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ドパミン-β-水酸化酵素ノックアウトマウスを用いたモダフィニルの作用機序研究

(背景)
モダフィニルの覚醒促進効果の作用機序は、未だに明らかになっていません。100種類以上の神経伝達物質や酵素に対する親和性が測定されていますが、in vitroで明らかに親和性が立証されているのはドパミントランスポーター(DAT)とノルアドレナリントランスポーター(NET)だけです。ただし、モダフィニルのこれらのトランスポーターに対する親和性は非常に低いため、その作用が覚醒効果にどの程度の関与があるのかは明らかにされていません。 

しかしながら、今までの数多くのモダフィニルの作用機序解明の研究報告から、モダフィニルの覚醒促進作用にノルアドレナリン神経系とドパミン神経系の関与が示唆されています。

(目的)
今回、モダフィニルの覚醒促進にノルアドレナリン神経系とドパミン神経系がどのような関与をしているかを検討するために、ドパミン-β-水酸化酵素遺伝子を欠損させたノックアウトマウス(Dbh-/-マウス)を用いた実験を計画しました。

ノルアドレナリンはドパミン-β-水酸化酵素の働きによりドパミンから生合成されます。ですから、ドパミン-β-水酸化酵素遺伝子を欠損させたノックアウトマウス(Dbh-/-マウス)ではノルアドレナリンが生合成されません。Dbh-/-マウスではノルアドレナリンが欠損しているため、代償的にドパミン神経系が亢進しています。

従って、モダフィニルの覚醒作用においてノルアドレナリン神経系の役割が大きいと仮定すると、Dbh-/-でマウスはモダフィニルの効果が減弱あるいは消失するはずです。その一方、ドパミン神経系の関与が大きいと仮定するとモダフィニルの効果は、Dbh-/-マウスで増強するはずです。このような仮説の基に、今回の実験を実施しました。

(方法)
2−7ヵ月齢の雌雄のDbh-/-マウスと比較対照としてノルアドレナリンの機能が保たれているDbh+/-マウスを実験に用いました。自発運動量は自動測定装置を用い、測定箱のマウスを入れ4時間順応させた後に、vhicleまたはモダフィニル(6.25, 12.5, 25, 50 mg/kg)を投与しました。測定は投与2時間後まで行いました。

睡眠潜時の測定は、マウスの睡眠行動に対して熟知した実験者の観察で行いました。マウスを測定箱で4時間順応させた後に、vhicleまたはモダフィニル(6.25, 12.5, 25 mg/kg)を投与しました。睡眠は、特有の姿勢と呼吸パターンで確認し、2分間その状態が保持されることで確定しました。この行動観察による方法は、脳波測定と相関することが既に示されています。薬物投薬後から入眠までの時間を測定しました。

薬理学的な拮抗試験の場合は、α1受容体遮断薬としてprazosin、非選択的なドパミン受容体遮断薬としてflupenthixolをvhicleまたはモダフィニル投与の30分前に投与しました。薬物はすべて腹腔内投与としました。 

(結果)
モダフィニルはDbh-/-とDbh+/-の両マウスにおいて、用量依存的に自発運動量を増加させましたが、その効果はDbh-/-マウスの方が強く、モダフィニル 12.5 mgと25 mg/kgで有意な差を認めました。

Prazosin(0.5 mg/kg)は、Dbh+/-マウスにおいてモダフィニル(50 mg/kg)の自発運動促進作用を抑制しましたが、Dbh-/-マウスにおけるモダフィニル(50 mg/kg)の効果に影響を与えませんでした。非選択的ドパミン受容体遮断薬であるflupenthixol(0.25 mg/kg)は、Dbh-/-とDbh+/-の両マウスにおいてモダフィニル(50 mg/kg)の効果を抑制しました。

睡眠潜時では、vhicle投与においてDbh-/-マウスとDbh+/-マウスの差が認められ、Dbh-/-マウスの睡眠潜時がDbh+/-マウスの睡眠潜時よりも有意に短いことが明らかとなりました。

モダフィニルは両マウスにおいて用量依存的に睡眠潜時を延長させ、その効果はDbh-/-マウスでより顕著でした。

Flupenthixol(0.25 mg/kg)は、両マウスにおいてモダフィニル(25 mg/kg)の睡眠潜時延長作用を抑制しました。

(考察および結論)
近年、腹側中脳水道周囲灰白質(vPAG)のドパミン神経細胞群が覚醒を促進させていることが明らかとなりました。このドパミン神経細胞はノルアドレナリン神経からの入力があり、α1受容体が存在しています。

モダフィニルはノルアドレナリン神経終末のNETを阻害し、後シナプスであるvPAGのドパミン神経細胞上のα1受容体を刺激することでドパミン神経細胞を活性化させ、さらにDATを阻害することによりドパミン伝達を促進させることにより覚醒を促進させているのかもしれません。

また、モダフィニルは視床下部における細胞外ドパミン濃度ではなくノルアドレナリン濃度を増加させることが報告されています。ノルアドレナリンの生合成が正常なDbh+/-マウスでは、α1受容体遮断薬であるprazosinがモダフィニルの自発運動亢進作用を抑制したことから、視床下部に投射しているノルアドレナリン神経によるα1受容体促進作用もモダフィニルの覚醒促進作用に関係していることが示唆されました。

以上、今回の結果から、モダフィニルはドパミン神経系とノルアドレナリン神経系の両者を介して覚醒作用を発揮していることが示唆されました。
  (Mitchell H A, et al.: Behavioral responses of dopamine β-hydroxylase knockout mice to modafinil suggest a dual noradrenargic-dopaminergic mechanism of action. Pharmacol Biochem Behav, 2008)



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