybrid法により、G72はD-amino acid oxidase（DAAO）と相互作用をすることが判明した。DAAOはD-serineの酸化酵素であるが、D-serineは脳内に内在していて<ref name=ref27><pubmed>1730289</pubmed></ref>、NMDA受容体をアロステリック<ref group="注">'''アロステリック'''：活性中心から離れた部位に基質と異なった分子が結合するとタンパクの高次構造などが変化して、酵素活性が調節されることをアロステリックな調節という。NMDA受容体では、Mg、glycine、D-serinなどがチャネル中心と離れた場所に結合して、チャネルの活性を変化させることから、アロステリックな調節が働いていると考えられている。</ref>に活性化する。かつて、D-serineの不足が統合失調症で予測され、D-serineの患者への投与が試みられ、統合失調症の症状が改善したと報告された<ref name=ref28><pubmed>9836012</pubmed></ref>。2003年になって、統合失調症で血清中D-serineが対照より減少していることも報告された<ref name=ref29><pubmed>12796220</pubmed></ref>)。Chumakovらは、さらにDAAOの4つのSNPも統合失調症と関連していることを報告した<ref name=ref26 />。G72とDAAOのリスクSNPを同時に持った個体のオッズ比（5.02）は、それぞれを単独に持った個体のオッズ比（1.89および1.04）の相加値を上回っていた。これは、12q24にコードされているDAAO遺伝子と、13q34のG72遺伝子が相乗的作用して統合失調症発症に寄与していると解釈され、個別遺伝子の独立した効果だけでなくepistatic<ref group="注">'''epistatic'''：遺伝子の単独の効果がゲノム全体としての相互作用によって影響を受けることを、エピスタシスと呼ぶ。複数の遺伝子の表現型が、個々の遺伝子の相加的効果からはずれ非線形になる現象で、遺伝子座位間で相互作用が働いていると考えられる。</ref>な効果も関与していることが推察された。

　染色体22q11は、この領域の欠失が顔面や[[心臓]]の奇形をともなうVCSF （velo-cardio-facial syndrome）を来たす。VCSFの20-30％が統合失調症や類縁[[精神疾患]]を発症することから、22q11には統合失調症の感受性遺伝子が存在すると考えられていた。また、複数の施設もこの領域に連鎖を報告していた<ref name=ref30><pubmed>7909992</pubmed></ref> <ref name=ref31><pubmed>7485255</pubmed></ref> <ref name=ref32><pubmed>8178837</pubmed></ref>。Liuらは、VCSFで欠失が共通しやすい22q11の1.5 Mの領域について、18のSNPを用いてTDTとHHRR（haplotype-based haplotype relative risk）解析を行った結果、proline dehydrogenase（PRODH）のSNPおよびハプロタイプが有意に統合失調症に関連していると報告した<ref name=ref33><pubmed>11891283</pubmed></ref>。22q11の微小欠失は、一般人口でも0.025％の頻度で生じるが、統合失調症では2％と頻度が高い。さらに、統合失調症でも13歳以下に発症する小児発症例では6％と特に頻度が高い。そこでLiuらは、患者を若年発症と成人発症に分けて検討し、PRODHとの関連における統計的有意水準および相対危険率の両方が、若年発症例で上昇することを報告した<ref name=ref33 />。このPRODHは、[[プロリン]]をΔ1-ピロリン-5-カルボン酸（P5C）に変換し、P5Cはさらに還元されてグルタミン酸になる。

　これまでのポジショナルクローニングによって絞り込まれた遺伝子と異なり、遺伝子改変動物の行動解析からcalcineurin（CN）が統合失調症との関連が示唆された。Miyakawaらは、CNのノックアウトマウスで、自発運動量の増大、社会[[性行動]]の減少、PPIの障害など統合失調症関連の行動異常を見出した<ref name=ref34><pubmed>12851457</pubmed></ref>。その結果に基づいて、ヒトDNAの遺伝子解析を行って統合失調症との関連が示された<ref name=ref35><pubmed>12851458</pubmed></ref>。興味深いことに、CNの4つのサブユニット、CN結合タンパク質7つ、機能的にCNと共役するタンパク質5つが、これまでに連鎖が示唆された染色体座位にそれぞれ一致して存在しているという<ref name=ref35 />。それらの中で、多施設から連鎖の報告が出ている染色体領域にのっているサブユニット遺伝子PPP3R1（calcineurin B subunit、染色体2p14）、PPP3CA（calcineurin A・subunit、染色体4q24）、PPP3CC（calcineurin A・subunit、染色体8q21.3）と結合タンパク質遺伝子FKBP5（FK506 binding protein 5、染色体6p21.31）について12例の患者を解析し、同定したSNPについてアメリカ人の210組のトリオ（罹患者とその両親）を用いてTDTを行った結果、PPP3CCで有意な関連が認められた<ref name=ref35 />。PPP3CCの5つのSNPからなるハプロタイプは、南アフリカの200組のトリオでも関連の傾向が認められた。我々もCN関連遺伝子を日本人統合失調症で網羅的に調べており、現在までに染色体8p上のCN関連遺伝子の関与を確認している（未発表）。CNのノックアウトマウスでは、NMDA受容体を介した[[海馬]]の長期抑制が低下しており<ref name=ref36><pubmed>11733061</pubmed></ref>、CNもグルタミン酸神経系に機能的関連が示唆されている。