グリア細胞は様々な支持・維持機能を担っているが、その中でも特にアストロサイトグリア細胞は、損傷した神経細胞の周りに瘢痕組織を形成するユニークな能力を持っている。 瘢痕組織の存在は，脊髄損傷で傷ついた成熟神経細胞の再生に対する抑制作用と関連している。 テンプル大学ルイス・カッツ医学部（LKSOM）とペンシルバニア大学の研究者らは、アストロサイト系グリア細胞が実際にニューロンの修復を促進する主要な役割を果たすことを新たに明らかにした。
「グリアには、グルコース代謝に関連した代謝スイッチがあり、それが起動すると、成長に対する抑制効果を逆転させて軸索再生を促進することがわかりました」と、LKSOMのShriners Hospital小児研究センターの解剖学および細胞生物学教授で、この新しい研究の上級研究者であるShuxin Li医師、PhDは説明しました。
9月16日にCell Metabolism誌に発表されたこの研究は、グリア細胞におけるグルコース代謝と中枢神経系の損傷したニューロンの機能的再生との間の関連性を確立した最初のものです。
主任研究者のYuanquan Song博士（ペンシルベニア大学ペレルマン医学部病理学および実験医学助教授）と共同で、Li博士らは、軸索損傷のハエおよびマウスモデルの両方を使用して、グリア細胞によって誘発される瘢痕組織形成が軸索再生にどのように影響するかを調べることに着手しました。 最初の実験では、これまでの研究で指摘されていた、グリア細胞の活動による軸索再生への悪影響が実際に可逆的であることが確認された。 さらに、軸索再生に対するプラス効果とマイナス効果の切り替えは、グリア細胞の代謝状態に直接関係していることもわかりました。
その後のハエを使った実験で、研究チームは解糖（グルコースの分解を担う代謝経路）に特に注目し、グリア細胞でこの経路を制御するだけでも、軸索再生を十分に促進できることを発見しました。 この結果は、マウスでも同じだった。 さらに、ハエとマウスのモデルで調査した結果、グリアが抑制反応から刺激反応に切り替わる際の重要な仲介役となる2つのグルコース代謝物、乳酸とヒドロキシグルタル酸が同定されました。 「また、負傷したマウスにおいて、乳酸を投与すると、未投与の動物に比べ、運動能力が著しく向上し、ある程度の歩行能力が回復することもわかりました」
Li博士らは、乳酸とヒドロキシグルタル酸が軸索再生を促進するために作用する特定の経路を調べました。 実験により、グリア細胞が活性化されると、グルコース代謝産物が放出され、その後、ニューロン表面のGABAB受容体と呼ばれる分子に付着し、それによって、軸索の成長を刺激するニューロン内の経路を活性化することが明らかになりました」
「今回の発見は、脊髄損傷後のニューロンの回復に、乳酸によって誘導されるGABAB受容体の活性化が重要な役割を持ちうることを示唆しています」とLi博士は述べています。 「さらに、このプロセスは、乳酸およびその他のグルコース代謝産物の産生を特異的にもたらす好気性解糖への代謝的スイッチによって駆動されます」
研究者らは次に、乳酸および関連分子の再生能力を大きな動物でテストし、どの分子が再生促進に最も有効であるかを明らかにすることを計画しています。 「この研究の次の段階は、脊髄損傷に罹患したヒトの患者を対象とした将来のトランスレーショナル研究の舞台となる可能性があります」と、Li博士は付け加えました。 Perelman Center for Cellular and Molecular Therapeutics, The Children’s Hospital of Philadelphia; Armin Sami, Harun N. Noristani, Kieran Slattery, Thomas Groves, and Shuo Wang, Shriners Hospitals Pediatric Research Center (Center for Neurorehabilitation and Neural Repair) and the Department of Anatomy and Cell Biology, LKSOM; Kelly Veerasammy, Yuki X. Chen, Jorge Morales, and Ye He, The City College of New York; and Paula Haynes and Amita Sehgal, HHMI, Chronobiology and Sleep institute, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania.
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