痛みと鎮痛の基礎知識 - Pain Relief　ートランスポーター

■物質	│トランスポーター│

┏伝達物質のトランスポーター	┳小胞膜トランスポーター
┃	┗細胞膜トランスポーター
┣イオントランスポーター
┣生体構成成分トランスポーター
┗薬物トランスポーター

トランスポーターの主な働きは、シナプスなどで放出された神経伝達物質をすばやく取り込みその活性を終了させることと、次の放出に備えることである。これらの異常は、神経系全体の機能不全につながるため、大変重要である。

小胞膜トランスポーター、小胞型トランスポーター vesicular transporter

情報伝達の担い手
神経のシナプス末端には直径50nm程度のシナプス小胞が充満している。
小胞トランスポーター：シナプス小胞膜上に局在して、それぞれの神経伝達物質を小胞内に輸送し、濃縮するために働くための担体

細胞膜トランスポーターplasma membrane transporter

神経伝達物質の除去機構
細胞膜トランスポーター：次々と起こるシナプス伝達に応答するために、シナプス間隙に存在する伝達物質を除去するための担体。
それぞれの作動性ニューロンの主に前シナプス神経終末の細胞膜に位置する。
シナプス間隙から速やかに除去されて神経伝達が終息される。

		合成酵素	小胞膜トランスポーター	細胞膜トランスポーター	阻害薬
伝達物質	グルタミン酸↓		VGLUT1（BNPI） VGLUT2（DNPI） VGLUT3（SLC17A8）	GLAST(EAAT1) GLT-1(EAAT2) EAAC1(EAAT3) EAAT4 EAAT5
	GABA↓	GAD65/67	VGAT	GAT-1 GAT-2 GAT-3 EGT-1
	グリシン↓		VGAT	GLYT-1 GLYT-2
	アセチルコリン↓	ChAT	VAChT	CHT-1
	セロトニン↓	TRH→AADC	VMAT1 VMAT2	HIT	methamphetamine amphetamine cocaine imipramine fluvoxamine
	ドーパミン↓	TH→AADC		DAT
	ノルアドレナリン↓	TH→DBH		NET
	アドレナリン	TH→PNMT
	vesicular amines	V-ATPaseによるプロトンポンプにより、シナプス小胞へ伝達物質を取り込む。			reserpine
	ヌクレオチド↓ (ATP、ADP、GTP、UTP)		VNUT
イオン	Na⁺/K⁺-ATPase	ATP依存性、Naポンプで、Na⁺を外へ、K⁺内へ輸送する。			digitalis ouabain
	H⁺/K⁺-ATPase	ATP依存性、プロトンポンプで、胃壁細胞内の分泌小胞にあり、胃酸分泌に関係。H⁺を管腔内へ輸送する。			omeprazole ransoprazole
	Na⁺/H⁺	ATP非依存性、心臓
	Na⁺/K⁺	ATP非依存性
	Na⁺/Ca⁺⁺	ATP非依存性
	Cl^-	KCC2 , NKCC1
生体構成成分	グルコース	GLUT１〜5,7がある。
	amino acids	類似アミノ酸をグループとして輸送する。グルタミン酸トランスポーター (EAAT1-5, VGLUT1-3)
	water	aquaporin II が水輸送に関係
薬物	ABCトアンスポーター 1) P糖タンパク質　(MDR) 2) MRP/cMOAT	抗がん物質により誘導され耐性機構に関係 canalicular multispecific organic anion transporter

●グルタミン酸トランスポーター　←→グルタミン酸/グルタミン酸受容体　参考

	小胞トランスポーター	細胞膜トランスポーター
ニューロン	VGLUT1（BNPI） VGLUT2（DNPI） VGLUT3（SLC17A8）	GLAST(EAAT1) GLT1(EAAT2) EAAC1(EAAT3) EAAT4 EAAT5
グリア	システムN-1 (system N-1: SN-1)	GLAST(EAAT1) GLT1(EAAT2)

小胞グルタミン酸トランスポーター VGLUT：vesicular glutamate transporter

グルタミン酸をシナプス小胞の中へ運び込むタンパク質
12回膜貫通型の原形質膜に存在するNa^＋依存性リン酸トランスポーターファミリー（SLC17）xw

VGLUT1とVGLUT2はグルタミン酸作動性神経のマーカーとして以前から良く知られている物質であり、最近VGLUT3が同定された。

VGLUT1 BNPI	vesicular glutamate transporter 1 brain-specific Na⁺-dependent inorganic phosphate cotransporter: BNPI 局在：終脳、シナプス小胞、ATP、H⁺、Cl^-に依存性阻害薬：Evans blue、Rose Bengal 1994年にアメリカのグループがラットの脳から脳特異的無機リン酸トランスポーターを単離した。 BNPIは小脳の顆粒細胞 Granule cellに発現する568個のアミノ酸からなる分子量59 kDaのタンパク質をコードする遺伝子として発見された。 in situ ハイブリダイゼーション解析から遺伝子発現が大脳皮質錐体細胞、海馬錐体細胞、歯状回顆粒細胞、小脳顆粒細胞に高いmRNAシグナルが認められた。ニューロンによる無機リン酸イオンの輸送に関係していると判断された。脊髄でも広い領域に分布する。
VGLUT2 DNPI	vesicular glutamate transporter 2 differentiation-associated Na⁺-dependent inorganic phosphate cotransporter 局在：間脳、シナプス小胞、ATP、H⁺、Cl^-に依存性阻害薬：Evans blue、Rose Bengal 2001年の段階でヒトやラットの脳で２種類の小胞性グルタミン酸トランスポーターが機能していることが明らかになった。脊髄でも広い領域に分布する。
VGLUT3 SLC17A8	vesicular glutamate transporter 3 sodium-dependent inorganic phosphate cotransporter member 8　[PubMed] 局在：コリン/5HT作動性ニューロン、DRG 阻害薬：Evans blue、Rose Bengal 2002年に３番目に見つかった小胞性グルタミン酸トランスポーターヒト、ラット、マウスでほとんど同時にクローニングされ、脳における発現部位がわかってきた。肝臓や腎臓でも発現していて、またセロトニン作動性およびコリン作動性ニューロンに強く発現するという特徴がある。 DRGの一部のニューロンに発現していて、機械的痛覚過敏に関与している。[PubMed]（Nature 462, 651-655 (3 December 2009)）脊髄後角では、第I層と第II層に局在。IIi層ではPKCγ DRGではIB4(-)の小型ニューロンに発現するが、TRPV1線維は陰性。反応からは、無髄の低閾値機械受容器（C-LTMR）。

小胞抑制性アミノ酸輸送体 vesicular inhibitory amino acid transport ：VIAAT

細胞膜グルタミン酸トランスポーター glutamate plasma membrane transporter
excitatory amino acid transporter：EAAT　参考1

シナプス間隙における高濃度のグルタミン酸による神経細胞死を防ぐための細胞膜上に存在するグルタミン酸トランスポーター
細胞外グルタミン酸濃度制御にとって重要な分子で、シナプス前部から放出されたグルタミン酸をシナプス間隙から取り除き、細胞外濃度を低く保つことによりグルタミン酸の興奮毒性から神経細胞を保護する役割を担っている。
EAAT: L-グルタミン酸、L-アスパラギン酸、L-システインスルフィン酸等のいくつかの興奮性アミノ酸を基質にしている。
Na⁺依存性トランスポーターで、グルタミン酸1分子の取り込みに連動して、2〜3分子のNa⁺の流入、1分子のH⁺の細胞内への流入と細胞外へ1分子のK+の流出が起きる。（これらとは別に、基質取り込みと連動していないCl^-の流入が存在する。）
脳組織液のグルタミン酸濃度はグルタミン酸トランスポーターの働きにより、血清の1/100程度に抑えられている。てんかんなど脳の活動性が異常に高まった場合や、脳虚血時には細胞から組織液にグルタミン酸が放出され、症状を憎悪する。

5種類がクローニングされている（Strock et al: Proc Natl Acad Sci 89, 10955-10959, 1992; Kanai et al: Nature 360, 467-471, 1992; Pines et al: Nature 360, 464‐467, 1992; Fairman et al: Nature 375, 599‐603, 1995; Arriza et al: Proc Natl Acad Sci 94, 4155‐4160, 1997）　*。

GLAST (EAAT1)	Glial glutamate transporter: GLAST-1 Excitatory amino acid transporter 1: EAAT1 種類：細胞膜トランスポーター局在：neurons, astrocytes 阻害薬：CCG, trans-2,4-PDC, dihydrokainic acid, DL-TBOA 主に小脳のベルクマングリアグルタミン酸/アスパラギン酸トランスポーターフォルボールエステルによるプロテインキナーゼC　PKCの活性化は、トランスポーターを活性化する場合と不活性化する場合があり、時にこの効果はトランスポーターのアップレギュレションや内在化に伴って起こる場合がある。
GLT1 (EAAT2)	glutamate transporter subtype 1: GLT1 Excitatory amino acid transporter 2: EAAT2 種類：細胞膜トランスポーター局在：neurons, astrocytes 阻害薬：CCG, trans-2,4-PDC, dihydrokainic acid, DL-TBOA 主に大脳皮質や海馬のアストロサイト ALSの大脳運動野や脊髄組織で、EAAT2によりタンパク量が減少しているために、グルタミン酸の細胞への取り込みが落ちている。そのために、グルタミン酸が過剰に神経を興奮させるために運動ニューロンが細胞死に至る。EAAT2はタンパクは減少しているが、mRNAには変化がなかったことから、mRNAからタンパクへの翻訳の段階に異常があるのではないかと検索された結果、1998年、ALSではEAAT2 pre-mRNAが異常なスプライシングを受け、一部のエクソンが欠失していたり、イントロンが転写されたりした異常なmRNAが出現していることが報告された。
EAAC1 (EAAT3)	Excitatory amino-acid carrier 1: EAAC1 Excitatory amino acid transporter 3: EAAT3 Neuronal and epithelial glutamate transporter 種類：細胞膜トランスポーター局在：certain neurons, Purkinje cells, pre-and postsynapse 阻害薬：CCG, trans-2,4-PDC, dihydrokainic acid, DL-TBOA 主に大脳皮質や海馬の神経細胞興奮性アミノ酸キャリヤ
EAAT4	Excitatory amino acid transporter 4: EAAT4 種類：細胞膜トランスポーター局在：Purkinje cell, postsynapse 阻害薬：CCG, trans-2,4-PDC, dihydrokainic acid, DL-TBOA 主に小脳プルキンエ細胞 ligand gated Cl^-channelの性質をもつ。
EAAT5	Excitatory amino acid transporter 5: EAAT5 Retinal glutamate transporter 種類：細胞膜トランスポーター局在：網膜, presynapse

●GABAトランスポーター　←→GABA/受容体/酵素/トランスポーター/薬

神経伝達物質トランスポーターは、シナプス前膜に存在し、シナプス間隙に遊離された神経伝達物質を前シナプス側に再取り込みし、シナプス間隙から神経伝達物質を速やかに取り除くことにより、神経伝達を終了させる役割を担うと考えられてきた。その後、トランスポーターは前シナプス側のみならず、後シナプス側やグリア細胞に存在することが明らかになって来た。
GABAトランスポーターは、前シナプス側にも後シナプス側にもある。

GABAトランスポーターは、NA⁺/Cl^-依存性で、12個膜貫通型である。

GAT-1	GAT-1は前シナプス側にも後シナプス側にもある。 GAT-1が最も発現量の多いサブタイプであるとされており、このトランスポーターの制御が神経伝達物質の放出と再取り込みの調節を担う重要な役割を果たすことが示唆された。 Syntaxin1Aは神経系細胞膜に存在するタンパク質で神経伝達物質放出時のシナプス小胞のドッキングや融合に関与していて、GAT-1の膜状での発現増加に関与する。しかしSyntaxin1AはGAT-1の機能的輸送活性を抑制するとされていて、GAT-1との相互作用はきわめて複雑である。
GAT-2 GAT-3	GAT-2とGAT-3はMDCK細胞の局在化ソーティングの研究において、それぞれ側底と頂底に局在することが知られ、その制御が報告された。 GAT-2とGAT-3ではC末端モチーフがソーティングの決定因子であり、GAT-3ではこのモチーフにPDZ様インターラクション領域が含まれていることから、このサブタイプの制御的発現にはタンパク質タンパク質相互作用が重要な役割を果たすと考えられる。
BGT-1	betaine/GABAトランスポーター
TAUT	taurine/GABAトランスポーター

●グリシントランスポーター　←→グリシン/受容体

VGAT	小胞トランスポーター
GLYT-1	細胞膜トランスポーターグリアに発現するGlyT-1の阻害はNMDAグリシン結合部位へのグリシンの供給を高めてグルタミン酸神経活性を促進するということが定説になっている。阻害薬：ORG 25935、sarcosine
GLYT-2	細胞膜トランスポーター神経終末から放出されるグリシンの再取込みを行う。

GlyT-2およびGlyT-1の特異的阻害薬は坐骨神経損傷後疼痛モデルにおいて形成されたアロディニアを強く抑制する。
阻害薬：ORG 25543、ALX1393

●アセチルコリントランスポーター　←→アセチルコリン/受容体

小胞アセチルコリントランスポーター　vesicular acetylcholine transporter：VAChT

アルツハイマー病の早期から減少する。

●モノアミントランスポーター　←→モノアミン

モノアミンは抗精神病薬、抗うつ薬の投与により変化することから、統合失調症などの精神疾患の病態に深く関与すると考えられている。

モノアミン細胞膜トランスポーターは、神経終末から放出されたモノアミンを素早く神経終末に再取り込みし、神経伝達を終了させる。

┏細胞膜モノアミントランスポーター	┳セロトニントランスポーター
┃	┣ドーパミントランスポーター
┃	┗ノルアドレナリントランスポーター
┗小胞モノアミントランスポーター

・細胞膜モノアミントランスポーター plasma membrane monoamine transporter

モノアミン受容体は多数のサブタイプが存在するが、トランスポーターは各モノアミンに一種類しかないことから、モノアミン神経伝達の制御には極めて重要な役割を果たすと考えられる。
モノアミントランスポーターはNa/Cl依存性の膜12回貫通型の膜タンパクである。

モノアミントランスポーターは、麻薬や覚せい剤の標的部位でもある。

モノアミン受容体	膜トランスポーター
セロトニン受容体	SERT	serotonin transporter：SERT セロトニントランスポーターは多くの抗うつ薬の作用点であり、気分障害での変化が想定されている。選択的セロトニン再取り込み阻害剤（SSRI）は、セロトニンのトランスポーターに選択的に作用し、再取り込みを阻害することにより、シナプス間隙のセロトニン量を増やす。セロトニントランスポーターの遺伝子多型が身体感知領域の賦活程度に影響することが判ってきた。皮質中で前帯状回脳梁膝周囲部でSERTの分布密度が最も多い。 SSRIのfluoxetine、paroxetine、fluvoxamine、citalopramはセロトニントランスポーターを強力にブロックするが、NET、DATへの阻害能は弱く、時には全く示さない場合もある。
アドレナリン受容体	NET	norepinephrine transporter：NET NETは、モノアミントランスポーターの中で最初にクローニングされた。 NETは、三環系抗うつ薬であるデシプラミン、ノルトリブチリン、イミプラミンに感受性を有しているが、セロトニン再取り込み阻害剤であるcialopramには感受性がない。
ドーパミン受容体	DAT	dopamine transporter：DAT 局在はドーパミントランスポーターがもっとも狭く、黒質ー線条体系、中脳辺縁系を中心とするのに対し、残りの二つは脳に広く局在する。 DATに対する薬理作用としてはGBR12909、mazindol（食欲抑制剤、NETの強力なブロッカーでもある）が強い阻害能を示す。コカインとアンフェタミンは3種すべてのトランスポーターと相互作用するとされ、CI50値によればその親和性はSERT、DAT、NETの順に高くなる。

・小胞モノアミントランスポーター vesicular monoamine transporter：VMAT

VMATは細胞質で合成されたモノアミンをシナプス小胞に貯蔵し、シナプス間隙へのモノアミン放出に備える。
神経終末からシナプス間隙に放出されたモノアミンは後シナプス受容体に情報を伝達する。
レセルピンはVMATを阻害することによって、モノアミンを枯渇させる。

・Clトランスポーター　参考1/2

細胞内外のイオン濃度は、ホメオスタシスにより、維持されている。

	細胞外	細胞内
Na⁺	多	少
Cl^-	多	少
K⁺	少	多

この細胞内外のイオン濃度にはホメオスタシスが働き、不変性が保たれていると従来は考えられてきたが、最近、脳では Cl^- が予想外にダイナミックに変化することがわかってきた。

神経細胞内 Cl^-ホメオスタシスの調節因子
神経細胞膜には、KCC2とNKCC1のCl^-トランスポーターがあり、細胞内Cl^-濃度を合目的に変化させている。

K⁺-Cl^-共輸送体2（K-Cl cotransporters2：KCC2）内→外 K⁺とCl^-を同時に排出

Na-K-Cl共輸送体1（Na-K-Cl cotransporters1：NKCC1）外→内 Na⁺, K⁺, Cl^-を同時に流入

神経細胞では通常

静止電位	電気化学勾配に従って、Na⁺は持続的に流出することによって、静止電位が発生している。
脱分極→活動電位	Na⁺が細胞内に一過性に流入すると、活動電位が発生する。
過分極	Cl^-が細胞内に流入すると、過分極となり、神経活動を抑制させる。
成体の脳では通常、GABAがGABAA受容体に作用すると、Cl^-チャネルを開いて、電気化学勾配に従って Cl^-の流入することによって、膜電位が過分極そ、神経活動が抑制される。　従って、細胞内Cl^-濃度が変化すれば、GABA の作用も変化する可能性がある。

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「能動的 Cl^- ホメオスタシス仮説」：Cl^-トランスポーター（KCC2 , NKCC1）により制御される ^-ホメオスタシスの変化が GABA作用の抑制／興奮の調節を行うという仮説である。

Cl^-ホメオスタシスによる神経回路の発達による調節

	トランスポーター	細胞内Cl^-濃度	GABA
幼若型	NKKCC1優位	高い	興奮
成熟型	KCC2優位	低い	抑制

幼弱期	幼弱期ではGABAは、興奮性発達過程初期の神経細胞では NKKCC1が KCC2より優位に働き、細胞内Cl^-濃度が高く維持される。 GABAによりCl^-チャネルが開くと、Cl^-は細胞外に流出して「脱分極・興奮」を惹起する。幼弱期のGABA作動性の興奮作用は、神経細胞の分化・成長・細胞移動・シナプス形成など、神経回路の発達に必要と考えられている。
成熟後	成熟期ではGABAは、抑制性成熟と共にNKCC1の発現が減少し、KCC2の発現が増加すると、細胞内Cl^-濃度は低下し、GABAの作用は「抑制性」に変化する。
つまりCl^-トランスポーターは、細胞内Cl^-濃度を変化させることによって、GABA作用の「興奮と抑制の切り替え」を行い、神経回路機能の「幼若型」と「成熟型」の切り替えを行っている。

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このような回路のメカニズムは普遍的で、神経回路の再構築では成熟型神経回路がいったん「幼若型」へ回帰する。

神経損傷時

　神経損傷時には、GABAが興奮性となることもある。

ミクログリアのP2X4受容体の活性化に伴って、BDNFが遊離される。
BDNFは、脊髄後角第I層のニューロンにおけるTrkB受容体に作用すると、第I層細胞のKCC2の発現量が減少する。（→細胞内のCl^-濃度が高まる。）
その結果、第I層の陰イオンに対する逆転電位Eanion逆転電位が脱分極にシフトし、通常では抑制性の神経伝達物質であるGABAが興奮性として作用する。1

●小胞型ヌクレオチドトランスポーター Vesicular Nucleotide Transporter：VNUT
　←→ATP受容体/発痛物質/アデノシン/伝達物質/ATP感受性カリウムチャネル/ATP製剤

ATPを分泌小胞に能動輸送するトランスポーター
ATPだけでなく、ADP、GTP、UTPなどを小胞内を分泌小胞に取り込む。
神経やアストロサイトや血小板などヌクレオチドを分泌することが知られているほとんどの細胞に高発現している。
岡山大学の森山芳則教授らのグループ*が2008年に、ゲノムデータバンク検索からSolute Carrierの新たなサブファミリーとしてSLC17A9を見つけ、小胞型ヌクレオチドトランスポーターとしてATPの小胞貯蔵に必須の役割を果たすことを明らかにした。 2/2]

●グルコース

アイソフォーム	特性	分布
GLUT1	グルコースに対して高親和性（Km 1〜5mM	赤血球・胎児組織・脳・腎・癌化組織
GLUT2	GLUT1に比べ高Km(20〜40mM) 高Vmax	肝・膵β細胞・腎・小腸
GLUT3	グルコースに対して高親和性（Km 1〜5mM	脳・胎盤・腎・肝・脂肪組織・小腸
GLUT4	インスリン感受性組織に存在し、インスリン刺激によって細胞内プールから細胞膜上へ移動する。グルコースに対するKm2〜10mM	骨格筋・心筋・脂肪組
GLUT5	フルクトースを輸送する	小腸・精子
GLUT6	（GLUT3の偽遺伝子）
GLUT7	肝のミクロゾームに糖輸送を行う。細胞膜には存在しない。	肝

●薬物トアンスポーター drug transporter

○ABCトアンスポーター　←→ATP/ABCタンパク　参考1

ABCトランスポーターは，全生物に普遍的に存在する最も大きなタンパク質スーパーファミリーである。
ATPのエネルギーを使って、さまざまな物質の脂質二重層をこえる輸送を触媒する。
このファミリーに属しながら、脂質二重層の片側にのみ存在する物質を膜から遊離させるABCトランスポーターが見いだされた。
ABCトランスポーターには、細菌に広く存在する、脂質で修飾されたリポタンパク質を細胞膜から遊離させ、ペリプラズムで分子シャンペロンと可溶性の複合体を形成させる働きが見いだされた。これはリポタンパク質を別の膜（外膜）に運ぶ機構として働いている。

４つの大きなサブファミリーがある：MRP/CFTRサブファミリー、MDR/TAPサブファミリー、ALDサブファミリー、ABC１サブファミリー。それらに加えて、４つの小さなサブグループが存在する：White、 ANSA、ABC50、RNAI、その中でも、主として、MRP/CFTRサブファミリーとMDR/TAPサブファミリーが薬物など生体異物（xenobiotics）の輸送に関与する。

P糖タンパク質＝ MDR1/ABCB1

消化管粘膜，腎尿細管上皮細胞，脳血管内皮細胞（血液脳関門）などで、異物、薬物などを細胞外へ排出するABCトランスポータファミリーの一つ
薬物の生物学的利用能や薬物の標的組織への分布に影響を与える。
細胞内ドメインにATP結合領域（ABC）を2個もち、この加水分解エネルギーを利用する。
P糖タンパク質をコードするヒト遺伝子はMDR1（ABCB1）と呼ばれ、マウス、ラットではmdr1aとmdr1bが対応する。P糖タンパク質は抗がん剤に対するがん細胞の耐性化機構の一つとして発見されたが、その後、正常組織の腎近位尿細管、肝臓の毛細胆管や腸管の管腔側膜、脳と精巣の毛細血管内皮細胞などでもみいだされた。P糖タンパク質は比較的脂溶性の高いカチオン性物質を基質とするが、その基質認識性は広い。
消化管粘膜のP糖タンパク質は，薬物を管腔側に排出し、また、脳血管内皮細胞のP糖タンパク質は，薬物の脳組織内への分布を制御している。
マクロライド系抗菌物質，アゾール系抗菌薬などによる阻害やリファンピシンによる誘導を受ける。
パクリタキセルは主として、チトクロームP450：CYPのCYP2C8とCYP3A4により代謝され、P糖タンパク（MDR1/ABCB1）の基質となることが知られている。
遺伝的多型も存在し、機能には個体差があるとされている。

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