高齢化が進む現代社会において、ＱＯＬを高く保ち高齢者が健康な生活を送るためには、口腔機能が損なわれることなく正常に保たれ、口腔から栄養を摂取することが非常に重要な要因の一つであると考えられる。しかし実際には、年齢と共に、異常疼痛や味覚障害，摂食・嚥下障害に代表される多様な神経疾患が顎顔面口腔領域に発症し、口腔からの食物摂取が困難な高齢者が増加している。身体の栄養を維持するという点では口腔以外の経路で栄養を摂取することは可能であるが、過去における様々なデータから、胃ろうや経管栄養など、口腔以外からの栄養摂取に切り替えると、著しく寿命が短縮されると報告されており、口腔からの栄養摂取が身体の栄養の維持だけでなく、全身の健康維持にとって栄養維持以外の重要な要素であることは間違いのない事実である。口腔からの食物摂取を維持するためには、口腔機能を正常に保ち、口腔内環境を健康に維持する必要がある。
また、様々な疾患によって口腔内環境が悪化すると、口腔の異常疼痛、味覚障害、咀嚼機能障害あるいは発話障害など、様々な障害が引き起こされる。特に、口腔内に引き起こされた神経因性の難治性疾患に対しては、口腔以外の部位の治療法が適用され、口腔の特殊性を考慮した治療法がほとんどなく，姑息的な治療法に終始している。このような顎顔面口腔における難治性神経疾患に対して科学的根拠に基づく根治的治療法を開発するには，病態に関する豊富な基礎データと，その知見に基づく臨床研究の推進，そして神経内科や脳外科を含む隣接医科との密接な連携医療体制の構築が重要である。
本事業は，顎顔面口腔に発症する難治性神経疾患克服に向け，基礎研究で得られた科学的根拠を臨床につなげる研究プロジェクトを推進し，関連する医療分野を横断する研究体制と治療拠点を構築することを目的として進められた。研究内容は，口腔顔面領域に発症する難治性神経因性疾患を運動機能障害と感覚機能障害（疼痛と味覚）の２つに分類した。それぞれの疾患に対する新たな治療方法の開発研究を目指した基礎および臨床研究による成果の概要を以下に記載する。
１．運動機能障害に関する基礎・臨床研究プロジェクト（統括：越川憲明）
1） トランスジェニックマウスを用いた行動薬理学的研究
下顎の不随意運動に関与する多様な神経伝達物質や神経調節物質などの、脳内神経伝達に関わる重要因子に関連する遺伝子を改変した動物（トランスジェニックマウス）を用いて、不随意顎運動の発現機構について網羅的に解析することを目的とした。一連の実験の結果、以下の成果を得た。①統合失調症関連物質であるneuregulin-1のノックアウトマウスでは、社会性行動発現のみならず顎運動制御にも異常をきたすことが明らかとなった（Tomiyama et al., Prog Neuro-Psychopharmacol Biol Psychiat 2009）。②GABAA受容体のサブユニット構築に関与するPRIP-1とPRIP-2を共に欠損したマウスでは、顎顔面領域の自発運動は低下するものの、ドパミンD1受容体アゴニストのSKF83959やGABA性アゴニストのジアゼパムによる顎運動の変様に対しては、ほとんど影響しないことが明らかとなった（Tomiyama et al., Synapse 2010）。③D1受容体を発現する線条体中型有棘神経を選択的に障害したDARPP-32/Cre D1Toxマウスと、D1受容体を発現する前脳の神経全体を障害したCamKIIa/Cre D1Tox マウスを用いた研究では、DARPP-32/Cre D1Toxマウスにおいて著明な顎と舌の運動低下が認められ、D1受容体を発現する神経の障害を特徴とするハンチントン病において、顎顔面領域の運動研究のための動物モデルとしての可能性を示した（Tomiyama et al., Synapse 2011）。以上の研究成果を含むトランスジェニックマウスを用いた不随意顎運動の発現機構についての行動薬理学的研究成果は、International Review of Neurobiology 97巻（Translating Mechanisms of Orofacial Neurological Disorder）に総説論文として2編掲載された（Waddington et al., 2011; Tomiyama et al., 2011）。
2）ラットの顎運動発現に関与するドパミン機能の解析
不随意顎運動は、大脳基底核のドパミン機構と、それを修飾する多様な神経回路の機能異常によって惹き起こされると一般的に解釈されている。それらの機構の全容の解明は急務であるが、現時点での理解は未だ不十分である。そこで、行動薬理学的・神経化学的手法を用いてそれらの機構の詳細について検討を行った。その結果、
①ドパミンD1/D2受容体を刺激して誘発される顎運動は線条体腹外側部の5-HT1A受容体によって抑制的な調節を受けていることが明らかとなった（Fujita et al., J Oral Sci 2008）。また、ドパミンD1受容体を刺激することで、前述の顎運動とは異なるパターンの数回連続した咀嚼様顎運動（vacuous chewing）が誘発されることが知られており、磁石を用いた顎運動モニタリングシステムと筋電図を応用することによって、今まで困難であったvacuous chewingのパターン識別法を開発した（Fujita et al., Eur J Pharmacol 2010）。この手法を用いてD1受容体アゴニストのSKF83822とSKF83959との微妙な作用の違い（Fujita et al., Eur J Pharmacol 2010）や、ドパミンD1/D2受容体刺激誘発顎運動における線条体腹外側部NMDA受容体の役割（Fujita et al., Brain Res 2010）を明らかにした。以上の研究成果を含むオーラルジスキネジア発現機構についての行動薬理学的研究成果は、International Review of Neurobiology 97巻（Translating Mechanisms of Orofacial Neurological Disorder）に総説論文として掲載された（Koshikawa et al., 2011）。
②中脳辺縁系ドパミン神経の主たる投射部位の側坐核のドパミン神経機能の亢進はラットのオーラルジスキネジア様の異常な不随意運動の発現にも関わることから、細胞外ドパミン遊離を指標としたin vivo脳微小透析法による検討を行った。側坐核のμ受容体刺激で惹き起こされるドパミン神経機能亢進のメカニズムについてオピオイドとGABA神経の関与の面から検討を行った結果、内因性μ受容体アゴニスト候補物質のendomorphin-1による側坐核のμ受容体の刺激は、ドパミン神経終末に存在するGABAA受容体に対するGABA入力の減少を介してドパミン遊離を亢進させる可能性が示された（Aono et al., Eur J Pharmacol 2008）。また、このμ受容体刺激誘発側坐核ドパミン遊離の制御において、側坐核のGABAB受容体は抑制的な役割を果たすことが示された（Saigusa et al., Eur J Pharmacol 2008）。さらに、側坐核ドパミン遊離機構におけるβアドレナリン受容体の役割（Mizoguchi et al., Eur J Pharmacol 2008）、細胞質と小胞体内ドパミンプールの関与（Saigusa et al., Eur J Pharmacol 2009）、D1受容体の関与（Sekino et al., Eur J Pharmacol 2010）についても検討を行い、その成果を報告した。
③側坐核の機能を研究する行動薬理学的動物モデルとして、片側の側坐核shellのドパミンD1/D2受容体刺激で誘発されるturning behaviorが知られている。回転半径の小さなturning behavior であるpivotingを指標とした場合、ドパミン神経機能はオレキシン2受容体（Kotani et al., Neuropharmacology 2008）とソマトスタチン受容体（Ikeda et al., Neuroscience 2009）による促進的な調節を受けていることが明らかとなった。一方、側坐核shellのアセチルコリン受容体刺激で誘発される回転半径の大きなturning behavior であるcirclingを指標とした場合、視床背内側部のGABAA受容体はその発現に重要な影響を与えるが、ドパミン性のpivotingには関係しないことが明らかとなった（Ikeda et al., Neuroscience 2009）。さらに、turning behavior発現に関与する側坐核shellからのGABA性投射路を検索する目的で、投射先の候補部位である黒質網様部と淡蒼球におけるGABAAとGABAB受容体の役割について検討したところ、黒質網様部ではGABAAとGABAB受容体は共にpivotingの発現に関わっており、淡蒼球ではGABAA受容体がcircling、GABAB受容体はpivotingの発現に関わるという部位による違いが明らかとなった（Ikeda et al., Neuroscience 2010）。
3）パーキンソン病モデルサルにおける顎運動解析とその臨床応用の可能性
パーキンソン病は、黒質－線条体系ドパミン神経の変性・脱落の結果、進行性の全身の運動障害を惹き起こす疾患であり、顎口腔領域においても摂食障害などの運動機能障害が惹き起こされる。その障害程度の評価をする上で、現在までに中枢ドパミン神経変性の進行と合わせて顎口腔領域の運動機能障害を定量的に検討した報告はなされていない。そこで、ドパミン神経毒であるMPTPの投与により片側の黒質－線条体ドパミン神経系を破壊したヘミパーキンソン病モデルサルを用い、下顎運動を高速ビデオカメラにて撮影・記録し、コンピュータ解析するシステムを構築し、咀嚼運動の定量的解析を行った。覚醒サルにサツマイモを摂食させると、片側性の神経傷害を受けたモデルでは、脳の傷害側とは反対側の四肢の運動が障害され、口腔内での咀嚼側は、対照サルでは両側であるのに対し、四肢の運動障害側であり、開閉運動は有意に小さくそのサイクルは遅くなるという特徴を明らかにした（Adachi et al., J Neural Transm 2012）。このようなヒトに近い霊長類を用いた研究成果は、直ちに臨床で直面する口腔機能障害の症状の把握に応用が可能である。特にパーキンソン病の初期においては、障害程度の左右的な違いが臨床的にも知られているので、本研究で確立されたヘミパーキンソン病モデルサルで示された顎口腔領域に用いた運動解析法と、その結果判明した運動障害の特徴は、臨床の場で直ちに応用可能な貴重な成果と考える。
上述した動物を用いた基礎研究の成果を生かすため、パーキンソン氏病を含む神経疾患に罹患して顎口腔機能が低下した患者を対象とした研究に取り組んだ。特に注目したのは、嚥下障害に対するリハビリテーション法の開発である。軟口蓋を電気刺激することによってその運動能力を回復させる装置を植田、小林らが中心となって開発した。同装置を使って電気刺激を行い、体性感覚誘発電位が記録されることを確認している。今後、患者に対して適用することにより、新たな嚥下リハビリテーションメニューの開発を進めていきたい。
２．感覚機能障害に関する基礎・臨床研究プロジェクト（統括：岩田幸一）
１) 口腔顔面領域に発症する神経障害性疼痛に関する基礎研究
本研究プロジェクトでは、下歯槽神経切断モデル、眼窩下神経結紮モデルおよび頚神経切断モデルラットを用いて、それぞれの神経が損傷された後に口腔顔面領域に発症する神経障害性疼痛の神経機構を解明するために、行動学的手法、電気生理学的手法、免疫組織学的手法および分子生物学的手法を用いて、研究を進めてきた。どのモデルにおいても共通して認められた現象は、損傷神経が支配している領域と、損傷神経支配領域を超えた領域においても、顕著な神経障害性疼痛が誘導されることである。従来の多くの研究では、この損傷神経支配領域を超えた領域に発症する神経障害性の疼痛異常は、障害神経の興奮異常により末梢神経系が感作され、それに引き続く中枢神経系の神経回路の興奮性異常および可塑的変化による中枢神経系の感作が減となると考えられ、神経系に注目した研究がなされてきた。しかし、末梢神経が損傷されると、神経回路だけでなく神経以外のグリア細胞の活性化が異常に亢進し、これが原因となって神経回路全体が異常興奮を起こすことによることが明らかになった(Okada-Ogawa et al. J Neuroscience 2009, Tsuboi et al. Eur J Neuroscience 2011)。神経損傷後に誘導されるグリア細胞の活性化には、グリア細胞から分泌される様々な物質が神経細胞や他のグリア細胞に作用し、神経細胞の異常な活動性の増強を引き起こすことが明らかになった。特に本プロジェクトで新たに解明されたメカニズムとしては、グリア細胞から放出されるグルタミン酸が神経と神経を連絡するシナプスにおける伝達効率を増強させ、これにより神経興奮が増強されることを明らかにした。また、活性化されたグリア細胞はアストログリアとミクログリアに分類されるが、これら２つのグリア細胞はお互いに相互作用を示し、お互いの活性状態調節に対してフラクタルカインが重要な働きをなしていることも解明した（Kobayashi et al. Mol Pain 2011, Shibuta et al. J Pain 2012投稿中、Kiyomoto et al. 論文作成中）。一方、このようなグリア細胞による興奮性能亢進は、中枢神経系だけでなく、末梢の神経節細胞の活動性の増強にも関与する可能性が判明した（Shinoda et al. J Neuroscience 2011, Mtsuura et al. 論文作成中）。さらに、これらのグリア細胞は神経細胞の活動性の調節だけでなく、神経節細胞全体に活動性を伝搬し、損傷神経支配領域だけでなく、支配領域を超えた広い領域に異所性の疼痛異常を引き起こす可能性が考えられた（Katagiri et al. Mol Pain 2011投稿中）。以上のことから、三叉神経が損傷を受けると、損傷神経線維の異常な興奮が誘導され、三叉神経節レベルにおいて興奮性の異常な増強とグリア細胞の過剰な活性が引き起こされる。さらに、このような活動性の増強が長期間にわたって持続すると、三叉神経脊髄路核や上部頸髄に存在する神経細胞活動の異常な興奮性の増強が引き起こされ、結果的に中枢神経系が感作され、口腔顔面領域に神経因性の疼痛異常が引き起こされることが明らかになった。このような研究結果は三叉神経損傷後、できるだけ速やかに神経節細胞および三叉神経脊髄路核におけるグリア細胞活動を低下させることが口腔顔面領域における神経因性疼痛の発症を防ぐ方法であり、口腔顔面領域における神経因性疼痛の新たな治療法の開発に貢献する重要な所見であるといえる。また、本研究プロジェクトでは、嚥下反射に対する口腔粘膜刺激の効果に関する研究も行った。この研究は、臨床において嚥下反射を誘発するために口腔粘膜に対して様々な刺激が用いられているが、どのような刺激が最も効果的であり、嚥下障害患者の訓練に対し最も適するかを解明する目的で行われた。その結果、現在歯科臨床において用いられているカプサイシンをはじめとする様々な薬物刺激はモデル動物において無効であるのに対し、冷水刺激が最も効果的に嚥下反射を惹起するという結果が得られた（Tsujimura et al. J Physiology2009, Neurosci Lett 2009, Brain Res 2011）。このような結果は、嚥下訓練に用いる適刺激を科学的に解明したもので、歯科臨床に直接貢献する重要な基礎研究成果であるといえる。
２) 神経因性疼痛治療への応用
本研究では、神経障害性疼痛モデル動物を用いた研究成果をもとに、新たな治療法を開発するための様々なアプローチを多方向から検討した。まず、神経障害性疼痛を発作性神経痛と持続性神経障害性疼痛に分け、発作性神経痛を代表する病態として、三叉神経痛の病因について臨床的にアプローチを行った。Tanakaら（Tanaka et al. Clin J Pain 2009）は、発作性神経痛の病態についてMRシステルノグラフィーを用いて検討を行い、三叉神経根と原因血管が接触するボリュームの大きさにしたがって、初期治療としてのカルバマゼピン100mgの効果に優劣が生じることを報告した。このことは、三叉神経根のentry/exit zoneにおいて、ある程度の圧迫が強い症例は、将来的にカルバマゼピンの増量が必要なことや内服療法ではコントロールが困難になる可能性を示している。このような症例では、主に神経血管減圧手術が適応になるが、その一方で、特に脳底動脈や椎骨動脈などの後方循環の基幹動脈による神経根の圧迫が見られる場合には、手術による合併症の危険が大きく、高周波熱凝固法の適応となることを示した（Noma et al. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endodontol 2009）。
次に持続性神経障害性疼痛の病態として、三叉神経傷害後の神経障害性疼痛とバーニングマウス症候群（BMS）について検討を加えた。まず、三叉神経傷害後の持続性神経障害性疼痛については、ケタミン＋ミダゾラム微量静脈内投与の効果を検討した。その結果、ケタミン＋ミダゾラムは特に患側の触覚閾値の上昇に伴って疼痛強度（VAS）を低下させるが、その効果には反復による蓄積性は見られないことが判明した。しかし、アロディニアやディセステジアの領域は減少しており、異常感覚に関しての治療効果は見られた（Kobayashi et al. 投稿準備中）。すなわち、ケタミンは末梢からの入力を調整することによって、中枢神経系の感覚受容を変化させている可能性がある。さらに持続性神経障害性疼痛の一つの特殊病態である複合性局所疼痛症候群については、口腔領域ではその診断基準に合致するものが存在するかどうかが議論の的となっていたが、これが口腔領域にも存在することを示し、その治療法の確立のために正確な病態観察が必要であることを示した（Sakamoto et al. Pain Medicine 2010）。
次に、BMSは従来、その発症に精神的な影響を深く受けると考えられ、心因性疼痛の代表と考えられていたが、末梢からの入力の遮断が病態に深く関与していることが示されつつある。我々は、BMS患者においても健常者においても、うつの程度が強くなるとHPA軸を中心としたホルモンの過剰反応を引き起こし、BMS症例で精神的影響を差し引いてみてみると、CD8(+)の減少に見られる細胞免疫の抑制が起こることを明らかにした（Koike et al. 投稿準備中）。実はこの所見は、シェーグレン症候群のような自己免疫疾患や神経障害性疼痛に共通して見られるものである。加えてBMSの患者に侵害熱刺激を加えて脳活動を見ると、口唇を刺激した場合には、健常者よりも島や帯状回を中心とした脳活動が増強する一方で、視床の活動は低下していた。これは、手掌に熱刺激を加えた場合には見られない現象であり、口腔領域からの入力を高位中枢で調整できなくなっていることを示す所見と考えられる（Shinozaki et al. 投稿準備中）。以上の研究結果を総合すると、口腔領域の神経障害性疼痛の疼痛管理にあっては、末梢だけでもなく中枢だけでもない、双方を結ぶ入力のコントロールが重要といえる。
３）顎関節症に関する基礎研究とその臨床応用
本研究プロジェクトは、歯科用コーンビームCT（以下CBCT）を応用した画像支援ナビゲーションによる手技を確立することを目的としている。顎関節腔への穿刺は関節造影やパンピングマニュピレーション、あるいは関節洗浄療法に応用され，歯科領域のInterventional Radiologyとして臨床応用されている。関節腔穿刺は基本的に低侵襲的であるが，誤穿刺による偶発症の発症の危険性があり、より安全な穿刺法の開発が望まれている。顎関節の慢性炎症では、初期治療が終了しても開口障害などの症状が改善されない症例に対して、従来から関節腔の滑液内に貯留している起炎物質や円板の癒着を除去するための治療が行われている。この治療法は、関節腔内に針を穿刺し、麻酔液や生理食塩水でパンピング洗浄するもので、正確に関節腔を穿刺するには、豊富な経験が必要とされる。本研究プロジェクトではCBCTを応用した画像支援穿刺法と従来から行われている穿刺法とを比較検討し、画像支援法が関節造影やパンピング療法の初期段階における苦痛緩和などに有効であることを示した(Matsumoto K et al. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Endod 2011)。さらに我々は、下顎窩が側頭骨頬骨突起の基部に位置した陥凹部で、その最菲薄部は脳と一層の骨壁で接し、関節円板と共に脳を衝撃から保護しているといわれていることから、CBCTを使用して、その厚さが関節円板穿孔によって肥厚化する傾向があるという臨床上重要な所見を報告した。しかし、CBCTは保険や被曝の問題により実際の臨床で撮影できない場合もある。そこで、さらにMRIによる画像が下顎窩最菲薄部の診断に使用できるかを検討し、MRIでは平均1.43mm(範囲：0.83～3.01 mm)、CBCTでは0.91mm(範囲：0.43～2.58 mm)であり、これらには有意な相関があることを示した(Kai Y et al. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Endod 2011)。以上の結果から、MRIを用いることにより顎窩最菲薄部の骨厚さ測定を可能にし、またより安全な関節造影やパンピングマニュピレーション、あるいは関節洗浄療法の開発に貢献するものと考えられる。
４）味覚受容機構に関する基礎研究
味覚に関しては、パッチクランプ法を用いたin vitro実験を中心として研究を行い、平行して、in vivo研究と脳磁図を用いたヒトの研究に取り組んできた。その結果、
①in vitro実験では、抑制性細胞と興奮性細胞からの同時ホールセル記録という熟練を必要とする手技を確立し、順調に成果を挙げてきた(Kobayashi et al., Eur J Neurosci 2008, Neurosci Lett 2008, Synapse 2009)。この系を用いて、カテコラミンによる抑制性シナプス後電流の可塑的調節を明らかにした(Koyanagi et al., J Neurophysiol 2010; Yamamoto et al., J Neurophysiol 2010; Takei et al., Neurosci Lett 2012)。また、局所回路の調節に関わる自己受容体であるGABAB受容体の役割に関するメカニズムを明らかにした（Kobayashi et al., J Neurophysiol 2012）。さらに、味覚の情動的側面と関わっている側坐核における抑制性シナプス伝達に対するドパミンD2様受容体の修飾機構を明らかにした(Kohnomi et al., J Neurophysiol 2012)。
②光学計測を用いたin vivo実験については、国内ではまだあまり行われていない実験系であり手技の確立に時間を要したが、現在までに基礎的な興奮伝播の仕組みに加えて（Kobayashi et al., Synapse 2009; Chen et al., Neuroscience 2010; Fujita et al., Neuroscience 2010; Kobayashi et al., Synapse 2010; Fujita et al., Neuroscience 2012）、可塑的な変化の特徴(Mizoguchi et al., Neruobiol Learn Mem 2011)や抑制性伝達物質による伝達効率の調節機構(Fujita et al., Neuroscience 2011)について明らかにすることが出来た。現在、これらの成果を踏まえて、ペプチドホルモンによる大脳皮質の興奮伝達機構について統合的な研究を進めており(Takei et al., Neuroscience 2010)、研究の一層の進展を図っている。
③ヒトにおける脳磁図の実験については、味覚の想起課題によって前頭前野の活性化に続いて島皮質が活性化することが明らかとなった(Kobayashi et al., Plos One 2011)。
なお、これらの研究成果の一部をレビューした論文は、国際レビュー誌に掲載することが出来た(Kobayashi, 2011)。今後，これらin vivoとin vitroの研究手法を用いて味覚の可塑的変化や情動的側面にアプローチしたいと考えている。
