アストロサイトが長時間の感覚刺激における脳活動と血流を維持する仕組みを解明(Astrocytes Help Sustain Brain Activity and Blood Flow during Prolonged Sensory Stimulation)

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2026-11-06 韓国基礎科学研究院(IBS)

韓国の基礎科学研究院(IBS)と成均館大学校の研究チームは、脳のアストロサイト(星状膠細胞)が、持続的な感覚刺激に対する神経活動と脳血流を維持する分子機構を解明した。マウスを用いて5秒間と20秒間の感覚刺激に対する脳の反応を比較した結果、長時間の刺激ではアストロサイトが強く活性化し、神経活動と脳血液量の維持に重要な役割を果たすことを発見した。具体的には、水チャネルAQP4による細胞内への水流入を起点として、機械刺激感受性チャネルTRPA1、カルシウム活性化チャネルBEST1が順次作動し、D-セリンが放出されるシグナル伝達経路を特定した。D-セリンは神経活動を支えるとともに、脳血管の拡張を促進する。また、安静時にもD-セリンが持続的に放出され、脳細動脈の基礎的な血管径調節に関与することを確認した。本成果は、アルツハイマー病や脳卒中などに関連する神経血管機能障害の理解と新たな治療法の開発に貢献する可能性がある。

アストロサイトが長時間の感覚刺激における脳活動と血流を維持する仕組みを解明(Astrocytes Help Sustain Brain Activity and Blood Flow during Prolonged Sensory Stimulation)
Figure 1. Astrocytes help sustain neuronal activity and blood-flow responses during prolonged sensory stimulation
At rest, astrocytes continuously release D-serine and help maintain basal vascular tone.

<関連情報>

アストロサイトは、AQP4/TRPA1/BEST1/D-セリンシグナル伝達を介して、長時間の感覚刺激要求時の神経血管カップリングを調整する Astrocytes Coordinate Neurovascular Coupling During Prolonged Sensory Demand via AQP4/TRPA1/BEST1/D-Serine Signaling

Kayoung Han, Minwoo Wendy Jang, Taeyoung Park, Ki Jung Kim, Victor James Drew, Sunpil Kim, Tai Young Kim, Mingu Gordon Park, Myeongju Kim, Seung Won Chung, Minah Suh, C. Justin Lee
Advanced Science  Published: 29 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.77878

Abstract

Astrocytes are recognized as key components of neurovascular coupling (NVC), yet whether and how astrocytic engagement in NVC depends on sensory stimulus duration remains unclear. Here, we investigated a duration-dependent astrocytic mechanism underlying cerebral blood volume (CBV) modulation by comparing neurovascular responses to brief (5 s) and prolonged (20 s) sensory stimulation, using in vivo intrinsic optical signal (IOS) imaging and two-photon microscopy combined with electrophysiology and vascular cannulation. We show that prolonged stimulation selectively recruits an integrated astrocytic signaling cascade involving aquaporin-4 (AQP4)-mediated volume changes, Ca2+ influx through mechanosensitive transient receptor potential ankyrin 1 (TRPA1), and D-serine release through the Ca2+-dependent Bestrophin-1 (BEST1) channel. This signaling cascade drives sustained neuronal activity, leading to CBV modulation and sensory perception. Genetic ablation of each component in this pathway selectively impairs CBV responses, neuronal activity, and sensory behavior during prolonged stimulation, while exogenous D-serine fully restores these deficits. We further demonstrate that tonic astrocytic D-serine release via BEST1 directly regulates the basal tone of penetrating arterioles. These findings together identify astrocytic D-serine as one of the key gliotransmitters that modulate CBV and neuronal activity during prolonged sensory demand and fine-tune vascular tone in resting states.

医療・健康
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