福島医学雑誌 56 巻 2 号　2006

〔総　　説〕

大腿緊縛刺激によるラット坐骨神経の形態的変化と
後根神経節細胞における遺伝子の発現誘導

阿部すみ子^1,2)，水澤　郁文¹⁾，加藤　菜穂¹⁾，
須藤美和子¹⁾，平岩　幸一¹⁾

¹⁾福島県立医科大学医学部法医学講座
²⁾高崎健康福祉大学薬学部薬物毒性学研究室

（受付　2006年2月20日）

Morphological Changes in Sciatic Nerves and Induction of Gene Expressions in
Dorsal Root Ganglia after Application of a Tourniquet to the Rat Hind Limb

SUMIKO ABE^1,2), IKUBUMI MIZUSAWA¹⁾, NAHO KATO¹⁾,
MIWAKO SUTO¹⁾ and KOUICHI HIRAIWA¹⁾

¹⁾Department of Legal Medicine, Fukushima Medical University School of Medicine, Fukushima
²⁾Laboratory of Forensic Toxicology, Takasaki University of Health and
Welfare Faculty of Pharmacy, Takasaki

要旨: ラット大腿緊縛モデルを用い，坐骨神経侵害刺激による神経変性の病理を解明する目的で，緊縛後早期における坐骨神経の形態的変化と後根神経節（DRG）細胞内の遺伝子発現の変化を観察した。緊縛4時間後の坐骨神経線維は軸索の間隙が狭くなり，萎縮変形した像が観察された。電顕像では有髄神経のミエリン鞘はほとんどが解離・褶曲変形し，無髄神経軸索内には空胞が観察され，軸索の径は有意に小さくなった。DRG細胞では光顕レベルでの変化は観察されなかった。緊縛後のDRG細胞における神経栄養因子，神経栄養因子レセプター，インターロイキン-6 (IL-6) ファミリーサイトカインおよび一酸化窒素合成酵素（NOS）のmRNA発現の変化を経時的に解析した。その結果，緊縛1時間後に緊縛側DRGにおいて，コントロール群および非緊縛側では発現していない腫瘍壊死因子（TNF-α）が有意に発現した。同様に，緊縛側DRGで緊縛4時間後に神経栄養因子（NGF)，IL-6, nNOSおよびiNOSの有意の発現が観察された。1または4時間緊縛後に坐骨神経線維が入力する腰髄のL5レベルのDRGについて免疫染色を行った。その結果，1時間後の緊縛側DRGでは大きさに関わらずほとんどのDRG細胞で抗TNF-α抗体陽性像が観察された。4時間後の緊縛側DRGにおいて主に小・中型DRG細胞に抗IL-6および抗nNOS抗体陽性像が，一部のDRG細胞およびシュワン細胞に抗iNOS抗体陽性像が，シュワン細胞に抗NGF抗体陽性像が観察された。コントロール群両側および非緊縛側DRGでは何れの抗体に対し，有意な陽性像は観察されなかった。
以上の結果から，緊縛刺激がもたらす坐骨神経の変性は，DRGにおける初期のTNF-α遺伝子の転写と後期のIL-6, NGFおよびNOS遺伝子の転写を誘導することが明らかになった。これらの変化は，DRGニューロンの生存維持や機能修復に関与する分子機構であると推察される。

索引用語: 大腿緊縛モデル，坐骨神経，後根神経節，mRNA，免疫染色

Abstract: We investigated the mRNA levels of neurotrophins, neurotrophin receptors, IL-6 family cytokines and nitric oxide synthases (NOS) in rat dorsal root ganglia (DRG) after application of a tourniquet to a hind limb to identify the nerve-protective molecules that are induced immediately after peripheral nerve crush and play a part in the process leading to secondary events. The levels of TNF-α, which induces various downstream genes, were significantly increased in the ipsilateral DRGs at 1 h after tourniquet application. No significant expression of nerve growth factor (NGF) mRNA or protein was observed in the control or contralateral DRGs. NGF mRNA expression started within 2 h and then NGF protein expression was observed in Schwann cells at 4 h after application of the tourniquet, due to termination of the neurotrophin supply from peripheral nerves. The expression levels of neurotrophin receptors in the DRGs on both the contralateral and ipsilateral sides had decreased at 1 to 2 h after application of the tourniquet and had returned to the control levels at 4 h after tourniquet application. Induction of IL-6 and glycoprotein 130 mRNA expressions was observed in the ipsilateral DRG at 4 h after tourniquet application. IL-6 protein was detected in small- and medium-sized DRG cells by immunohistochemical analysis. The induction of IL-6 expression is likely to play a role in the protection of injured neurons perhaps related to growth of their axons. Significantly high nNOS, iNOS mRNA and protein levels were observed in the ipsilateral DRGs at 4 h after tourniquet application but not in the contralateral or control DRGs. Large amounts of NO might result in damage to the host cells and induction of apoptosis to eliminate damaged cells during the early stage of nerve injury. Moreover, the continuous afferent traffic communications arising from NO produced by nNOS might lead to transsynaptic gene induction in secondary neurons.

Key words: Hind limb tourniquet model, sciatic nerve, dorsal root ganglion, mRNA, immunohistochemistry