タンパク質FABP4[1]が自閉スペクトラム症[2](自閉症)のバイオマーカー[3]になり得る可能性を発見しました。本研究成果は、自閉症の病態理解のためのバイオマーカー開発に向けた取り組みに貢献すると期待できます。自閉症の詳しい病態を明らかにするために、自閉症の生物学的再分類[4]に役立つバイオマーカーの開発が望まれています。今のところ、自閉症には臨床診断に役立つバイオマーカーが存在しません。今回、共同研究グループは、定型発達児と自閉症児の血液サンプルを用いた解析により、低年齢の自閉症児では定型発達児と比較して血中のFABP4濃度が低いことを明らかにしました。自閉症のDNA検体を用いた遺伝子配列解析により、機能的変化につながるまれなFABP4遺伝子の変異を発見しました。Fabp4遺伝子破壊マウスは、自閉症類似の行動および組織学的特徴を示すことを明らかにしました。これらの結果から、FABP4が自閉症バイオマーカーになり得る可能性、FABP4の機能低下が自閉症の病態形成に関与する可能性が示されました。Communications』のオンライン版(2020年9月10日付:日本時間2020年9月11日)に掲載されます。(前川素子)、による支援を受けて行われました。自閉スペクトラム症(自閉症)は、コミュニケーションや社会的相互作用の障害、興味と行動の偏り、知覚過敏や多動傾向を臨床的特徴とする神経発達障害の一つと定義されています。総数)がいると報告されています。その詳しい病態についてはまだ分かっていません。自閉症の病態を明らかにし、新しい診断法や治療法の開発の取り組みに貢献するため、自閉症の生物学的再分類に役立つバイオマーカーの発見が望まれています。自閉症の病態メカニズムの一つとして、脂質代謝異常が関連する可能性が知られています。コレステロール合成が障害されるスミス・レムリ・オピッツ症候群[5]の患者の約半数が自閉性障害を合併することや、脂肪酸が脳の発達や機能に関連することがその理由です。自閉症児において、脂肪組織が産生・分泌する生理活性物質(アディポカイン)の値の異常が繰り返し報告されていることも、自閉症と脂質代謝異常の関連を疑わせる重要な知見となっていました。4:FABP4)は、分化した脂肪細胞の全タンパク質の6%を占める主要なタンパク質で、脂肪細胞から血中に分泌され、全身のインスリン感受性および脂質代謝や糖代謝に深く関わることが知られています。らの研究から、FABP4遺伝子はヒトの脳にも発現していること、統合失調症[6]患者の毛根細胞においてFABP4遺伝子の発現が減少していることが分かっています注1)。関連も明らかにしています注2-4)。FABP4と自閉症の関連についての報告はまだありませんでした。共同研究グループは、脂質代謝と自閉症病態メカニズムの関連を調べることを目的に、定型発達児と自閉症児の血液サンプルを用いて脂質代謝に関連する物質(FABP4、レプチン[7]、アディポネクチン、MCP-1[8]、インスリン、グルコース、遊離脂肪酸)の血中濃度を測定しました。身体の発達や置かれている社会環境の違いを考慮し、年齢グループごとに定型発達児と自閉症児を比較したところ、未就学児(4~6歳)のグループにおいて、自閉症児群でFABP4の血中濃度が有意に低いことが分かりました。低年齢の幼児(2~4歳)グループでも、同様の結果が得られました(図1)。未就学児(4~6歳)、幼児(2~4歳)の年齢グループにおいて、自閉症児の血中FABP4濃度が定型発達児に比べて有意に低かった。次に、FABP4遺伝子の機能異常が自閉症の病態形成につながる可能性を検討するため、日本人の自閉症患者(n=659)および健常者(n=1,000)のDNAサンプルを用いて、FABP4遺伝子の遺伝子配列解析を行いました。1例を同定しました(図2上段)。Thr8Ala変異については、ANS[10]と呼ばれる脂肪酸類似物質との結合能アッセイにより、Thr8Ala変異タンパク質では脂質結合能が影響を受けることが分かりました(図2下段左)。ナンセンス変異Trp98Stopについては、変異によってタンパク質の機能に重要な役割を果たす領域が欠けることが予想されました。家系解析を実施し、家系内で変異と精神疾患が共分離[11]することが明らかになりました(図2下段右)。健常者サンプルでは機能的変化を起こすような変異は認められませんでした。下段左:Thr8Ala変異型FABP4タンパク質(Ala8)は、野生型FABP4タンパク質(WT)と比較して脂肪酸類似物質ANSとの結合能が増加した(Kd値が低いほど結合能が増加することを示す)。下段右:自閉症児に見られたナンセンス変異Trp98Stopは、うつ病に罹患している母親から伝達されたものであることが判明した。このことから、この変異は精神疾患と「共分離」しているといえる。FABP4の機能低下が自閉症の病態形成につながる可能性について、Fabp4遺伝子破壊マウスを用いて個体レベルで検証しました。精神疾患関連の行動解析を行った結果、Fabp4遺伝子を破壊すると、スリーチャンバーテスト[12]では社会的探索行動の減少が、モリス水迷路試験[13]では空間学習記憶の低下が、そして母仔分離の際の仔の超音波啼鳴試験[14]においては音声コミュニケーションの質的な障害が生じることが判明しました(図3)。これらの結果は、マウスにおいてFabp4遺伝子を破壊すると、自閉症に類似した行動表現型の変化が起こることを意味しています。KO)には、対照となる野生型マウス(WT)と比較して、スリーチャンバーテストにより社会的探索行動の減少、モリス水迷路試験により空間学習記憶の低下、母仔分離の際の仔の超音波測定により音声コミュニケーションの質的な障害が認められた。過去に行われた解析で、自閉症患者の死後脳における大脳皮質の錐体細胞のスパイン[15]密度の増加が報告されていますが、Fabp4遺伝子破壊マウスの大脳皮質前頭前野の錐体細胞でもスパイン密度が上昇していることを見いだしました(図4)。Fabp4遺伝子破壊マウスは、組織学的にも自閉症類似の表現型を示すことが分かりました。KO)の大脳皮質前頭前野(第2-3層、第5層)の錐体細胞では、対照となる野生型マウス(WT)と比較してスパイン密度が増加した。白い矢印は、数えたスパインの一部を指している。最後に、大脳皮質を用いて脂肪酸組成を解析したところ、Fabp4遺伝子破壊マウスでは野生型マウスと比較して、アラキドン酸、ドコサヘキサエン酸などの脂肪酸の割合が増加する一方、パルミチン酸、パルミトレイン酸などの割合は減少することを見いだしました(図5)。この解析から、FABP4の機能低下は、脳の脂肪酸の動態に影響を与え得ることが判明しました。Fabp4遺伝子破壊マウスの脳内の脂肪酸変化Fabp4遺伝子破壊マウス(KO)の大脳皮質では、対照となる野生型マウス(WT)と比べ脂肪酸の一種であるアラキドン酸、ドコサヘキサエン酸などの割合が増加する一方、パルミチン酸、パルミトレイン酸などの割合は減少していた。グループは、血中FABP4値が自閉症の早期バイオマーカーとして有用である可能性を見いだしました。この結果については、今後、より大規模なサンプルサイズで検討し、FABP4値の低下を伴う自閉症がどのような特性を持つのかを調べることで、自閉症の生物学的再分類に役立つバイオマーカーになり得るか、さらに詳しく調べたいと考えています。日本人以外のサンプルでも定型発達児と自閉症児の血中FABP4の濃度を調べていく必要があります。今後、下記のような検討を通して、FABP4を起点とした自閉症病態メカニズム(図6)の理解を目指していきたいと考えています。FABP4を起点とした自閉症病態メカニズム自閉症病態メカニズムの一つとして、脂肪組織から分泌されたFABP4が脳の機能に影響を与える可能性が考えられる。FABP4と自閉症病態メカニズムの関連については、脂肪組織から分泌されるFABP4が減少することで、血流を介して脳内の脂肪酸組成に影響し、その結果、さまざまな脳機能に影響を与えた可能性があり、Fabp4遺伝子破壊マウスを用いて詳細に解析する必要があります。自閉症患者の死後脳を用いて脂肪酸分析を行い、今回Fabp4遺伝子破壊マウスで見られたような脂肪酸組成の変動が起きているかについても調べる必要があります。血中FABP4値が低下する原因については、自閉症児ではFABP4遺伝子の頻度の高い機能的変異が見つからなかったことから、環境要因の関与が考えられます。環境要因については、例えば、胎児期~出生頃の栄養状態が、エピジェネティクな変化[16]を介して、FABP4の発現に影響を与える可能性があり、今後、自閉症児の前向きコホート研究[17]やモデル動物を用いた研究を通じて、さらなる検討を行う必要があります。protein:FABP)ファミリーの一つで、脂肪酸と結合し、輸送する役割が知られている。脂肪組織に豊富に存在し、脂肪組織から血中に分泌される。末梢では他の臓器に作用する生理活性物質として知られており、メタボリックシンドロームとの関連が示されている。)の総数は19万5,000人と報告されている。[3]バイオマーカーある特定の病気の存在や、病気の進行の程度を客観的に評価するために用いられる生体由来の指標。その疾患に見られる症状を記述した診断基準に当てはまるかどうか面接で調べることによって診断されている。この方法では、原因の異なる疾患が見かけ上同じ疾患に分類される可能性が排除できない。この課題を改善するため、生物学的な基準によって疾患を再分類し、疾患の病態メカニズム解明に役立てようという考えがある。[5]スミス・レムリ・オピッツ症候群コレステロール合成酵素として知られる7-デヒドロコレステロール還元酵素をコードするDHCR7遺伝子の変異によって起こる症候群。コレステロール産生の低下が認められる。合併などが知られている。幻覚や妄想、意欲の低下、感情の平板化などを主症状とする精神疾患。[7]レプチン脂肪組織において産生・分泌される生理活性物質(アディポカイン)の一つ。視床下部に作用して、食欲の抑制に関わることが知られている。[8]MCP-1脂肪組織において産生・分泌される生理活性物質(アディポカイン)の一つ。炎症部位に単球を誘導する。Protein-1の略。[9]ミスセンス変異、ナンセンス変異ミスセンス変異は、DNA中の塩基の置換によって、異なるアミノ酸への置換が起こる変異。ナンセンス変異は、塩基の置換によってアミノ酸のコドンがタンパク質鎖を終結させる終止コドンに置換され、タンパク質鎖の合成が途中で止まってしまう変異。[10]ANS脂肪酸類似の蛍光プローブで、FABPに結合することによって蛍光を発する。ANSは8-Anilinonaphthalene-1-sulfonateの略。家系内で、変異と表現型がまとまって伝達されること。その変異が疾患の原因になることの状況証拠の一つとなる。[12]スリーチャンバーテスト自由に行き来ができる三つに区切られた部屋を用いて、マウスの行動を観察する試験。マウスの社会性などを調べられる。ない仔マウスを母マウスから引き離すと、仔マウスは超音波帯の啼き声を発して母マウスに自分の居場所を知らせることが知られている。その際の超音波啼鳴を測定・評価する試験。仔マウスの音声コミュニケーション能力などを調べられる。[15]スパイン神経細胞の樹状突起に存在する棘状の構造。シナプスの後部を形成する。[16]エピジェネティクな変化DNA塩基配列の変化を伴わない、核酸や核酸結合タンパク質の後天的な化学修飾による遺伝子発現の変化。疾患基礎研究課E-mail:brain-pro“AT”amed.go.jp※E-mailは上記アドレス“AT”の部分を@に変えてください。