「視床下部」の版間の差分

視床下部前方の背側部において第三脳室壁近くにある明瞭な核で視交叉上核とおなじく構成する細胞は大きい。下垂体後葉にオキシトシンを分泌している。また、室傍核にはストレスホルモンとも呼ばれる副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(corticotropin-releasing hormone: CRH)を神経分泌によって放出する神経細胞が存在する。視床下部からのCRHの放出は下垂体前葉における副腎皮質刺激ホルモン(adrenocorticotropic hormone: ACTH)産生細胞を刺激し、ACTHやβ－リポトロピン、β―エンドルフィンの産生と放出とが促される。ACTHは副腎皮質を刺激し、副腎皮質ホルモンである糖質コルチコイド（主にコルチゾール）の産生と分泌とを高める。このコルチゾールが循環器機能やエネルギー代謝を高め、ストレスに対する全身の防御にはたらく。ヒトを含めた哺乳動物ではストレスに対する防御システムとして内分泌系および自律神経系が最も重要な役割を担っており、両者を制御する中枢が視床下部であり、視床下部―下垂体―副腎皮質の一連のホルモン伝達系はストレス応答の重要な経路となっている<ref>Tasker JG, Herman JP. Mechanisms of rapid glucocorticoid feedback inhibition of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis. Stress. 2011;14(4):398-406</ref>。

視床下部の底部、視交叉のすぐ上に位置する一対の神経核で、密集した大型の神経細胞から構成されている（一般に視床下部の神経核は主として散在性の小細胞から構成されている）。視交叉上核には神経ホルモンであるバゾプレシンあるいはオキシトシンを含む神経分泌ニューロンの細胞体が存在し、そこから延びる軸索は下垂体後葉に投射して毛細血管に神経分泌している。視交叉上核は体内時計の中枢として知られている<ref>Welsh DK, Takahashi JS, Kay SA. Suprachiasmatic nucleus: cell autonomy and network properties. Annu Rev Physiol. 2010;72:551-77.</ref>。視交叉上核を破壊された動物では、規則正しい睡眠・覚醒リズムが消失してしまうだけではなく、視交叉上核の細胞は、体内から取り出され外界からの刺激がない状態で培養されても、自律的にリズムを刻み続けることができる<ref>Welsh DK, Logothetis DE, Meister M, Reppert SM. Individual neurons dissociated from rat suprachiasmatic nucleus express independently phased circadian firing rhythms.</ref>。同時に、視交叉上核は外部環境である日長の情報を網膜から受け取り、他の情報と統合し、松果体へ送信している<ref>Morin LP, Allen CN. The circadian visual system, 2005. Brain Res Rev. 2006;51(1):1-60.</ref>。松果体ではこの情報に応答して睡眠を制御するホルモンであるメラトニンを分泌する。メラトニン分泌は夜間に高く昼間に低い。

脳弓の外側にあり小型または中型の細胞から構成されている。摂食行動<ref>Bellinger LL, Bernardis LL. The dorsomedial hypothalamic nucleus and its role in ingestive behavior and body weight regulation: lessons learned from lesioning studies. Physiol Behav. 2002;76(3):431-42.</ref>や概日リズムに合わせたコルチコイド分泌とそれに付随した覚醒、運動などに関与していることが知られている<ref>Chou TC, Scammell TE, Gooley JJ, Gaus SE, Saper CB, Lu J. Critical role of dorsomedial hypothalamic nucleus in a wide range of behavioral circadian rhythms. J Neurosci. 2003;23(33):10691-702.</ref>。

腹内側核は視床下部の中で最も大きく明瞭な核であり、小型または中型の細胞から構成されている。満腹中枢としての機能は１９４０年代におこなわれた腹内側核の除去が動物に肥満をもたらすという様々な実験結果から提唱されたものであり、１９７０年代に肥満をもたらしているのは室傍核など腹内側核の周辺組織の受けた損傷であるというGoldらによる異論<ref>Gold RM. Hypothalamic obesity: the myth of the ventromedial nucleus. Science. 1973;182(4111):488-90.</ref>があったものの、現在でも有効である<ref>King BM. The rise, fall, and resurrection of the ventromedial hypothalamus in the regulation of feeding behavior and body weight. Physiol Behav. 2006;87(2):221-44.</ref>。

多くの動物にとって生存にかかわる最も大きな問題は飢えである。エネルギーを適切に管理するため、視床下部は摂食行動と代謝レベルを調節している。エネルギーに余裕があるときには糖質から脂肪への変換を行い、エネルギーが欠乏しているときにはタンパク質を分解するという一連の代謝システムは視床下部の自律神経と内分泌をコントロールする機能によって管理されている。この機能に関しては、弓状核が主にその役割を担っており、腹内側核、背内側核、室傍核などが協調してはたらいている<ref>Morton GJ, Cummings DE, Baskin DG, Barsh GS, Schwartz MW. Central nervous system control of food intake and body weight. Nature. 2006;443(7109):289-95.</ref>。

哺乳動物のメスにおいては、視床下部は繁殖期のサイクルを調節している。生殖行動には十分なエネルギーの蓄えが必要であり、多くの動物にとってそれは一年のうち一定の時期に限定されている。弓状核の神経細胞はホルモン分泌を介して生殖行動を調節しており、性行動は背内側核や視索前野、乳頭体核などといった領域にも管理されている<ref>Simerly RB. Wired for reproduction: organization and development of sexually dimorphic circuits in the mammalian forebrain. Annu Rev Neurosci. 2002;25:507-36.</ref>。生殖行動はエネルギー代謝、胎児への血液供給を含めた循環器系、体温調節などのシステムと協調している。

動物が攻撃を受けた時には覚醒水準や代謝を高め、闘争や逃走にリソースを集中する必要が生じる。こうしたストレス応答に際しては心理的ストレスも身体的ストレスも共に視床下部の室傍核に伝えられる。この室傍核から下垂体、そして副腎へと伝えられるシグナル伝達はストレス応答にとって非常に重要であり、この回路はHPA axis (Hypothalamic-pituitary-adrenal axis)と呼ばれている。視床下部の室傍核からストレスホルモンとも呼ばれる副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモンが放出され、それによって刺激された下垂体前葉から副腎皮質刺激ホルモンが産生・放出され、それによって刺激された副腎皮質は副腎皮質ホルモンとして知られる糖質コルチコイドの分泌を高める。このコルチゾールが循環器機能やエネルギー代謝を高め、ストレスに対して全身の防御反応を引き起こすのである<ref>Tasker JG, Herman JP. Mechanisms of rapid glucocorticoid feedback inhibition of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis. Stress. 2011;14(4):398-406.</ref>。ストレスは睡眠や性行動を抑制する。

視床下部が睡眠・覚醒を司っていることは古くから知られており、嗜眠性脳炎の研究などから視床下部の前方部には睡眠中枢が、後方部には覚醒中枢が存在することが提起された。視床下部前方部に存在する腹外側視索前野（Ventrolateral preoptic nucleus: VLPO）におけるGABA作動性ニューロンが睡眠中枢として中心的な役割を果たしており、VLPOの神経細胞は睡眠時に活動を増加させることで睡眠の開始と維持を行っている<ref>Gaus SE, Strecker RE, Tate BA, Parker RA, Saper CB. Ventrolateral preoptic nucleus contains sleep-active, galaninergic neurons in multiple mammalian species. Neuroscience. 2002;115(1):285-94.</ref>。一方、視床下部後方部に存在する結節乳頭体核はヒスタミン神経の起始核であり、覚醒中枢の一つと考えられている。ヒスタミン神経細胞はここから脳内のほとんどの領域に軸索を投射しており、ヒスタミン神経細胞の活動が高まると覚醒レベルが上昇する。VLPOとTMNは互いに軸索を投射してその活動を抑制し合っており、TMNからVLPOへの抑制が優位になると覚醒が、VLPOからTMNへの抑制が優位になると睡眠が開始されることで迅速な睡眠・覚醒の相転移が行われている（フリップ・フロップ）<ref>Saper CB, Scammell TE, Lu J. Hypothalamic regulation of sleep and circadian rhythms. Nature. 2005;437(7063):1257-63.</ref>。

このように生理的に重要な機能を多く併せ持つ視床下部ではあるが、その神経回路の機能に関してはいまだに不明な点が多い。形態学的に分類、記載されてきた神経核ではあるが、細胞に発現しているペプチドの染色結果などにより、同じ種類の神経細胞が複数の領域にまたがって存在していたり、一つの神経核の中でも多数の異なる種類の神経細胞が共存していたりすることが分かってきた。そのため、神経細胞が形成する回路としての機能単位を正確に捉えるには新しい実験手法が必要とされている。例えば、神経ペプチドであるオレキシンを産生するオレキシンニューロンは睡眠に関与することが知られていたが、少数の細胞が散在しているため古典的な手法では特異的にその機能を調べることは困難であった。しかし、オレキシンのプロモーター下流でチャネルロドプシンやハロロドプシンを発現させ、それを光刺激することによってin vivoでオレキシン神経細胞特異的に活動を制御する、といった光遺伝学的手法によって現在ではその機能が次第に明らかになりつつある<ref>Adamantidis AR, Zhang F, Aravanis AM, Deisseroth K, de Lecea L. Neural substrates of awakening probed with optogenetic control of hypocretin neurons. Nature. 2007;450(7168):420-4.</ref><ref>Tsunematsu T, Kilduff TS, Boyden ES, Takahashi S, Tominaga M, Yamanaka A. Acute optogenetic silencing of orexin/hypocretin neurons induces slow-wave sleep in mice. J Neurosci. 2011;31(29):10529-39.</ref>。