神経科学：哺乳類の「冬眠ボタン」の特定
Nature
齧歯類において冬眠に似た状態を引き起こす神経回路が明らかになったことを報告する2編の論文が、今週、Nature に掲載される。冬眠様の状態を人工的に誘導することは、最終的にはヒトに対する医学的応用の可能性があるが、実際に人間の冬眠が誘導されるかは確かめられていない。
冬眠する動物は、食料を入手しにくい冬のような時期に体温を下げて、エネルギー消費量を減らすことができる。これまでの研究から、冬眠の調節に中枢神経系が関与することが示唆されているが、関係する正確な機構は解明されていない。
今回、筑波大学の櫻井武（さくらい・たけし）教授たちの研究チームは、冬眠の駆動要因をさらに解明するため、実験用マウス（冬眠はしないが、休眠と呼ばれる冬眠様の一時的な低代謝状態を示す）を使って研究を行った。実験の結果、視床下部に存在する独特なニューロン群（Qニューロンと命名）が特定された。Qニューロンは、冬眠のような長期間（48時間以上）にわたる体温と代謝の低下を誘導できる。櫻井教授たちは、Qニューロンを化学物質や光によって人工的に活性化させられることを示し、Qニューロンによる冬眠様の状態の誘導に関与する広域的な神経回路を明らかにした。冬眠様状態が誘導されたマウスに、行動に対する有害な影響や組織・器官の損傷は観察されなかった。さらに、櫻井たちは、この誘導された状態が休眠と異なるかを見極めるため、休眠も冬眠もしないラットを使って同じ実験を行った。その結果、ラットでも、Qニューロンの活性化によって冬眠に似た低代謝状態が誘導されることが分かった。
一方、これとは独立した研究で、Michael Greenbergたちの研究チームは、マウスの休眠を制御する視床下部のニューロン群を特定した。このニューロン群を刺激すると、食料不足が起こっていなくても、マウスは休眠状態になった。このニューロン群の役割は、その活性を遮断することで確かめられ、これによって自然な休眠の開始が妨げられた。
これらの知見は、冬眠様の状態を調節する神経過程の解明に役立つ。櫻井たちは、こうした神経回路がさまざまな哺乳動物（冬眠しない動物種を含む）に保存されている可能性があり、Qニューロンを選択的に操作することが可能だとする仮説を提起している。ヒトで人工的な冬眠状態を誘導できれば、疾病状態の後の組織損傷を減少させ、移植のための臓器を保存できる可能性があるが、現在のところは憶測にすぎない。
Neuronal circuits that can trigger a state similar to hibernation in rodents are identified in two studies published in Nature this week. Artificial induction of a hibernation-like state could eventually have potential medical applications for humans, although this effect has not been tested in people.
Hibernating animals can lower their body temperature to reduce energy expenditure during times of limited food availability, such as the winter. Previous research has implicated the central nervous system in the regulation of hibernation, but the precise mechanisms involved have been unclear.
To learn more about what drives hibernation, Takeshi Sakurai and colleagues study laboratory mice (which do not hibernate, but exhibit a similar temporary hypometabolic state called torpor). Their experiments identify a distinct set of neurons in the hypothalamus — named Q neurons — that can induce long-lasting (more than 48 hours) reductions in body temperature and metabolism, similar to hibernation. The authors show that these neurons can be activated synthetically with chemicals or light, and uncover the wider circuit of neurons involved in this effect. No adverse effects on mouse behaviour or damage to tissues and organs were observed following the induced hibernation-like state. To determine whether the induced state was distinct from torpor, the authors repeated their experiments in rats, which undergo neither torpor nor hibernation. Once again they found that activation of Q neurons induced a hibernation-like hypometabolic state.
In an independent study, Michael Greenberg and colleagues identify a population of neurons within the hypothalamus that regulate torpor in mice. They demonstrate that stimulating these neurons can drive a mouse to the torpor state, even when there is no shortage of food. The role of these neurons is confirmed by blocking their activity, which prevents natural torpor from being initiated.
These findings help us to understand the neuronal processes that regulate hibernation-like states. Sakurai and colleagues suggest that these neuronal circuits may be conserved in a broad range of mammals, even in non-hibernating species, and posit that it might be possible to selectively manipulate Q neurons. Inducing a state of synthetic hibernation in humans could have the potential to reduce tissue damage after illness or preserve organs for transplantation, although this is currently speculative.
doi: 10.1038/s41586-020-2163-6
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