神経組織の脳内移植についての私見

川村光毅

神経組織の脳内移植についての私見. 生体の科学（医学書院） 42 : 82-85,1991.より許可を得て転載

　「脳の移植」という編集室からいただいた標題はキーワードとしてはよいが、衝撃的な響きもするし、まるごとの脳のことかと誤解する人もいるかもしれないので、表題のように「神経組織の脳内移植」という面倒でもより正確な表現を用いることにする。

　私自身はこのテーマに関する歴史的背景については、読書家並みの知識(Gash, 1984; Bjorklund and Stenevi, 1985)しか持ち合せていないのだが、異種間の哺乳動物成体の脳組織の移植を行ったThompson(1890)を嚆矢とするという。丁度100年前で、日本では帝国憲法が制定されて間もない頃である。当然のこととして、神経組織は拒絶されて生着しなかった。1917年になって初めて同腹の幼若ラット（生後9-10日）間の大脳皮質組織の移植実験成功例がDunn(1917)によって報告された。彼女のこの研究は実験開始後世に問うまで14年間かけている。

　神経組織の構築や再構築の問題について、衆目の一致するところとして、Santiago Ramon y Cajal (1852-1934)の代表的著作で"硬い"タイプの古典として｢Histologie du Systeme Nerveux Ⅰ,Ⅱ｣が、"軟かい"タイプのバイブルとして英訳本の｢Degeneration and Regeneration of the Nervous System Ⅰ,Ⅱ｣と｢Studies on Vertebrate Neurogenesis｣が挙げられよう。これ以上の深入りをせずに結論的な言い方をすれば、大胆な試みであった脳内神経移植の実験が科学的な試みとしての根拠をもつようになるには、かなりの年月が必要であったと言えよう。なお、この分野の研究を支えた関連科学分野の進歩の概略については、他の拙論（1989a,b）で多少言及した。
ところで、脳組織を含めて、生きている組織の細胞成分が互いに認識しあうということは一般的な法則である。この細胞間の認識は、組織の発達過程において種々の異なるタイプの細胞が分化をとげ、正しく集合する上で必要欠くべからざる事象である。また一歩踏込みこんで、一旦完成した組織の構造パタンを維持する上でも、環境の変化に反応して適応した再構築(adaptive remodeling)を作り出すためにも、更には、組織の損傷後に元々のパタンに出来るだけ近いものを再構成することによって、そのもの自体を修復することを可能にするためにも、細胞成分間の正しい認識機構は必要なものである。

　生物体を構成する組織を、このように、相互に反応し合っている生きた細胞が構成する統合された社会とみなす考え方 －概念といってもよい－ は、中枢神経系以外の組織では受け入れられてきた。他方、中枢神経組織（脳と脊髄）の完成された構造は非常に複雑で、一旦損傷を受けると、とくにヒトや他のすべての温血動物においては事実上、殆んど修復不可能であった。このような主な理由により、中枢神経組織は硬い固定した配線構造物(hard-wired structure)のように長い間、因襲的にみなされてきた。そしてそれを再構築する方策を案出することは不可能であると考えられてきた。

　筆者がこの固定観念の変革を意識させられたのは1971年のOxfordの集会でGeoffrey Raismanの特別講演を聴いた時からであった。当時ノルウェーのOslo大学でAlf Brodal 教授の指導の下に脳幹内の線維結合の構成パタンの研究という"硬派"の仕事をしていたのでこの革新的な思想をじっと温めることにした。

　Raismanの話の内容は、彼が1969年に発表した先駆的なもので、哺乳類成体の脳組織が損傷を受けたのち、脳はそれ自体、有効なパタンを作り再構成され得るという実験的証拠を提示した。その研究は次のごとくである。すなわち、海馬采(fimbria)を切断して中隔核への特定の入力を絶った状態を作ったとき、入力が絶たれた領域の内で新しいタイプのシナプス結合が形成される。この神経再支配は局所における内側前脳束に由来する軸索終末の発芽(sprouting)である。これは、定量的電子顕微鏡的手法を導入して初めて明らかにされた現象で、彼はこれに可塑性(plasticity)という名称を与えた。この可塑性という概念に含まれる基本的な提唱は何かといえば、中枢神経系の発達中に作働していた細胞間認識の機構の種々のタイプが、成熟した中枢神経系においても働きつづける、あるいは、少なくともひき起こされるということである。その後、脳内の種々の部位で可塑的性質が存在することが証明されてきたが、それと平行した形で、幼若な神経組織の一部を成熟した脳内に移植し、生着せしめ、環境の変化に適した脳組織を再構築し、傷害された機能の回復を目指すという研究の土壌が形成されたのである。

　Anders Bjorklundの「神経移植を用いた哺乳動物の脳内の神経結合の再構築」という特別講演があったのは1982年4月Lausanne（第1回IBRO会議）においてであった。中隔核－海馬系と黒質－線条体系の両つの領域で形態から行動までを対象にした驚嘆すべき内容として聴衆を魅了した。移植操作による神経軸索の再生と神経支配に言及したもので当時の最先端を独走しているように思えた。丁度筆者は、Brodal教授とのオリーブ核小脳投射の綜説の執筆(1980)を終えた後であったので、領海侵害を免れていた小脳領域でこの種の仕事をやってみたい気持に駆られた。実際には、Constantino Soteloが遊泳中であったのだが。

　筆者はその翌(1983)年の秋に3ｶ月間、日本学術振興会の援助を得て、旧友のRaisman博士の研究室（ロンドンの国立医学研究所、神経生物学部内）に滞在し、彼の指導を得、爾来、神経組織の移植、再生、再構築という問題に発生学的立場とも関連づけて主として小脳の領域で"軟派"の仕事にとりくむことになった。その研究室には、Neurotrophin-3(NT-3)を最近(1990)発見したRonald Lindsay もおり、神経成長因子と神経移植との関連について話を聞いたり、｢Gene and Gene Manupulation｣のコース(Paddington校にて)を一緒に受講したりした。7年余り昔のことである。

　ロンドン滞在中にQueen's Square病院でAlbert Aguayoの招待講演を聴いた。内容は、1981年にScience誌に発表したものを発展させた画期的なもので、自己の坐骨神経をラット脳内に移植すると、この末梢神経の環境内に中枢性の軸索の再生経路が形成され、普通だとせいぜい500μm～1mmしか伸長しない中枢神経軸索がこの経路に沿って数cmも伸長するというものである。俗にbridge formation graft（橋渡し移植）といわれるものである。最近では、視神経断端に坐骨神経端をつなぎ、その他端を大脳皮質、上丘、小脳に移植して、電気活動やシナプス形態を調べて再構成の研究を発展させている(Battam,1990,他）。これらの一連の仕事のpoint（眼目）は何かと言えば、中枢神経系(CNS)の環境を末梢神経系(PNS)の環境にかえてやることにより、CNSの軸索伸長を促進することが出来るのではないかという発想に基づくものであろう。この仕事は、CNS内の軸索再生、突起伸展の機構やこれに関与すると考えられる種々の因子(factor,agent)の研究、ひいては標的の認識やシナプス形成などの諸問題に連なるものである。

　初期の重要な研究としてもう一つ特記しておかなければならない仕事にFreundら(1985)のものがある。これは1984年6月、スウェーデンのルンド市郊外で開催された第1回Transplantation in the Mammalian CNS Symposiumで発表されたものである。すなわち、あらかじめ6-hydroxydopamine(6-OH)の投与によって黒質ニューロンが破壊された線条体内に胎生の黒質組織が移植されたラットで、donor由来のtyrosine hydroxylase-免疫反応陽性の軸索終末がrecipient側の線条体ニューロンにシナプス結合を形成するものを多数観察したという研究である。形態学者(Budapest, Lund),薬理学者(Oxford),神経心理学者(Cambridge)による共同研究であり、電顕レベルで移植脳におけるシナプス結合の形成を最初に証拠として提示した記念すべき仕事である。

　発表された実験結果は、正常脳では黒質からのドパミン含有軸索終末は、線条体内の大型有棘ニューロンに直接終わるものが殆んどであるが、6-OHで破壊された動物の脳内に移植された黒質のドーパミン含有ニューロンの軸索はコリン作働性大型細胞に終わるものが多くなるというものであった。その後、この研究を発展させた定量的電顕研究がみられないので、このグループの研究者に尋ねてみたが、追試の結果が必ずしも一定しないとのことである。このようなdiffusseな系ではhostとdonorとの間の神経要素間のシナプス結合の形成よりも、欠乏した伝達物質を移植によって補給することに大きな意義があるようにも思える。

　以上、①Raisman(1969)の発芽や可塑的変化の発見、②Aguayo(1981)による橋渡し移植の着想、③上述のヨーロッパ連合軍による移植脳内における新生シナプス形成という重要な証拠、など60年代後半以降のepoch-makingな仕事を紹介した。生物学的立場からみて重要な他の仕事もあろうが、これらを列挙することは今回の役割ではないので、"私見"と理ってあるのに免じて許していただきたい。
神経組織を移植することによって、失われた"局所の"脳の機能の修復ないし回復をより直接的に目指そうとする研究も当然のことであるが重要なものである。その典型的なものとしては"パーキンソン・モデル動物"への脳内移植があるが、本特集号でも何編かの執筆があり筆者の出る幕はない。 なお、脳の機能修復を目的としたわが国で行なわれた先駆的な仕事として、体内時計（視交叉上核）を移植してサーカディアンリズムを回復させた川村浩先生ら(1984)の研究と、視床下部の主に視束前野を移植して衰えた生殖機能ないし性周期を回復させた新井康允先生ら(1984)の研究をここに特筆しておきたい。共に学術誌に発表されたのは1984年のことである。

　その後、本邦においても、この神経組織の移植、再生、発生、再構築、栄養因子など互いに関連する分野での研究が進展してきた。本特集への執筆者の顔触れと標題からみて、パーキンソン病モデル、キメラによる解析、移植免疫、シナプス形成と神経回路、新しい移植手技の開発、ホストとドナーとを識別するマーカーの利用、神経系機能の修復など多岐に至る内容が盛り込まれているようである。
筆者らも、今まで、移植実験の仕事を、小脳系、視床下部系、海馬系で行い、異系間および異種間の免疫反応(Date, et al.,1988 a,b,c)、移植された神経細胞の宿主脳内への移動(Kw, et al., 1987,1988)、移植脳内にみられる発芽とシナプス再形成(Kw, et al., 1990a,b)、視床下部腹内側核(VMH)の移植による過食性肥満ラットにおける機能回復(Ono, et al., 1990)、移植細胞への外来遺伝子の導入と発現(Tsuda, et al., 1990)などの研究発表を行ってきた。「もう神経移植の研究は先細りだ。」という人がいる。またある人は「対象とする敵は多く、手強い。」という。Winston S. Churchill (1942) を引き合いに出すのも変だが、彼の有名な演説にこんなものがある。

Now this is not the end.
It is not even the beginning of the end.
But it is, perhaps, the end of the beginning.

　「この戦争」を指す"this"を「この研究」の意と解してみると、身につまされる思いがする。
神経移植の分野の研究もシンフォニーの第一楽章がようやく終りに差し掛ったところかもしれない。何が第一主題で、どれが第二主題かもそれを聴く人によって違うようだ。最近、神経軸索の再生、伸長に関与する栄養因子とか、標的の認識とシナプス形成とか、遺伝子導入細胞の移植とか、展望を含めた解説めいた綜説を書き（湯浅・川村, 1990,1991,）、マウスの橋や延髄、小脳の発生（主として、ニューロンの移動に関するもの）の研究を行ってきた(Ono, Yuasa, Kw 1989,1990,1991)。［このなかで、グリア細胞の関与も示唆されている。］

　今後われわれは、神経発生の過程と移植後の神経再生の過程におこる物質的基盤の接点ないし共通点を小脳の領域で探っていこうと思っている。その準備は遅々としてはいるが着実に進んでいる。第1に、下オリーブ核小脳皮質投射（登上線維系）の構成は解析ずみである(Hw & Kawamura 1979,Brodal & Kw, 1980)。第2に標的ニューロンであるプルキンエ細胞の発生過程とくに移動のプロセスにおいて、ある種の接着性細胞外基質とグリア細胞がおそらく関与するという重要な所見が得られた(Yuasa, Kw, et al., 1991)。第3に、登上繊維を破壊したラット小脳内に移植された胎生オリーブ核由来の新生登上繊維によって、宿主プルキンエ細胞はシナプス再支配を受けることが示された(Kw, Murase, Yuasa, 1990 a,b)。

　筆者は、移植実験というものを以下のように考えてもよいと思っている。すなわち、形態形成過程において、正常の遺伝子発現が完了した成体の組織に、これから同様の発現プロセスが進行する筈の幼若な胎生組織を割り込ませることによって、人為的に組織間に干渉ないし撹乱を起こさせた状態とみれる。この際、成体脳内で胎仔移植脳組織との間に結合が形成されるという能力は何であろうか。単純直載に言えば、胎生期にのみ正常の場合に有効である遺伝子の発現に因っている。この立場からニューロン、グリア、細胞外基質を含めて相互に干渉し、認識する機構の物質的基盤を探って行きたい。正常の神経組織における形態形成（発生）と移植神経組織にみられる再構築（再生、可塑性）との関連を物質を第一義的なものとして追求して行くことが、生物学的に研究すると公言（広言ではない、まして巧言ではない）する者の課題であろうと思っている。

文献

Gash, D.M. : Neural transplants in mammals. A historical overview. In: Neural Transplants. Development and Function(Sladek Jr., J. R. and Gash, D.M. eds.), 1-12, Prenum Press, New York and London,1984.

Bjorklund, A. & Stenevi, U. : Intracerebral neural grafting : A historical perspective. In: Neural Grafting in the Mammalian CNS (Bjorklund, A. and Stenevi, U. eds.), 3-14, Elsevier, Amsterdam, 1985.

Thompson, W.G. : Successful brain grafting, N.Y.Med.J. 51:701-702, 1890.

Dunn, E.H. : Primary and secondary findings in a series of attempts to transplant cerebral cortex in the albino rat, J.comp.Neurol., 27:565-582,1917.

Cajal, S. Ramon y :Histologie du systeme nerveux de l'homme et des vertebres, Trans. by L. Azoulay.Paris: Maloine, 2 vols, 1909-1911.

Cajal, S. Ramon y : Degeneration and Regeneration of the Nervous System, Trans.and ed. by R. M.May. London: Oxford University Press, 2 vols, 1928.

Cajal, S. Ramon y : Studies on Vertebrate Neurogenesis. Trans. by L. Guth. Springfield, IL: Thomas, 1960.

川村光毅：脳組織の移植とその展望、ブレインサイエンスI（佐藤編）208ｰ217、朝倉書店、東京、1989.

川村光毅：神経組織の移植と再生促進 Introduction－小脳系の移植. "脳の神経栄養因子と先天性代謝異常" 永津ら 編, 177-194, 平凡社, 東京, 1989.

Raisman, G.: Neuronal plasticity in the septal nuclei of the adult rat., Brain Res., 14:25-48, 1969.

Bjorklund, A. : Reconstruction of neuronal connections in the mammalian brain by means of intracerebral neural transplants Neurosci. 7: Suppl. S28-S29, 1982.

Brodal, A. & Kawamura, K.: Olivocerebellar projection: a review. Adv. Anat. Embryol. Cell Biol. 64 : 1-140, 1980.

Maisonpierre, P.C., Belluscio, L., Squinto, S., et al.: Neurotrophin-3: a neurotrophic factor related to NGF and BDNF. Science, 247:1446-1451, 1990.

David, S. Aguayo, A.J.: Axonal elongation into PNS "bridges" after CNS injury in adult rats. Science 214: 931-933, 1981.

Aguayo, A.J. Bray, G.M. Rasminsky, M., et al. : Synaptic connections made by
axons regenerating in the central nervous system of adult mammals, J.exp.Biol. 153: 199-224, 1990.

Freund, T.F., Bolam, J.P., Bjorklund, A., et al.: Synaptic connections of grafted dopaminergic neurons that reinnervate the neostriatum: a tyrosine hydroxylase immunohistochemical study. In: Neural Grafting in the Mammalian CNS (Bjorklund, A., Stenevi, U. eds.), 529-537, Elsevier, New York, 1985.

Sawaki, Y., Nihonmatsu, I. & Kawamura, H.: Transplantation of the neonatal suprachiasmatic nuclei into rats with complete bilateral suprachiasmatic lesions.Neurosci. Res., 1:67-72, 1984.

Matsumoto, A., Kobayashi, S., Murakami, S. & Arai, Y.: Recovery of declined ovarian function in aged female rats by transplantation of newborn hypothalamic tissue. Proc.Jap.Acad.60:73-76, 1984

Date, I., Kawamura, K., Nakashima, H., et al.: Intraparenchymal allografts in the mouse brain in relation to immunocytochemical identification of T lymphocyte subsets. Neurosci. Lett. 86: 17-20, 1988.

Date, I., Kawamura, K., & Nakashima, H.: Histological signs of immune reactions against allogeneic solid fetal neural grafts in the mouse cerebellum depend on the MHC locus. Exp. Brain Res. 73:15-22, 1988.

Nakashima, H., Kawamura K., & Date, I.: Immunological reaction and blood-brain barrier in mouse-to-rat cross-species neural graft. Brain Res 475: 232-243, 1988.

Kawamura, K., Nanami, T., Kikuchi, Y., & Suzuki, M.: Cerebellar anlage transplanted into mature cerebellum. Ann. N. Y. Acad. Sciences 495: 726-729, 1987.

Kawamura, K., Nanami, T., Kikuchi, Y., & Kitakami A. : Grafted granule and Purkinje cells can migrate into the mature cerebellum of normal adult rats. Exp. Brain Res., 70:477-484, 1988.

Kawamura, K., Murase, S., Yuasa, S. & Yoshida K. : Transplantation of embryonic olive in the climbing-fiber-deprived adult rat cerebellum: synaptogenesis on host Purkinje dendritic spines by donor climbing fibers. Neurosci. Res. Suppl. 13:S61-S64, 1990.

Kawamura, K., Murase, S., & Yuasa, S. : Development of the rodent cerebellum and synaptic re-formation of donor climbing terminals on spines of the host Purkinje dendrites after chemical deafferentation. J. exp. Biol., 153:289-303, 1990.

Ono, K., Kawamura, K., Shimizu, N., et al. : Fetal hypothalamic brain gragts to the ventromedial hypothalamic obese rats: an immunohistochemical, electrophysiological and behavioral study, Brain Res. Bull., 24:89-96, 1990.

Tsuda, M., Yuasa, S., Fujino, Y., et al.: Retrovirus-mediated gene transfer
into mouse cerebellar primary culture and its application to the neural transplantation, Brain Res. Bull. :24:787-792, 1990.

湯浅茂樹、川村光毅：哺乳動物脳内への神経細胞の移植、蛋白質 核酸 酵素 増刊号｢神経生化学 上」、35:389-398, 1990.

湯浅茂樹、川村光毅：神経損傷と再生・移植、Annual Review 神経 1991 （後藤ら 編）、中外医学社、219-230, 1991.

Ono, K., & Kawamura, K. : Migration of immature neurons along tangentially oriented fibers in the subpial part of the fetal mouse medulla oblongata, Exp. Brain Res., 78:290-300, 1989.

Ono, K., & Kawamura, K. : Mode of neuronal migration of the pontine stream in fetal mice, Anat. Embryol., 182:11-19, 1990.

Yuasa, S., Kawamura, K., Ono, K., et al. : Development and migration of Purkinje cells in the mouse cerebellar primordium, Anat. Embyol., in press, 1991.

Kawamura, K., & Hashikawa, T. : Olivocerebellar projections in the cat studied by means of anterograde axonal transport of labeled amino acids as tracers, Neurosci., 4:1615-1633, 1979.