「視床下部」の版間の差分

DOI：<selfdoi />　原稿受付日：2012年5月25日　原稿完成日：2019年2月4日<br>

担当編集委員：[https://researchmap.jp/masahikowatanabeo 渡辺 雅彦] （北海道大学大学院医学研究院　解剖学分野　解剖発生学教室）<br>

　視床下部とは、間脳に位置し、内分泌や自律機能の調節を行う総合中枢である。ヒトの場合は脳重量のわずか0.3%、4g程度の小さな組織であるが、多くの神経核から構成されており、体温調節やストレス応答、摂食行動や睡眠覚醒など多様な生理機能を協調して管理している。中脳以下の自律機能を司る中枢が呼吸や血液循環、発汗といった個別の自律機能を調節するのに対し、視床下部は交感神経・副交感神経機能や内分泌を統合的に調節することで、生体の恒常性維持に重要な役割を果たしている。系統発生的には古い脳領域であり、摂食行動、性行動、攻撃行動、睡眠といった本能行動の中枢である。

[[Image:２視床下部の神経核.jpg|thumb|right|300px|<b>図2．視床下部内の主な神経核と隣接する脳領域</b><br>NetterのAtlas of Neuroanatomy and Neurophysiologyより改変して転載（転載許可取得済）]]  

　視床下部は[[第三脳室]]と接している[[視床下部脳室周囲層]]、その外側の[[視床下部内側野]]、最も外側に位置する[[視床下部外側野]]の３つの領域に大別される('''図2''')。視床下部は[[下垂体門脈]]系と呼ばれる血管系を介して[[下垂体前葉]]とつながっている。下垂体前葉は[[wj:甲状腺|甲状腺]]、[[副腎皮質]]、[[wj:性腺|性腺]]といった下位の[[内分泌腺]]を刺激する[[wj:ホルモン|ホルモン]]を分泌する上位の内分泌器官であるが、視床下部で産生されるホルモンは下垂体門脈を経由してこの下垂体前葉からのホルモン分泌を調節している。[[下垂体後葉]]には、視床下部から[[軸索]]が投射しており、[[バソプレシン]]と[[オキシトシン]]を放出している。また、視床下部には[[血液脳関門]]が無い領域が存在し、[[wj:血液|血液]]に含まれる[[生理活性分子]]の濃度変化をモニタリングするのに役立っている。以下、視床下部に存在する多くの[[神経核]]のうち、主なものを記す。 視床下部にある多くの神経核の複雑な位置関係を捉えるのは難しい。立体感覚を掴むためにはAllen brain atlasのBrain Explorer等の利用をお薦めする。

　視床下部と下垂体をつなげる[[漏斗]]と呼ばれる部位に存在する弓状核（別名を漏斗核）は下垂体前葉を介してホルモン調節を行っている。弓状核は[[下垂体前葉]]からのホルモン分泌を促進させる各種の放出ホルモン（[[成長ホルモン放出ホルモン]]、[[甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン]]、[[性腺刺激ホルモン放出ホルモン]]、あるいは、分泌を抑制する各種の放出抑制ホルモン（[[成長ホルモン抑制ホルモン]]、[[プロラクチン抑制ホルモン]]）を合成している。

　また、弓状核は摂食行動とも関連が深い。弓状核には[[プロオピオメラノコルチン]](Pro-opiomelanocortin: POMC)を発現しているニューロン(POMCニューロン)、および[[ニューロペプチドY]](Neuropeptide Y: NPY)と[[アグーチ関連ペプチド]](Agouti-related peptide: AgRP)の両方を発現しているニューロン(NPY/AgRPニューロン)がそれぞれ存在している。POMCから生じる[[メラノコルチン]]は食欲抑制ペプチドとして知られ、摂食亢進ペプチドとして知られるNPYやAgRPと互いに拮抗するように摂食行動を調節している。また、[[コカイン・アンフェタミン調節転写産物]](Cocaine and amphetamine related transcript: CART)と呼ばれる摂食抑制ペプチドも、弓状核においてはPOMCと共局在している。NPY/AgRPニューロンが活性化するとNPYの分泌によって直接的に摂食行動を誘導するだけではなく、[[メラノコルチン受容体]]に対するアンタゴニストであるAgRPを介して、間接的にも摂食行動を促進する。[[wj:脂肪組織|脂肪組織]]で産出される[[摂食抑制ホルモン]]である[[レプチン]]は、弓状核のPOMCニューロンを活性化することで[[食欲]]の抑制を行い<ref><pubmed> 11373681 </pubmed></ref>、[[wj:胃|胃]]で産出される[[摂食亢進ホルモン]]である[[グレリン]]は弓状核のNPY/AgRPニューロンを活性化することで食欲を亢進させる作用がある<ref><pubmed> 11196643 </pubmed></ref>。  

===視床下部室傍核===

　視床下部前方の背側、第三脳室壁の近くにある明瞭な神経核。室傍核の内側部に位置する小細胞性領域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)を分泌するニューロンの細胞体が存在する。視床下部から放出されるCRH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]]の産生と放出とが促される。ACTHは血液循環によって運ばれたのち、[[wj:副腎皮質|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]]（ヒトでは主に[[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[[wj:循環器|循環器]]機能や[[wj:エネルギー代謝|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。[[wj:ヒト|ヒト]]を含めた[[wj:哺乳動物|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重要な役割を担っており、[[視床下部-下垂体-副腎皮質]]（HPA軸）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><pubmed> 21663538 </pubmed></ref>。室傍核の外側部に位置する大細胞性領域には、オキシトシンやバソプレシンを分泌する神経細胞が存在する。これらの細胞の軸索は下垂体後葉へと投射して血管へと内分泌するだけでなく、脳内の多くの領域に投射して社会行動の調節にも係って関わっている。

　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。視交叉上核は[[体内時計]]の中枢としてよく知られている<ref><pubmed> 20148688 </pubmed></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。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、自律的に概日リズムを刻み続けることができる<ref><pubmed> 7718233 </pubmed></ref>。同時に、視交叉上核は明暗の情報を目から受け取ることで体内時計を外界と同調させている。この場合、通常の視覚に関わる視細胞ではなく、[[光感受性物質]]である[[メラノプシン]]を発現する一部の[[網膜神経節細胞]]が視交叉上核へと情報を伝えている<ref><pubmed> 11834834 </pubmed></ref>。視交叉上核はこの受け取った情報を他の情報と統合して処理したのち、[[松果体]]へ伝えている<ref><pubmed> 16337005 </pubmed></ref>。松果体ではこの情報に応答して睡眠を調節するホルモンである[[メラトニン]]を分泌する。メラトニン分泌は光で抑制されるため、昼行性動物では夜間に高く昼間に低い。  

 

 

 

 

=== 結節乳頭体核 ===

Tuberomammillary nucleus: TMN  

　乳頭体の外殻に位置する結節乳頭体核は[[ヒスタミン]]神経系の起始核であり、[[覚醒中枢]]の一つと考えられている。ここからヒスタミン作動性ニューロンは脳内のほぼ全域にわたる幅広い領域に投射しており、ヒスタミン作動性ニューロンが活性化すると覚醒レベルが高まる<ref><pubmed> 12700104 </pubmed></ref>。[[wj:風邪薬|風邪薬]]として用いられる第一世代のヒスタミン[[H1受容体]][[阻害薬]]の服用が眠気をもたらすのは、このヒスタミンによる覚醒系が抑制されるからである。

　腹内側核の背側、室傍核の腹側に位置し、小型または中型の細胞から構成されている。視交叉上核の主要な投射先であり、[[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><pubmed> 14627654 </pubmed></ref>。また、背内側核の神経細胞はオレキシンニューロンに直接投射しており<ref><pubmed> 15848807 </pubmed></ref>、摂食行動<ref><pubmed> 12117580 </pubmed></ref>や体温調節<ref><pubmed> 16959861 </pubmed></ref>との関連が報告されている。

　腹内側核は視床下部の中で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年代に行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><pubmed> 4795550 </pubmed></ref>があったものの、現在でも[[摂食行動]]と体重維持を制御しているものと考えられている<ref><pubmed> 16412483 </pubmed></ref>。

 

　また、最近では腹内側核の神経細胞を[[光遺伝学的]]手法により活性化させると、[[攻撃行動]]あるいは[[性行動]]が引き起こされるという報告がなされている<ref><pubmed> 21307935 </pubmed></ref>。攻撃行動の際に活性化している神経細胞群は生殖行動の際には抑制されており、二つの行動を切り替えるスイッチとしてはたらいている可能性がある。

　視床下部の外側野と呼ばれる領域には、特定の神経核が存在せず、[[オレキシン]]および[[メラニン凝集ホルモン]](MCH)と呼ばれる神経ペプチドを産生する神経細胞群がそれぞれ存在している。外側野の局所破壊実験によって摂食行動が抑制されることから、摂食中枢として知られていた。オレキシンニューロンとMCHニューロンは全く異なる神経群であるが、いずれも脳全体に軸索を投射している<ref><pubmed>23508038</pubmed></ref> <ref><pubmed>25301357</pubmed></ref>。オレキシンニューロンは、睡眠・覚醒や摂食、代謝など多様な生理機能を調節している<ref name=Inutsuka2013><pubmed>23508038</pubmed></ref>。睡眠覚醒障害のひとつであり、覚醒を維持できずにどのような状態でも眠りに落ちてしまう病気であるナルコレプシーは、オレキシンニューロンが特異的に脱落することによって生じることが明らかになっている。メラニン凝集ホルモンは[[wj:魚類|魚類]]、[[wj:両生類|両生類]]ではその名の通り体色調節に関わっているが、哺乳類では主に摂食や睡眠への関与が報告されている<ref><pubmed>24056699</pubmed></ref> <ref><pubmed>24828644</pubmed></ref>。

　視床下部は体温調節、摂食行動、睡眠・覚醒、ストレス応答、生殖行動など非常に多岐にわたる行動を調節している。こうした調節は単独で機能しているわけではなく、相互に関係する複数の行動を、バランスを取って促進・抑制することで全体的なモードを規定している。例えば、ストレス応答の際は生存確率を高めるために代謝レベルを高めるが、その際には体温や[[wj:血圧|血圧]]を上昇させ、睡眠や生殖行動を抑制するような統合的な調節が行われている。以下に代表的な機能について記す。  

　動物は外的環境に左右されず内的環境を維持できるが、[[鳥類]]や[[哺乳類]]では[[体温調節の神経回路|体温調節]]もそれに含まれる。外気温が変化しても体内温度を一定に保つことは行動上の制限を大きく広げ、生存に有利に働くものと思われる。視床下部の[[視索前野]]には温度感受性の神経細胞が存在して体温調節の中枢を構成しており、視床下部背内側核もその調節に関与していることが知られている<ref><pubmed> 21900642 </pubmed></ref>。体温は概日リズムや性周期、摂食行動などによっても変動する。

 

　体液恒常性を維持するうえで、[[抗利尿ホルモン]]であるバソプレシンは[[wj:腎臓|腎臓]]における水の[[wj:再吸収|再吸収]]の程度を決定し、血液の[[wj:浸透圧|浸透圧]]を制御する重要な因子である。視床下部にはバソプレシンを産生する神経細胞が存在し、その軸索は下垂体後葉に投射している。下垂体後葉から血管内に分泌されたバソプレシンは腎集合管にはたらきかけ、水チャネルである[[アクアポリン]]の[[細胞膜]]への局在をもたらすことで腎臓での水の再吸収量を増やし<ref><pubmed> 7532304 </pubmed></ref>、利尿を妨げる効果をもたらす。視床下部の一部には血液脳関門が無い部分があり、血液浸透圧をモニターする[[浸透圧受容器]]として機能している。また、体液恒常性を調節する脳弓下器官と視床下部の室傍核との間には神経連絡が存在する。

 

　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[[wj:糖質|糖質]]から[[wj:脂肪|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脂肪や[[wj:タンパク質|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、腹内側核、外側野<ref><pubmed> 12797956 </pubmed></ref>、背内側核、室傍核などと協調してはたらいている<ref><pubmed> 16988703 </pubmed></ref>。

 

　ほ乳動物の生殖は視床下部、下垂体、そして性腺の各組織が相互にシグナル伝達を行うことで調節されている。例えば、ヒトの女性において、[[wj:月経|月経]]を含む[[wj:性周期|性周期]]は下垂体前葉から放出される[[wj:卵胞刺激ホルモン|卵胞刺激ホルモン]](Follicle stimulating hormone: FSH)と[[wj:黄体形成ホルモン|黄体形成ホルモン]](Luteinizing hormone: LH)によって調節されているが、これらは視床下部から放出される[[性腺刺激ホルモン放出ホルモン]]([[gonadotropin releasing hormone]], [[GnRH]])によっても制御されている<ref><pubmed> 19740674 </pubmed></ref>。また、生殖行動は腹内側核、背内側核や視索前野といった領域にも管理されている<ref><pubmed> 12052919 </pubmed></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[[視床下部-下垂体-副腎系]] ([[Hypothalamic-pituitary-adrenal axis]], [[HPA 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]](CRH)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]](ACTH)が産生・放出され、それによって刺激された[[wj:副腎皮質|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<ref><pubmed> 21663538 </pubmed></ref>。ストレスは睡眠や性行動を抑制するはたらきをもつ。  

 

　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、腹外側視索前野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><pubmed> 12401341 </pubmed></ref>。一方、視床下部後方部に存在する結節乳頭体核(Tuberomammillary nucleus: TMN)はヒスタミン作動性ニューロンの起始核であり、覚醒中枢の一つと考えられている。ヒスタミン作動性ニューロン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、ヒスタミン作動性ニューロンの活動が高まると覚醒レベルが上昇する。腹外側視索前野と結節乳頭体核は互いに[[軸索]]を投射してその活動を抑制し合っており、結節乳頭体核から腹外側視索前野への抑制が優位になると覚醒が、腹外側視索前野から結節乳頭体核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・フロップ説）<ref><pubmed> 16251950 </pubmed></ref>。視床下部のオレキシンニューロンは、結節乳頭体核などの覚醒中枢に密に投射し、これを活性化させることで覚醒を維持するのに寄与していると考えられている。睡眠には視床下部以外にも脳幹の[[モノアミン]]作動性ニューロンなど関与する脳領域は多い。

 

 

　さらに、脳深部まで[[グリンレンズ]]を挿入し、頭上に固定した超小型顕微鏡によって、自由行動下における単一細胞レベルの活動記録も視床下部で行うことも可能となっている。例えば、腹内側核の[[エストロゲン]]受容体発現細胞が、性行動によって同性あるいは異性の他個体との接触時の応答をどのように変化させるか単一細胞レベルで調べることもできる<ref name=Remedios2017><pubmed>29052632</pubmed></ref>。こうした技術面の進歩によって、視床下部の自由行動下における生理機能が解明されていくことが期待されている。

*[[体温調節の神経回路]]

*[[養育行動の神経回路]]