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,介護保険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.本グループの創始者である現岐阜大学神経内科・老年科教授下畑享良先生のご指導を忘れることなく,実際に患者さんを見る臨床医の発想に基づく,治療研究を目指しております.

  • 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,劇的な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%です.治療可能時間を越えてのtPA投与は,脳血管のバリア(血液脳関門)の破綻を惹起させ,出血合併を起こすため,脳梗塞発症後超急性期にしか治療が行えません.脳血管の破綻を抑制する血管保護薬や血管のみならず,神経細胞保護や,脳梗塞後の炎症も抑える脳保護薬の開発が,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います.

  • 血管内皮増殖因子(VEGF)の阻害
  • 血管安定化因子アンギオポイエチン-1の補充
  • 脳保護に関与する成長因子プログラニュリン

ヒトの脳梗塞に類似した血栓脳塞栓モデルを用い,tPAを遅れて投与すると出血合併をきたすことを示しました(図1A).さらに,脳梗塞後に誘導されるVEGFや発現が低下するアンギオポイエチン-1が,治療可能時間を越えたtPA療法に伴う血液脳関門破綻と出血合併に関連することを示しました(図1B). VEGFシグナルの抑制やアンギオポイエチン-1の補充により,脳梗塞の機能予後を回復することを示しました(図1C).すなわち,血管保護によるtPA療法後の出血合併の抑制を示しました.

しかし,脳梗塞では虚血性神経細胞死,脳梗塞発症後の炎症応答に伴う病変拡大といった複数の病態が同時に起こるため,血管保護という単一の現象を標的とした治療法には限界があると考えました.そこで,複数の標的に作用するプログラニュリン(progranulin ; PGRN)に注目しました.PGRNは、神経保護, 組織修復, 炎症などといった複数の病態に関与することが知られています.

PGRNは非虚血時、大脳皮質の神経細胞にのみに発現していましたが,脳虚血後、虚血中心の辺縁部で経時的にPGRN陽性ミクログリアが増加し、虚血ペナンブラで神経細胞,血管内皮細胞のPGRNの発現が増加しました(図1D).生化学的な検討で,PGRNはVEGFを介した血液脳関門破綻に関与し,抗炎症性サイトカインIL-10を介した炎症の抑制,核蛋白TDP-43を介した神経細胞保護に関与することを明らかにしました.また,組み換えPGRN蛋白をtPA投与に併用することで,出血合併の抑制,脳梗塞サイズの縮小,機能予後を改善させることを報告しました(図1E).

図1.tPAに併用する保護薬の検討

図1.tPAに併用する保護薬の検討

VEGF阻害やプログラニュリンに関しては,臨床応用を目指して,臨床治験も含めて,検討を継続しております.

  • 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.機能回復させる内科的な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細胞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. M2化ミクログリアという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)M2化ミクログリア投与による機能回復療法

適度なOGD刺激で,ミクログリアをVEGF,TGF-β,MMP-9を分泌するM2化することができ,このM2化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.脳内でミクログリアの極性をM2化すること,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2A),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2B).

図2.ミクログリアを用いた機能回復を促進する細胞療法

図2.ミクログリア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.病態機序解明から,臨床に応用する治療法の確立を目標としています.

研究グループでは,日々直接相談し,さらに週1回,実験の生データを下に研究の方向性を議論しています.また,他大学,他施設とも緊密に共同研究を行っております.Facebookページも御参照下さい。

発表論文

1.Kanazawa M, Kakita A, Igarashi H, et al. Biochemical and histopathological alterations in TAR DNA-binding protein-43 after acute ischemic stroke in rats. J Neurochem 116:957-965, 2011

2.Kanazawa M, Igarashi H, Kawamura K, et al. Inhibition of VEGF signaling pathway attenuates hemorrhage after tPA treatment. J Cereb Blood Flow Metab 31:1461-1474, 2011

3.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 1:201-208, 2013

4.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 9:e98639, 2014.

5.Kanazawa M, Kawamura K, Takahashi T, et al. Multiple therapeutic effects of progranulin on experimental acute ischaemic stroke. Brain 138:1932-48, 2015

6.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 24:240-253, 2017

7.Kanazawa M, Ninomiya I, Hatakeyama M, et al. Microglia and monocytes/macrophages polarization reveal novel therapeutic mechanism against stroke. Int J Mol Sci 18:2135, 2017 

8.Kanazawa M, Miura M, Toriyabe M, et al. Microglia preconditioned by oxygen-glucose deprivation promote functional recovery in ischemic rats. Sci Rep 7:42582, 2017

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