脳虚血・神経保護研究

 

脳虚血・神経保護研究

脳血管障害(脳卒中)は,脳の血管がつまる⇒“脳梗塞”か,破れる⇒“脳出血”に大きくは分けられます.日本人の死因の第四位,寝たきりの原因では第一位の疾患です.単に脳血管が障害されるといっても,実はその病態は複雑であること,また,一度発症すると根治が難しいという固定観念から,学問的にも臨床的にもアプローチが難しい分野でした.

しかし,近年CT・MRIや超音波検査を中心とした急速な画像診断学の発達,新たな血栓溶解薬(tPA)の普及,脳血管内カテーテル治療により急性期治療は大きく変換を迎えております.

私たちは,主に脳卒中の70%を占める脳梗塞の治療を目指した病態解明,治療応用の検討を行い,急性期の脳保護薬の開発,慢性期の機能回復を目指した細胞療法の研究を行っております.いわば,脳の持つ可塑性の機序を脳血管障害の病態・治療法開発からアプローチしております.

1.急性期のtPAに併用する保護薬開発

tPA投与により,閉塞血管を再灌流させ,治療効果を認める例がいる一方で,治療可能時間は発症からわずか4.5時間です.そのため,治療恩恵にあずかれる症例は全脳梗塞例のわずか5~10%です.脳保護薬の開発が,tPA療法の治療可能時間を延ばし,治療患者を増やすという戦略から,保護薬の検討を行ってきました.

1)血管内皮増殖因子(VEGF)の阻害(第37回日本脳卒中学会・日本心臓財団草野賞受賞)
2)血管安定化因子アンギオポイエチン-1の補充
3)脳保護に関与する成長因子プログラニュリン(第29回成人血管病研究振興財団 岡本研究奨励賞) 

2020年の現在では,血管内治療(血栓回収術)+tPAが,血栓溶解薬tPA単独の治療効果に勝ることがわかり,前者の適応が増えてきています.しかしながら,保護薬併用の私たちが示してきたアイディアは,血管内治療に併用する保護薬の開発にもつながっております.

2.慢性期の機能回復を促進する細胞療法

 脳卒中では,急性期の治療を行っても,半数以上は何らかの後遺症を残します.現在は,リハビリ以外,機能回復させる治療は,ありません.機能回復させる治療法の確立が求められております.脳梗塞の機能回復を目指す戦略の一つとして,梗塞部位の血管新生を促進させるという考えがあります.しかし,薬剤で血管を増やすことは,血液脳関門の存在や副作用の点で困難です.

 私たちは,細胞療法として,ミクログリアや類似した性質も持つ末梢血単核球に着目した研究を行っております.理由は,1. VEGF,トランスフォーミング増殖因子(TGF)-b,マトリックス・メタロプロテナーゼ(MMP)-9といった血管新生を促進する因子の分泌源となること,2. 脳梗塞後に病変辺縁に集まる性質があること,3. 脳保護的な性質を持つタイプも存在することにより,有効な効果が期待できるためです.

1)低酸素低糖刺激(OGD)組織保護的ミクログリア投与による機能回復療法
(第1回 日本脳循環代謝学会 学会賞受賞,日本医師会 医学研究奨励賞  受賞)

適度なOGD刺激で,ミクログリアをVEGF,TGF-β,MMP-9を分泌する組織に対して保護的に作用する極性に変化することを示しました.この保護的ミクログリアを脳梗塞1週間後に,動脈投与することで,1.脳梗塞病変に集簇すること,2.脳内でも,ミクログリアや単球/マクロファージの極性を保護的に変化させること,3.脳梗塞病変でVEGF,TGF-β,MMP-9を増やし,4.神経軸策の伸展や血管新生を促進し(図1A),脳梗塞28日後の機能予後を有意に改善させる事を示しました(図1B).

脳虚血Fig1

図1.ミクログリアを用いた機能回復を促進する細胞療法

2)OGD組織保護的単核球投与による機能回復療法

ミクログリアは生体から採取することは困難です.より簡便に取得できる細胞として,ミクログリアに性質が類似した末梢血単核球に注目し,OGD刺激後の単核球を用いた検討で,以下の知見を報告しました.

1.薬剤を使用しない簡単な刺激により,末梢血単核球が血管新生を促進し,神経軸索を進展させる組織を修復する能力を獲得することを初めて明らかにしたこと.

その機序として,

1)組織修復因子(VEGF, TGF-β)の分泌
2)MCP-1を介した血液脳関門通過能の獲得
3)多能性幹細胞SSEA-3陽性細胞(Muse細胞)数の増加

これらの作用を介してOGD刺激末梢血単核球は脳内移行し,血管新生,神経軸索進展を促進し,脳梗塞後遺症を改善させることを示しました.

脳虚血Fig2 脳虚血Fig3 

図2.末梢血単核球を用いた機能回復を促進する細胞療法

簡便に最適な細胞に修飾し,細胞調整センターのない一般病院でも可能な細胞療法を目指して検討を進めております.

  1. 脳梗塞新規診断バイオマーカーの探索

 脳梗塞では,発症早期には診断が難しい症例も経験します.病態に基づき,早期に適切な診断,病型分類することが,的確な治療選択につながります.私たちは,血管障害の病態を鋭敏に反映して,局所の炎症応答が生じるという仮説のもと,発症24時間以内のバイオマーカーの検討を行いました.その結果,炎症反応蛋白の一つであるペントラキシン3(PTX3)が,早期の診断困難な脳梗塞の一病型,branch atheromatous disease(BAD)の新規バイオマーカーであることを報告しました(Eur J Neurol in press).

Fjg4脳虚血Fig5

 私たちは,基礎研究の病態機序解明から,臨床応用を目指して,検討を進めております.研究グループでは,他大学,他施設とも緊密に共同研究を行っております.

発表論文

  1. Itaru N, Kanazawa M, Uemura M, et al. Elevated serum pentraxin 3 levels might predict the diagnosis of branch atheromatous disease at a very early stage. Eur J Neurol. 2020 in press.
  2. Hatakeyama M, Ninomiya I, Kanazawa M. Angiogenesis and neuronal remodeling after ischemic stroke. Neural Regen Res. 2020;15:16-19.
  3. Hatakeyama M, Kanazawa M, Ninomiya I, et al. A novel therapeutic approach using peripheral blood mononuclear cells preconditioned by oxygen-glucose deprivation. Sci Rep. 2019;9:16819.
  4. Kanazawa M, Takahashi T, Ishikawa M, et al. Angiogenesis in the ischemic core: A potential treatment target? J Cereb Blood Flow Metab. 2019;39:753-769.
  5. Kanazawa M, Ninomiya I, Hatakeyama M, et al. Microglia and monocytes/macrophages polarization reveal novel therapeutic mechanism against stroke. Int J Mol Sci. 2017;18:E2135.
  6. Kanazawa M, Miura M, Toriyabe M, et al Microglia preconditioned by oxygen-glucose deprivation promote functional recovery in ischemic rats. Sci Rep. 2017;7:42582.
  7. Kanazawa M, Takahashi T, Nishizawa M, et al. Therapeutic strategies to attenuate hemorrhagic transformation after tissue plasminogen activator treatment for acute ischemic stroke. J Atheroscler Thromb 2017;24:240-253.
  8. Kanazawa M, Kawamura K, Takahashi T, et al.. Multiple therapeutic effects of progranulin on experimental acute ischaemic stroke Brain 2015;138:1932-1948.
  9. Kawamura K, Takahashi T, Kanazawa M, et al. Effects of angiopoietin-1 on hemorrhagic transformation after tissue plasminogen activator treatment for ischemic stroke. PLoS One 2014;9:e98639.
  10. Shimohata T, Kanazawa M, Takahashi T, et al. Therapeutic strategies to attenuate hemorrhagic transformation after tissue plasminogen activator treatment for acute ischemic stroke. Neurol and Clinical Neurosci 2013;1:201-208.3
  11. Kanazawa M, Igarashi H, Takahashi T, et al. Inhibition of VEGF signaling pathway attenuates hemorrhage after tPA treatment. J Cereb Blood Flow Metab 2011;31:1461-1474.
  12. Kanazawa M, Kakita A, Igarashi H, et al. Biochemical and histopathological alterations in TAR DNA-binding protein-43 after acute ischemicstroke in rats. J Neurochem 2011;116:957-965.
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