1

2007 年 2 月 4 日（土）　早稲田大学国際会議場　井深大記念ホール　

　

双極性障害の原因 　

理化学研究所　脳科学総合研究センター

精神疾患動態研究チーム 加藤 忠史

　

2

本日のテーマ

1) 双極性障害の研究目標2) ミトコンドリア仮説のいきさつ3) ミトコンドリア仮説の検証4) 一卵性双生児における研究5) 双極性障害における脳の異常とは？

3

双極性障害の研究目標1) 難治性患者　 →新たな治療法の開発2) 副作用 　　　　→作用メカニズム解明3) 診断・治療の遅れ→予後悪化→診断検査4) 治療反応の予測　　　 →治療反応性検査5) 偏見　　　　　　　 →病因解明、治療、

検査

4

双極性障害の謎1) 双生児研究から遺伝子の関与が明らかなの

に、原因遺伝子がつかまらない2) 一晩で、全く動けないうつ状態から、一睡

もせずに動き回る躁状態に、突然変わる3) 遺伝子の組み合わせという一方向の異常が

躁とうつという二方向の変化を生む4) 　リチウムという健康な人には作用しないイ

オンに何故か予防効果がある5) 　再発するほど次の再発が起きやすくなる

5

双極性障害でわかっていること

死後脳明らかな異常なし遺伝学遺伝子が関係

6

双極性障害における遺伝子の関与

7

双極性障害でわかっていること

死後脳明らかな異常なし遺伝学遺伝子が関係脳画像MRI で軽い脳梗塞の所見

8

双極性障害における「白質高信号」

• Dupont ら (1987) 以後、 12 の報告で関連あり。（ 4 つの報告は否定的）

• 加齢により誰でも見られる非特異的な所見• 虚血に対する脆弱性を反映？

9

双極性障害でわかっていること

遺伝学遺伝子が関係死後脳明らかな異常なし脳画像MRI で軽い脳梗塞の所見

　　　　　　　　（歳と共に誰でも増加）

血液細胞 細胞内カルシウム濃度変化

10

双極性障害患者の培養リンパ芽球ではカルシウム反応

亢進

カル

シウ

ム濃

度

(Kato T et al: Int J Neuropsychopharmacol 6: 379-89, 2003)

• 小胞体カルシウムポンプ阻害薬 (Thapsigargin)で刺激

• 患者 13 名• 対照群　 11 名

11

細胞内におけるカルシウムの役割

細胞内外には 1 万倍の Ca2+ 濃度差

ミトコンドリア

小胞体Ca2+

受容体

シナプス可塑性分泌細胞死

受容体

Ca2+ チャネル

12

双極性障害でわかっていること

遺伝学遺伝子が関係死後脳明らかな異常なし脳画像MRI で軽い脳梗塞の所見

　　　　　　　　（歳と共に誰でも増加）

血液細胞 細胞内カルシウム濃度変化薬理学気分安定薬の神経細胞保護作用

13

リチウムの神経細胞死抑制効果

• ラット左中大脳動脈結紮• リチウム 16 日間投与• 脳梗塞による症状軽減• 梗塞サイズが 56% 減少

生理食塩水

リチウム

Nonaka S, Chuang DM: Neuroreport 9: 2081-4, 1998

14

双極性障害でわかっていること

遺伝学遺伝子が関係死後脳明らかな異常なし脳画像MRI で軽い脳梗塞の所見

　　　　　　　　（歳と共に誰でも増加）

血液細胞 細胞内カルシウム濃度変化薬理学気分安定薬の神経細胞保護作用

双極性障害では神経細胞が死にやすい？

15

本日のテーマ

1) 双極性障害の研究目標2) ミトコンドリア仮説のいきさつ3) ミトコンドリア仮説の検証4) 一卵性双生児における研究5) 双極性障害における脳の異常とは？

16

31P-MRS （磁気共鳴スペクトロスコピー）

• 臨床用 MRI装置で化学分析• 1H 、 31P 、 7Li 、 19F などが測定可能• 31P：　エネルギー関連物質（ ATP など）、細胞膜関連物質（イノシトールリン酸）、細胞内 pH

17

双極性障害患者における 31P-MRS

寛解期に細胞内 pH 低下　 7.00 　 vs 　 7.05　躁・うつでは正常化　未服薬患者で確認　脳全体で見られるうつでクレアチンリン酸↓光刺激反応亢進→ ミトコンドリア病 (CPEO) 　　と同じ

Depressive

ミトコンドリア DNA 　 (mtDNA)

染色体DNA

• 染色体 DNA と別にミトコンドリアに多数存在• ミトコンドリア蛋白質の一部をコード• 16kb の環状 DNA• 母系遺伝• 体細胞変異がおきやすい

• ヒトゲノムのアキレス腱→ さまざまな病気に関係？

19

ミトコンドリア病mtDNA 変異 核遺伝子変異による二次的

mtDNA 変異（多重欠失）

MELAS CPEO ( 慢性進行性外眼筋麻痺 ) 母系遺伝 常染色体優性（劣性）遺伝mtDNA 変異 核遺伝子変異（ヘテロプラスミー）　　 (POLG, ANT1, Twinkle)脳症（意識障害等） 外眼筋麻痺

うつ病、躁うつ病うつ病、躁うつ病

16kb mtDNA

双極性障害患者脳で欠失？双極性障害患者脳で欠失？

20

　　ミトコンドリア関連核遺伝子変異・多型

　　 mtDNA多型・変異　　　 mtDNA欠失蓄積

ミトコンドリア Ca2+ 制御障害

細胞内 Ca2+ シグナリング異常　　　

シナプス可塑性の変化

双極性障害

双極性障害のミトコンドリア仮説

(Kato & Kato, Bipolar Disorder 2000)

21

本日のテーマ

1) 双極性障害の研究目標2) ミトコンドリア仮説のいきさつ3) ミトコンドリア仮説の検証4) 一卵性双生児における研究5) 双極性障害における脳の異常とは？

研究戦略仮説に基づく研究　 Hypothesis-Driven Approach

　・　遺伝学　・　死後脳、患者由来培養細胞　・　モデル動物作成発見的手法　 Heuristic Approach

　遺伝子発現解析・網羅的エピジェネティクス解析

　・　一卵性双生児不一致例　・　死後脳

研究戦略仮説に基づく研究　 Hypothesis-Driven Approach

　・　遺伝学　・　死後脳、患者由来培養細胞　・　モデル動物作成発見的手法　 Heuristic Approach

　遺伝子発現解析・網羅的エピジェネティクス解析

　・　一卵性双生児不一致例　・　死後脳

24

双極性障害の遺伝研究1) CVCD (common variant common disease) 仮

説　

2) MRVCD (multiple rare variants common disease) 仮説

方法： SNP 解析（関連研究）ほとんどの研究がこの仮説を採用

問題点： 再現性乏しい　（ 166 遺伝子中 6個のみ）対策： 中間表現型との関連　 (例： BDNF)

方法： 　 まれな大家系の解析動物モデル作成に有用

問題点： 表現型定義により結果が変動対策： 　 機能障害が確実な変異に注目 (例：DISC1)

25

双極性障害と mtDNA の研究戦略

1) CVCD 仮説　

2) MRVCD 仮説

・中間表現型（ Ca2+ ）に影響する　機能的 mtDNA 多型の探索

・ミトコンドリア病との関連に着目し　病的変異を探索

26

Ca2+ 制御に影響する mtDNA 多型の検索

mtDNA を失った細胞（ローゼロ細胞）

蛍光色素の遺伝子を導入単一細胞クローニング

35名の被験者由来の血小板細胞融合

ハイブリッド細胞

mtDNA全周配列

(Kazuno A et al, PLoS Genetics, 2006)

27

10398A型では G型よりミトコンドリア内 Ca2+ 濃度が高い

- 10398A が双極性障害で多い傾向 (McMahon et al, 2000)- 10398A が双極性障害と関連　 (Kato et al, 2001)

10398A 　 10398G

・ 35名で 216ヶ所の多型→ミトコンドリア　　 Ca2+ 濃度と関係する多型を探索

28

身体症状を合併する双極性障害患者におけるミトコンドリア DNA 解析

• 眼瞼下垂、筋力低下、糖尿病、脳梗塞等を伴う双極性障害患者 6 名を調べた

• うち 1 名で mtDNA 3644T>C 変異を発見• Complex I 活性低下、ミトコンドリア膜電

位の低下を来すまれな変異• 双極性障害 : 9/621 　 [1.4%]

対照群 : 1/733 　 [0.1%]

29

コンストラクト

神経細胞に異常な mtDNA 合成酵素が産生される遺伝子改変マウスを作製　

組み込んだ人工遺伝子

神経細胞のみで発現させる配列

DNA 合成時にミスするよう配列を異常にした酵素の遺

伝子

30

POLG 変異マウスにおけるサーカディアンリズムの異常

31

メス

オス TG マウス：全体に行動量低

下特に周期的な行

動量変化なし

メス TG マウス：

通常では見られない性周期に伴う行動量

変化

オス TG マウス：抗うつ薬投与後躁転に似た行動変化

オス

32

リチウムの効果

輪回

し量

のば

らつ

き• リチウムにより行動量の変動は改善

(Kasahara et al, Molecular Psychiatry, 2006)

33

遺伝性 CPEO と気分障害の併発例

CPEO

POLG: ミトコンドリア DNA 合成酵素

34

米国 RepliGen 社が RG2417 が有効と発表

ミトコンドリア機能障害仮説を提唱（ Kato ら）

双極性障害のミトコンドリア仮説の歩み

1992 　　　　　 95 2000 2005 2006

脳エネルギー代謝異常(Kato ら )

国際学会(CINP 、 BP ）でミトコンドリアシンポジウム

脳内乳酸蓄積 (Dager ら、 Washington 大 )

脳でミトコンドリア関連遺伝子低下 (Konradi, Harvard大 )

mtDNA 異常マウスが双極性障害様の行

動異常

35

本日のテーマ

1) 双極性障害の研究目標2) ミトコンドリア仮説のいきさつ3) ミトコンドリア仮説の検証4) 一卵性双生児における研究5) 双極性障害における脳の異常とは？

36

DNA マイクロアレイ (GeneChip)

・小さなガラスの上に短い DNA 断片を配置・細胞から RNA を取り出して増幅し蛍光標識・結合した cRNA の蛍光をスキャナーで解析・数万の遺伝子の発現量を同時に測定

37

一卵性双生児間の遺伝子発現差異による双極性障害関連遺伝子の同定

0.8% 健常双生児

4.0% 4.8%不一致双生児

XBP1GRP78

(Kakiuchi et al, Nature Genetics 2003)

38

XBP1 の「小胞体ストレス反応」における意義

Yoshida H, Matsui T, Yamamoto A, Okada T, Mori K: Cell (2001)

39

双極性障害における小胞体ストレス反応の低

下

小胞体ストレス反応を低下させる XBP1

多型

40

XBP1 -116C/G多型と精神疾患の関連研究

41

So et al, Biol Psychiatry (2007)

双極性障害における小胞体ストレスに対するXBP1 反応の低下と XBP1多型の影響

遺伝子多型　　　　中間表現型　　　　　

中間表現型　　　　疾患　　　　

42

IRE1

神経可塑的変化＝蛋白合成亢進

mRNA

活性型転写因子

ER

Unspliced form

Spliced XBP1 polyribosome

ER ストレス

XBP1 は神経可塑性関連転写因子か？

XBP1

神経可塑性関連標的遺伝子

43

本日のテーマ

1) 双極性障害の研究目標2) ミトコンドリア仮説のいきさつ3) ミトコンドリア仮説の検証4) 一卵性双生児における研究5) 双極性障害における脳の異常とは？

注：　ここから先は、今後の研究の方向性を示したもので、まだ証明されていない仮説です！

44

双極性障害と関連が見られた遺伝子の特異性

ミトコンドリア• POLG 変異• mtDNA 10398 多型• mtDNA 3644 変異• mtDNA 3243 変異• NDUFV2 多型 小胞体• XBP1• WFS1

共通のキーワード：細胞死？

　　　　（パーキンソン病、糖尿病）　　　　　　　　 （パーキンソン病、寿命）

　　　　　　　　（パーキンソン病、糖尿病）

　　　　　　　　（糖尿病）　　　　　　（パーキンソン病）

（糖尿病）（糖尿病）

45

ミトコンドリア機能障害の意義

• ミトコンドリア糖尿病 (Kadowaki: NEJM 1994)

　膵臓ランゲルハンス島の過負荷 ?

• パーキンソン病　ドーパミン産生細胞は、ドーパミン代謝、鉄により、活性酸素産生↑、細胞死に脆弱

• 双極性障害ではどのような神経系が障害されるのか？　

46

双極性障害の経過• 初期は 8 年位の病相間隔• 病相を繰り返す毎に間隔が短くなる→急速交代型（ Rapid Cycling ）（年に 4 回以上）治療抵抗性に

細胞死？

47

共同研究者（敬称略）

滋賀医大　高橋三郎　犬伏俊郎　塩入俊樹　村下淳　濱川浩

名古屋大学　鍋島 俊隆　野田 幸裕　毛利 彰宏　尾崎 紀夫　稲田 俊也

理研 BSI 宮脇 敦史　永井 健治　吉川 武男　山田 和男

東京都老人研田中 雅嗣

福井医大　杏林大　　信州大　　昭和大学米田 誠　　田島 治　鷲塚 伸介　巽 雅彦

NTT病院秋山　剛東京大学

加藤 進昌　佐々木司　栃木衛　幸田和久　梅影　忠　女子医大

坂元 薫　福永 貴子帝京大

南光 進一郎 精神神経センター

功刀 浩　田所 和幸　飯嶋 良味藤田保衛大

岩田 仲生　鈴木 竜世　北島 剛司浜松医科大　

森 則夫　三辺 義雄　中村 和彦

48

謝辞

研究にご協力いただいた患者の皆様

Stanley Foundation Brain Bank

E. Fuller Torrey 　Marie Webster 　Robert Yolken 　Michael Knable

49

謝辞（研究費）• 理化学研究所脳科学総合研究センター研究費

• 文部科学省　科学研究費• 厚生労働省　こころの健康科学研究費• ヒューマンサイエンス財団• National Alliance for Research on

Schizophrenia and Depression (NARSAD)

• Stanley Foundation

50

Mitochondria　笠原和起 PhD

　窪田美恵 PhD

　宗像可枝 MD, PhD

　福家 聡　 PhD　数野安亜 MS

理研 BSI 精神疾患動態研究チーム

ER Stress　垣内千尋 MD　林 朗子 MD, PhD

Epigenetics　岩本和也 PhD

　倉富剛 MS　栃木 衛 MD

Maternal Behavior　黒田公美 MD,

PhD Technical Staff文東美紀 PhD/石渡みずほ /亀谷瑞枝 /宮内妙子 /上田順子 MS/磯野蕗子