ダイノルフィン

ダイノルフィン（Dyn ）は、前駆体タンパク質プロダイノルフィンから生じるオピオイドペプチドの一種です。プロダイノルフィンがプロタンパク質変換酵素2（PC2）による処理中に切断されると、ダイノルフィンA、ダイノルフィンB、α / β-ネオエンドルフィンなど、複数の活性ペプチドが放出されます。^{[1]プロダイノルフィンを含む}ニューロンの脱分極は、シナプス前末端のシナプス小胞内で起こるPC2処理を刺激します。^[2]時々、プロダイノルフィンが完全に処理されず、「ビッグダイノルフィン」が放出されます。「ビッグダイノルフィン」は、ダイノルフィンAとダイノルフィンBの両方からなる32アミノ酸分子です。^[3]

ダイノルフィンA、ダイノルフィンB、ビッグダイノルフィンはいずれも、特にリジンとアルギニン（それぞれ29.4%、23.1%、31.2%の塩基性残基）などの塩基性アミノ酸残基を多く含み、また疎水性残基（それぞれ41.2%、30.8%、34.4%の疎水性残基）も多数含んでいる。[ ^{4]ダイノルフィンは中枢神経系に広く分布しているが、}視床下部、延髄、橋、中脳、脊髄に最も高濃度で存在する。^{[5]ダイノルフィンは、}神経伝達物質を貯蔵する小胞よりもかなり大きい（直径80～120 nm）高密度コア小胞に貯蔵される。これらの大きな高密度コア小胞は、小さなシナプス小胞とは異なり、大きな小胞がその内容物をシナプス間隙に放出するためには、より強力で長時間の刺激が必要である。高密度コア小胞の貯蔵は、オピオイドペプチドの貯蔵の特徴である。^[6]

ダイノルフィンの機能性に関する最初の手がかりは、ゴールドスタインら^[7]のオピオイドペプチドの研究から得られました。同グループは、豚の下垂体で内因性オピオイドペプチドを発見しましたが、これは単離が困難であることが判明しました。ペプチドの最初の 13 個のアミノ酸を配列決定することで、天然ペプチドと同様の効力を持つペプチドの合成バージョンを作成しました。ゴールドスタインら^{[7] は、合成ペプチドをモルモット回腸縦走筋に適用し、それが非常に強力なオピオイドペプチドであることを発見しました。このペプチドは、その効力を表すためにダイノルフィン (ギリシャ語の「力」を意味する}dynamisに由来) と名付けられました^[7]。

ダイノルフィンは、主にGタンパク質共役受容体であるκオピオイド受容体（KOR）を介して効果を発揮します。KORには、K1とK2という2つのサブタイプが特定されています。^[3] KORはすべてのダイノルフィンの主な受容体ですが、ペプチドはμオピオイド受容体（MOR）、δオピオイド受容体（DOR）、およびN-メチル-D-アスパラギン酸（NMDA）型グルタミン酸受容体に対してある程度の親和性を持っています。^{[6] [8]}異なるダイノルフィンは、受容体に対する異なる受容体選択性および効力を示します。ビッグダイノルフィンとダイノルフィンAは、ヒトKORに対して同じ選択性を示しますが、ダイノルフィンAは、ビッグダイノルフィンよりも、MORおよびDORよりもKORに対してより選択的です。ビッグダイノルフィンはダイノルフィンAよりもKORに対して強力です。ビッグダイノルフィンとダイノルフィンAはどちらもダイノルフィンBよりも強力で選択的です。^[9]

ダイノルフィンは、視床下部、線条体、海馬、脊髄など、神経系のさまざまな部分で生成されます。マウス、マカク、ヒトのアレン脳アトラスの遺伝子発現パターンは、こちらでご覧いただけます。

ダイノルフィンは、その生成部位に応じてさまざまな生理作用を発揮します。^[要出典]

• 例えば、視索上核の大細胞バソプレシンニューロンで生成されるダイノルフィンは、電気活動のパターン形成に重要です。大細胞オキシトシンニューロンで生成されるダイノルフィンは、オキシトシン分泌の負のフィードバック阻害剤です。 ^{[引用が必要]}
• 弓状核と視床下部外側野のオレキシンニューロンで生成されるダイノルフィンは食欲のコントロールに影響を及ぼします。^[要出典]

ダイノルフィンは疼痛反応の調節因子であることが示されています。ハンとシェは、ラットの脊髄のくも膜下腔にダイノルフィンを注入すると、尾を弾く潜時で測定された用量依存的な鎮痛効果が生じることを発見しました。^{[10]鎮痛効果はオピオイド拮抗薬}ナロキソンによって部分的に除去されました。^[10]

Han と Xie は、モル当たりで見ると、ダイノルフィンはモルヒネの 6～10 倍強力であることを発見しました。 ^[10]さらに、モルヒネ耐性は、ダイノルフィン誘発性鎮痛を減少させませんでした。^[10] Ren らは、ダイノルフィン誘発性鎮痛に関連する複雑さのいくつかを実証しました。^[11]著者らは、ラットの脊髄で、鎮痛レベル以下のモルヒネと、ペプチドの最初の 13 アミノ酸のみを含むダイノルフィン A のバージョンであるダイノルフィン A _{1-13を組み合わせると、相加効果があることを発見しました。しかし、ダイノルフィン A 1-13 を}脳の脳室内 (ICV) 領域に注入すると、モルヒネ誘発性鎮痛に対して拮抗効果を示しました。

Laiらによる研究では、ダイノルフィンが実際に痛みを刺激する可能性があることが判明しました。^[8]この研究グループは、ダイノルフィンがKORだけでなくブラジキニン受容体にも作用することを発見しました。ダイノルフィンAのN末端チロシンは、KORなどのオピオイド受容体を活性化するために必要ですが、ブラジキニン受容体に結合するのには必要ありません。^[8] Laiらは、N末端チロシンを含まないダイノルフィンA _{2-13の効果を研究しました。ダイノルフィンA 2-13}の結果に基づいて、著者らはダイノルフィンAがブラジキニン受容体を活性化し、それによって痛みの反応を刺激するメカニズムを提唱しました。^[8]

このメカニズムによると、ダイノルフィンはブラジキニン受容体を活性化し、細胞膜の電圧感受性チャネルを介して細胞内へのカルシウムイオンの放出を引き起こします。^[8]脊髄の腰部にあるブラジキニン受容体をブロックすると、持続的な痛みが軽減しました。^[8]複数の経路システムは、中枢神経系におけるダイノルフィンの相反する効果を説明するのに役立つ可能性があります。

Svenssonらは、ダイノルフィンが脊髄に痛みを引き起こす可能性がある別のメカニズムを提示した。^[12]著者らは、オピオイド受容体に結合しない短縮型ダイノルフィンA _{2-17の投与が、脊髄}後角のミクログリアにおけるリン酸化p38ミトゲン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）の増加を引き起こすことを発見した。活性化p38は、痛みを引き起こすNMDA誘発性プロスタグランジン放出と以前に関連付けられている。 ^[13]したがって、ダイノルフィンは非オピオイドp38経路を介して脊髄に痛みを引き起こすこともできる。

他の研究では、神経障害性疼痛におけるダイノルフィンとκオピオイド受容体刺激の役割が特定されています。^[14]この同じグループはまた、ダイノルフィン-KORシステムが、神経障害性疼痛の鎮痛反応に対する効果に必要なp38 MAPKの活性化を介してアストロサイトの増殖を媒介することを示しました。 ^[15]これらの報告を総合すると、ダイノルフィンはκオピオイドと非オピオイド経路の両方に複数の効果を引き起こし、鎮痛反応を調節できることが示唆されています。

コカイン中毒は、コカインへの複数回の曝露後に脳​​内で起こる複雑な分子変化によって生じます。^[16]ダイノルフィンはこのプロセスの重要な部分であることが示されています。コカインへの単回曝露では脳内のダイノルフィン濃度には影響しませんが、薬物への反復曝露によりラットの線条体と黒質のダイノルフィン濃度が増加します。^[17]

ダイノルフィン濃度の上昇について提案されている分子メカニズムの 1 つに、CREB ​​(3', 5'-一リン酸応答エレメント結合タンパク質) による転写制御が関与している。Carlezon らが提案したモデルによると、コカインの使用によりcAMPおよび cAMP 依存性タンパク質キナーゼ ( PKA ) の発現が増加する。^[18] PKA は CREB ​​の活性化につながり、依存症に重要な脳領域である側坐核および背側線条体におけるダイノルフィンの発現を増加させる。^{[18]ダイノルフィンはドーパミン神経終末の KOR に結合することで}ドーパミンの放出を減少させる。^[19]

Carlezon ら^{[18] は}、このモデルを検証するためにいくつかの実験を行った。彼らは、マウスにコカインを注射すると、対照マウス (生理食塩水を注射) よりも、注射された場所にいることを有意に好む (より強い場所嗜好性を示した) ことを発見した。しかし、構成的プロモーター下で CREB ​​を過剰発現させたマウスでは、場所嫌悪が観察された。^[18]これは、CREB ​​の増加がコカインのプラス効果を逆転させることを示している。CREB ​​過剰発現の数日後にノーザンブロット分析を行ったところ、側坐核でダイノルフィン mRNA が著しく増加した。^[18]

KORを拮抗薬（norBNI）で阻害すると、CREBの過剰発現によって引き起こされる嫌悪効果が阻害された。^[18]したがって、コカインの使用は最終的にプロジノルフィンmRNAの転写の増加につながると思われる。ダイノルフィンはドーパミンの放出を阻害し、これがコカインの強化特性を説明できる可能性がある。^[20]

また、ダイノルフィンの量を増やすと、コカイン中毒から人間を守ることができるという証拠もあります。ロックフェラー大学の研究によると、ダイノルフィン遺伝子には、「高出力」と「低出力」の機能的変異の2つのバージョンがあります。^[21]遺伝子の高出力機能的変異にはプロモーター領域に多型が含まれており、ダイノルフィンmRNAのコピーをより多く生成すると考えられています。この変異を持つ人は、薬物中毒に対する「内蔵防御システム」を持つことになります。^[21]

ランドらは、コルチコトロピン放出因子（CRF）がダイノルフィン放出を誘発する不快気分のメカニズムを初めて説明した。 ^[22]対照マウスは強制水泳テストや足へのショックに対して嫌悪行動を示したが、ダイノルフィンを欠くマウスはそのような嫌悪の兆候を示さなかった。彼らは、CRFを注射すると、ダイノルフィンの機能遺伝子を持つマウスではストレスがない場合でも嫌悪行動が引き起こされたが、ダイノルフィン遺伝子を欠失したマウスでは引き起こされなかったことを指摘した。受容体CRF2を拮抗薬で阻害すると、場所嫌悪は解消された。^[22]

これらの結果を総合すると、ランドらは、ストレスの不快な要素はCRF2がダイノルフィンの放出を刺激し、KORを活性化するときに発生するという結論に至った。^[22]さらに、この経路は薬物探索行動に関与している可能性があると仮説を立てた。これを裏付けるように、ストレスはCRFメカニズムを介してマウスのコカイン探索行動を再開させることが以前に示された。^[23]

ダイノルフィンは薬物探索行動にも影響を与えることが示されており、ストレス誘発性のコカイン探索の再開には必要であるが、プライム誘発性の再開には必要ではない。^{[24] [25]}この経路の下流要素は後にブルチャスらによって特定された。^[26]著者らは、KORがリン酸化を介してミトゲン活性化タンパク質キナーゼ（MAPK）ファミリーのメンバーであるp38を活性化することを発見した。p38の活性化はKOR依存性行動を生み出すために必要である。^[26]

ジノルフィンは気分不快を媒介する役割があるため、うつ病との関連でも研究されている。Newtonら^{[27]は、マウスの}学習性無力感（うつ病の動物モデル）に対するCREBとジノルフィンの効果を研究した。トランスジェニックマウスにおける優性負性CREB（mCREB）の過剰発現は抗うつ効果（行動面で）を示したが、野生型CREBの過剰発現はうつ病様症状の増加を引き起こした。^[27]前述のように、CREBはプロジノルフィンの転写を増加させ、それが異なるジノルフィンサブタイプを生み出す。^[18] Newtonら^[27]は、mCREBがプロジノルフィンの発現低下と共局在していることから、このメカニズムを支持した。また、ジノルフィンの直接的な拮抗作用は、mCREB発現で見られるのと同様の抗うつ様効果を引き起こした。^[27]このように、CREB-ダイノルフィン経路はコカイン報酬と同様に気分も調節する。

白山ら^[28]は、ラットを用いたいくつかの動物うつ病モデルを用いて、うつ病におけるダイノルフィンAおよびBの効果を説明した。著者らは、学習性無力感が海馬および側坐核におけるダイノルフィンAおよびBのレベルを上昇させ、KOR拮抗薬norBNIの注射が学習性無力感からの回復を誘導することを発見した。拘束ストレスは、海馬および側坐核におけるダイノルフィンAおよびBの両方のレベルを上昇させる。^[28]強制水泳ストレスは、海馬におけるダイノルフィンAのレベルを上昇させる。白山ら^[28]は、ダイノルフィンAおよびBの両方がストレス反応において重要であると結論付けた。著者らは、学習性無力感に対するKOR拮抗薬norBNIの効果を説明するためにいくつかのメカニズムを提案した。まず、ダイノルフィンレベルの上昇は海馬の可塑性に関与する神経伝達物質であるグルタミン酸の放出を阻害し、新たな学習を阻害する。 ^[28]

ダイノルフィンの効果を阻害すると、グルタミン酸が放出され、海馬の機能的可塑性が回復し、学習性無力感の現象が逆転すると考えられます。さらに、ダイノルフィンを阻害するとドーパミンシグナルが強化され、ストレスに関連するうつ病の症状が軽減されます。^[28]著者らは、KOR拮抗薬が人間のうつ病の治療に効果がある可能性があると示唆しています。

ダイノルフィンは、食欲制御と概日リズムを通じて恒常性を維持する上で重要です。Przewlockiら^[29]は、日中、ダイノルフィンは下垂体の神経中間葉（NI下垂体）で自然に増加し、視床下部で減少することを発見しました。このパターンは夜間に逆転します。^[29]さらに、食物と水を与えられたマウス、または水だけを与えられたマウスは、日中に視床下部のダイノルフィンレベルが増加しました。^[29]水だけを与えられたマウスも、NI下垂体のダイノルフィンレベルを減少させました。^[29]これらの発見から、Przewlockiら^[29]は、ダイノルフィンが恒常性の維持に不可欠であると結論付けました。

ダイノルフィンは食欲刺激剤として関与していると考えられています。ラットを対象とした多くの研究^[30]では、ダイノルフィン濃度の上昇が摂食を刺激することが示されています。ナロキソンなどのオピオイド拮抗薬は、ダイノルフィン上昇の影響を逆転させることができます。^[31]この抑制は、肥満動物や特に魅力的な食物にアクセスできる動物で特に強くなります。^[32] Inui et al. ^[33]は、イヌにダイノルフィンを投与すると、食物と水の摂取量が両方とも増加することを発見しました。

ダイノルフィンは冬眠中の動物の摂食行動に関与している。Nizeilskiら^[34]は、冬前に過食期と飢餓期を経験するジリスのダイノルフィン濃度を調べた。彼らは、飢餓期にダイノルフィン濃度が上昇することを発見した。Bermanら^[35]は、食事制限期のダイノルフィン濃度を研究した。研究グループは、食物はダイノルフィンBの発現を変えない一方で、ラットの脳のいくつかの領域（視床下部、側坐核、分界条床核）でダイノルフィンA濃度を上昇させることを発見した。

ダイノルフィンノックアウトマウスに関する最近の研究では、ノックアウト動物と対照動物の食物摂取量に差は見られなかったが、オスのノックアウトマウスでは脂肪蓄積が減少することが判明した。^[36]ノックアウト動物では脂肪酸がより速く酸化された。^[36]

研究では、高脂肪食を摂取すると視床下部のダイノルフィン遺伝子発現が増加することも示されています。^[37]そのため、高脂肪食が利用できる場合、ダイノルフィンが過食を引き起こす可能性があります。^{[37] [38]}モーリーとレヴィンは、ストレス関連の摂食におけるオピオイドペプチドの役割を初めて説明しました。彼らの研究では、マウスの尻尾をつまむと（ストレスがかかり）、摂食が誘発されました。オピオイドペプチド拮抗薬であるナロキソンを注射すると、ストレス関連の摂食が減少しました。^[38]

マンデノフら^[32]は、内因性オピオイドは予測可能な状況下では体重やエネルギー消費量を維持するために必要ではないが、ストレスの多い状況下では活性化されると提唱した。彼らは、ダイノルフィンなどの内因性オピオイドが食欲を刺激し、エネルギー消費量を減少させることを発見した。総合すると、上記の研究は、ストレス時には生物がより多くの食物を摂取し、より多くの栄養素を蓄え、より少ないエネルギーを消費するという重要な進化メカニズムを示唆している。

体重管理の役割に加えて、ダイノルフィンは体温を調節することがわかっています。オピオイドペプチドは最初に高体温で調査され、脳の中脳水道周囲灰白質（PAG）領域に注入されたMOR作動薬がこの反応を刺激することがわかりました。^[3] Xinら^{[39]は、PAG領域への}マイクロダイアリシスによるダイノルフィンA _1-17（KOR作動薬）の送達がラットで低体温を誘発することを示しました。著者らは、低体温の重症度が投与されたダイノルフィンA _1-17の用量に比例することを発見しました。ラットにKOR拮抗薬norBNIを投与することで低体温を予防できます。^[39] Xinら^[39]は、 MOR作動薬は高体温を媒介するのに対し、ダイノルフィンなどのKOR作動薬は低体温を媒介すると仮説を立てました。

Sharma と Alm ^{[40] は}、ラットを熱（38˚C）にさらすと、大脳皮質、海馬、小脳、脳幹でダイノルフィンがアップレギュレーションされることを発見しました。さらに、著者らは、一酸化窒素合成酵素（NOS）阻害剤の投与により、脳内のダイノルフィン A1-17 レベルが低下し、熱ストレスに関連する症状が緩和されることを発見しました。Sharma と Alm ^{[40]は、高体温によりダイノルフィン レベルが上昇し、これが損傷を引き起こし、熱ストレス反応を促進する可能性があると結論付けました。さらに、彼らは}一酸化窒素がこのメカニズムの一部であるという仮説を立てました。Ansonoff ら^{[41] は}、低体温効果は K1（κ-オピオイド受容体 1）を介して媒介され、K2 を介して媒介されないことを発見しました。著者らは K1 ノックアウト マウスに KOR アゴニストを適用し、低体温反応を排除しました。したがって、K2 は低体温メカニズムに役割を果たしていないようです。

ダイノルフィン誘導体は、その作用持続時間が非常に短いため、臨床的にはあまり有用ではないと一般的に考えられている。^[42]

• 米国国立医学図書館の医学件名標目(MeSH)におけるダイノルフィン