視床後部室傍核における視索前野入力ニューロンの反復活性化は、慢性的な熱ストレスによるネガティブ感情と過覚醒状態を媒介する

Core Concepts

慢性的な熱ストレスは、視床後部室傍核（pPVT）への視索前野（POA）からの興奮性入力の増強と、pPVTニューロンの興奮性亢進を引き起こし、ネガティブ感情や過覚醒状態を引き起こす。

Abstract

慢性的な熱ストレスと情動制御：視床後部室傍核における神経回路メカニズム

本研究は、ヒートウェーブなどの長期にわたる高温環境への曝露が、哺乳類の脳における情動処理にどのような影響を与えるか、その神経生物学的基盤を明らかにすることを目的とした。その結果、慢性的な熱ストレスは、マウスにおいて抑うつ状態ではなく、ネガティブ感情と過覚醒状態を引き起こすことが示された。さらに、視床の視床後部室傍核（pPVT）への視索前野（POA）からの入力ニューロンが、ストレス条件下における基礎活動と興奮性の亢進を介して、このような情動状態の変化を媒介することが明らかになった。この変化は、POA から pPVT への回路の反復活性化が、長期的なシナプス前・後プロセスを調節し、その長期的な変化をもたらすことによると考えられる。

地球温暖化を背景に、異常に暑い日が続くヒートウェーブは、より頻繁に、より激しさを増している。2023年7月は、人類が記録した中で最も暑い月であったことは記憶に新しい（Tollefson, 2023）。これまでの研究で、ヒートウェーブと身体的健康の悪化との間には相関関係があり、死亡率の増加につながることが明らかになっている（Barriopedro et al., 2011; Garcia-Herrera et al., 2010; Mitchell et al., 2016; Mora et al., 2017; Robine et al., 2008）。さらに、気温の上昇は、怒り、ストレス、攻撃性、抑うつなどの感情を引き起こすことで、精神衛生にも影響を与える可能性がある（Beecher et al., 2016）。実際、さまざまな地域で行われた疫学研究では、慢性的な熱中症への曝露と、精神・行動障害による入院の増加との間に正の相関関係があることが広く示されている（Amr et al., 2012; Basu et al., 2018; Dominiak et al., 2015; Hansen et al., 2008; Lee et al., 2002; Mulder et al., 1990; Trang et al., 2015; Whitney et al., 1999）。しかし、長期にわたる熱中症への曝露後の情動変化を、脳がどのように調節しているのかについては、まだよくわかっていない。

Key Insights Distilled From

Repeated activation of preoptic area-recipient neurons in posterior paraventricular nucleus mediates chronic heat-induced negative emotional and hyperarousal states

by Cao,Z., Yung... at www.biorxiv.org 08-08-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.08.06.606775v1

Deeper Inquiries

慢性的な熱ストレスが精神疾患に与える影響は、今回観察されたネガティブ感情や過覚醒状態を超えて、どのようなものがあるだろうか？

慢性的な熱ストレスは、ネガティブ感情や過覚醒状態に加えて、以下のような多岐にわたる精神疾患のリスクを高める可能性があります。

認知機能障害: 熱ストレスは、集中力、記憶力、判断力などの認知機能を低下させる可能性があります。これは、熱ストレスが脳内の神経伝達物質のバランスを乱し、海馬など認知機能に関わる脳領域の活動に影響を与えるためと考えられています。
不安障害: 長期にわたる熱ストレスは、不安、パニック発作、社会不安障害などの不安障害のリスクを高める可能性があります。これは、熱ストレスが扁桃体など、恐怖や不安に関わる脳領域を過剰に活性化させるためと考えられています。
気分障害: 慢性的な熱ストレスは、うつ病や双極性障害などの気分障害のリスクを高める可能性があります。これは、熱ストレスがセロトニンやドーパミンなどの気分調節に関わる神経伝達物質の産生や伝達に影響を与えるためと考えられています。
統合失調症: いくつかの研究では、熱波の時期に統合失調症の発症リスクが高まることが示唆されています。統合失調症は、遺伝的要因と環境要因の相互作用によって発症すると考えられており、熱ストレスが環境要因の一つとして作用する可能性があります。
これらの影響は、熱ストレスの強度や期間、個人の脆弱性、遺伝的要因、社会的なサポート体制など、様々な要因によって異なると考えられます。

本研究の結果は、POA-pPVT経路の活性化がネガティブ感情や過覚醒状態を引き起こすというものであるが、この経路の活性化が、逆に、ストレスへの適応反応として機能している可能性はないだろうか？

ご指摘の通り、POA-pPVT経路の活性化は、短期的にはストレスへの適応反応として機能している可能性も考えられます。

危険回避: 熱ストレスは、生命維持に重大な脅威となりえます。POA-pPVT経路の活性化によるネガティブ感情や過覚醒状態は、危険な高温環境から逃れようとする行動を促進し、生存確率を高める適応的な反応として解釈できます。
体温調節行動の促進: 過覚醒状態は、体温上昇を抑制するための行動 (例えば、日陰を求める、水を飲むなど) を積極的に行う動機付けを高める可能性があります。
警戒レベルの向上: 熱ストレス環境下では、熱中症のリスクなど、予測困難な状況変化が生じやすいため、POA-pPVT経路の活性化による警戒レベルの向上は、環境変化に対する迅速な反応を可能にする適応的な反応と言えるでしょう。
しかし、慢性的な熱ストレスへの曝露は、この適応反応が過剰になり、ネガティブ感情や過覚醒状態が慢性化することで、前述したような精神疾患のリスクを高める可能性も考えられます。

今回の研究はマウスを対象としたものだが、人間においても同様の神経メカニズムが存在する可能性はあるだろうか？もしそうであれば、ヒートウェーブによる健康被害を軽減するために、どのような対策を講じることができるだろうか？

マウスと人間では脳の構造や機能に違いがあるものの、体温調節や情動反応に関わる基本的な神経回路は類似していると考えられています。
実際に、人間においても、暑熱環境下では不快感やイライラ感が増し、集中力や判断力が低下することが知られており、これはマウスで見られたPOA-pPVT経路の活性化によるネガティブ感情や過覚醒状態と関連している可能性があります。
もし、人間においても同様の神経メカニズムが存在すると仮定すると、ヒートウェーブによる健康被害を軽減するためには、以下の３つの観点からの対策が考えられます。

暑熱環境を避ける:

屋外での活動は涼しい時間帯に行う。
エアコンや扇風機を適切に使用し、室内温度を適切に保つ。
通気性の良い服装を心がける。
こまめな水分補給を心がける。

POA-pPVT経路の過剰な活性化を抑制する:

ストレス軽減効果のあるリラクセーション法 (ヨガ、瞑想など) を実践する。
十分な睡眠を確保する。
バランスの取れた食事を心がける。

ヒートウェーブによる健康被害のリスクが高い人々への個別対応:

高齢者や幼児、基礎疾患を持つ人などは、特に注意が必要です。
周囲の人々が、健康状態の変化に気を配り、適切な対応をすることが重要です。

これらの対策を総合的に実施することで、ヒートウェーブによる健康被害を効果的に軽減できる可能性があります。