ラット脳幹虚血後の神経可塑性のメカニズムの解明

Defining mechanisms of neural plasticity after brainstem ischemia in rats.

• Jens Minnerup
• Jan-Kolja Strecker
• Lydia Wachsmuth
• Maike Hoppen
• Antje Schmidt
• Dirk M Hermann
• Heinz Wiendl
• Sven Meuth
• Cornelius Faber
• Kai Diederich
• Wolf-Rüdiger Schäbitz

抄録

目的:

脳卒中後の神経学的回復は、主に病変部の位置に依存する。脳卒中のかなりの部分が脳幹に影響を与えている。しかし、脳幹虚血後の神経可塑性のパターンはほとんど知られていない。

OBJECTIVE: Neurological recovery after stroke mainly depends on the location of the lesion. A substantial portion of strokes affects the brainstem. However, patterns of neural plasticity following brainstem ischemia are almost unknown.

方法:

本研究では、ラット脳幹虚血モデルを構築し、神経新生や軸索芽生え、二次的な神経変性などの神経可塑性のメカニズムを明らかにしました。

METHODS: Here, we established a rat brainstem ischemia model that resembles key features of the human disease and investigated mechanisms of neural plasticity, including neurogenesis and axonal sprouting as well as secondary neurodegeneration.

結果:

脳幹内の錐体路損傷後に錐体外路が代償的な役割を果たしていることが示唆された。DNA複製の異なるマーカーを用いて、脳幹が損傷後に特異的な可塑的細胞変化を起こす能力を示し、これまでに知られていない神経新生のパターンを明らかにした。神経前駆細胞は背側脳幹内で増殖し、病変部に向かって移動したが、古典的な神経原性ニッチである側脳室の脳室下帯や海馬の神経原性は、半球型脳卒中で知られているのとは対照的に、影響を受けずに残っていた。これらの有益な変化は、長期的な変性過程、すなわち、病変よりも優れた皮質脊髄線維の喪失、脊髄路の変性、および同胞性黒質および対辺赤核内のニューロン密度の低下によって、さらなる機能回復が制限されていた可能性がある。

RESULTS: Spontaneous functional recovery was accompanied by a distinct pattern of axonal sprouting, for example, an increased bilateral fiber outgrowth from the corticorubral tract to the respective contralesional red nucleus suggesting a compensatory role of extrapyramidal pathways after damage to pyramid tracts within the brainstem. Using different markers for DNA replication, we showed that the brainstem displays a remarkable ability to undergo specific plastic cellular changes after injury, highlighting a yet unknown pattern of neurogenesis. Neural progenitor cells proliferated within the dorsal brainstem and migrated toward the lesion, whereas neurogenesis in classic neurogenic niches, the subventricular zone of the lateral ventricle and the hippocampus, remained, in contrast to what is known from hemispheric stroke, unaffected. These beneficial changes were paralleled by long-term degenerative processes, that is, corticospinal fiber loss superior to the lesion, degeneration of spinal tracts, and a decreased neuron density within the ipsilesional substantia nigra and the contralesional red nucleus that might have limited further functional recovery.

インタープリテーション:

我々の知見は、脳幹脳梗塞後の初歩的な可塑的適応に関する知見を提供し、これはヒトの疾患を理解し、新たな治療法の開発のための基礎となる。Ann Neurol 2018;83:1003-1015.

INTERPRETATION: Our findings provide knowledge of elementary plastic adaptions after brainstem stroke, which is fundamental for understanding the human disease and for the development of new treatments. Ann Neurol 2018;83:1003-1015.

© 2018 American Neurological Association.