University of Yamanashi Academic Repository

University of Yamanashi (山梨大学)博士(工学)医工農博乙第4

Nguyen, Minh  Vuong

 
 
氏 名  Nguyen Minh Vuong 
博士の専攻分野の名称  博士（工学） 
学 位 記 番 号  医工農博乙第４号 
学 位 授 与 年 月 日  平成３０年９月２７日 
学 位 授 与 の 要 件  学位規則第４条第２項該当 
専 攻 名  工学専攻 環境社会システム学コース 
学 位 論 文 題 目  Performance and optimal practices of rainwater harvesting 
in Asian monsoon climates 
(アジアモンスーン気候における雨水利用の 
性能評価と最適運用に関する研究) 
 
論 文 審 査 委 員  主査  准教授  石 平 博 
教 授  坂 本 康 
教 授  末 次 忠 司 
教 授  風 間 ふたば 
助 教  馬 籠 純 
准教授  相 馬 一 義 
 
学位論文内容の要旨 
 
水資源の持続的開発は水安全性を確保するうえで重要な課題であり、特に人口増加や気
候変動性が増大する状況において、その重要性は増している。そのため、利用可能な代替
水資源利用の多様化と促進に関する検討がなされており、比較的容易に実施できる「雨水」
の利用は、飲用・非飲用水需要の両方に対応可能であるだけでなく、降雨流出ピークの低
減による都市洪水の軽減効果もあることから、最も実現性の高い対策の一つと考えられて
いる。しかしながら、雨水利用の重要性は、水供給の状況や降水の変動性に依存し、地域
ごとに大きく異なる。 
本研究では、モンスーン気候のベトナムを対象とし、主要水源あるいは二次的水源とし
ての利用、地域の水供給における雨水利用の必要性などに応じた雨水利用に関する重要事
項を明らかにするために、1)雨水の利用可能量及び利用信頼性、2)雨水利用による経済的便
益、及び 3)雨水及び他水源の水質 について検討を行う。 
 
 
1. 雨水利用の性能評価に関する検討 
主要水源としての雨水利用の可能性を明らかにするために、本検討では適切な雨水利用
スキームを決定する際の基準として「水供給効率」に着目する。長期の日降水量観測値を
利用し、屋根雨水の集水・貯留に関する挙動モデルを用いた雨水利用に関するシミュレー
ションを実施した。ベトナム全土をカバーする 111 地点の降水観測所を解析対象としてお
り、対象地域は東南アジアにおける3つの主要気候区を含み年降水量は700～4700mm/year
の幅を持つ。主要水源としての雨水利用を想定した検討の結果から、以下のようなことが
明らかとなった。 
・通年の雨水利用の信頼性を実現するうえで、年降水量や屋根面積よりもタンクサイズの
方が重要な支配要因となる。 
・明瞭な乾季・雨季を伴うモンスーン性降水の特徴により、通年水利用量とは別に雨季の
み集水できる付加的利用可能水量(AAW)が得られることが明らかとなった。また、解析
対象地域における多様な降水季節変動パターンにより、各地域の AAW は大きく異なり、
同様な年降水量であっても、限られた雨季中に多くの降水がもたらされるような地域で
は、より長い期間で一様な降水の季節変化を持つ地域よりも AAW が小さくなる。 
・3～8m3の雨水貯留タンクを用いることで、20～110L/d の基本使用水量を 95%の水供給 
効率で実現可能であり、雨季にはこれに加え 50～400L/d の AAW が利用可能となる。 
・屋根面積を 50%増減させた場合、雨水による年間給水量は 5～15%変動する一方、AAW
は 40～50%変化することが示された。 
2. 雨水利用システムの最適化に関する検討 
ベトナム全土の 128 地点の実測日降水量データセットを用いて雨水利用パフォーマンス
に関するシミュレーションに基づき、雨水利用システムによる経済的な便益と最適タンク
サイズについて検討を行った。雨水利用システムの給水能力とタンク導入の初期投資額や
公共水道料金に関する情報を統合することで、年間水利用コストの最小化を目的とした最
適タンクサイズの探索を行うとともに、異なる降水条件下での最適タンクサイズの決定に
対するタンク導入コスト、屋根面積、水利用量の感度分析も実施した。二次的水源として
の雨水利用に関する本検討の結果から、以下のことが明らかとなった。 
・経済的合理性を持つ(雨水利用を含む年間の水利用コストが公共水道のみに依る水利用コ
スト以下となる)タンクサイズは、本研究の対象地域において 5～20m3となった。 
・経済的に最適なタンクサイズは 1.2～3.0m3であり、年間 70,000～350,000VND の水道料
金の節約が可能であることが示された。 
・降水量が少ないあるいは中程度の地域では、年降水量の増加に伴い最適タンクサイズは
 
 
大きくなる一方、多雨地域における最適タンクサイズはほぼ一定値に落ち着くことが示
された。最適タンクサイズの増加は少雨地域において好ましい傾向であり、これは水供
給効率の著しい上昇とその結果としての経済的便益の回収をもたらす。 
・降水の季節変動パターンの多様性により、同様な年降水量の条件下であっても最適タン
クサイズは大きく変動する。 
・最適タンクサイズを 0.5m3増減させたところ、その水利用コスト削減に対する影響は 2
～8%程度であり、さほど影響は大きくないことが明らかとなった。 
3. 雨水利用システムの現状と水質に関する検討 
水供給の現状との関連も含め、各種水源の水質と地域の屋根雨水利用実態に関する調査
を実施した。同じ気候条件であるが公共水道の整備・利用状況が異なるベトナムの 3 つの
省(地域)内の 4 地点において、公共水道の信頼性、地下水利用及び雨水利用の実態に関する
調査を行い、以下の結果を得た。 
・イオンクロマトグラフィーによる水質分析結果から、貯留された雨水は飲料水として安
全であることが確認された。調査した雨水サンプルの水質検査値において、世界保健機
関(WHO)の飲料水基準を超える値は検出されなかった。一方、処理済みの地下水や信頼
性の低い公共水道水を含む他の水源の多くは、WHO 飲料水基準の 2 倍ものアンモニア濃
度が検出されるなど、飲用としての安全性が確保されていないことが明らかとなった。 
・都市域と郊外地域では、公共水道が利用可能な状況下での雨水利用に対する姿勢が大き
く異なる。郊外地域では既存の雨水利用システムを継続して利用する傾向が見られる一
方、都市域や都市近郊では雨水利用に対して消極的である。 
・主要水源としての雨水利用システムの場合、年間通じて必要水量を確保するためにタン
クサイズは最大 26m3までになることが確認された。また、屋根面積は 20～50m2でその
うち 40～80%が雨水の集水に利用されている。 
本研究は、政府や地域住民・ユーザーに対して、主要水源及び二次的水源としての雨水
利用の効果と最適運用に関する包括的なガイドラインを提供するものである。また、研究
者に対しても、異なる利用目的に対応した降水量、降水の季節性、雨水利用システム特性
の統合的な影響を考慮した雨水利用可能性に関する有益な情報を与えるものである。 
 
 
論文審査結果の要旨 
論文公聴会は、審査委員のほか、約 30 名の研究者、学生が出席して行われた。プレゼン
 
 
テーションでは、研究内容を良く整理し、本研究で開発した手法とその適用結果を分かり
やすく説明した。質疑では、主に、屋根雨水の集水・貯留に関する挙動モデルのパラメー
タや、付加的利用可能水量(AAW)の利用などに関する質問と回答がなされた。これに引き
続く論文審査委員会における審査では、以下のような点が新たな研究成果であり、当該分
野において学術的に高く評価できる功績であると結論した。 
・主要水源としての雨水利用システムにおける開発水量及び運用条件を定量的に評価する
新たな手法を開発した。特に、明瞭な乾季・雨季を伴うモンスーン性降水の特徴に着目
し、通年水利用量とは別に雨季のみ集水できる付加的利用可能水量(AAW)の概念を導入
した手法を開発した点に高い新規性が認められた。さらに、開発した手法をベトナム全
土に適用し、雨水利用システムの水供給効率や AAW と降水量、降水季節変化パターン、
雨水利用システムのパラメータの関連性を明らかにした。 
・雨水利用システムの給水能力とタンク導入の初期投資額や公共水道料金に関する情報を
統合することで、年間水利用コストの最小化を目的とした最適タンクサイズの探索を行
う方法を提案した。また、この手法を用いて雨水利用システムによる経済的な便益と最
適タンクサイズの算定を行った。さらに、異なる降水条件下での最適タンクサイズの決
定に対するタンク導入コスト、屋根面積、水利用量の感度を定量的に示した。 
・同一気候条件のもとで公共水道の整備・利用状況が異なるベトナムの 4 地点において現
地調査を行い、雨水利用及び地下水利用の実態、雨水を含む多様な水源の水質特性、公
共水道の信頼性などを明らかにした。 
以上に基づき、同審査委員は全員一致で、本論文が博士論文として十分な水準にあると判
断した。 
公聴会に引き続き、口頭による最終試験が行われた。最終試験においては、屋根雨水の
集水・貯留に関する挙動モデルの詳細、現地における雨水利用の実態と課題などについて
質疑が行われた。審査委員からの主な質問・コメント、および当該学生からの回答は以下
の通りである。 
・屋根雨水の集水・貯留に関する挙動モデルについて：計算は日単位で行い、各地点で 20
年以上の計算を行っている。Demand は一日一人あたりの水利用量である。Ft は 初期雨
水除去量であり、先行降雨期間により除去量を変えている。 
・最適タンクサイズに関する検討：タンクサイズがゼロの時のコストは、必要水量をすべ
て水道水で賄ったときの水道料金に相当する。タンクサイズを大きくすると利用した雨
水分の水道料金は節約される一方、タンクの初期投資が必要となる。様々なタンクサイ
ズに対する水利用コストを計算し、その値が最低となるものを最適タンクサイズ、ゼロ
 
 
となる(コストと便益がバランスする)ものを経済的合理性のあるタンクサイズと定義し
ている。また、最適タンクサイズの検討における payback period とは雨水タンク導入の
初期投資の回収に要する年数である。 
・今後の発展性について：本研究ではアジアモンスーン気候帯を対象としているが、他気
候区も含め解析対象を広げることも考えている。また、地域の降雨特性に応じた雨水開
発量や水供給の安定性を定量的に示すことで、ユーザーは目的に応じ適切な雨水利用シ
ステム(タンクサイズなど)の選択が可能になると考えられる。 
上記の質問、コメントに対する回答は的確であり、質疑を通じて、水文データ解析や数
値モデリングなど関連する研究領域について深い知識と技術を持っていることが確認され
た。以上のことから、本審査委員会は当該学生が博士（工学）の学位に相応しい科学的思
考能力と技術的能力、理解力、コミュニケーション能力を備えているものと判断した。 
 


English

Performance and optimal practices of rainwater harvesting in Asian monsoon climates

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医学)医工農博乙第2

金井, 宏明

学 位 論 文 内 容 の 要 約 
 
 
氏名 
 
 
金井 宏明  
              
論文題目 
Urinary fibrin/fibrinogen degradation products measured using an anti-fibrinogen antibody  
predict orthostatic proteinuria 
(体位性蛋白尿の診断予測マーカーとしての抗フィブリノーゲン抗体による尿中FDP測定
の有用性の検討) 
学位論文内容の要約 
蛋白尿は腎疾患の主要な症候であり正確な診断が重要である。特に小児においては頻度が高く予後良
好な体位性蛋白尿(orthostatic proteinuria; OP)と精査が必要となる腎炎(glomerulonephritis; GN)との鑑別
が必要であり、精度の高い簡便な検査法が検尿有所見者へのプライマリーケアに与える臨床的意義は大
きい。 
抗フィブリノーゲン抗体により測定される尿中 FDP(fibrin/fibrinogen degradation products)は GN で上
昇する。しかし、その他の腎泌尿器疾患や OP においても上昇することが報告され疾患特異性に乏しく
臨床的有用性は低い。 
本研究の目的は OP の診断予測と GN との鑑別における尿中 FDP の有用性を評価することである。 
(方法) 
早朝尿蛋白陰性、随時尿蛋白陽性の OP の診断基準を満たし同一検体で尿中 FDP を測定した 16 例を
対象とし、寛解期ネフローゼ症候群(NS)、寛解期と活動期 GN(IgA 腎症、紫斑病性腎炎)症例を比較対
照として後方視的に検討した。 
検討 1:OP 群の早朝尿と随時尿の FDP 値を比較した。 
検討 2:OP 群と寛解期 NS 群 14 例及び GN 群 26 例の早朝尿での FDP 陽性率を比較した。 
検討 3:OP 群と活動期 GN 群 31 例(早朝尿 23 例、随時尿 16 例)の早朝尿と随時尿での FDP 値を比較し
た。 
検討 4:OP 群と活動期 GN 群の随時尿での尿蛋白量と FDP 値の相関解析を行った。 
尿中 FDP は LPIA 法(LSI メディカル社)で測定した。測定感度(50 ng/ml)以上を陽性と定義し、尿蛋白
値と FDP 値は尿中 Cr 補正値で評価した(TP/Cr; g/gCr、FDP/Cr; ng/mgCr)。 
(結果) 
検討 1:OP 群の FDP/Cr は早朝尿と比較し随時尿で 1 例を除き全例で有意に上昇した(中央値:以下同様 
229 vs. 2242 ng/mgCr、P<0.001)。 
検討 2:FDP 陽性率は寛解期 NS 群 0 例及び GN 群 2 例(8%)だったが OP 群では 15 例(94%)であり有意
に高率だった(P<0.001、 P<0.001)。 
検討3:活動期GN群でのFDP陽性率は早朝尿18例(78%)、随時尿14例(87%)でありOP群16例(100%)と比
べ低率だが有意差はなかった(P=0.47、P=0.39)。活動期GN群は早朝尿で全例有意な蛋白尿(TP/Cr 1.61 
g/gCr)を認めたがFDP/Crは尿蛋白陰性であるOP群と同等だった(156 vs 229 ng/mgCr、P=0.40)。随時尿で
のTP/CrはOP群に比べ活動期GN群で有意に高値(1.03 vs. 0.29 g/gCr、P=0.005)だったがFDP/CrはOP群で
有意に高値だった(223 vs. 2242 ng/mgCr、P<0.001)。随時尿によるOPの診断予測のcut-off値はROC解析
で1108 ng/mgCr(AUC 0.949、感度87.5%、特異度100%)だった。活動期GN群の早朝尿でのFDP/Crは全例
cut-off値以下だった。 
 
学位論文内容の要約（続紙） 
        
氏名   金井 宏明 
           
検討 4:随時尿における TP/Cr と FDP/Cr は OP 群では正の相関を認めた(r=0.894; P<0.001)が、活動期
GN 群では有意な相関は認めなかった(r=0.391; P=0.14)。 
(考察) 
本研究は OP での FDP 値を早朝尿と随時尿で分けて評価し、更に絶対値だけでなく他の尿中バイオ
マーカーと同様に Cr 補正して検討した初の報告である。 
OP 群の早朝尿での FDP 陽性率は 94%と高率であり、随時尿の FDP/Cr は早朝尿に比べ有意に増加し
ていた。寛解期の NS 群や GN 群では FDP 陽性率が有意に低かった事から、尿異常が正常もしくは軽微
な時の FDP 陽性は OP の特異的な所見であり診断予測として有用である事が示された。 
活動期 GN 群との検討では、早朝尿 FDP/Cr は OP 群と活動期 GN 群は同等だったが、随時尿では OP
群の TP/Cr は活動期 GN 群と比べ低値にも関わらず FDP/Cr は有意に高値だった。この結果から感度特
異度が共に高値である随時尿 FDP/Cr の cut-off 値(1108 ng/mgCr)が求められた。更に活動期 GN 群の早
朝尿 FDP/Cr も全例 1108 ng/mgCr 以下だった事から、この cut-off 値は早朝尿と随時尿共に活動期 GN と
の鑑別、特に GN の除外に有用である事が示された。FDP/Cr は GN 寛解期に尿蛋白が出現した時に病
的蛋白尿とOPと効率よく鑑別できる可能性ある。また、OP群と異なり活動期GN群ではTP/CrとFDP/Cr
で相関を認めなかった事から尿蛋白量に関わらず FDP/Cr での評価は可能であると考えられる。 
OP は体位の変化により腎静脈が圧迫され糸球体血流の鬱滞により蛋白が漏出するとされているが、
本検討から安静時においても腎鬱血を来している事が推測された。 
(結論) 
FDP/Cr を用いる事で採尿条件に関わらず OP の診断予測と GN との鑑別が可能となり、簡便に測定
可能な尿中 FDP は小児検尿異常患者に対して有用性が高い検査である。 
 


Japanese

Urinary fibrin/fibrinogen degradation products measured using an anti-fibrinogen antibody predict orthostatic proteinuria

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医学)医工博4甲第230

石井, 敬

氏        名    石井 敬 
博士の専攻分野の名称    博 士 ( 医 学 ) 
学 位 記  番  号    医工博４甲 第２３０号 
学 位 授 与 年 月 日    平成３０年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件    学位規則第４条第１項該当 
専    攻    名    先進医療科学専攻 
学  位  論 文  題 名    Increased cerebrospinal fluid complement C5 levels in major 
depressive disorder and schizophrenia  
(大うつ病性障害と統合失調症患者の脳脊髄液における補体C5の
上昇) 
 
 
論  文  審 査  委 員     委員長  教 授  大西 洋 
委 員  教 授  瀧山 嘉久 
              委 員  講 師  奈良 政敏  
 
 
学位論文内容の要旨 
Objective: Inflammation has been implicated in psychiatric disorders. We aimed to examine 
whether levels of complement C5 protein in the cerebrospinal fluid (CSF), which may reflect 
activation of the complement system in the brain, are altered in the patients with major 
psychiatric disorders. We further examined the possible association of CSF C5 levels with 
clinical variables. 
Materials and methods: Subjects were 89 patients with major depressive disorder (MDD) 
(mean age: 43.8±10.4 years, 43 males), 66 patients with bipolar disorder (BPD) (43.7±12.3, 32 
males), 96 patients with schizophrenia (40.1±10.3, 58 males) and 117 healthy controls 
(42.5±15.3, 66 males), matched for age, sex, and ethnicity (Japanese). Diagnosis was made 
according to the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 4th edition Criteria. CSF 
was corrected by lumber puncture from the participants, and CSF C5 levels were measured by 
enzyme-linked immunosorbent assay. The Clinical assessments was performed by using the 
Positive and Negative Syndrome Scale (PANSS) to assess the symptoms in patients with 
schizophrenia, the GRID-Hamilton Depression Rating Scale, 17-item version 
(GRID-HAMD-17), to evaluate the depressive symptoms in patients with MDD or BPD and the 
Young Mania Rating Scale (YMRS) to evaluate the manic symptoms in patients with BPD. 
Results: The mean CSF C5 levels were 317.7±221.1 ng/mL, 278.3±190.7, 306.6±204.7 and 
218.7±111.1 in the patients with MDD, those with BPD, those with schizophrenia and the 
healthy controls, respectively. CSF C5 levels were significantly increased in the patients with 
MDD (p<0.001) and schizophrenia (p=0.002), compared with the healthy controls. The rate of 
individuals with “abnormally high C5 level”, which is defined as the level of 424ng/mL or 
higher according to the 95 percentile value of the control subjects, was significantly increased for 
all psychiatric groups compared to the control group (MDD: 24.7%, p<0.001, BPD: 16.7%, 
p=0.006, schizophrenia: 20.8%, p<0.001).  
 Male sex (MDD: p=0.002, BPD: p=0.03, schizophrenia: p=0.002, controls: p=0.07), older age 
(MDD: p=0.71, BPD: p=0.001, schizophrenia: p=0.24, controls: p<0.001), and greater BMI 
(MDD: p=0.02, BPD: p=0.01, schizophrenia: p=0.33, controls: p<0.001) tended to show higher 
CSF C5 levels. As regards BMI, 61 subjects were missing data on BMI. In the remaining 307 
subjects, We performed ANCOVA analysis in which CSF C5 level was an dependent variable, 
sex and diagnosis were factors, and age and BMI were covariates. As a result, we confirmed 
significant effects of sex (F=35.2, df=1, p<0.001), age (F=11.8, df=1, p=0.001), BMI (F=8.37, 
df=1, p=0.004) and diagnosis (F=4.58, df=3, p=0.004) on CSF C5 levels. Post-hoc analyses 
revealed that CSF C5 levels were significantly increased in patients with MDD (p=0.001), those 
with schizophrenia (p=0.003), but not in those with BPD (p=0.18). There was a significantly 
positive correlation between CSF C5 levels and chlorpromazine-equivalent dose in the patients 
with schizophrenia (Pearson’s r=0.31, p=0.002). There was no association between CSF C5 
levels and neuropsychological symptom scores (i.e., GRID-HAMD-17, YMRS and PANSS or its 
subscales) in each psychiatric group. 
Discussion: We found, for the first time, elevated C5 levels in the CSF of patients with major 
psychiatric disorders. There may be two implications which could explain increased CSF C5 
levels in the patients with MDD and those with schizophrenia. First, increased permeability of 
blood-brain barrier (BBB) may have increased the transition of C5 molecule from the peripheral 
blood to the brain. Second, in the human, since the central nervous system (CNS) cells also 
produce components of the complement system under the appropriate stimulatory conditions, the 
increased production of C5 in the brain may contribute to the observed increase of CSF C5 levels 
in the patients with MDD and those with schizophrenia. In the present study, BMI showed a 
positive correlation with CSF C5 levels in the patients with MDD, those with BPD, and the 
controls. The mechanism of this correlation is unclear, however, several lines of evidence 
suggest that obesity could promote neuroinflammation and BBB hyperpermeability. 
Accumulating evidence indicates that obesity and mood disorders are linked and share a series of 
clinical, neurobiological, genetic and environmental factors. We also observed a positive 
correlation between CSF C5 levels and antipsychotic medication doses in the patients with 
schizophrenia, which raises the possibility that antipsychotics may increase C5 levels in the brain. 
Increased CSF C5 levels may lead to microglial migration and activation which alter immune 
condition and induce neuroinflammation in the CNS. Although in the present study, there was no 
association between CSF C5 levels and symptom scores in each psychiatric group, thorough 
investigation on the symptom, brain imaging and physiological tests of high CSF C5 patients are 
required in the future study. As treatment options for high C5 patients, C5, C5a, C5a receptor 
(C5aR), which induce microglia migration, and CD59, which inhibits MAC (membrane attack 
complex) formation, may be promising targets to inhibit complement cascade. 
Conclusions: The C5 levels in the CSF of patients with major psychiatric disorders were 
elevated. Our results suggest that activated complement system may be involved in a portion of 
patients with psychiatric disorders.  
論文審査結果の要旨 
目的：精神科の領域では、脳での免疫系の変化や神経炎症の存在の可能性が示唆されている。この問
題を明らかにするため補体系に注目し、髄液中の補体 C5タンパク (Cerebrospinal fluid complement 
C5 protein、以下 CSF C5 という) の濃度が主要な精神疾患でどのように変化しているのか調べた。 
方法：対象は年齢と性別、人種を合わせたうつ病患者 89 例 (平均 43.8 ± 10.4 歳; 男性 43 例) お
よび、躁うつ病患者 66 例 (平均 43.7 ± 12.3 歳; 男性 32 例)、統合失調症患者 96 例 (平均 40.1
±10.3 歳; 男性 58例)、健常者 117 例 (平均 42.5 ± 15.3 歳; 男性 66 例)。髄液は被検者から腰椎
穿刺で採取され CSF C5 の定量は抗原抗体反応を用いた ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) 
法を用いて行われた。 
結果：うつ病群および、躁うつ病群、統合失調症群、健常群での CSF C5 の平均濃度は、それぞれ、
317.7 ± 221.1 ng/mL および、278.3 ± 190.7 ng/mL、306.6 ± 204.7 ng/mL、218.7 ± 111.1 ng/mL
であり、健常群と比較して、うつ病群と統合失調症群で CSF C5 濃度が有意に高かった (それぞれ、
p<0.001、p=0.002)。健常群の CSF C5 濃度の上位 95 パーセンタイル (424 ng/mL) 以上を「C5 異常
高値」群とすると、健常群と比較して、いずれの疾患群でも「C5 異常高値」群の割合は高かった (う
つ病群: p<0.001 および、躁うつ病群: p=0.006、統合失調症群: p<0.001)。臨床変数 (clinical 
variables)と CSF C5 濃度との相関については、加齢および、男性、BMI の増加によって CSF C5 濃度
が高くなる傾向がみられた。CSF C5 濃度を従属変数とし、性別と診断を独立変数、年齢と BMI を共
変量として共分散分析を行った結果、CSF C5 濃度に対して有意に、性別が最も大きく影響し (F=35.2, 
df=1, p<0.001)、続いて年齢 (F=11.8, df=1, p=0.001)、BMI (F=8.37, df=1, p=0.004)、診断 (F=4.58, 
df=3, p=0.004) の順に影響した。この事後解析 (post-hoc analyses) では、健常群と比較して、う
つ病群と統合失調症群で CSF C5 濃度が有意に高かった (それぞれ、p=0.001、p=0.003)、しかし躁う
つ病群では有意な上昇はみられなかった (p=0.18)。他の相関解析では、統合失調症で抗精神病薬の
服薬量 (クロルプロマジン等価換算量: CPeq) とCSF C5濃度とが有意に相関した (Pearson’s r=0.31, 
p=0.002)。 
結論：うつ病群および、躁うつ病群、統合失調症で CSF C5 濃度は上昇していた。この結果は、疾患
横断的に、精神疾患の患者の一部で補体が活性化している可能性を示唆している。 
１．学位論文研究テーマの学術的意義。 
精神科の領域では、脳での免疫系の変化や神経炎症の存在の可能性が示唆されているが、本研究で
は、免疫の補体系に注目し、髄液中の補体活性の代表的指標である C5 タンパク (Cerebrospinal fluid 
complement C5 protein、以下 CSF C5 という) に注目し、その濃度が主要な精神疾患（うつ病、躁
うつ病、統合失調症）でどのように変化しているのか調べた点がこれまでにない新しい分析手法であ
り、臨床的視点に基づいた学術的意義の高い研究である。 
 
２．学位論文及び研究の争点，問題点，疑問点，新しい視点等。 
・prospective study にしては、61症例で body mass index が欠損している。研究デザインや実施能
力、モニタリングなどに問題があった可能性がある。 
・抗精神病薬の服用量と C5 上昇が相関しているのであれば、抗精神病薬を服薬していない対象群で
検討するべきではないか。または、多変量解析を加えるべきではないか。 
・疾患横断的（経時的）な C5変化を検討するべきであったのではないか。 
・日常臨床としては髄液の C5 を計測するのは侵襲的検査であり、今後の研究の発展も含めて手法と
して普及しがたいのではないか。 
・精神疾患が神経炎症を背景にしている可能性が高いのであれば、抗炎症剤や C5 抗体などによる治
療法開発が考えられるが、実際にはこれに関する基礎または臨床研究への発展性が描かれていない。 
 
３．実験及びデータの信頼性 
① 試験デザインについて：prospective study にしては、欠損値が多く、研究デザインや実施
能力、モニタリングなどに問題があった可能性がある。 
② 統計手法について：交絡性を確認した上で、多変量解析（分散分析）を加える必要がある。 
③ やや症例数が足りないため、有意差については解釈に注意が必要である。 
 
４．学位論文の改善点、等々。 
 上記１，２の課題を解決した新たな分析結果をまとめるべきである。学位発表の内容はすでに英文
誌に投稿済みで査読後受理されたと報告を受けたため、また新たな分析結果や研究成果を別の論文と
して投稿するべきである。 
 
５．総合判断 
 発表内容や現在投稿中の論文内容の一部に問題点は指摘されたが新規性が高い故の課題と考えら
れ、学位審査発表後に指摘された課題に対して真摯かつ適切な回答が速やかに得られ、投稿論文は英
文誌に受理され現在掲載待ちの状況であることからも、学位論文に相当するものと審査員全委員一致
で判断した。（２０１８年２月２０日） 


Increased cerebrospinal fluid complement C5 levels in major depressive disorder and schizophrenia

University of Yamanashi (山梨大学)博士(工学)医工博甲第443

Ghaju Shrestha, Rajani

氏 名  Rajani Ghaju Shrestha 
博士の専攻分野の名称  博士（工学） 
学 位 記 番 号  医工博甲 第４４３号 
学 位 授 与 年 月 日   平成３０年９月２７日 
学 位 授 与 の 要 件   学位規則第４条第１項該当 
専 攻 名  環境社会創生工学専攻 
学 位 論 文 題 目  Characterization of pathogenic bacterial community in water  
and fecal-source samples in the Kathmandu Valley, Nepal 
（ネパール・カトマンズ盆地の水および糞便汚染源試料中に 
おける病原細菌群集構造の解析） 
論 文 審 査 委 員  主査  准教授  原 本 英 司 
教 授  風 間 ふたば 
教 授  西 田 継 
准教授  田 中 靖 浩 
准教授  遠 山 忠 
北里大学医療衛生学部健康科学科教 授  清 和 成 
 
学位論文内容の要旨 
本学位論文は，ネパール・カトマンズ盆地の主要な飲料水源である地下水をはじめとす
る水試料，さらに，糞便汚染源試料における病原細菌群集構造を解析し，両者の関係性を
明らかにすることを目的としたものである。具体的には，水および糞便汚染源試料に対し，
次世代シーケンシング法とマイクロアレイ法を用いた病原細菌群集構造の解析，アルコバ
クター属細菌を幅広く検出可能な定量PCR 系の開発とその適用によるアルコバクター属細
菌の存在実態の解明，アルコバクター属細菌の病原性遺伝子や多剤耐性アシネトバクター
属細菌の定量検出，アルコバクター属細菌の遺伝子解析による微生物起源解析の有効性に
ついて研究が実施された。 
本論文は，全部で 9 章から構成されている。 
第 1 章では，研究の背景と目的が記されている。 
第 2 章では，研究対象とした病原細菌の特徴や環境動態等に関する既存の知見が体系的
に整理されており，研究分野内での本論文の位置付けや重要性が示されている。 
第 3 章では，次世代シーケンシング法や定量 PCR 法，マイクロアレイ法等の本論文で用
いられた研究方法が記述されている。また，研究で使用した水試料（373 試料；丸井戸，掘
り抜き井戸，公共水場，湧水，河川水および池水）と糞便汚染源試料（122 試料；下水，ブ
タ糞便，反芻動物糞便および堆肥，イヌ糞便，ニワトリ糞便および堆肥，カモ糞便）の採
取地点等の情報が記載されている。 
第 4 章では，次世代シーケンシング法を用いた細菌遺伝子（16S rRNA 遺伝子）の網羅
的検出と病原細菌遺伝子の同定を試みた結果がまとめられている。病原性を有する種を含
む細菌の属は，2014年および 2015年に採取した水試料からはそれぞれ 102種類と 86種類，
糞便汚染源試料からは 82種類が同定されており，病原細菌の多様性が示されている。特に，
多くの試料中でアシネトバクター属やアルコバクター属が優占していることが報告されて
いる。 
第 5 章では，アルコバクター属細菌を幅広く検出可能な定量 PCR 系を新たに設計し，高
い検出感度を有する手法の開発に成功している。開発した定量 PCR 系は，アルコバクター
属細菌の既知の種（22 種類）すべての増幅が可能なように設計されており，1 反応あたり
10 コピー以上の細菌遺伝子が存在すれば定量可能であり，定性的には 3 コピーでも検出可
能であることが示されている。 
第 6 章では，第 5 章で開発した定量 PCR 系を実際の水および糞便汚染源試料に適用した
結果を報告しており，水試料の 34%（114/336）と糞便汚染源試料の 32%（39/122）から
検出することに成功し，アルコバクター属細菌の新たな検出手法としての有効性が示され
ている。地下水の種類別では，丸井戸からの検出率が 41%（80/193）と最も高く，次いで
公共水場の 21%（5/24）であった。アルコバクター属細菌が検出された試料のうち，水試
料では 82%（94/114），糞便汚染源試料では 79%（31/39）の試料からアルコバクター属細
菌の病原性遺伝子（ciaB 遺伝子）が検出されている。また，水試料の 35%（13/37）から多
剤耐性アシネトバクター属細菌遺伝子（blaOXA23-like 遺伝子）が検出されており，これらの
病原細菌の汚染実態を定量的に明らかにすることに成功している。 
第 7 章では，微生物起源解析への利用可能性を検討するため，アルコバクター属細菌の
遺伝的多様性の解析を試みている。水試料と糞便汚染源試料から得られたアルコバクター
属細菌を塩基配列の相動性に基づいて操作的分類単位（OTU）に分類した結果，水試料と
糞便汚染源試料から共通して検出される OUT が見出され，これらの OUT を検出対象とす
ることで微生物起源解析が可能となることが示唆されている。 
第 8 章では，941 種類の病原細菌遺伝子の一斉検出が可能なマイクロアレイ法を用いるこ
とで，水および糞便汚染源試料における病原細菌の汚染実態を可視化し，宿主特異的に存
在する病原細菌を見出すことを試みている。9 種類のバイオセーフティレベル（BSL）2 と
1 種類の BSL3 を含む 19 種類の病原細菌が水試料と糞便汚染源試料のそれぞれ 70%以上か
ら検出され，ヘリコバクター・ピロリやクレブシエラ属，サルモネラ属等の水系感染性の
病原細菌も検出されることも報告されている。 
第 9 章では，多様な手法で解析された病原細菌の汚染実態に関して得られた知見を取り
まとめ，結論として示されている。本論文で初めて明らかとなったカトマンズ盆地の水試
料中における病原細菌の汚染実態に関する知見は，現地における病原細菌による水系感染
症リスクの高さを示唆するものであり，リスクを制御するための適切な対策を採ることの
重要性が提示されている。 
 
論文審査結果の要旨 
論文審査委員会により，本学位論文には，多岐にわたる研究成果が体系的に整理されて
示されており，優れた独創性と学術的新規性，工学的実用性が認められることが確認され
た。 
公聴会では，Ghaju Shrestha 氏による 40 分間の発表が行われ，研究背景から目的設定
に至った経緯，学位論文の構成，各章で用いられた研究手法の概略，研究結果とそこから
導かれる考察や結論が分かりやすくまとめられて説明された。続いて行われた 20 分間の公
開質疑では，論文審査委員を含む聴講者からの質問とそれに対する Ghaju Shrestha 氏から
の回答がなされた。 
公聴会に続いて，論文審査委員による最終試験が 30 分間にわたって行われた。各審査委
員からの講評と質問がなされ，それに対する Ghaju Shrestha 氏からの回答があった。公開
質疑と最終試験における主な質問と，Ghaju Shrestha 氏からの回答は以下の通りである。 
・ 次世代シーケンシング法とマイクロアレイ法の 2 種類の手法を用いて解析を行った理
由と，いずれの手法の使用が適しているのかについての質問があった。この質問に対し，
Ghaju Shrestha 氏は，両手法共に 16S rRNA 遺伝子を検出対象としている点で共通し
ているものの，マイクロアレイ法では既知の病原細菌遺伝子しか検出できないために病
原細菌のスクリーニングに適しているのに対し，次世代シーケンシング法では既知のも
のに加えて未知の病原細菌を検出することができ，さらに，総細菌濃度と解読塩基配列
数から細菌濃度を半定量的に得ることが可能なことから，未知微生物が存在し得る試料
に対しては次世代シーケンシング法がより有効となると回答した。 
・ 反芻動物の糞便試料に比べて堆肥試料から高頻度でアルコバクター属細菌が検出され
ている理由について質問があり，Ghaju Shrestha 氏より，堆肥中でアルコバクター属
細菌が増殖している可能性があり，堆肥による地下水汚染の影響が大きく，適切に管理
することの重要性がある旨回答がなされた。 
・ アルコバクター属細菌に加えて，アシネトバクター属細菌を用いた微生物起源解析が可
能であるかどうかについての質問があった。この質問に対し，Ghaju Shrestha 氏より，
アシネトバクター属細菌には糞便のみならず環境由来のものも多く存在することから，
微生物起源解析に用いることは難しいと考えられるものの，薬剤耐性細菌に限定すれば
利用できる可能性があり得るとの回答があった。 
・ 今後の研究成果の実社会への活用方策についての質問があり，Ghaju Shrestha 氏より，
本論文で強く示唆された糞便汚染源試料から地下水試料への病原細菌の移送経路の存
在により，ヒト由来のみならず動物由来の糞便汚染も適切に管理することの重要性が示
されていることから，論文発表等を通じて研究成果を現地に発信していくことが重要で
ある旨回答がなされた。 
以上のように，本最終試験において，Ghaju Shrestha 氏は自身の研究分野についての深
い知識と経験を得てきており，研究方法や結果，考察の妥当性を客観的に評価し，それを
的確に伝えるための高いコミュニケーション能力を有していることが確認できた。また，
博士論文に記載されている研究成果は，筆頭著者として査読論文 3 編（うち 1 編は審査中），
国際会議での発表 7 件として発表されており，研究者として将来性のある高い研究遂行能
力を有していると判断された。したがって，本審査委員会は，Ghaju Shrestha 氏は博士（工
学）の学位を取得するに相応しいと認め，合格と判断した。 
 


Characterization of pathogenic bacterial community in water and fecal-source samples in the Kathmandu Valley, Nepal

University of Yamanashi (山梨大学)博士(工学)医工博甲第436

西川, 亮介

Research and Development of Ni/BaCe0.5Zr0.3Y0.2O3-δ Hydrogen Electrode with Fused-Aggregate Network Structure for Proton-Conducting Solid Oxide Cells

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医学)医工博4甲第248

横井, 優磨

氏        名    横井 優磨 
博士の専攻分野の名称    博 士 ( 医 学 ) 
学 位 記  番  号    医工博４甲 第 248 号 
学 位 授 与 年 月 日    平成 30 年 12 月 5 日 
学 位 授 与 の 要 件    学位規則第４条第１項該当 
専    攻    名    先進医療科学専攻 
学  位  論 文  題 名    Discrete effect of each mild behavioral impairment category 
among mild cognitive impairment patients on dementia 
conversion or cognitive decline                   
(Mild Behavioral Impaiment の各領域による認知機能低下や認
知症発症リスクの違い) 
 
論  文  審 査  委 員     委員長  教 授  小田 賢幸 
              委 員  病院准教授     金丸 和也 
委 員  講 師  金村 英秋 
 
 
学位論文内容の要旨 
（研究の目的） 
 精神症状は認知症スペクトラムにおける神経変性の臨床的表出と考えられている。認知症患者では
精神症状は一般的で、機能低下や早期の在宅医療の断念、早期の死亡など関連する予後不良因子とし
て考えられており、家族の介護負担とも関連があるとされる。 
 一方近年の研究では認知症発症前の軽度認知障害（MCI）や認知機能が正常な患者でも、認知症の
発症と精神症状のリスクが考えられている。例えばうつは4.0%の寄与リスクがあるとされている。し
かし精神症状はMCI患者においても多様な症状を示すため、精神症状の認知症発症に対するリスクは
それぞれ異なると考えられる。MCIに対する精神症状の臨床的意義について再構成する研究がいくつ
か進められており、その流れの中でMild Behavioral Impairment(MBI)の概念が導入された。MBIでは
5つの領域（1.意欲の低下、2.感情調節の異常、3.衝動制御の異常、4.社会的に不適切な行動、5.異
常な知覚・思考内容）が定義された。精神症状と認知症発症リスクの関係についての研究は日本人の
データで行われたものは少なく、今回我々はJ-ADNI（Japanese Alzheimer’s Disease Neuroimaging 
Initiative）のデータを解析し、MBIの各領域の症状の存在がMCIにおいて認知症への進行または認知
機能低下との関係が見られるかどうかについて検討を行った。 
 
（方法） 
 J-ADNIは認知機能正常、MCI、及び軽度アルツハイマー病患者を対象にした前向きコホート研究で、
2008年から2013年まで国内38施設で537人を最大3年間フォローアップした。MCIは234名のデータが集
められた。診断は参加施設の主治医によって行われ、認知機能評価（CDR, MMSE, ADAS-Cog）に加え
て精神症状（NPI-Q, GDS）が行われた。NPI-Qの12項目をMBIの5領域に対応させ（1.意欲の低下：ア
パシー・無気力、2.感情調節の異常：抑うつ・不安・多幸・易刺激性、3.衝動制御の異常：興奮・攻
撃性・行為の異常・食欲と食行動の異常、4.社会的に不適切な行動：脱抑制、5.異常な知覚・思考内
容：幻覚・妄想）、観察期間のベースラインにそれぞれの症状が存在したかどうかで比較を行った。 
 統計解析にはSTATA version 14およびSAS version 9.4を用いた。Cox回帰分析による単変量解析お
よび単変量解析でp<0.05とリスクが示唆されたものを含めた多変量解析を行った。また過去の研究か
らMMSE, Hachinskiスコア、CDR-SB、年齢、GDS、教育年数、精神科既往歴、喫煙歴、内分泌疾患既往
歴を既知のリスクとして挙げ、それらを共変量として調整に用いたモデルによる多変量解析も行った。  
 認知機能の評価尺度であるMMSE、ADAS-Cogの変化量についても調べるため線形混合効果モデルによ
る解析を行った。群、時間（6、12、18、24、36ヶ月後）、および群と時間の交互作用が固定効果と
して用いられた。Cox回帰分析と同様の既知のリスクも共変量としてモデルに投入された。 
（結果） 
 単変量によるCox回帰分析では5つの領域の中で異常な知覚または思考内容のみが統計学的に有意
ななハザード比(2.915, p<0.001)であった。p<0.05の項目を全てモデルに投入した多変量Cox回帰お
よび既知のリスクの一部を投入したモデルではそれぞれ2.713(95%CI 1.133-6.497)および
2.507(1.078-5.831)と統計学的に有意なハザード比を示した。既知のリスクの全てを投入したモデル
では1.966(0.798-4.844)と臨床的に有意な値ではなかった。その他の領域はモデル投入後も統計学的
な有意差を示さなかった。 
 MMSEおよびADAS-Cogの変化では、意欲低下が6ヶ月後(-0.944, p=0.024)および24ヶ月後(-1.621, 
p=0.012)で大きな低下を見せたが、多重検定を調整すると有意差は消失した。その他の領域はMMSE、
ADAS-Cogともに群間に大きな違いが見られず、意欲低下もADAS-Cogでは有意な違いが見られなかった。 
 
（考察） 
 我々のデータでは異常な知覚または思考内容のみが統計学的に有意な認知症への移行リスクであ
った。これは海外で行われた同様のコホート研究（US-ADNI研究、NACCコホート）でも同様である。
またMCI患者の中での異常な知覚または思考内容を持つ患者の頻度（本試験では3.0%）は他の研究
（US-ADNIでは1.6%、NACC研究では3.4%）と大きく異なることはなく、低かった。 
 認知機能の評価尺度への影響は全ての領域で認められなかった。異常な知覚または思考内容におい
ても認知機能への影響は低かった可能性があり、診断への影響は認知機能ではなく生活機能への影響
と考えられた。 
 
（結論） 
 今回の研究では異常な知覚または思考内容はMCIにおける認知症発症のリスクと考えられたが、認
知機能を下げることによるリスクではない可能性がある。 
 
 
論文審査結果の要旨 
横井氏は J-ADNI のデータを用いて、認知症のリスク因子としての mild behavioral 
impairment(MBI)の各ドメインの優位性を検証した。Mild cognitive impairment (MCI)と診断された
234 名から 101 名が認知症を発症し、発症者と未発症者について５つの MBI ドメイン、decreased 
motivation, affective dysregulation, impulse dyscontrol, social inappropriateness, abnormal 
perception or thought content(PTC)について多変量解析を行ったところ、abnormal PTC のみが有
意なリスク因子であると判明した。 
 
金丸委員 
質問１ J− ANDI のサンプル群を AD, MCI, normal と分類するにあたって、医師の臨床診断に基づい
ているとのことであるが、診断基準は J-ANDI において定義されているのか。 
 
回答１ J-ANDI のプロトコルにはそれらの定義が明文化されていない。ただし各群の CDR スコアか
ら判断すると、妥当な分類が行われていると考えられる。 
 
質問２ NPI-Q について、認知症を発症した時期について考慮したか。 
 
回答２ NPI-Q は６ヶ月ごとに行っており、Cox regression analysis において、時間軸を考慮した
解析を行っている。 
 
質問３ 多変量解析において、結果の異なる 3つの model を提示するのは混乱を招く。 
 
回答３ Model 1 において、臨床上関係のあるリスク因子をすべて計算に入れたところ、有意性を示
すことが出来なかった。Model 2 においてリスク因子を取捨選択して有意差を出せたが、恣意的な選
択と批判される恐れがあった。そこで model 3 において、単変量解析で 5%有意であった因子のみを
機械的に選択したところ、有意差を出すことが出来た。しかしこの選択に恣意性が無いとも言い切れ
ないので結論の表現を弱めている。 
 
質問４ Abnormal PTC 陽性の群が認知症発症群 101 名中 6 名しかいないことについて、臨床的意義
はあるのか。 
 
回答４ J-ANDI 全サンプルから MCI 群を選択するにあたり、脳の器質的疾患の既往がある者を排除
するなど、厳しい選択を行っており、MCI 群はかなり健常者に近い。実臨床では健常者の割合は低い
はずであるので、abnormal PTC 因子の感度は上がると期待される。 
 
金村委員 
質問１ MCI の定義として日常生活に支障をきたさない程度の自立性と規定されているが、この自立
性の定義は標準化されているのか。 
 
回答１ Petersen 1995 において、ある程度の標準化が試みられているが、男女差や国家間の社会性
の違いから曖昧な部分が多い。J-ANDI においても定義の統一は図られているものの、ブレがあるこ
とは否めない。 
 
質問２ Abnormal PTC のみが認知症の有意なリスク因子だったという結論について、臨床的な解釈
はできるのか。 
 
回答２ MBI の５つのドメインの中で、abnormal PTC はストレスなどの環境に最も左右されにくい因
子であると同時に脳の器質的変化を最も反映していると考えられる。よって、５つのドメインの中で
abnormal PTC が認知症と強い相関を示したことは精神科の臨床感覚にも合致している。 
 
小田委員 
質問１ 論文投稿中とのことだが、reviewer からどのようなコメントを得たか。 
 
回答１ 手法、結果に問題は無いが、強い新規性に欠けるとの指摘があり、major revision後にreject
となった。現在、別の journal に再投稿している。 
 
質問２ Abnormal PTC 陽性群が、他の４つの因子陽性群と比較して非常にサンプル数が少ない。
Abnormal PTC のみが有意なリスク因子となったのはサンプル数の少なさが影響しているのではない
か。 
 
回答２ その可能性は考慮したが、解析上は十分な有意性が出ている。 
 
質問３ 多変量解析のときに multiplicity を考慮したか。 
 
回答３ ５つの因子が独立でないことは認識している。解析の性質上不可避であると考える。 
 
質問４ NPI-Q が対象者の家族による入力であることは国際的に標準的な方法なのか。 
 
回答４ 国際的に受け入れられた方法である。MBI を家族に判断させるのは、バイアスや標準化に問
題があるが、MBI は常に表出する症状ではないので、医師よりも対象者と生活を共にしている家族の
方が気づきやすいという点が重視されている。 
 
以上、委員の質問に対し十分な回答を得た。 
 
 


Discrete effect of each mild behavioral impairment category among mild cognitive impairment patients on dementia conversion or cognitive decline

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医科学)医工博甲第428

TRAN, NGUYEN  QUOC VUONG

氏        名    TRAN NGUYEN QUOC VUONG 
博士の専攻分野の名称    博 士 ( 医科学 ) 
学 位 記  番  号    医工博甲 第４２８号 
学 位 授 与 年 月 日    平成３０年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件    学位規則第４条第１項該当 
専    攻    名    人間環境医工学専攻 
学  位  論 文  題 名    Pre-treatment with amitriptyline causes epigenetic 
up-regulation of neuroprotection-associated genes and has 
anti-apoptotic effects in mouse neuronal cells 
(抗精神病薬アミトリプチリンはエピジェネティクス機構を介し
て神経細胞死を抑制する) 
 
 
論  文  審 査  委 員     委員長  教 授  平田 修司 
委 員  准教授  北間 敏弘 
              委 員  講 師  三枝 岳志 
 
 
学位論文内容の要旨 
(Background) 
Antidepressants, such as imipramine (Imi) and fluoxetine, are known to alter gene 
expression patterns by inducing changes in the epigenetic status of neuronal cells. There 
are also some evidences for the anti-apoptotic effect of various groups of antidepressants; 
however, this effect is complicated and cell-type dependent. Further, it is unclear whether 
epigenetic effect is a general characteristic and is related to the anti-apoptotic effect of 
antidepressants. Tricyclic antidepressant (TCA) family, in particular, amitriptyline (Ami), 
is suggested to have advantages in treatment of neurodegenerative disorders. 
(Objects) 
We examined whether Ami has an anti-apoptotic effect via epigenetic mechanisms by the 
following objects: 
1. Examine changes in gene’s expression in mouse primary neocortical neuronal cultures 
(PNC) after treatment with TCAs, Ami and Imi, 
2. Elucidate the epigenetic effects of Ami at genes related to neuroprotection, 
3. Anti-apoptotic effect of Ami in cell models of Parkinson disease (PD) and Alzheimer 
disease (AD). 
(Methods) 
PNC were prepared from ICR mouse fetuses on embryonic day 15. Cells at in vitro day 3 
were treated with either 5 µM Imi or Ami for 48 h. To examine genes expression, DNA 
microarrays were performed. Then, chosen genes was confirmed at mRNA and protein 
levels using quantitative polymerase chain reaction (qPCR) and Western blot (WB) with 
proper primers and antibodies, respectively. 
For epigenetic experiments, chromatin immunoprecipitation assays (ChIP) follow by qPCR 
was performed with antibodies for histone H3 lysine 9 acetylation (H3K9ac), histone H3 
lysine 27 acetylation (H3K27ac), or histone H3 lysine 4 trimethylation (H3K4me3). 
To investigate the neuroprotective effect, after treatment with Ami, cells were treated with 
1-methyl-4-phenylpyridinium ion (MPP+) or beta amyloid 1-42 (Aβ1-42) as models for PD 
and AD, respectively. Cell death ratio was determined using MTT reduction and 
LDH-release assays. We performed WB for cleavage caspase 3, extracellular signal 
regulated kinase 1 and 2 (ERK1/2), phosphorylated ERK1/2 (p-ERK1/2), cAMP response 
element binding protein (CREB) and p-CREB to elucidate the molecular pathway. 
(Results) 
Performing global gene expression analysis, we found that 17 up-regulated genes and 27 
down-regulated genes responded to both Ami and Imi. Among genes that were 
up-regulated, we selected three neuroprotection-associated genes, namely Activating 
transcription factor 3 (Atf3), Heme oxygenase1 (Hmox1), and Growth/differentiation factor 
15 (Gdf15) for biological validation with qPCR and WB. Atf3 and Hmox1 were 
up-regulated at both mRNA and protein levels by treatment with Ami, while Imi only 
up-regulated Hmox1. None of the two drugs significantly up-regulated Gdf15 at protein 
level, thus we excluded Gdf15 from our study. 
ChIP-qPCR revealed that Ami increased enrichments of H3K4me3 and H3K9ac, which 
indicates an active epigenetic status, in the promoter regions of Atf3 and Hmox1.  
Ami pretreatment attenuated MPP+- or Aβ1-42- induced neuronal cell death and reduced 
cleaved caspase 3, a critical marker for neuronal apoptosis. Pretreatment with Ami did not 
affect the p-ERK1/2 in control cells but significantly inhibited the activation of ERK1/2 in 
MPP+ or Aβ1-42 treated cells. Moreover, CREB was not affected by Ami. 
In addition, we found that Atf3 and Hmox1 were also up-regulated after Aβ1-42 treatment, 
and were further increased when pre-treated with Ami. Interestingly, the highest 
up-regulation of Atf3 and Hmox1, along with the loss of neuroprotective effect, were 
observed after co-treatment with Aβ1-42 and Ami. 
(Discussion) 
In this study, we found neuroprotection genes are commonly up-regulated in neurons after 
treatment with Ami and Imi, supporting the reported neuroprotective effect of these drugs. 
We discovered that Ami induced enrichments of active histone marks, which caused 
up-regulation of Atf3 and Hmox1. To our knowledge, this is the first report on histone 
alterations by Ami. Lastly, we showed that Ami has anti-apoptotic effect in neuronal cells, 
which is related to MAPK/ERK1/2 pathway. It is known that activation of ERK1/2 may 
lead to pro-apoptosis (caspase 3) or anti-apoptosis (CREB). In our study, we showed that 
Ami only inhibited the ERK1/2/Caspase 3. Further, the neuroprotection can only be 
achieved by pretreatment with Ami, which induced changes in genes expression without 
harming cell viability. This observation was in line with the notion of preconditioning 
effect. Therefore, we suggested a preconditioning effect of Ami, which warrants further 
investigation. 
Our study has some limitations: (1) we only examined drugs at one time point and one 
concentration, (2) Effects were observed on neurons at in vitro day 3, and (3) roles of Atf3 
and Hmox1 in the effects of Ami are not fully understood. 
(Conclusion) 
Our results suggest that epigenetic up-regulation of Atf3 and Hmox1 genes may underlie the 
neuroprotective effect of Ami. The neuroprotection of Ami may be accomplished by a 
preconditioning effect that related to Atf3 and Hmox1. However, further studies on Atf3 and 
Hmox1 knockout, as well as over expression, are needed to clarify the roles of these genes in 
the pathway of preconditioning and neuroprotective effects of Ami. 
 
論文審査結果の要旨 
 抗鬱薬は神経細胞のエピジェネティックな変化を介した遺伝子発現パターンを変化させることが
知られており、一部の抗鬱薬では抗アポトーシス的な効果があることが示されてきた。しかしながら、
これらの作用機序は複雑であり詳細は明らかにされていない。本論文では、三環系抗うつ薬の一つで
あるアミトリプチリンについて、まず、マウスの新皮質由来の初代培養神経細胞の遺伝子発現の変化
に及ぼす影響について解析し、つづいて、神経保護作用と関連する遺伝子発現のエピジェネティック
な変化について検討し、さらに、パーキンソン病やアルツハイマー病の細胞モデルにおいて抗アポト
ーシス的な効果の有無について検討した。 
 まず、DNA マイクロアレイを用いて、アミトリプチリンまたはイミプラミンによってマウスの新皮
質由来の初代培養神経細胞において発現が変化する遺伝子を検出し、さらに定量的 PCR ならびにウ
エスタンブロットを用いて、mRNA レベルおよびタンパクレベルが変化する遺伝子を確定した。その
結果、アミトリプチリンによっては Atf3 および Hmox1 の発現が増加するが、イミプラミンでは 
Hmox1 の発現のみが増加した。つづいて、ChIP-qPCR による解析の結果、アミトリプチリンは Atf3 お
よび Hmox1 のプロモータ領域のヒストンを修飾していることが明らかになった、さらに神経毒性の
ある MPP+ および A 1-42 の作用はアミトリプチリンによる前処理によって減弱することが示された。
この減弱は ERK1/2 の活性化の抑制の結果、神経細胞のアポトーシスのマーカーである cleaved 
caspase 3 の減少によるものであることが示された。なお、Atf3 および Hmox1 の発現は A 1-42 に
よっても増加し、さらに、A 1-42 とアミトリプチリンの同時投与によりさらに増加した。 
 以上の実験結果から、アミトリプチリンがヒストンの修飾を介して Atf3 および Hmox1 の発現を
増強することが明らかになったが、アミトリプチリンによるヒストンの修飾についてこれまでに報告
はない。また、アミトリプチリンが ERK1/2 の活性化による  cleaved caspase 3 の増加を抑制する
ことによって抗アポトーシス的な効果を発揮することが明らかにされた。さらに、アミトリプチリン
の神経保護作用は事前投与によってのみ認められることが明らかにされた。 
 本研究では、アミトリプチリンの効果発現における Atf3 および Hmox1 の作用は解明できていな
いものの、アミトリプチリンによるによるエピジェネティックな変化をはじめて明らかにした点、ま
た、アミトリプチリンが ERK1/2/cleaved caspase 3 の増加抑制によって抗アポトーシス的な効果を
発現することを初めて明らかにした点から、博士論文として妥当なものであると判断された。 


Pre-treatment with amitriptyline causes epigenetic up-regulation of neuroprotection-associated genes and has anti-apoptotic effects in mouse neuronal cells

University of Yamanashi (山梨大学)博士(工学)医工博甲第441

北村, 睦美

 
 
 
氏 名  北村 睦美 
博士の専攻分野の名称  博士（工学） 
学 位 記 番 号  医工博甲第４４１号 
学 位 授 与 年 月 日  平成３０年９月２７日 
学 位 授 与 の 要 件  学位規則第４条第１項該当 
専 攻 名  機能材料システム工学専攻 
学 位 論 文 題 目  高速 IGBT の低損失化に関する研究 
 
論 文 審 査 委 員  主査  教 授  鍋谷 暢一 
教 授  矢野 浩司 
准教授  村中 司 
准教授  小野島 紀夫 
特任教授 松本 俊 
准教授  佐藤 隆英 
 
学位論文内容の要旨 
地球温暖化を抑制し、安全安心で持続可能な社会の実現のために、パワーエレクトロニ
クス技術が世界的に非常に期待されている。  
パワーエレクトロニクスとは、パワー(電力)、エレクトロニクス(電子工学)、制御など
の複合領域であり、エレクトロニクス制御による電気エネルギーの変換技術である。パワ
ーエレクトロニクス技術を使って、電気エネルギーを必要な電流、電圧、周波数、または
直流から交流へ、逆に交流から直流へ変換することで、電力を効率よくコントロールし、
省エネルギー化や電力の安定化実現することができる。例えば、風力発電や太陽光発電な
どの再生可能エネルギーの利用、化石燃料使用量とCO2排出量削減のためのハイブリッド自
動車化や電動自動車化、省エネルギーのためのエアコンなど電気機器のインバータ化など
である。  
パワー半導体は、そのパワーエレクトロニクス技術のキーデバイスであり、パワー半導
体によってパワーエレクトロニクス製品の性能が左右されるといっても過言ではない。 
パワー半導体とは、その名前の通りパワー=電力を制御する半導体であり、メモリやマイコ
ンなどの信号を扱う半導体とは、用途やデバイス構造、製造方法など異なっている箇所が
多い。特に、メモリやマイコンなどのロジックデバイスは、電源電圧1V以下と低電力で、
また、動作周波数は数MHzで動作するASICから最新のCPUでは数GHzのものもある。一方、パ
 
 
 
ワー半導体は、電源電圧は数Vの低電圧から10万V以上の高電圧、電流は数Aの低電流から数
百Aの大電流と広範囲にわたり、動作周波数は数kHz～100MHz以下と比較的遅い。  
デバイス動作の大きな最も違いは、 (1)ロジックデバイスは半導体素子の再表面を電流
が流れるのに対して、(2)パワー半導体は裏面から表面に向かって縦方向に電流が流れるこ
とである。パワー半導体は、高電圧大電流を流すために、基板の縦方向も使って、チップ
全体で電流を流している。ただし、窒化ガリウム(GaN)パワー半導体では、基板の結晶欠陥
の問題により電流がデバイス表面だけ流れる構造のものもある。  
製造方法の特徴は、ロジックデバイスでは微細な加工プロセスを使って、1チップ内によ
り多くのセルを形成し、多層配線によってセルを配線しているのに対し、パワー半導体で
はロジックデバイスと比較すると微細化はそれほど重要ではない。電流を縦方向に流すた
め、基板厚を薄化し、表裏両面に電極が形成されている。 
 一方で、従来からのSiパワー半導体も、その使いやすさとコストの面から、依然として
パワー半導体市場のほとんどを占めている。数V～900V程度までは
Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET)、600V程度～6500V程度ま
ではInsulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)、それ以上ではサイリスタが主に使われ
ている。MOSFETとIGBTのデバイス構造は似ており、決定的な違いは、裏面電極側に、P層が
形成されていないのがMOSFET、形成されているがIGBTである。MOSFETもIGBTも、表面側が
グランド側で、裏面側が印加側であり、ゲート電極が形成されている。MOSFETは、グラン
ド側をソース、印加側をドレインと呼ぶことが一般的であるのに対し、IGBTはバイポーラ
素子のため、グランド側(接地側)をエミッタ、印加側をコレクタと呼ばれている。  
、MOSFETは、ゲート電極がオンすると、ソースからゲート電極近傍に形成されるチャネル、
ドリフト層を通ってドレインへ電子が流れる。なお、電流の向きはプラス方向からマイナ
ス方向のため、電子の流れる向きとは逆に、電流はドレイン側からソース側に流れる。
MOSFETでは、比較的耐圧が低いため、耐圧を保持するドリフト層の厚さはそれほど必要で
はないが、必要な厚さまで薄くしたウエハの製造は困難なため、高濃度な基板上に必要な
耐圧とオン抵抗を得るために厚さと濃度を最適化されたドリフト層が形成さ  
れている。パワーMOSFETは、よりよい特性(耐圧とオン抵抗のトレードオフがよいこと)を
得るために、2種類のテクノロジーが使われている。耐圧数百ボルトでは、スーパージャン
クション構造が、耐圧数十ボルトから100ボルト程度までは図1-3(2)に示すようなトレンチ
の中に、ソース電極を形成する構造が使われている。  
一方 IGBT も、ゲート電極がオンすると、エミッタからコレクタ方向へ向かって電子が流れ
る。IGBT では、裏面側に薄い P 領域が形成されており、エミッタ側の P 領域―ドリフトの
N領域―裏面側の P領域によって PNP トランジスタが形成されている。電子がドリフト層を
 
 
 
流れることにより、この PNP トランジスタのベースに電流が注入されるため、PNP トランジ
スタがオンし、コレクタ側から正孔(ホール)が Nドリフト層を通ってエミッタ側へ流れる。
つまり、MOSFET は電子しか流れなかったのに対して、IGBT は電子とホールの両方が流れる
バスボーラ素子である。電子とホールの両方が電流に寄与するため、MOSFET と比較してよ
り大きな電流を流すことができる。 
 本研究では IGBT の高速化での低損失化に関する研究を行った。 
 
論文審査結果の要旨 
素子の長期信頼性、破壊耐量、使いやすさなどで、従来からのSiパワー半導体も当面は
市場の大半を占め続けることになる。特に、再生可能エネルギーや電動自動車(モーター駆
動用インバータ)では、その電圧、電流からIGBTが一般的に使われる。これまでIGBTは低動
作周波数で使われることが多かったが、最近は、インバータやモーターの高効率化やパワ
ーエレクトロニクス機器の小型化など高周波で使われる用途も多くなり、IGBTデバイス自
体の高速化要求も高まっている。そこで、IGBTの高速化に適した新構造についてシミュレ
ーションののち、デバイスを試作し実測結果を示した。  
従来構造であるMicro-P構造改良したトレンチシールドゲートIGBTは、ミラー容量をゲー
ト-エミッタ容量に置き換えることでその特性を改善できる。Micro-P IGBTと比較すると、
Vonは0.15V低減でき、またdv/dtが大きくなるためEoffを11%できるため結果として、
Von-Eoffトレードオフを25%改善できた。  
一方、フローティングP構造を改良したホールパスIGBTは、ターンオフ時過剰なホールを引
き抜く領域を形成することで、フローティングP構造の欠点であるdIc/dt制御性の悪化を解
決した。Micro-P IGBTと比較して、Vonを0.4V低減できた。  
トレンチシールドゲートIGBTは600Vクラス、ホールパスIGBTは1200Vクラスで設計、試作
を行ったため、デバイス特性における両者の定量的な比較はできないが、製造プロセスの
安定性や設計の自由度の観点からホールパスIGBTの方が優れていると考えられる。今後は、
両者の定量的な比較を進めていきたい。  
 SiC や GaN が主流になるまでには、まだ課題があり、いくつかのブレークスルーが必要で
ある。それまでの間、さらに Si-IGBT を少しでも特性改善して、地球環境の保全に役立ち
た。 
 審査員はこの内容を勘案し、修了と認めた。 


高速IGBTの低損失化に関する研究

University of Yamanashi (山梨大学)博士(工学)医工博甲第444

DAO, THI HUE

Investigation on appropriate water allocation for solving water use conflict in a salinity intrusion area

University of Yamanashi (山梨大学)博士(工学)医工博甲第433

University of Yamanashi

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