冬眠しないマウスの脳の一部を刺激すると、冬眠に似た状態が数日続き、そのあと元にもどった

ほ乳類の中には、冬眠する動物がいます。冬眠中の動物は、ふだんの数%しか酸素を使いません。体温は、まわりの空気より数度高いくらいまで下がります。それでも、体を傷めることなく、自分で元の状態にもどります。人がもし同じことをできたら、大けがをした人を病院に運ぶまでの時間をかせげるかもしれません。

筑波大学の櫻井武さん、髙橋徹さんと、理化学研究所の砂川玄志郎さんたちは、冬眠しない動物であるマウスの脳を調べました。すると、脳の奥の小さな場所に、ある神経細胞のグループが見つかりました。このグループを刺激すると、マウスは冬眠に似た状態に入り、それが数日続きました。そのあとは、自然に元にもどりました。

冬眠のしくみは、これまでほとんど分かっていませんでした。理由の一つは、実験でよく使うマウスやラットが冬眠しないことです。冬眠する動物を実験室で思いどおりに冬眠させるのも、かんたんではありません。冬眠しないマウスで冬眠に似た状態を起こせれば、そのしくみを調べやすくなります。

01マウスは冬眠しないが、おなかがすくと短い休眠をする

まず、言葉を整理しておきます。動物が自分で体温と代謝（体がエネルギーを使うはたらき）を下げてエネルギーを節約する状態を「休眠」といいます。1日より短い休眠は「日内休眠」、季節に合わせて何日も続くものは「冬眠」とよばれます。

マウスは冬眠をしません。ただし、えさがない状態が続いたり、寒い所に長くいたりすると、日内休眠をすることが知られています。つまり、マウスの体にも、体温を下げる力はもともとあるのです。それでも、何日も続く冬眠のような状態には入りません。

冬眠中の動物の体温は、ふつうのほ乳類のように37℃前後には保たれません。かといって、体温がただ下がりっぱなしなのでもありません。体温の「目標の温度」が低く設定し直され、その低い温度に合わせて体温が調整されています。この点が、冬眠と、ただ体が冷えてしまった状態との違いです。

02脳の奥の小さな神経細胞のグループを刺激すると、体温がぐっと下がった

研究チームが目をつけたのは、QRFPという物質を作る神経細胞です。QRFPは、2006年に櫻井さんたちの研究グループが動物の脳から取り出して報告した物質です。この神経細胞は、脳の視床下部の、前のほうの小さな場所に集まっています。

研究チームは、遺伝子を組みかえたマウスを作りました。このマウスでは、QRFPを作る神経細胞にだけ、ある薬に反応するたんぱく質（受容体）がついています。薬を注射すると、その神経細胞だけが興奮して信号を出します。

薬を注射すると、マウスはほとんど動かなくなり、えさも食べなくなりました。体温が大きく下がり、酸素を使う量も大きく減りました。この状態は数日間続きました。研究チームは、この神経細胞のグループを「Q神経」と名づけました。Q神経が起こした低い代謝の状態は「QIH」と名づけました。

室温を23℃にした部屋では、体の表面の温度が、部屋の温度の近くまで下がりました。注射の30分後には、体の表面が31℃まで下がっていたのに、しっぽから熱を逃がしていました。体をさらに冷やそうとしていたのです。研究チームは、体温の目標の温度そのものが下がったしるしだと考えました。

03体温はただ下がったのではなく、低い温度に調整されていた

QIHは、ただ体が冷えただけの状態なのでしょうか。それとも、冬眠のように低い目標の温度に合わせて調整された状態なのでしょうか。研究チームは、部屋の温度を8〜32℃のいろいろな温度に変え、マウスの体温と酸素を使う量を測りました。

その結果をもとに計算すると、QIHのマウスの体温の目標の温度は、ふつうのときより約9℃低くなっていました。さらに、部屋の温度を下げていくと、QIHのマウスは起き上がって体を丸め、ふるえ始めました。酸素を使う量が急に上がり、体温は20℃台の前半で保たれました。

比べるために、麻酔をかけたマウスでも同じことをしました。麻酔で体が冷えたマウスは、部屋を寒くしても酸素を使う量はふえず、姿勢も変わりませんでした。QIHのマウスは、体温を低い目標に合わせて守っていたのです。「目標の温度が下がる」ことと「寒さに合わせて体温を調整する」ことは、同時に起きていました。研究チームによると、この2つがそろうのは、これまで冬眠中の動物でしか報告されていませんでした。

04元にもどったあと、行動にも内臓にも異常はなかった

QIHのマウスでは、心臓の動きもゆっくりになりました。注射の2時間前に1分間572回だった拍動は、2時間後には202回になりました。呼吸はとても浅くなり、1分間333回だった呼吸の回数は、測れないほどになりました。脳の電気の信号も小さくなりました。

それでも、マウスは外から温めなくても、自然に元の状態にもどりました。研究チームは、QIHを経験したマウス5匹と、経験していないマウス5匹を比べました。動き回る量、物を覚える力、回る棒の上を歩く力などを調べても、違いは見られませんでした。脳・心臓・腎臓・肝臓・筋肉を顕微鏡で見ても、目立った変化はありませんでした。同じマウスに、くり返しQIHを起こすこともできました。

次に、冬眠も日内休眠もしないラットで試しました。ラットの体はマウスの10倍ほどあります。ラットでも、Q神経をふくむ神経細胞を刺激すると、体温の低い状態が数日間続きました。約3日後には体温が元にもどりました。Q神経は、ほ乳類に広く共通してある神経かもしれない、と研究チームは考えています。

05まとめ

筑波大学と理化学研究所のチームは、冬眠しないマウスの脳の視床下部に、Q神経とよぶ神経細胞のグループを見つけました。Q神経を刺激すると、体温と代謝が数日間大きく下がり、体温の目標の温度も約9℃下がりました。元にもどったあと、行動にも内臓にも異常は見られませんでした。

ただし、人の脳でも同じしくみが働くかはまだ分かっていません。冬眠中の動物が使う酸素は、ふだんの数%にまで下がります。