脳組織の移植とその展望 (Prospect of transplantation of brain tissue) (戻る

川村光毅

はじめに
1.1 脳組織の移植と臨床応用への道-その可能性
1.2 脳はなぜ神聖なものとみなされているのか
1.3 脳の生物学的基礎研究の設計
おわりに
参考文献

はじめに

 脳を構成する主たる細胞(神経細胞、neuronと神経膠細胞、glial cell, glia)が正常に活動しており、循環系に異常がみられない範囲で、これらの細胞、とくにニューロンの間の相互連絡が、"正常"状態に保たれているとき、その総体的活動の所産として現れる脳機能は、その保持者である有機体(動物)において、その年齢に応じて働いている。一口に脳を構成するニューロンといっても、種種の活性物質を産生する100億以上の数の神経細胞があり、おのおのが神経回路網を形成する過程で標的(target)を認識する。その事象は、標的細胞の膜に特異的に出現する受容体(receptor)とよばれる蛋白質を主体とする分子を探し求める幼若な、または、再生期の神経突起による試行錯誤(trial and error)の営みにほかならない。神経突起ないし軸索が成長しながら進む道筋や最終結合部位における分子生物機構の問題は、即、一定の自由度内で計画された一群の、連続的に変化する、空間的および時間的に特異的な、遺伝子の発現(expression)ないし抑制(suppresson)という物質の消長の問題に帰結する。さらに、ニューロンとグリアとの間の接触や相互作用の問題が避けられない研究課題として入ってくる。「脳は複雑である」とか、「これからの研究分野である」と巨大な対象を前にして嘆息しながら心をおどらせるとき、われわれは、神秘主義(不可知論)と闘わなければならないことになる。
 分裂し増殖する能力がなく、再生能力も低下している成熟脳の神経細胞は、身体の他の組織の細胞と比較して完成度も精巧さも著しく高いということは常識的見解である。傷害された脳組織を再構築し、そのある程度の回復を目的とする哺乳動物(主としてラット)を用いて行われた脳組織の移植実験は、実に、百年余の歴史があるのだが、その研究成果の上に立ってパーキンソン病患者に症状改善を期待して適用されたのは、ごく最近(Backlundら、1985)のことである。薬物による治療法では効を奏しない重篤な患者が存在するという現実を前にして、ごく最近、このような移植による手術がスウェーデン、メキシコ、キューバ、中国、アメリカ、日本、英国で行われた(後述)。立場により考え方に相違があるのは当然のことであろうが、このような臨床への適用は、基礎的な生物学的研究を基盤としなければならない。以下にパーキンソン病を対象とした神経組織の移植について若干の考察をするが、臨床医学の研究は本来的に生物学的基礎研究の上に立脚するものであるということを強調したいがために、本稿の頭書があると理解されたい。効用について弁ずることは銀であり、不易の証拠を黙して提示することは金である。脳組織移植の研究分野において、われわれは現在、これらの銅脈を発掘中である。

1.1  脳組織の移植と臨床応用への道-その可能性

 神経組織の脳内移植の技術や研究の歴史については、他書(BjorklundとStenevi, 1985;鈴木ら、1987)にゆずる。最初の神経移植の試み(Thompson, 1890)から数えると、長い歴史がある。しかし、成体の中枢神経系を"hard-wired"、つまり、硬い固定した配線構造物のようにみなす困襲的な考え方が見直されるまでは、脳や脊髄の修復に対する方法を工夫し案出しようとするいかなる科学的試みも虚偽の希望をつなぐ無責任な幕上げでしかなかった。
 Raismanは1969年、成体の中枢神経系の組織が損傷を受けたのち、有効なパタンを作り再構成され得るものであるという実験的証拠を最初に提示した。その研究と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という事実を示した(Raisman,1969)。この神経再支配は局所における軸索終末の発芽(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、中枢神経系の発育中に行動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、環境の変化に適合した脳組織の再構築(adaptive remodeling)を作り出し、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。
 動物実験で得られたpositiveな新しい研究成果を、どの段階で、どのような方法で、誤りのない適用(indication)の判断のもとに、人間を対象とした治療法として試み、それを確立させていくか-医学の歴史をひもとかずとも期待と不安と焦燥と毀誉褒貶の入り交りまじったドラマが進行する場面である。最近、いくつかの国で、薬物治療が無効である重篤なパーキンソン病患者に対して脳内移植手術が行われ話題となっている。自己の副腎髄質組織片の移植(Backlundら、1985;Madrazoら、1987;竹内ら、1987;Pennら、1988;張ら、1988)のみならず、ごく最近は、胎児黒質組織のパーキンソン病患者線条体内への移植(Madrazo,ら,1988;Hitchcock, 1988)が行われた。移植手術後、数か月という比較的短い期間の観察ではあるが、固縮や振戦などの臨床症状が軽減されると報告されている。スウェーデン、メキシコ、中国で行われた手術後の経過について新井(1988)が原著論文を付して紹介しているので参照されたい。
 たいせつなことは、上述の臨床手術が施行されるまでの道程であろう。Lund(1984),New York(1986),Rochester(1987),Pecs(1987)などで「哺乳動物脳内神経移植シンポジウム」が開催されたが、それらの内容や関連文献を調べてみればよい。要約すると、(1)パーキンソン病モデルサルを用いた胎仔副腎髄質と黒質組織の線条体内への移植例を比較してみると、症状改善・機能回復は前者の移植では暫時的であるが、後者を移植した場合には長期にわたり改善の程度もよい(Sladekら)。(2)ヒト胎児の黒質組織をモデルラット線条体に移植した時、完全寛解に近い結果を得ている(Brundinら)。以上のpositiveな基礎的研究があって初めてパーキンソン病患者に対する移植手術が治療の対象として真剣に考えられたが、移植された細胞(ドーパミン産生細胞以外のニューロンやグリアも含まれる)の腫瘍化の可能性や、予測しがたい神経症状の発現などの"副作用"の防止の検討も必要であるし、何にもまして手術例の長期観察を行い、慎重に次の段階の研究を進めることが望まれる。
 ドーパミン産生細胞の線条体内(または第3脳室内)移植の研究は、このように非常に進んでいるが、大脳皮質、小脳、海馬、脊髄などへの神経組織ないし細胞の移植は、それほどはなばなしく進展していないように思われる。地道な生物学的な基礎的研究には特記すべきものが少なくないが、小脳変性症、四肢麻痺、痴呆などの神経・精神疾患を身近な対象としてとらえる段階には達していない。脳の一部または同類性質の神経細胞集団を選択的に破壊することが可能だとしても、ラット、マウスの類で作成されるこれらの疾患のモデル動物をヒトにおける神経疾患と対比してどう評価するかが問題となる。
 近年、痴呆を主症状とするアルツハイマー病のモデル動物を作成してコリン作働性ニューロンを移植する研究がなされているが、単純な記憶をベースとする動物の学習行動と最も高等な符号である言語を駆使して文化を創造し継代できる人間の精神活動との間には幾段階もの質的に異なった断層があり、記憶障害とか痴呆という言葉を神経細胞の活動と結びつけていかに魔術的に使用できたとしても、数個の細胞レベルの事象を越えた次元でラット脳やヒト脳の内部に生起する高次神経活動の現象の総体的な対比を試みることは、芭蕉の俳諧とShakespeareの劇作とを比較すること以上にむずかしい。言葉と言葉の連結(connection or synapse)を問題にするレベルの文章論ならまだしも、それ以上の文学論(brain function as a whole)のレベルとなるとuber den Bergenの対象となりはしないか。発達した脳内の領域で、ヒトとラットの神経構造の間に大きな質的差異が存在することは、大脳皮質間の回路網を研究し比較してみれば明白なことである。
 また、大脳皮質・脊髄間の結合や脳幹・小脳皮質間の結合について発生学的に考えてみても、神経細胞間の認識機構をもとにして完成された神経連絡は驚くほど厳格で正確である。このような領域ないしシステムにおける機能の回復(修復、repair)ないし神経組織の再構築(remodeling, ペレストロイカ)の問題をどのように攻略したらよいのか。消失したものの代替えを単に補填してやるという従来の伝統的・因襲的な発想から大きく転換させうる思考法と研究態度が望まれる。Winston S. Churchill(1942)の言葉を借りて言えば、今や、it's the end of the beginningなのである。

1.2  脳はなぜ神聖なものとみなされているのか

Edel sei der Mensch, 人間は高貴なれ
Hilfreich und gut!  人を扶けよ、善良なれ!
Denn das allein  このことのみが
Underscheidet ihn  人間を
Von allen Wesen 他の一切の
Die wir kennen, (Goethe)生物より分つ。(竹山道雄訳)

 動物一般から区別される人間の神聖さとは、生物学的にいってその脳の働きの故に帰せられよう。ここで社会的ないし宗教的な事柄についてまで敷衍する余裕はない。脳血管障害や脳腫瘍を対象とする最初の脳手術は英断なしには施行されなかったであろう。流産した胎児組織の一部を使用して、現在、脊髄、肝臓、膵臓の組織片移植手術において重篤な造血機能障害や糖代謝機能障害の患者に対して良好な臨床成績が報告されているようである。このように考えてくると、われわれが中枢神経系に対する外科的侵襲に逡巡するのは、実は、脳が神聖なものであるという裏に隠されている高次神経活動の所産の"からくり"が今もって神秘のベールに包まれているということになろう。他の最大の理由としては、脳は他の臓器と異なり、腫瘍化などが起こったときに部分的にでも除去手術が適用され難いということがあろう。とまれ、すべての問題が解明されるまで一定の判断すら下されないという保身の姿勢は、科学者として許されない態度であると批判されよう。この撞着を克服しながら研究が続けられる。

1.3  脳の生物学的基礎研究の設計

 話題を本論にもどすことにする。この研究を形態学的に研究する立場から解決を迫られている当面の問題として、ドナー(donor)とホスト(host)の組織を細胞レベルで区別して同定すること、そのために必要なマーカを掌中にすること、がまずあげられる。次に、電子顕微鏡を用いて、定量的に解析して科学的にしっかりしたデータを提示することが現在求められている。最後に、行動生理学的研究の適正な評定であろう。残念ながら、現段階はpositive dataの定性的な評価に主眼がおかれており、positive dataのシナプスレベルでの定量的解析とnegative dataの吟味、追究は次の第2楽章で始まるという状況にある。発想の転換とは言ったが、第2、第3楽章の楽想は第1楽章のメロディーが底流にあって展開されるものである。

1.3.1 遺伝子を導入した細胞の脳内移植

 遺伝子を導入した細胞を脳内に移植して脳の機能を回復させようという試みが開始されようとしている(Gageら1987)。現段階でとりあえず対象となるものは、原因が単一遺伝子の異常による酵素欠損などに帰せられる遺伝病であろう。いわゆる遺伝子治療が有効と思われるものとしては、サラセミア(thalassemias)、鎌状赤血球性貧血(sickle-cell anaemia)、ゴーシェ(Gauche)病、免疫不全(immunodeficiency)などの疾病があげられる。必要な遺伝子(核酸)をレトロウイルス(retrovirus)など適正なベクター(vector)に組み込んで、これらのベクターに感染(infect)した細胞を培養したのち組織内に移植するという発想である。現在のところ、線維芽細胞など非神経細胞への遺伝子導入は成功しているが、中枢神経系(central nervous system, CNS)細胞への導入、移植、遺伝子発現を確立させることにはなお時間を要するであろう。その確立に至るまでの研究の途上で、(1)CNS細胞が外来遺伝子の導入(移入)に対してsusceptibleであるかどうか、(2)遺伝子を導入されたCNS細胞が構造上また機能的に安定であるかどうか、(3)宿主CNSの細胞/組織に対して不都合な影響(代謝異常などを含めて)を与えることがないかどうか、(4)免疫(拒絶)反応を起こさないかどうか、(5)移植された細胞が長期にわたり生存しうるかどうか、(6)遺伝子が発現されて、適正な量の蛋白質分子が持続して生産され、症状が改善されるかどうか、(7)この発想機構をコントロールすることが可能かどうか、など解決すべき多くの問題をかかえることになろう。将来、神経伝達物質/脳内活性物質の異常による神経機能の障害に対する治療策としてとりあげられる可能性がある。21世紀の大きな夢である。
 以上は、practicalに重要な興味ある問題であるが、分子生物学的にみたとき、このCNS細胞への遺伝子導入の研究は移植と組み合わせてNatureにsensibleな問いかけをしながらよい実験系を案出することができれば、すばらしい仕事に発展させることができる。我田引水ではあるが、脳研究の出発点は神経細胞間の認識に基づく神経線維結合の解明にある。この認識の究極的要素は細胞質自体にあるのではなく、細胞膜表面上の分子にある。したがって、細胞間認識事象の基盤と目される分子のシグナル機構の役割を解明すべく、形態的にテストできるシステムを開発すべきであるというのが私の主張である。移植実験と結びつけた研究を考えてみたとき、この研究は、宿主成体脳内に移植された胎仔脳組織が神経間結合を形成する能力は、胎生期にのみ特異的に発現する遺伝子の存在によるという前提に基づいている。これらの遺伝子の産物は細胞表面に発現され、種々の細胞がたがいに認識しあい、そして、相互間の変化を認識しるに必要な分子シグナルを構成するはずである。一定の遺伝子を導入した細胞を成体脳内に移植して、その遺伝子発現のパタンを操作して、切断された神経突起に正常に近い結合パタンの再構築を誘導させるようにしたい。移植実験の研究の方向としては、かくありたいと願うものである。このような仕事をするめには、同好の士と同じ土俵で、音楽を作り、夢を見ながら、語り合う雰囲気を創り上げることがたいせつである。
We are the music makers
And we are the dreamers of dreams
Wandering by the lone sea breakers
And sitting by desolate streams.

World-losers and World-forsakers
On whom the pale moon gleams.
Yet we are the makers and shapers
Of the world,forever,it seems.(by J. R.)

1.3.2 脳移植における免疫反応

 脳移植における免疫反応の問題は、移植を成功させるうえで重要である。従来の見解とは異なり、脳は完全な免疫租界(immunologically privileged site)ではない。活性化されたTリンパ球は血管内皮細胞の血液脳関門(BBB)を容易に通過することができるし、若干のグリア(glia)細胞、明らかにアストロサイト(astrocyte)は主要組織適合抗原(major histocompatibility complex, MHC抗原)に特異的なTリンパ球の有効(efficient)なパートナーとして活動すべくプログラムされているように思われる。MHCの遺伝子産物にはClass I抗原とClass II抗原があり、これらが強い免疫反応(拒絶反応)をひき起こす。正常な脳組織にはMHC抗原はほとんど発現されていないが、MHC不適合の同種異系間移植(MHC-incompatible allogeneic graft)や異種間移植(xenogeneic graft)においてはMHC抗原が発現し、ヘルパー/誘導因子T細胞(helper/inducer T cell)や細胞傷害性/サプレッサーT細胞(cytotoxic/suppressor T cell)が移植された神経組織内に数多く浸潤してくる(Massonら、1986;Nicholasら、1987;Dateら、1988a,1988b;Nakashimaら、1988)。Tリンパ球サブセットの解析、拒絶反応時におけるMHC発現の動態、免疫反応の際にみられるグリア細胞の関与、免疫因子の侵入口であるBBBの形成と破綻、免疫抑制剤の効果とその機構、など未解決の問題が山積している。

1.3.3. 神経細胞の発生(development)と再生(regeneration)

 神経細胞の発生と再生の機構は似而非なる現象のようであるが、たがいに深く関連があるように思われる。神経移植に関係のある事象として、細胞の突起伸展(neurite outgrowth)や側枝発芽(collateral sprouting)や細胞の移動(cell migration)を考えてみると、発生の場合も、再生の場合も、いずれも神経細胞の最終分裂終了後の現象であり、その細胞自体間および細胞間基質物質との相互作用の問題である。神経結合形成を成就させるために標的細胞を求めて活動するこれらの細胞の相互作用には、ニューロンばかりではなく種々のグリア細胞(単にアストロサイトとして一括して話を進めることは早晩時代遅れとなるだろう)も同様に関与している。そのグリアの役割を示唆する形態的証明は少ないが、ニューロンとグリア間の認識の問題は特異的かつ重要なものであろう。また、発生や再生のプロセスのなかで時期的に、あるいは部位的に特異的に発現する物質の同定はこの種の研究の焦点となる課題である。成長因子、接着因子、また、それらのレセプターの問題は、現在の細胞生物学の檜舞台に登場している日進月歩の問題である。神経成長因子(nerve growth factor, NGF)、コラーゲン(collagen)、フィブロネクチン(fibronectin)、ラミニン(laminin)、HSPG(heparan sufate proteoglycan)などの分子構造、活性部位、細胞特異性、特異的作用が次第に明らかにされてきた(詳細は他書にゆずる)。神経突起成長因子として最初に記載されたNGF(Levi-MontalciniとAngelletti, 1968)についてはよく知られているが、最近、基底膜(basal lamina)を構成する主成分であるHSPGとラミニンが、おのおの異なるタイプの神経突起の誘導に関与していることが、脊髄ニューロンの培養系の仕事で示されている(Hantaz-Ambroiseら、1987)。また、上皮細胞を除去したヒト羊膜の基底膜を巻物状にしてラットの中隔野と海馬の間に移植して、その膜面上に神経突起を伸展、成長させるという論文もある(Davisら、1987)。脳移植シンフォニー第4楽章が聴けるのはこれら何年先であろう。

おわりに

 脳組織の移植に関連して最近勉強したことをトピックを摘むような仕方で整理し、管見をまとめてみた。内容的に深められなかったのは、紙数と引用文献の制限のためとばかりは言いきれない。私自身の今後の研究の方向を探るために依頼された機会を利用したようである。諒とされたい。

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ブレイン、サイエンスI(佐藤昌康編)、朝倉書店.208頁-217頁、1989,より許可を得て掲載