Energy metabolism in neuronal degeneration at the caudal site of spinal cord injury

脊髓损伤尾部神经元变性的能量代谢

• 批准号: 22K09248
• 负责人: 大西 諭一郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Cardiovascular Center Research Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K09248/
• 关键词: 脊髄損傷; ATP; ミトコンドリア; 末梢神経損傷; ワーラー変性; 神経変性; エネルギー; 代謝

軸索損傷はミトコンドリアの損傷尾側への輸送を途絶させ、軸索内ミトコンドリアからのエネルギー産生が困難となる。損傷尾側の解糖系は軸索の維持に重要である。オリゴデンドロサイトと軸索間にはモノカルボン酸輸送体（MCT）が発現し、ピルビン酸をオリゴデンドロサイトから軸索に供給している。損傷尾側軸索内ではミトコンドリアが枯渇していくため、供給されたピルビン酸がミトコンドリアでエネルギー源となるには限界がある。われわれは軸索内では、ピルビン酸が乳酸脱水素酵素で乳酸となり、NADが生み出され、再度解糖系に入り、ピルビン酸とATPを生み出していると考えた。脊髄離断モデルより離断軸索の観察が容易である末梢神経離断モデルで、細胞内ATPのin vivoイメージングを利用し、ATPのエネルギー代謝経路の変化の解明を試みた。細胞内ATPの有無で蛍光波長が変化する、GO-ATeam2ノックインラット・マウスの坐骨神経切断モデルを使用した。切断遠位におけるATP量、WD進行度、エネルギー代謝変化を評価した。また、離断モデルへの局所的な薬理学的操作に対する変化も評価した。離断遠位において、軸索変性の進行に先行してATPが徐々に低下し、軸索内のみのクエン酸回路不活化、軸索内・シュワン細胞内双方の解糖系活性化、MCTの活性化を示した。解糖系阻害薬とMCT阻害薬の投与はDMSO投与群に比べWD進行とATP低下を示したが、ミトコンドリア阻害薬はWD・ATPに影響を与えなかった。エチルピルビン酸は、生食投与群に比べ軸索変性進行の遅延とATP上昇を示した。末梢神経では、シュワン細胞内の解糖系亢進に伴い産生されたピルビン酸が、MCTを介して軸索に輸送され、軸索内にて解糖系亢進によって代謝され、ATP維持・軸作変性遅延に関連する可能性が示された。一方クエン酸回路の関連は乏しいことも示唆された。

轴突损伤破坏了线粒体的尾端运输，因此难以从轴向内线粒体产生能量。受伤的尾侧的尾糖溶解对于轴突维持很重要。单羧酸转运蛋白（MCT）在少突胶质细胞和轴突之间表达，并从少突胶质细胞向轴突提供丙酮酸。由于线粒体在受伤的尾轴突内耗尽，因此丙酮酸量的量限制为线粒体。我们认为，丙酮酸轴突内部通过乳酸脱氢酶变成乳酸，产生NAD，并产生丙酮酸和ATP。在外周神经解剖模型（该模型）比脊髓横断模型更容易观察到轴突时，我们尝试使用细胞内ATP的体内成像来阐明ATP能量代谢途径的变化。使用了GO-ATEAM2敲入大鼠小鼠的坐骨神经裂解模型，其中荧光波长随着细胞内ATP的存在或不存在而变化。在远端切割时评估了ATP，WD进展和能量代谢的变化的量。我们还评估了对解剖模型的局部药理操作的变化。在远端的远端，ATP在轴突变性之前逐渐下降，表明仅在轴突内部失活，轴突和schwann细胞中的糖酵解激活以及MCT的激活。与DMSO组相比，糖酵解抑制剂和MCT抑制剂的施用显示出WD的进展，ATP降低，但线粒体抑制剂对WD/ATP没有影响。与接受生食的组相比，乙基丙酮酸的轴突变性延迟和ATP的增加。在周围神经中，与施旺恩细胞中的丙酮酸结合产生的丙酮酸通过MCT运输到轴突，并通过轴突中的糖酵解代谢，表明它可能与延迟的ATP维持和轴突变性有关。另一方面，还建议柠檬酸周期几乎没有联系。

项目成果

Excess intracellular ATP causes neuropathic pain following spinal cord injury

• DOI: 10.1007/s00018-022-04510-z
• 发表时间: 2022-08
• 期刊: Cellular and Molecular Life Sciences
• 影响因子: 8
• 作者: N. Nakajima;Yu-ichirou Ohnishi;M. Yamamoto;Daiki Setoyama;H. Imai;T. Takenaka;Mari Matsumoto

脊髄損傷後神経障害性疼痛の評価、診断、治療

脊髓损伤后神经病理性疼痛的评估、诊断和治疗

• 发表时间: 2022
• 期刊: 脊髄外科
• 作者: Sho Fujiwara ; Yuichiro Ohnishi ; Koichi Iwatsuki ; Haruhiko Kishima;大西諭一郎
• 通讯作者: 大西諭一郎

Tight adhesions after spinal cord stimulation observed during dorsal root entry zone lesioning for pain after spinal root avulsion: illustrative cases.

在脊髓根撕脱后疼痛的背根进入区损伤期间观察到脊髓刺激后的紧密粘连：说明性病例。

• DOI: 10.3171/case22145
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of neurosurgery. Case lessons
• 作者: Yuki Kimoto ; Koichi Hosomi ; Yuichiro Ohnishi ; Takuto Emura ; Nobuhiko Mori ;Asaya Nishi ; Takufumi Yanagisawa ; Naoki Tani ; Satoru Oshino ; Youichi Saitoh ;Haruhiko Kishima
• 通讯作者: Haruhiko Kishima

脊髄損傷部での過剰な細胞内ATPが神経障害性疼痛を引き起こす

脊髓损伤部位细胞内 ATP 过多导致神经性疼痛

• 发表时间: 2022
• 作者: Sho Fujiwara ; Yuichiro Ohnishi ; Koichi Iwatsuki ; Haruhiko Kishima;大西諭一郎;大西諭一郎
• 通讯作者: 大西諭一郎

脊髄損傷頭尾側でのエネルギー代謝と軸索変性の違い

脊髓损伤头尾区能量代谢和轴突变性的差异

• 发表时间: 2021
• 作者: 横山 裕之;平井 高志;榎本 光裕;永田 哲也;横田 隆徳;大川 淳;大西諭一郎
• 通讯作者: 大西諭一郎