N-methyl-N-nitrosourea(MNU)により実験的に誘発したラット小頭症児の行動奇形学的研究 A behavioral teratology study on the micrencephalic rat experimentally induced by the treatment with N-methyl-N-nitrosourea

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著者

    • 橋本, 豊 ハシモト, ユタカ

書誌事項

タイトル

N-methyl-N-nitrosourea(MNU)により実験的に誘発したラット小頭症児の行動奇形学的研究

タイトル別名

A behavioral teratology study on the micrencephalic rat experimentally induced by the treatment with N-methyl-N-nitrosourea

著者名

橋本, 豊

著者別名

ハシモト, ユタカ

学位授与大学

麻布大学

取得学位

獣医学博士

学位授与番号

乙第297号

学位授与年月日

1991-10-09

注記・抄録

博士論文

近年,アルコール,向精神薬,放射線などが,ヒトで行動奇形を誘発する外因となることが明らかになったことから,動物実験においても出生後の行動・機能を検索することが重要視されるようになった。 しかし,実験動物では,化学物質の暴露により神経系の形態学的発生異常が成立した時に,行動にはどのような異常が起こるかという知見に乏しく,実験的な行動奇形学の方法論は,いまだに確立されていないのが現状である。このことから実験行動奇形学の課題の一つとして中枢神経系の巨視的ないし微視的異常と機能障害との関連を調べることが挙げられている。 本研究は,中枢神経系に選択的な催奇形作用を示すことで知られるN-methyl-N-nitrosourea(MNU)を妊娠中の母ラットに投与して誘発した小頭症(小脳症)児の行動を検索し,中枢神経系の巨視的な障害とその障害によって発現する行動異常との関連性を明らかにすることを目的とした。 第1章 ラット胎児に及ぼすMNUの影響 胎児の器官形成期にあたる妊娠時期(妊娠7~17日)の母ラットに3用量(2.5,5,10mg/kg)のMNUを連日,腹腔内投与し,胎児の発生,出生児の発育に及ぼす影響を検討した。その結果,10mg/kgの投与では全着床胚が死亡すること,5mg/kg以下の投与では胎児体重が減少し,ほぼ全例に外表異常として偏平な頭頂部がみられること,この外表異常は終脳の形成不全(小頭症)に基づくこと,5mg/kgの投与では出生児が,生後に生存しないことが判った。また,2.5mg/kgの投与では出生した児はほぼ全例が生育し,用量を選択すれば小頭症の出生児でも生後の長期生存が可能なことが判った。この小頭症児では行動検査の結果,顕著な迷路学習能力の障害および情動性の変化を示唆する寡動傾向がみられた。 第2章 ラット胎児の脳に及ぼすMNUの影響 詳細な行動・機能検査を行うための前段実験として器官形成期にあたる妊娠時期(妊娠7~17日)のいずれか1日に1用量(5mg/kg)のMNUを投与し,胎児とその脳の発生に対する発生時期依存的な影響の有無を検討した。その結果,胎児脳の障害感受期は,妊娠10日以降にあり,感受部位は,中脳-終脳-嗅葉-後脳の順に互いに交錯しながら移行すること,最も強く障害を受ける部位は終脳であることおよび終脳の障害感受期は妊娠12~15日にあり,最障害感受期は妊娠13日にあることが判った。また,妊娠13日に2mg/kgを単回処理した結果,胎児には他の奇形を伴わずに用量依存的な終脳の形成不全が生じることも明らかとなった。 第3章 MNUによって誘発された小頭症ラットの行動異常 そこで新生児の脳,特に終脳が最も障害を受ける時期(最障害感受期:妊娠13日)を選び,MNUの5mg/kgおよび2mg/kgを単回投与して誘発した小頭症児について生後1日から22日(離乳日)に神経行動学的発達検査(初期行動発達検査)を行い,生後4週齢から10週齢に情動性,迷路学習および回避学習能力の検査を行った。その結果,初期行動発達検査では5mg/kg処理の小頭症児に脊髄反射・姿勢反応の発達遅延,生後早期の異常な反射亢進ならびに運動遂行中の四肢の位置きめ能力について測定障害を疑わせる異常がみられた。また,歩行および遊泳行動においては肢の運動に通常ではみられない左右両側肢の同期運動が発現し,この異常は2mg/kg処理の小頭症児においても低率ながら認められた。この他に2mg/kg処理の小頭症児にみられた変化は発達の遅延のみであった。離乳後の情動性の検査では,2mg/kg処理の小頭症児で寡動傾向,5mg/kg処理の小頭症児で新奇刺激に対する過敏反応がみられた。迷路学習能力は,5mg/kg処理において高度に,2mg/kg処理では軽度に障害された。回避学習能力の検査では,5mg/kg処理の小頭症児は全試行において,2mg/kg処理の小頭症児は初期の試行において異常に高い回避反応率を示した。これらの結果から,脳の最障害感受期にMNU5mg/kgを投与しても誘発された小頭症ラットは充分に長期生存が可能なこと,および特定の行動については用量依存的な反応が行動異常として成立することが明らかとなった。 第4章 各投与時期に誘発された小頭症ラットの初期行動発達の異常 上の実験において初期行動発達にみられた小頭症児の行動異常が,MNUによって特異的に,あるいは妊娠13日の処理に限って誘発される異常であるかを調べる目的で,終脳の障害感受期間である妊娠12日~15日のいずれか1日にMNUの5mg/kg,あるいは小頭症を誘発することで知られるmethylazoxymethanol(MAM)の40mg/kgを単回投与し,得られた出生児の初期行動発達を比較した。その結果,MNU,MAM処理の間で生起した行動異常に差は認められなかった。一方,処理時期が異なると,特に随意的要素の高い行動に生じた異常には著しい差が認められた。すなわち,妊娠12,13および14日処理の小頭症児では,歩行あるいは遊泳行動時に異常な左右両側肢の同期運動が生起し,この異常は妊娠12日処理の小頭症児で前肢に,妊娠13日および14日処理の小頭症児で後肢に支配的に発現する新知見が得られた。また,この異常は,妊娠14日処理の小頭症児では生後早期に回復したが,妊娠12および13日処理の小頭症児では離乳時に至っても消失しなかった。上位中枢からの投射により抑制的制御を受けるといわれる脊髄反射および姿勢反応の一部は,処理時期と無関係に生後早期に亢進していた。また,その多くは,発達が遅延する傾向にあったが,いずれも最終的には正常に生起した。これらの結果から終脳の形成が障害されると処理時期とは無関係に,出生児の感覚-運動統御機構の機能構築は遅延すること,随意運動中に発現する肢の異常運動の責任障害部位は上位中枢にあることおよびその責任障害部位は処理日に対応して異なる可能性が示唆された。 第5章 小頭症の程度と小頭症ラットの高次行動の異常 妊娠13日に5段階濃度(1,2,3,4および5mg/kg)のMNUを処理して得た出生児について,離乳後に情動性,自発運動量(走行運動量),迷路学習能力および回避学習能力の検査を行い,成立した小頭症の程度と高次行動異常との関連性を検討した。対照群に対する各処理群の脳重量の比は,95~55%の範囲で用量依存的に減少した。情動性の検査では,全処理群の小頭症児で紛移動距離および立ち上がり回数の増加が,また4および5mg/kg処理の小頭症児で反応潜時の減少が,5mg/kg処理の小頭症児で排尿数の増加および後肢の歩行運動異常がみられた。自発運動量は全処理群の小頭症児で明瞭に増加し,とくに5mg/kgの処理で顕著であった。迷路学習および回避学習能力の異常は,5mg/kg処理の小頭症児においてのみみられた。これらの結果から,終脳の最障害感受期に誘発された小頭症ラットの基本的な行動の変化は,活動性の増大であり,加えて終脳形成障害の程度に応じた用量依存的な情動性の変化が重複していることが判った。また軽度の小頭症では明らかな学習能力の障害は成立しないことが示唆された。 第6章 各投与時期に誘発された小頭症ラットの高次行動の異常 妊娠12,13,14および15日の各日にMNUを処理し,得られた小頭症児について情動性,自発運動量(走行運動量),迷路学習能力および回避学習能力を検査した。その結果,出生児の終脳の障害程度には,12日<13日>14日>15日の関係がみられ,15日の処理による終脳形成不全が,他の処理日群と比較して最も軽度であった。情動性の検査においては,13日処理の行動特性が多動であるのに対し,12日および15日処理の特性はともに寡動であった。しかし,15日処理ではこの反応が動物の積極的な対応行動と推察されたのに対し,12日処理の小頭症児では生理的反応亢進が随伴しており,寡動傾向は情動性の変化を示唆していた。自発活動性についても処理日の差は明らかで,12日処理で寡動傾向,15日処理で無変化であった。迷路学習は,12日,13日および15日処理において障害されていたが,脳重量の低下の程度からみて15日処理が相対的に最も高度に障害されているものと考えられた。したがって妊娠12日~15日に限れば,迷路学習の最障害感受期は,妊娠15日にあると結論される。一方,回避学習能力の異常がみられたのは,妊娠13日処理の小頭症児のみであり,この課題の遂行に係わる中枢神経系の責任部位が,迷路学習のそれとはかなり異なることが示唆された。14日処理の小頭症児ではいずれの行動検査においても顕著な変化はみられず,14日処理の小頭症児における行動の変容は,不明であった。 以上,本研究の結果からMNUの胎生期投与に起因する中枢神経系の巨視的な発生障害は,妊娠12日~15日の短期間においてもその処理強度および処理時期の差異により,異なる行動異常を誘発することが明らかとなった。また,動物の活動性は中枢神経系の障害を敏感に反映すること,学習能力の障害には終脳の障害量より障害を受ける時期が重要に関与していること,ならびに神経行動学的発達検査は,生後,早期の段階で敏感に行動異常を捉え,神経系に生じた障害の性質を推定しえる点で有用性が高いことが示唆された。従って生後の行動検索においては,動物の活動性,学習能力および神経行動学的発達の検索が重要と判断される。

Recently, documented evidence of behavioral disorder in humans who prenatally exposed to a variety of agents, including alcohol, psychotropic drugs and x-irradiation, strongly indicates the need for behavioral evaluation in the animal experiments, e.g. the safety assessment of new drugs or chemicals. However, in experimental animals, reproducible and available testing method to evaluate behavioral teratogenicity has not been established, since a few evidences have so far specified relationships between developmental anomalies in the nervous system and behavioral responses in the postnatal period. Therefore, it has been pointed out that to characterize the behavioral disorders resulting from macroscopic or microscopic brain disorders makes an advantage to animal experiments on behavioral teratology. In the present study, micrencephalic rats were obtained from dams treated prenatally with N-methyl-N-nitrosourea (MNU), one of the known agents having a teratogenic action selectively on the central nervous system, and neurobehavioral functions in the micrencephalic rats were examined in order to characterize the behavioral disorders in relation to the gross brain disorders. 1. The effect of MNU on the development of rat fetuses. The effect of MNU was assessed on the fetal and postnatal development of rat offspring by giving the drug (2.5, 5 and 10 mg/kg/day) intraperitoneally to pregnant rats during the period of embryonic organogenesis (day 7 to day 17 of gestation). The results were as follows; 10 mg/kg of MNU caused total implantation losses in all dams. No significant increase in the intrauterine mortality was observed up to 5 mg/kg. Fetuses exposed to 2.5 and 5 mg/kg showed a decrease in body weight. Most of these fetuses revealed flat head as external abnormality that resulted from the small cerebrum involving sever telencephalic hypoplasia (micrencephaly). As for the neonates, none of neonates exposed to 5 mg/kg survived after birth. However, the postnatal viability was not altered by the exposure to 2.5 mg/kg. This indicates that when appropriate doses are chosen, neonates can survive over a long period though they have sever micrencephaly. By the behavioral tests conducted during postweaning period, the pups exposed to 2.5 mg/kg revealed remarkable maze learning deficit and hypoactivity that possibly reflected an alteration in emotionality. 2. The effect of MNU on the brain development of rat fetuses. As a preliminary study on behavioral teratogenic action of MNU, pregnant rats were once treated with 5 mg/kg of MNU on one of gestational days (GD) from 7 to 17, and stage-specific teratogenicity on the developing brain was evaluated in the fetuses. The vulnerability of the developing fetal brain was confirmed from GD10 to GD17. The sensitive part showing hypoplastic change in the brain was transferred, and overlapped each other, from mesencephalon, telencephalon, olfactory lobe and metencephalon in that order, with the advance of the day of treatment. Among these brain areas, the telencephalon was the most sensitive area and its vulnerability occured from GD12 to GD15. GD13 was the period of maximum vulnerability of the telencephalon. Furthermore, additional examination where the rats were given 2 mg/kg of MNU on GD13 indicated that the micrencephaly was dose-dependently induced in the fetuses without other malformations. 3. Behavioral disorders in the micrencephalic rat induced by the MNU-treatment. On GD13, the maximum vulnerable stage of telencephalon, micrencephalic rats were induced by the treatment with 2 or 5 mg/kg of MNU and they were subjected to a variety of tests for neurobehavioral ontogeny (behavioral development tests) during the suckling period, and for emotionality, maze and active avoidance learning in the postweaning period, from 4 to 10 weeks of age. By the tests for neurobehavioral ontogeny, micrencephalic pups exposed to 5 mg/kg showed retardation in ontogeny of spinal reflexes and postural reactions, early hyperreflexia, and dysmetric abnormality in the limbs. Furthermore, as an distinctively impaired behavior, paired pelvic limbmovement was observed in the pups while walking or swimming. A few pups exposed to 2 mg/kg showed similar impairement. However, most of 2 mg/kg pups did not show other behavioral abnormalities except for slight retardation in the neurobehavioral ontogeny. As for the tests conducted after weaning, neophilic hyperreactivity of the 5 mg/kg pups and slight hypoactivity of the 2 mg/kg were observed by the test for emotionality. Maze learning ability was impaired remarkably in the 5 mg/kg pups and slightly in the 2 mg/kg. By the active avoidance tasks, abnormal high response was occured in the 5 mg/kg pups at all through sessions and at early in the 2 mg/kg. These results indicate that the MNU-treatment could induce specific type of behavioral disorders in the rat offspring but the type and magnitude of the behavioral teratogenic effect probably depend on the dose of MNU. 4. Early neurobehavioral disorders in the micrencephalic rats. Micrencephalic neonatal pups were obtained from pregnant rats once treated with 5 mg/kg of MNU or 40 mg/kg of methylazoxymethanol (MAM), as a reference compound, on GD12, 13, 14 or 15. They were reared by their own mothers and were subjected to various neurobehavioral tests during the suckling period, days 0 to 22 after birth. The brain weights in the MNU- and MAM-treated pups on postnatal day 22 were significantly less than those in the control pups. These mi0rencephalic pups were retarded in neurobehavioral ontogeny. By several tests, each of them showed an impaired performance such as paired limb movement, clumsy locomotion or hyperreflexive reaction. These behavioral disorders appeared different according to the day of treatment, without any substantial difference between the test compounds, MNU and MAM. The findings suggest that the different neurobehavioral characteristics in the micrencephalic pups may reflect their different brain disorders induced by the test compounds given on the different period of the treatment. 5. Degree of micrencephaly and disorders of the integrated behavior. Microcephalic offspring were obtained from rats treated with MNU at a dose of 1, 2, 3, 4 or 5 mg/kg on GD13. Brain weights of weanlings in the MNU treated groups were significantly reduced to approximately 95%, 85%, 80%, 70% and 55% of the controls, respectively, in the 1 to 5 mg/kg groups. Open-field test (for emotionality), wheel cage activity test (for spontaneous activity levels), Biel type water T-maze test (for maze learning ability) and shuttle-box avoidance test (for avoidance learning ability) were subsequently performed to determine the behavioral alterations in these offspring at 4, 5-6, 6-7 and 7-8 weeks of age, respectively. In the open-field test, the scores of ambulation and rearing significantly increased in all treated groups and the latent period significantly decreased in the groups treated with 3 mg/kg or more. Moreover, a significant increase of urination and a significant decrease of grooming and uncoordinated movement of the pelvic limbs were observed in the 5 mg/kg group. Spontaneous motor activity in the wheel cage also increased in all treated groups. In the water T-maze test and shuttle-box avoidance test, however, alteration in learning ability was detected only in the 5 mg/kg group. These findings suggest that hyperactivity is the fundamental disorder in these microcephalic rats and alteration of emotionality occurs dose-dependently. Threshold level on the learning deficit is higher than that on any other disorders. 6. Disorders of the integrated behavior in the micrencephalic rats. To determine the stage specific effect of MNU on the integrated behavior, micrencephalic rats were obtained from dams once treated with 1, 3 or 5 mg/kg of MNU on GD12, 13, 14 or 15 and their emotionality, maze and active avoidance learning, and spontaneous locomotor activity levels were examined during the postweaning period, from 4 to 10 weeks of age. The brain disorders appeared different according to the day of treatment, and GD15-treatment caused the least effect. As for the behavioral disorders, by the test for emotionality, a hyperreactive response was noticed in the GD13-treated pups and, in contrast, both GD12- and GD15-treated pups showed marked hyporeactivity. However, spontaneous locomotor activity in the GD15-treated pups was equivalent to the control levels, though other GD12- and GD13-treated pups revealed corresponding response to their emotionality. The period of maximum susceptibility of maze learning was GD15 and that of avoidance learning was GD13. This result seems that localization of lesions in the central nervous system corresponding to the maze learning deficit differs from that to the active avoidance learning. No dose-related change was examined in any behavioral test in the GD14-treated pups. Generally, the above findings suggest that the type and magnitude of behavioral teratogenic effect of MNU depend on the stage and dose of the treatment, even in the sort period of organogenesis, from GD12 to GD15. Furthermore, the tests for neurobehavioral ontogeny, learning and activity would be useful to evaluate behavioral teratogenicity.

目次

  1. 論文内容の要旨 / (0002.jp2)
  2. 目次 / (0009.jp2)
  3. 緒言 / p1 (0011.jp2)
  4. 実験行動奇形学的検査法の概説 / p3 (0013.jp2)
  5. 第1章 ラット胎児に及ぼすMNUの影響-致死、発育抑制および催奇形性作用- / p17 (0029.jp2)
  6. 第1節 実験方法 / p17 (0029.jp2)
  7. 第2節 実験結果 / p19 (0031.jp2)
  8. 第3節 考察 / p21 (0033.jp2)
  9. 第4節 要約 / p25 (0045.jp2)
  10. 第2章 ラット胎児の脳に及ぼすMNUの影響-MNu投与時期と小頭症の発現- / p27 (0047.jp2)
  11. 第1節 実験方法 / p27 (0047.jp2)
  12. 第2節 実験結果および考察 / p28 (0048.jp2)
  13. 第3節 総括 / p30 (0050.jp2)
  14. 第4節 要約 / p30 (0050.jp2)
  15. 第3章 MNUによって誘発された小頭症ラットの行動異常 / p32 (0054.jp2)
  16. 第1節 実験方法 / p32 (0054.jp2)
  17. 第2節 実験結果 / p33 (0055.jp2)
  18. 第3節 考察 / p37 (0059.jp2)
  19. 第4節 要約 / p40 (0062.jp2)
  20. 第5節 補足 I.遊泳・歩行異常 / p43 (0072.jp2)
  21. II.妊娠後期投与実験 / p46 (0078.jp2)
  22. 第4章 各投与時期に誘発された小頭症ラットの初期行動発達の異常 / p49 (0082.jp2)
  23. 第1節 実験方法 / p49 (0082.jp2)
  24. 第2節 実験結果 / p50 (0083.jp2)
  25. 第3節 考察 / p54 (0087.jp2)
  26. 第4節 要約 / p55 (0088.jp2)
  27. 第5章 小頭症の程度と小頭症ラットの高次行動の異常 / p57 (0096.jp2)
  28. 第1節 実験方法 / p57 (0096.jp2)
  29. 第2節 実験結果 / p58 (0097.jp2)
  30. 第3節 考察 / p59 (0098.jp2)
  31. 第4節 要約 / p61 (0100.jp2)
  32. 第6章 各投与時期に誘発された小頭症ラットの高次行動の異常 / p63 (0105.jp2)
  33. 第1節 実験方法 / p63 (0105.jp2)
  34. 第2節 実験結果 / p64 (0106.jp2)
  35. 第3節 考察 / p66 (0108.jp2)
  36. 第4節 要約 / p70 (0112.jp2)
  37. 第5節 補足I.妊娠12日処理群 / p72 (0120.jp2)
  38. 第7章 総合考察 / p76 (0127.jp2)
  39. 第8章全体の要約 / p82 (0133.jp2)
  40. 引用文献 / p87 (0138.jp2)
  41. 謝辞 / p95 (0146.jp2)
  42. Early Neurobehavioral Disorders in the Micrencephalic Offspring Induced by Prenatal Treatment with N-Methyl-N-Nitrosourea or Methylazoxymethanol in the Rat / (0149.jp2)
  43. Ipriflavone(TC-80)のラットにおける妊娠前および妊娠初期投与試験 / (0157.jp2)
  44. Ipriflavone(TC-80)のラットにおける器官形成期投与試験 / p165 (0171.jp2)
  45. Ipriflavone (TC-80)のラットにおける周産期および授乳期投与試験 / (0192.jp2)
  46. Ipriflavone (TC-80)のウサギにおける器官形成期投与試験 / p185 (0217.jp2)
  47. ラットにおける器官形成期投与試験 / p310 (0228.jp2)
  48. Dexamethasone 17,21─dipropionate(THS-101)の生殖試験(第2報*)ウサギにおける器官形成期投与試験 / p327 (0247.jp2)
  49. ラットにおける周産期および授乳期投与試験 / p336 (0257.jp2)
  50. Dexamethasone 17,21-dipropionate (THS-101)の生殖試験(第4報*)ラットにおける妊娠前及び妊娠初期投与試験 / p347 (0270.jp2)
  51. Cefotiam hexetil hydrochloride (CTM-HE)のラットにおける生殖試験 / p73 (0282.jp2)
  52. Nitrendipineの経口投与によるラットの周産期および授乳期投与試験 / (0294.jp2)
  53. Tazanolast(WP-833)のラットにおける周産期および授乳期投与試験 / p283 (0306.jp2)
  54. Tazanolast(WP-833)のウサギにおける胎仔器官形成期投与試験 / p295 (0318.jp2)
  55. LC 9018 の生殖・発生毒性試験(第3報)-ラットにおける周産期および授乳期胸腔内投与試験- / 239(2107) / (0326.jp2)
  56. LC9018の生殖・発生毒性試験(第3報)-ラットにおける周産期および授乳期胸腔内投与試験- / (0342.jp2)
  57. LC9018の生殖・発生毒性試験(第2報)-ラットにおける胎仔の器官形成期胸腔内投与試験- / p221 (0358.jp2)
  58. Mometasone Furoateのウサギにおける経皮投与による胎仔器官形成期投与試験 / (0378.jp2)
  59. Mometasone Furoateのラットにおける皮下投与による周産期および授乳期投与試験 / p311 (0391.jp2)
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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    500000080993
  • NII著者ID(NRID)
    • 8000000081201
  • DOI(NDL)
  • 本文言語コード
    • jpn
  • NDL書誌ID
    • 000000245307
  • データ提供元
    • 機関リポジトリ
    • NDL-OPAC
    • NDLデジタルコレクション
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