病態生理


病態生理学研究の紹介
1. 病態生理とは
2. 統合失調症の病態生理
3. 気分障害・不安障害の病態生理
4. てんかんの病態生理
5. パ−キンソン病の病態生理
6. ADHD・自閉症の病態生理


研究内容
 中枢神経系内の情報伝達機能の障害を基盤とした疾病を機能性疾患として位置づけ、化学情報伝達物質の、シグナル伝達、合成、代謝を超高速液体クロマツグラフ(UHPLC)5装置、質量分析装置、キャピラリー蛋白分離装置、real-time PCRを用いて解析しています。

1)神経-グリア伝達回路の解析
 古典的な病態生理仮説として、統合失調症はドパミンの腹側被蓋野から前頭葉(中脳皮質ドパミン路)と辺縁系(中脳辺縁系ドパミン路)、気分障害はノルエピネフリンの青斑核から前頭葉(中脳辺縁系ノルエピネフリン路)、セロトニン縫線核から前頭葉(中脳辺縁系セロトニン路)の機能障害が、病態に重要な役割を果たしていることが明らかになっています。
 三重大学精神神経科学分野は、従来の治療薬(抗精神病薬・抗うつ薬・情動安定化薬)では、十分に改善できなかった、神経認知と情動認知機能が、視床皮質炉の情報伝達機能の機能障害よって生じていることを明らかにしました。

2)クロザピンの病態生理解析
 治療抵抗性統合失調症治療薬 クロザピンの作用機序は未だ十分に解明されていません。
 また、頻度は稀ではあるが、致死性の有害反応(心筋炎・心筋症)、体重増加や代謝合併症もあります。加えて、これや有害反応発生時に、急速なクロザピンの中断による離脱症候群もあり、注意を要する特効薬です。
 この複雑な作用機序を説明できる、新たな内在性情報伝達物質L-BAIBAを発見し、クロザピンの有用性と有害藩王がなぜ起きるのかを研究しています。

3)遺伝子改変モデル動物を用いた新規治療薬創薬基準
 特殊なてんかん(常染色体雄性睡眠関連てんかん:ADSHE)の責任遺伝子を導入した遺伝子改変モデル動物の作出に成功しました。
 このモデル動物は、人患者と同等の、症状治療薬反応正を獲得していただけではなく、病態も同等であることが実証されました。
 この研究業績は、英国薬理学会誌で、新たな遺伝子改変モデル動物を用いた創薬基準として、紹介されています。

実験手法

1)UHPC(ultra high performance liquid chromatography)
  従来のHPLCが200気圧であったのに対し、1000気圧以上の耐圧性を持った、液体クロマトで、これにより分離性能と測定感度が飛躍的に向上し、光学異性体分離も容易となりました。従来2時間以上を要した光学異性体アミノ酸分析が10分で可能、モノアミン(ドパミン、ノルエピネフリン、セトトニン)は3分以内で測定可能になりました。また、UHPLCと質量分析装置を組み合わせて、従来法では不可能であった、グリア伝達物質(ヌクレオチド・キヌレニン代謝系伝達物質)の測定も可能となました。

2)キャピラリー蛋白分離装置
   従来のWestern blottingは、ポリアクリルアミドゲル(SDS-PAGE)でタンパクを電気泳動した後に、PVDF膜に転写したものに、一次抗体標識、二次標識抗体を標識するため、非常に煩雑で数日を要していました。
  キャピラリー蛋白分離装置はキャピラリー電気泳動後に、キャピラリー内で一次抗体と二次標識抗体処理を自動処理することで、2.5時間で測定が可能となり、再現性も高い測定法です。

3)マイクロダイアリーシス
   1980年代に開発された、脳内に遊離された古典的な化学情報伝達物質の測定装置ですが、唯一の遊離化学情報伝達物質の回収装置でもあります。三重大学精神神経科学分野では、マルチプローブ法を駆使して、神経回路機能の評価を行っています。

4)遺伝子改変モデル動物
   多くのモデル動物は、ヒト疾病家系から同定された責任遺伝子を導入した遺伝子改変モデル動物、類似症候を誘導する化学物質を投与した薬理学的モデルであり、ヒト疾病と同等の表現型(症状)を獲得した、モデルはなくすべてが中間表現型モデルでした。三重大学精神神経科学分野は、本邦の自閉症と常染色体優勢睡眠関連運動発作(ADSHE)家系から同定された、CHRNA4遺伝子に相同するS286Lラットを作出し、世界初のヒト疾病と同等の、症状、病態、治療反応性を獲得したモデル動物の作出に成功しました。 

      従来の



2023

1.Fukuyama, K.; Motomura, E.; Okada, M. Enhanced L-beta-Aminoisobutyric Acid Is Involved in the Pathophysiology of Effectiveness for Treatment-Resistant Schizophrenia and Adverse Reactions of Clozapine. Biomolecules 2023, 13, doi:10.3390/biom13050862.

2.Fukuyama, K.; Motomura, E.; Okada, M. A Candidate Gliotransmitter, L-beta-Aminoisobutyrate, Contributes to Weight Gain and Metabolic Complication Induced by Atypical Antipsychotics. Nutrients 2023, 15, doi:10.3390/nu15071621.

3.Fukuyama, K.; Motomura, E.; Okada, M. Therapeutic Potential and Limitation of Serotonin Type 7 Receptor Modulation. Int J Mol Sci 2023, 24, doi:10.3390/ijms24032070.

4.Fukuyama, K.; Motomura, E.; Okada, M. Opposing effects of clozapine and brexpiprazole on beta-aminoisobutyric acid: Pathophysiology of antipsychotics-induced weight gain. Schizophrenia (Heidelb) 2023, 9, 8, doi:10.1038/s41537-023-00336-1.

5.Ito, Y.; Murata, M.; Taku, O.; Fukuyama, K.; Motomura, E.; Dohi, K.; Okada, M. Developed catatonia with rhabdomyolysis and exacerbated cardiac failure upon switching from clozapine to olanzapine owing to cardiomyopathy during clozapine medication - A case report. Asian J Psychiatr 2023, 80, 103376, doi:10.1016/j.ajp.2022.103376.



2022

1.Okada, M. Can rodent models elucidate the pathomechanisms of genetic epilepsy? Br J Pharmacol 2022, 179, 1620-1639, doi:10.1111/bph.15443.

2.Fukuyama, K.; Okada, M. High frequency oscillations play important roles in development of epileptogenesis/ictogenesis via activation of astroglial signallings. Biomed Pharmacother 2022, 149, 112846, doi:10.1016/j.biopha.2022.112846.

3.Fukuyama, K.; Motomura, E.; Okada, M. Brexpiprazole Reduces 5-HT7 Receptor Function on Astroglial Transmission Systems. Int J Mol Sci 2022, 23, doi:10.3390/ijms23126571.

4.Fukuyama, K.; Motomura, E.; Shiroyama, T.; Okada, M. Impact of 5-HT7 receptor inverse agonism of lurasidone on monoaminergic tripartite synaptic transmission and pathophysiology of lower risk of weight gain. Biomed Pharmacother 2022, 148, 112750, doi:10.1016/j.biopha.2022.112750.

5.Fukuyama, K.; Okada, M. Brivaracetam and Levetiracetam Suppress Astroglial L-Glutamate Release through Hemichannel via Inhibition of Synaptic Vesicle Protein. Int J Mol Sci 2022, 23, doi:10.3390/ijms23094473.

6.Okada, M.; Fukuyama, K.; Motomura, E. Dose-Dependent Biphasic Action of Quetiapine on AMPK Signalling via 5-HT7 Receptor: Exploring Pathophysiology of Clinical and Adverse Effects of Quetiapine. Int J Mol Sci 2022, 23, doi:10.3390/ijms23169103.



2021

1.Okada, M.; Fukuyama, K.; Shiroyama, T.; Ueda, Y. Brivaracetam prevents astroglial l-glutamate release associated with hemichannel through modulation of synaptic vesicle protein. Biomed Pharmacother 2021, 138, 111462, doi:10.1016/j.biopha.2021.111462.

2.Fukuyama, K.; Nakano, T.; Shiroyama, T.; Okada, M. Chronic Administrations of Guanfacine on Mesocortical Catecholaminergic and Thalamocortical Glutamatergic Transmissions. Int J Mol Sci 2021, 22, doi:10.3390/ijms22084122.

3.Fukuyama, K.; Okada, M. Effects of an Atypical Antipsychotic, Zotepine, on Astroglial L-Glutamate Release through Hemichannels: Exploring the Mechanism of Mood-Stabilising Antipsychotic Actions and Antipsychotic-Induced Convulsion. Pharmaceuticals (Basel) 2021, 14, doi:10.3390/ph14111116.

4.Fukuyama, K.; Okada, M. Effects of Atypical Antipsychotics, Clozapine, Quetiapine and Brexpiprazole on Astroglial Transmission Associated with Connexin43. Int J Mol Sci 2021, 22, doi:10.3390/ijms22115623.

5.Okada, M.; Matsumoto, R.; Yamamoto, Y.; Fukuyama, K. Effects of Subchronic Administrations of Vortioxetine, Lurasidone, and Escitalopram on Thalamocortical Glutamatergic Transmission Associated with Serotonin 5-HT7 Receptor. Int J Mol Sci 2021, 22, doi:10.3390/ijms22031351.

6.Okubo, R.; Hasegawa, T.; Fukuyama, K.; Shiroyama, T.; Okada, M. Current Limitations and Candidate Potential of 5-HT7 Receptor Antagonism in Psychiatric Pharmacotherapy. Front Psychiatry 2021, 12, 623684, doi:10.3389/fpsyt.2021.623684.

7.Shiroyama, T.; Fukuyama, K.; Okada, M. Distinct Effects of Escitalopram and Vortioxetine on Astroglial L-Glutamate Release Associated with Connexin43. Int J Mol Sci 2021, 22, doi:10.3390/ijms221810013.



2020

◎Okada, M.; Kawano, Y.; Fukuyama, K.; Motomura, E.; Shiroyama, T. Candidate Strategies for Development of a Rapid-Acting AntidepressantClass That Does Not Result in Neuropsychiatric Adverse Effects: Prevention of Ketamine-Induced Neuropsychiatric Adverse Reactions. Int J Mol Sci2020, 21.   10.3390/ijms21217951

◎Okada, M.; Fukuyama, K.; Shiroyama, T.; Murata, M. A Working Hypothesis Regarding Identical Pathomechanisms between Clinical Efficacy andAdverse Reaction of Clozapine via the Activation of Connexin43. Int J Mol Sci 2020, 21.   10.3390/ijms21197019

◎Okada, M.; Hasegawa, T.; Kato, R.; Shiroyama, T. Analysing regional unemployment rates, GDP per capita and financial support for regionalsuicide prevention programme on suicide mortality in Japan using governmental statistical data. BMJ Open 2020, 10, e037537.   10.1136/bmjopen-2020-037537

◎Fujii, S.; Motomura, E.; Inui, K.; Watanabe, T.; Hakumoto, Y.; Higuchi, K.; Kawano, Y.; Morimoto, M.; Nakatani, K.; Okada, M. Weaker prepulseexerts stronger suppression of a change-detecting neural circuit. Neurosci Res 2020, 10.1016/j.neures.2020.07.007.   10.1016/j.neures.2020.07.007

◎Okada, M.; Fukuyama, K. Interaction between Mesocortical and Mesothalamic Catecholaminergic Transmissions Associated with NMDA Receptorin the Locus Coeruleus. Biomolecules 2020, 10.   10.3390/biom10070990

◎Nishijima, H.; Mori, F.; Arai, A.; Zhu, G.; Wakabayashi, K.; Okada, M.; Ueno, S.; Ichinohe, N.; Suzuki, C.; Kon, T., et al. GABA storage and releasein the medial globus pallidus in L-DOPA-induced dyskinesia priming. Neurobiol Dis 2020, 143, 104979.   10.1016/j.nbd.2020.104979

◎Okada, M.; Tominaga, N.; Honda, G.; Nishioka, J.; Akita, N.; Hayashi, T.; Suzuki, K.; Moriuchi, H. A case of thrombomodulin mutation causingdefective thrombin binding with absence of protein C and TAFI activation. Blood Adv 2020, 4, 2631-2639.   10.1182/bloodadvances.2019001155

◎Fukuyama, K.; Ueda, Y.; Okada, M. Effects of Carbamazepine, Lacosamide and Zonisamide on Gliotransmitter Release Associated with ActivatedAstroglial Hemichannels. Pharmaceuticals (Basel) 2020, 13.   10.3390/ph13060117

◎Fukuyama, K.; Fukuzawa, M.; Okada, M. Upregulated and Hyperactivated Thalamic Connexin 43 Plays Important Roles in Pathomechanisms ofCognitive Impairment and Seizure of Autosomal Dominant Sleep-Related Hypermotor Epilepsy with S284L-Mutant alpha4 Subunit of Nicotinic AChReceptor. Pharmaceuticals (Basel) 2020, 13.   10.3390/ph13050099

◎Fukuyama, K.; Fukuzawa, M.; Okubo, R.; Okada, M. Upregulated Connexin 43 Induced by Loss-of-Functional S284L-Mutant alpha4 Subunit ofNicotinic ACh Receptor Contributes to Pathomechanisms of Autosomal Dominant Sleep-Related Hypermotor Epilepsy. Pharmaceuticals (Basel)2020, 13.   10.3390/ph13040058

◎Fukuyama, K.; Fukuzawa, M.; Shiroyama, T.; Okada, M. Pathomechanism of nocturnal paroxysmal dystonia in autosomal dominant sleep-relatedhypermotor epilepsy with S284L-mutant alpha4 subunit of nicotinic ACh receptor. Biomed Pharmacother 2020, 126, 110070.   10.1016/j.biopha.2020.110070

◎Fukuyama, K.; Okubo, R.; Murata, M.; Shiroyama, T.; Okada, M. Activation of Astroglial Connexin is Involved in Concentration-DependentDouble-Edged Sword Clinical Action of Clozapine. Cells 2020, 9.   10.3390/cells9020414

◎Fukuyama, K.; Fukuzawa, M.; Shiroyama, T.; Okada, M. Pathogenesis and pathophysiology of autosomal dominant sleep-related hypermotorepilepsy with S284L-mutant alpha4 subunit of nicotinic ACh receptor



2019

◎Kato, R.; Okada, M. Can Financial Support Reduce Suicide Mortality Rates? Int J Environ Res Public Health 2019, 16.   10.3390/ijerph16234797

◎Okada, M.; Fukuyama, K.; Nakano, T.; Ueda, Y. Pharmacological Discrimination of Effects of MK801 on Thalamocortical, Mesothalamic, andMesocortical Transmissions. Biomolecules 2019, 9.   10.3390/biom9110746

◎Nakano, T.; Hasegawa, T.; Suzuki, D.; Motomura, E.; Okada, M. Amantadine Improves Delayed Neuropsychiatric Sequelae of Carbon MonoxidePoisoning: A Case Report. Brain Sci 2019, 9.   10.3390/brainsci9110292

◎Okada, M.; Fukuyama, K.; Okubo, R.; Shiroyama, T.; Ueda, Y. Lurasidone Sub-Chronically Activates Serotonergic Transmission viaDesensitization of 5-HT1A and 5-HT7 Receptors in Dorsal Raphe Nucleus. Pharmaceuticals (Basel) 2019, 12.   10.3390/ph12040149

◎Motomura, E.; Inui, K.; Kawano, Y.; Nishihara, M.; Okada, M. Effects of Sound-Pressure Change on the 40 Hz Auditory Steady-State Responseand Change-Related Cerebral Response. Brain Sci 2019, 9.   10.3390/brainsci9080203

◎Okada, M.; Fukuyama, K.; Shiroyama, T.; Ueda, Y. Carbamazepine Attenuates Astroglial L-Glutamate Release Induced by Pro-InflammatoryCytokines via Chronically Activation of Adenosine A2A Receptor. Int J Mol Sci 2019, 20.   10.3390/ijms20153727

◎Okada, M.; Fukuyama, K.; Ueda, Y. Lurasidone inhibits NMDA receptor antagonist-induced functional abnormality of thalamocorticalglutamatergic transmission via 5-HT7 receptor blockade. Br J Pharmacol 2019, 176, 4002-4018.   10.1111/bph.14804

◎Fukuyama, K.; Kato, R.; Murata, M.; Shiroyama, T.; Okada, M. Clozapine Normalizes a Glutamatergic Transmission Abnormality Induced by anImpaired NMDA Receptor in the Thalamocortical Pathway via the Activation of a Group III Metabotropic Glutamate Receptor. Biomolecules 2019,9.   10.3390/biom9060234

◎Nakano, T.; Hasegawa, T.; Suzuki, D.; Motomura, E.; Okada, M. Amantadine Combines Astroglial System Xc(-) Activation with Glutamate/NMDAReceptor Inhibition. Biomolecules 2019, 9.   10.3390/biom9050191

◎Okada, M.; Fukuyama, K.; Kawano, Y.; Shiroyama, T.; Suzuki, D.; Ueda, Y. Effects of acute and sub-chronic administrations of guanfacine oncatecholaminergic transmissions in the orbitofrontal cortex. Neuropharmacology 2019, 156, 107547.   10.1016/j.neuropharm.2019.02.029

◎Okada, M.; Fukuyama, K.; Kawano, Y.; Shiroyama, T.; Ueda, Y. Memantine protects thalamocortical hyper-glutamatergic transmission induced byNMDA receptor antagonism via activation of system xc<sup/>. Pharmacol Res Perspect 2019, 7, e00457.   10.1002/prp2.457

◎Tanahashi, S.; Yamamura, S.; Nakagawa, M.; Motomura, E.; Okada, M. Corrigendum to "Dopamine D2 and serotonin 5-HT1A receptors mediatethe actions of aripiprazole in mesocortical and mesoaccumbens transmission" [Neuropharmacology 62 (2012) 765-774]. Neuropharmacology 2019,148, 406.   10.1016/j.neuropharm.2018.11.001