歯が「寒さを感知する」仕組み

ハワード・ヒューズ医学研究所と、国際的な研究チームは、「歯が寒さを感知する仕組み」を解明し、それに関与する分子や細胞を特定しました。

The work offers an explanation for how one age-old home remedy eases toothaches. The main ingredient in clove oil, which has been used for centuries in dentistry, contains a chemical that blocks the “cold sensor” protein, says electrophysiologist Katharina Zimmermann, who led the work at Friedrich–Alexander University Erlangen–Nürnberg in Germany.

参照元：https://www.hhmi.org/news/how-teeth-sense-the-cold
– ハワード・ヒューズ医学研究所 Howard Hughes Medical Institute. MAR 26 2021 –

虫歯を患っている人にとって、冷たい飲み物を飲むことは苦痛でしかありません。

ハワード・ヒューズ医学研究所（HHMI）の副所長兼最高科学責任者であるデビッド・クラファム氏は話します。

「これは独特の痛みです。耐えられないほどの痛みです。」

今回、Clapham氏と国際的な科学者チームは、歯が寒さを感知する仕組みを解明し、それに関与する分子や細胞を特定しました。

マウスでもヒトでも、歯芽細胞と呼ばれる歯の細胞には寒さを感知するタンパク質が含まれており、温度の低下を検出していることが、2021年3月26日付の学術誌「Science Advances」に報告されました。

これらの細胞からのシグナルは、最終的に脳に痛みの衝撃を与えるきっかけとなります。

この研究は、古くからある家庭薬が歯痛を和らげる仕組みを説明するものです。

ドイツのフリードリヒ・アレクサンダー大学エアランゲン-ニュルンベルク校の電気生理学者であるカタリーナ・ジンマーマンは、今回の研究を主導したクローブオイルの主成分には、「寒冷センサー」タンパク質をブロックする化学物質が含まれていると述べています。

このセンサーをより特異的に標的とする薬剤を開発すれば、歯の冷え性を解消できる可能性があるとZimmermann氏は言います。

Zimmermann氏話します。

「標的となる分子が見つかれば、治療の可能性があります。」

歯は、細菌や酸の膜が歯の表面を覆っているエナメル質を侵食することで崩壊します。

エナメル質が侵食されると、虫歯と呼ばれる穴ができます。

世界人口の約3分の1にあたる約24億人が、永久歯に未治療の虫歯を抱えており、冷え性などの強い痛みを感じていると言われています。

歯が寒さを感じる仕組みについては、科学者たちが1つの主要な説を提唱していましたが、実際には誰も知りませんでした。

歯の内部にある小さな管には、温度が変わると動く液体が入っています。

その動きの方向を神経が感知して、歯が熱いか冷たいかを知らせているのではないかと考えられています。

HHMIのジャネリア・リサーチ・キャンパスの神経生物学者であるClapham氏は話します。

「この説を否定することはできませんが、直接的な証拠はありませんでした」

Zimmermann氏は話します。

「歯の流体の動き、そして歯の生物学全般を研究するのは難しい。人間の体の中で最も硬い物質であるエナメル質と、象牙質と呼ばれる別の硬い層を、歯の柔らかい歯髄とその中の血管や神経を粉砕せずに切り開かなければなりません。時には歯全体が「粉々になってしまう」こともあります。」

Zimmermann氏、Clapham氏らは、歯の研究を目的としていたわけではありません。

彼らは、主にイオンチャネルに注目していました。

イオンチャネルとは、分子ゲートのような働きをする細胞膜の孔です。

イオンチャネルは、化学的メッセージや温度変化などの信号を検出すると、閉じたり大きく開いたりして、イオンを細胞内に放出します。

これにより、電気パルスが発生し、細胞から細胞へと伝わります。

これは、情報を迅速に伝達する方法であり、脳や心臓などの組織では非常に重要です。

今から15年ほど前、Zimmermann氏がClapham研究室のポスドクだった頃、研究チームはTRPC5というイオンチャネルが寒さに非常に敏感であることを発見しました。

しかし、TRPC5の冷感能力が体のどこで発揮されるのかはわかっていませんでした。

それは皮膚ではないことがわかったのです。

TRPC5のイオンチャネルを持たないマウスでも寒さを感じることができたと、研究チームは2011年に米国科学アカデミー紀要に報告しました。

Zimmermann氏は話します。

「その後、私たちは行き詰まってしまいました。ある日、チームは昼食時にこの問題について話し合っていましたが、ついにアイデアがひらめきました。デイビッドは、「じゃあ、体の中で寒さを感じている組織はほかにあるだろうか」と言いました。その答えは歯でした。」

マサチューセッツ総合病院の病理学者であるJochen Lennerz氏は、ヒトの成人の歯を調べた結果、TRPC5は歯に存在し、特に虫歯のある歯に多く存在することを発見しました。

TRPC5が寒冷センサーとして機能していることは、マウスを使った新しい実験方法によって確信されました。

歯を割って皿の中の細胞だけを調べるのではなく、Zimmermann氏のチームは、顎の骨、歯、歯の神経といったシステム全体を調べました。

研究チームは、氷のように冷たい溶液が歯に触れたときの神経活動を記録しました。

正常なマウスでは、この冷たい水に触れると神経活動が活発になり、歯が寒さを感じていることがわかりました。

しかし、TRPC5を欠損させたマウスや、TRPC5のイオンチャネルを遮断する薬剤を歯に投与したマウスでは、そうはなりませんでした。

これは、イオンチャネルが寒さを感知していることを示す重要な手がかりであると、Zimmermann氏は言います。

Zimmermann氏は話します。

「研究チームが調べたもう1つのイオンチャネルであるTRPA1も、重要な役割を果たしているようだ。」

研究チームは、TRPC5の位置を、歯髄と象牙質の間に存在する特定の細胞タイプ「オドントブラスト」にたどり着きました。

象牙質が露出している歯の人がアイスキャンディーを噛むと、TRPC5が詰まった細胞が冷たい感覚を感知し、「痛っ！」という信号が脳に伝わります。

Clapham氏は話します。

「この鋭い感覚は、他の科学分野ほど広く研究されていないと歯の痛みは、流行のテーマとはみなされないかもしれませんが、重要であり、多くの人に影響を与えています。」

Zimmermann氏は、今回の発見に至るまでのチームの道のりが10年以上に及ぶことを指摘します。

Zimmermann氏は話します。

「特定の分子や細胞の機能を解明することは難しいです。そして、良い研究には長い時間がかかります。」