亜鉛探訪No.025 

脳と亜鉛

『亜鉛探訪025』へようこそ！

いよいよ、本丸。。。脳における亜鉛の役割について解説します。

1. はじめに

私たちの脳は複雑なネットワークを持ち、神経細胞が情報をやり取りすることで思考や記憶、感情を生み出しています。
このネットワークをスムーズに機能させるために欠かせない栄養素のひとつが「亜鉛」です。亜鉛は脳内でシナプスの形成や神経伝達物質の調整に関与し、特に学習や記憶に深く関わっています。本記事では、亜鉛が脳機能にどのような影響を与えるのか、最新の研究をもとに解説します。

2. 亜鉛と脳の発達

胎児期や乳幼児期は脳が急速に発達する重要な時期です。
この時期に亜鉛が不足すると、神経細胞の分化やシナプス形成が適切に進まず、将来的に認知機能の低下や学習障害のリスクが高まることが示されています。ある研究では、母親の亜鉛摂取が少ないと、子どものIQスコアが低下する可能性があることが報告されています。

3. 記憶と学習における亜鉛の役割

私たちの脳には、記憶を司る「海馬」と呼ばれる部位があります。海馬では「長期増強（LTP）」と呼ばれる現象が起こり、これが学習や記憶の基盤となっています。
亜鉛はこのLTPを調節し、神経細胞同士の結びつきを強化することで、新しい情報を効果的に蓄える役割を果たします。亜鉛が不足すると、学習能力が低下し、記憶の定着が難しくなることが示されています。

4. 亜鉛と精神疾患

近年、亜鉛と精神疾患の関係にも注目が集まっています。
特に、うつ病患者の血中亜鉛濃度が低いことが報告されており、亜鉛補充が抗うつ作用を示す可能性があるとされています。
また、ストレスを受けたときに活性化するHPA軸（視床下部-下垂体-副腎系）は、亜鉛と密接に関連しており、亜鉛が不足するとストレス耐性が低下し、メンタルヘルスに悪影響を及ぼす可能性があります。

5. 亜鉛不足と神経変性疾患

加齢とともに、アルツハイマー病やパーキンソン病といった神経変性疾患のリスクが高まります。
これらの疾患の一因として「酸化ストレス」が挙げられます。亜鉛は強力な抗酸化作用を持ち、神経細胞を酸化ストレスから保護する役割があります。
研究では、亜鉛不足がアミロイドβの蓄積を促し、アルツハイマー病の進行を加速させる可能性が示唆されています。

6. まとめ

脳は私たちの思考や感情、記憶を司る重要な器官です。その健康を維持するためには、適切な栄養摂取が欠かせません。亜鉛は脳の発達や記憶、精神的な健康に深く関わるミネラルであり、不足するとさまざまな神経系の不調を引き起こす可能性があります。日々の食事に亜鉛を意識的に取り入れ、脳の健康を守りましょう。

参考文献

タイトル

脳における亜鉛の機能と制御

文献

Neuroscience. 2021 Mar 1:457:235-258.

抄録

約60年前、フレドリッヒ・ティムは、脳の明確な領域に遊離亜鉛が豊富に蓄えられていることを明らかにする組織化学的手法を開発した。
その後、ティム染色した脳組織を電子顕微鏡で観察したところ、この "不安定な "細胞性亜鉛プールがシナプス結合部に非常に集中していることが判明し、シナプス伝達における亜鉛の役割の可能性が示唆された。
活動依存的な亜鉛のシナプス放出に関する証拠は、その後20年間報告されることはなかったが、この最初の発見は、神経細胞機能における亜鉛の役割に関する数十年にわたる研究に拍車をかけ、亜鉛によって引き起こされたり制御されたりする多様なシグナル伝達カスケードを明らかにした。
ここでは、神経伝達や感覚処理への影響から、生存を促進する神経細胞シグナル伝達経路と死を促進する神経細胞シグナル伝達経路の活性化まで、亜鉛が脳内で果たす多くの役割について、現在の理解を掘り下げていく。 さらに、金属結合タンパク質や多数の亜鉛トランスポーターを含む、細胞内の亜鉛レベルを厳密に制御する多くのメカニズムについても詳述する。

要約

脳と亜鉛：神経生物学的役割と調節機構

はじめに

亜鉛は生存に不可欠な微量元素であり、成長遅延、免疫機能障害、認知機能障害などの欠乏症が報告されている。特に、亜鉛は神経伝達やシナプス可塑性に重要な役割を果たす。亜鉛は主にグルタミン酸作動性ニューロンのシナプス小胞に蓄積し、活動依存的に放出され、神経伝達を調節する。

シナプス性亜鉛の神経生物学

1. シナプスでの役割

亜鉛は大脳皮質、海馬、扁桃体などのシナプス小胞に蓄積し、シナプス活動時に放出される。
放出された亜鉛は、NMDA受容体、AMPA受容体、カイニン酸受容体、GABA受容体、P2X受容体などのシナプス後標的を調節する。

2. 受容体への影響

NMDA受容体（NMDAR） 低濃度の亜鉛はNMDARをアロステリックに阻害し、高濃度では電圧依存的にブロックする。
AMPA受容体（AMPAR） 低濃度では一部のサブユニットで活性を増強し、高濃度では阻害する。
GABA受容体（GABAAR） 亜鉛はGABAARを阻害するが、特定のサブユニット構成によって感受性が異なる。
P2X受容体（P2XR） 亜鉛はP2XRの一部を阻害し、他のサブタイプでは活性を増強する。

3. シナプス亜鉛の調節

亜鉛の放出はシナプス活動によって調節され、亜鉛トランスポーターZnT3がシナプス小胞への蓄積を担う。
亜鉛の除去は、専用のキレーター（ZX1など）によって研究されており、シナプス応答の可塑性に関与することが示されている。

亜鉛と神経機能

1. 学習と記憶

ZnT3欠損マウスは空間記憶や恐怖条件付けに障害を示し、シナプス亜鉛が認知機能に重要であることが示唆されている。

2. 感覚処理

亜鉛は一次聴覚皮質や体性感覚野での感覚応答の調節に関与し、音刺激や触刺激の処理に影響を及ぼす。

3. 神経可塑性

シナプス亜鉛は活動依存的に増減し、シナプス可塑性を制御する。
例えば、海馬や蝸牛核のシナプスでは亜鉛放出がLTPやLTDの調節に関与する。

細胞内シグナル伝達における亜鉛

1. 亜鉛とシグナル伝達経路

亜鉛はPKCやMAPKカスケードを活性化し、ニューロンの可塑性や生存に影響を与える。
亜鉛はRas/Raf/ERKシグナルを活性化し、神経成長因子受容体（TrkB）を介してシナプス可塑性を促進する。

2. 神経病理における亜鉛の役割

亜鉛過剰は活性酸素種（ROS）の産生を促進し、神経細胞死の原因となる。
逆に、適度な亜鉛濃度は神経保護効果を持ち、プレコンディショニング（低レベルのストレスが後の損傷から細胞を保護する）を促進する。

亜鉛の恒常性維持機構

1. 亜鉛の輸送

ZIPトランスポーター（ZIP1-14） 細胞外や小器官から細胞質へ亜鉛を取り込む。
ZnTトランスポーター（ZnT1-11） 亜鉛を細胞外または小胞へ排出する。

2. 細胞内での亜鉛の貯蔵と放出

亜鉛はメタロチオネイン（MT）や小胞体、ミトコンドリアに蓄積され、必要に応じて放出される。
NO（窒素酸化物）や酸化ストレスが亜鉛の放出を促進し、神経毒性または神経保護のいずれかの作用を示す。

結論

亜鉛はシナプス伝達や神経可塑性を調節し、学習・記憶、感覚処理、神経保護に重要な役割を果たしている。一方で、亜鉛の過剰は神経変性疾患の原因となる可能性があり、その厳密な調節が不可欠である。
今後の研究では、亜鉛の役割をより詳細に解明し、神経疾患の治療標的としての可能性を探る必要がある。