マウス嗅球の層特異的な変性上の鼻の炎症と臭気剥奪の差動効果

Differential Effects of Nasal Inflammation and Odor Deprivation on Layer-Specific Degeneration of the Mouse Olfactory Bulb.

• Sanae Hasegawa-Ishii
• Fumiaki Imamura
• Shin Nagayama
• Makiko Murata
• Atsuyoshi Shimada

抄録

有害な環境物質は鼻の炎症を引き起こし、慢性的な鼻の炎症は嗅覚ニューロン（OSN）の損失と嗅球（OB）の可逆的な萎縮を誘導する。ここでは、鼻炎と臭気遮断のマウスモデルにおける嗅球の変化を組織学的・生化学的に比較することで、炎症誘発性嗅球萎縮の根底にあるメカニズムを検討した。さらに、臭気刺激がOB萎縮からの回復に必要かどうかを検討した。成体雄C57BL/6マウスの1群にリポポリサッカライド（LPS）を一方的に10週間投与して鼻の炎症を誘導し（対照動物には生理食塩水を投与）、第2群には一方的なナリス閉鎖（NC）を10週間臭気遮断のために投与した。OBは両方のモデルで萎縮したが、嗅神経、糸球体、および外部叢状層（EPLs）は、鼻の炎症の結果として萎縮したのに対し、臭気遮断は、糸球体、外部叢状、僧帽筋、および顆粒細胞層（GCLs）を縮小した。さらに、鼻の炎症ではなく、臭気遮断は、グリアの活性化とインターロイキン-1β（IL-1β）とTNFαの発現上昇を誘導し、OBの神経炎症を引き起こした。鼻の炎症が10週間続いた後、マウスをさらに10週間、追加治療なしまたは片側NCで収容した。鼻の炎症とグリア活性化は両群で沈静化したが、糸球体とEPLは無治療群でのみ回復した。我々の知見は、鼻の炎症と臭気剥奪が異なるOSN活性の損失ではなく、神経炎症よりもむしろ炎症誘発OB萎縮の主な原因であること、OBの層特異的な変性を誘導し、臭気刺激が萎縮からOBの回復のために必要であることを示している。

Harmful environmental agents cause nasal inflammation, and chronic nasal inflammation induces a loss of olfactory sensory neurons (OSNs) and reversible atrophy of the olfactory bulb (OB). Here, we investigated the mechanisms underlying this inflammation-induced OB atrophy by histologically and biochemically comparing the OB changes in mouse models of nasal inflammation and odor deprivation. In addition, we examined whether odor stimulation is necessary for OB recovery from atrophy. One group of adult male C57BL/6 mice was administered lipopolysaccharide (LPS) unilaterally for 10 weeks to induce nasal inflammation (control animals received saline), and a second group received unilateral naris closures (NCs) for 10 weeks of odor deprivation. The OBs atrophied in both models, but odor deprivation shrank the glomerular, external plexiform, mitral, and granule cell layers (GCLs), whereas the olfactory nerve, glomerular, and external plexiform layers (EPLs) atrophied as a result of nasal inflammation. Additionally, nasal inflammation, but not odor deprivation, caused neuroinflammation in the OB, inducing glial activation and elevated expression of interleukin-1β (IL-1β) and TNFα. After 10 weeks of nasal inflammation, mice were housed for another 10 weeks with no additional treatment or with unilateral NC. Nasal inflammation and glial activation subsided in both groups, but glomerular and EPLs recovered only in those with no additional treatment. Our findings demonstrate that nasal inflammation and odor deprivation differentially induce layer-specific degeneration in the OB, that loss of OSN activity rather than neuroinflammation is a major cause of inflammation-induced OB atrophy, and that odor stimulation is required for OB recovery from atrophy.

Copyright © 2020 Hasegawa-Ishii et al.