脳内薬物-受容体顕微鏡オートラジオグラフィーによる細胞イメージング

Drugs in the brain--cellular imaging with receptor microscopic autoradiography.

• Walter E Stumpf

抄録

薬物の細胞および組織局在化のために、受容体顕微鏡オートラジオグラフィーは、その開発の歴史、複数の試験、広範なアプリケーション、および重要な発見を含めてレビューされています。この感度の高い高解像度イメージング方法は、放射性標識化合物（特に(3)Hまたは(125)Iでタグ付けされた化合物）の使用、組織成分のin vivo局在化の凍結保存、薄い凍結切片の切断、および記録核エマルジョンとの密接な接触に基づいています。この方法の有用性を広範にテストした後、放射性標識化合物の分布は、エストラジオール、黄体ホルモン、副腎皮質ステロイド、甲状腺ホルモン、エクシステロイド、ビタミンD、レチノイン酸、代謝指標グルコースおよび2-デオキシグルコース、ならびに細胞外空間指標について同定され、特徴付けられた。標的細胞および関連組織は、特別な染色、蛍光化合物、またはドーパミン-β-ヒドロキシラーゼ、ＧＡＢＡ、エンケファリン、特定の受容体タンパク質、または他の細胞産物に対する抗体と組み合わせたオートラジオグラフィー-免疫細胞化学を用いて特徴付けられている。毛細血管内皮、上皮、または円周性凹部器官を介した血液脳関門および脳のエントリは、(3)H-デキサメタゾン、(210)Pb鉛、および(3)H-1,25(OH)(2)ビタミンD(3)のために可視化されている。この組織薬理学的アプローチにより、細胞の詳細および組織の統合的な概観は、同じ調製物で評価することができる。その結果、そうでなければ困難であったり、不可能であったであろう情報が得られました。脳内薬物分布のマップが開発され、関連する標的回路が認識されている。その例としては、中隔-扁桃体-視床下部構造を結ぶ末梢線条や、脳室周囲自律神経-神経内分泌ABC（Allocortex-Brainstem-Circuitry）システムとして中脳および後脳にまで延びる大脳辺縁系の構成要素が挙げられる。放射線標識物質を用いた発見は、既存のパラダイムに挑戦し、新しい概念を生み出し、薬物作用の理解に向けた研究をさらに進めるための重要な動機付けとなった。特に注目すべきは、1980年代に脳内のビタミンDと50以上の標的組織を用いて行われた発見で、ビタミンDの主な役割は「石灰化ホルモン」であるという100年以上前からの教義を覆すものでした。脳内では、性ホルモンや副腎皮質ステロイドと密接な関係にあるビタミンDは、セロトニン、ドーパミン、神経成長因子、アセチルコリンなどの神経内分泌物質の分泌調節に関与しており、神経精神疾患の予防や治療に重要な役割を果たしています。このレビューが示すように、詳細な情報を得るためには、高い細胞-細胞分解能を持つ組織化学イメージングが必要である。MALDI-MSIのような新しい分光法は、受容体マイクロオートラジオグラフィーと同じ情報を提供する可能性は低いが、重要な相関分子情報を提供することができる。

For cell and tissue localization of drugs, receptor microscopic autoradiography is reviewed, including its development history, multiple testing, extensive applications and significant discoveries. This sensitive high-resolution imaging method is based on the use of radiolabeled compounds (esp. tagged with (3)H or (125)I), preservation through freezing of in vivo localization of tissue constituents, cutting thin frozen sections, and close contact with the recording nuclear emulsion. After extensive testing of the utility of this method, the distribution of radiolabeled compounds has been identified and characterized for estradiol, progestagens, adrenal steroids, thyroid hormone, ecdysteroids, vitamin D, retinoic acid, metabolic indicators glucose and 2-deoxyglucose, as well as extracellular space indicators. Target cells and associated tissues have been characterized with special stains, fluorescing compounds, or combined autoradiography-immunocytochemistry with antibodies to dopamine-beta-hydroxylase, GABA, enkephalin, specific receptor proteins, or other cellular products. Blood-brain barrier and brain entries via capillary endothelium, ependyma, or circumventricular recess organs have been visualized for (3)H-dexamethasone, (210)Pb lead, and (3)H-1,25(OH)(2) vitamin D(3). With this histopharmacologic approach, cellular details and tissue integrative overviews can be assessed in the same preparation. As a result, information has been gained that would have been difficult or impossible otherwise. Maps of brain drug distribution have been developed and relevant target circuits have been recognized. Examples include the stria terminalis that links septal-amygdaloid-thalamic-hypothalamic structures and telencephalic limbic system components which extend as the periventricular autonomic-neuroendocrine ABC (Allocortex-Brainstem-Circuitry) system into the mid- and hindbrain. Discoveries with radiolabeled substances challenged existing paradigms, engendering new concepts and providing seminal incentives for further research toward understanding drug actions. Most notable are discoveries made during the 1980s with vitamin D in the brain together with over 50 target tissues that challenged the century-old doctrine of vitamin D's main role as 'the calcitropic hormone', when the new data made it apparent that the main biological function of this multifunctional sunshine hormone rather is maintenance of life and adapting vital functions to the solar environment. In the brain, vitamin D, in close relation to sex and adrenal steroids, participates in the regulation of the secretion of neuro-endocrines, such as, serotonin, dopamine, nerve growth factor, acetyl choline, with importance in prophylaxis and therapy of neuro-psychiatric disorders. Histochemical imaging with high cellular-subcellular resolution is necessary for obtaining detailed information, as this review indicates. New spectrometric methods, like MALDI-MSI, are unlikely to furnish the same information as receptor microautoradiography does, but can provide important correlative molecular information.

Copyright © 2011 Elsevier GmbH. All rights reserved.