睡眠中に脳が老廃物を排出する理由

夜眠っている間、脳はメンテナンスに忙しくしています。脳の老廃物処理機構であるグリンパティック システムは、脳内に徐々に蓄積される有害なタンパク質を含む余分な脳脊髄液を洗い流します。これらのタンパク質の蓄積は、アルツハイマー病などの病気のリスク増加と関連しています。1 月 8 日にCell に発表された新しい論文で、科学者はシステムがいつ作動するかを知る方法の解明に近づいています。システムを作動させる「スイッチ」は、脳の神経伝達物質ノルエピネフリンです。

グリンパティックシステムは、デンマークの神経科学者で論文著者の一人であるマイケン・ネーデルガード氏によって2012年に発見されました。ネーデルガード氏は、このシステムがよく知られているリンパ系に似ていることと、脳のグリア細胞に依存していることを反映してこの名前をつけました。ネーデルガード氏はポピュラーサイエンス誌に対し、このシステムは過去10年間に広範に研究されており、その働きは健康な脳にとって非常に重要であると語っています。「現在、グリンパティックシステムに関する論文が約2,000本発表されており、その多くは臨床応用に焦点を当てています。これらの研究は総合的に、加齢とほぼすべての神経疾患がグリンパティックの流れの減少に関連していることを強調しています。」

ノンレム睡眠（急速眼球運動なし）の間、脳は 1 分ごとにノルエピネフリンの波を放出します。ノルエピネフリンは脳の主要な神経伝達物質の 1 つであるホルモンです。ノルエピネフリンは強力な血管収縮剤で、血管を狭くします。波ごとに脳に血液を運ぶ動脈が収縮します。動脈は次のノルエピネフリン波が来るまでゆっくりと拡張します。

ネダーガードは、このリズミカルな収縮と拡張の連続がポンプ作用を生み出すと説明している。「グリンパティックの流れを駆動するのは、振動する収縮と拡張です。」これらの動脈収縮を生み出すノルエピネフリンの振動波は、グリンパティックシステムの機能にとって非常に重要です。

脳の主要な神経伝達物質の 1 つであるノルエピネフリンには多くの機能があり、ノルエピネフリンの放出と再取り込みの速度を変更することで作用する薬剤の種類がいくつかあります。例としては、抗うつ薬 (特に選択的ノルエピネフリン再取り込み阻害薬 (SNRI)) や、ノルエピネフリンが結合する受容体の 1 つをブロックするベータ遮断薬などがあります。

ノルエピネフリン系に特に作用するわけではないが、それでも作用する薬もいくつかある。残念ながら、睡眠薬は後者のカテゴリーに入る。この研究では、ある一般的な薬、ゾルピデム（別名アンビエン）が、グリンパティック系の活性化と機能にどのような影響を及ぼすかを調べる。

研究者らは、2 群のマウスを比較した。1 群にはゾルピデムが投与された。研究チームは、ゾルピデムを投与されたマウスでは、ノルエピネフリンの放出、そしてその結果としてグリンパティック システムの働きが著しく抑制されていることを発見した。ゾルピデムを投与されたマウスの脳内のノルエピネフリンのピーク値は、対照群よりも約 50% 低く、動脈収縮もそれほど顕著ではなかった。

研究は、少なくともマウスでは、ゾルピデムが「正常な睡眠構造を妨げ、グリンパティックの流れを抑制する」と結論付けている。ネダーガードは、他の睡眠薬についても同様の結果が得られる可能性が高いと述べている。なぜなら、結局のところ、睡眠薬はすべて脳全体の神経活動を抑制することで作用するからだ。これにはノルエピネフリンを放出するニューロンも含まれる。これは、睡眠薬が脳の危険な老廃物を排出する働きを妨げるという意図しない結果をもたらすことを示唆している。

この問題は他の薬剤にも及ぶ可能性がある。ネダーガード氏は、例えば SNRI も振動メカニズムを阻害するようだと言う。同氏の研究室では別の研究を行っており、SNRI のデシプラミンをマウスに投与したところ、「振動が基本的に排除された」という。

これは、このシステムに関する重要な点を説明しています。脳は永遠にノルエピネフリンを放出し続けるわけではありません。ノルエピネフリンの全体的なレベルが高く、それを放出するニューロンがさらに放出するように信号を受け取ると、放出量は減少します。つまり、脳はバランスを維持しようとします。

SNRI はノルエピネフリンの再吸収を阻害することで、脳内のノルエピネフリン濃度を全体的に高めます。つまり、睡眠中にグリンパティック システムが活性化し始めると、作動する「余地」が少なくなり、グリンパティック システムの活性化時に放出されるノルエピネフリンの波は比較的小さくなります。そして、ネッジャーガードが強調するように、「重要なのは [ノルエピネフリン濃度の] 変動です。」

グリンパティック システムについてはまだ学ぶべきことがたくさんありますが、その機能が睡眠を助けるために服用する薬によって阻害されないようにすることが最優先事項です。彼女は、このテーマに関する今後の研究では、ニューロン活動を全面的に抑制するだけでなく、より洗練された作用メカニズムを持つ睡眠補助薬を研究できると示唆しています。より良いアプローチは、ノルエピネフリンの振動を可能にし、人々の睡眠を助けるだけでなく、「グリンパティックの観点から見て回復睡眠を促進する」方法を見つけることだと彼女は言います。