心筋，血管再生研究と臨床応用
昭和大学藤が丘病院循環器内科
鈴 木 洋
昭和大学藤が丘リハビリテーション病院内科
礒 良 崇
1．はじめに
循環器病学の最近の進歩は著しく，特に急性心筋 梗塞や狭心症である虚血性心疾患に対するカテーテ ルインターベンションの発達により多くの症例で血 行自体の改善は可能となってきた．しかし，小血管 に対しての治療は困難をきわめ，たとえ血行再建に 成功してもその後に再狭窄や閉塞を高率でおこし症 状のコントロールが困難であったり，慢性虚血によ り心機能が悪化していく症例に遭遇する．この様な 従来のバイパス術やカテーテルインターベンション のみでは解決できない慢性虚血を有する症例に対し て，血管再生を中心とした再生医療が期待されてい る．また，急性心筋梗塞を発症し血行再建に成功し たにもかかわらず，心筋梗塞サイズの大きい症例で は，その後の難治性の心不全や致死性の不整脈が原 因で慢性期の死亡率も高い．一方，拡張型心筋症は 本邦では心臓移植の適応疾患の第一位として知ら れ，難治性の心不全や致死性の不整脈から小児でも 命をおとす重篤な疾患である．この様な心筋自体の 壊死や線維化により心機能の低下した症例には心筋 再生を中心とした再生医療が期待されている．
一方，ここ数年では末梢動脈疾患に対するカテー テルインターベンション，特に重症下肢虚血に対す る治療も積極的に行われてきているが，それにも拘 わらず下肢切断や死亡に至る症例も多く，この分野 でも血管再生医療が積極的に行われている．
循環器領域での再生医療は 1996 年に米国で末梢動 脈疾患に対する血管内皮増殖因子（vascular end o- thelial growth factor: VEGF）の遺伝子治療が開始 された1）．小規模の臨床研究ではその有用性が期待
されたが，大規模の無作為比較試験ではその有効性 の証明はできなかったが，循環器再生医療の大きな 一歩となった．その後，骨髄の単核細胞や血管内皮 前駆細胞の血管新生に対する有用性が動物実験であ いついで報告され，本邦発の臨床研究でその有効性 が報告された．しかしその効果は十分満足に得られ るものではなく，さらなる研究が行われている．体 性幹細胞としては，単核細胞や血管内皮前駆細胞よ りもサイトカインや血管成長因子の産生が著しい間 葉系幹細胞や，最近では心筋幹細胞の臨床研究も開 始されている．また，本邦でもヒト胚性幹細胞（ES 細胞：embryonic stem cell）細胞が樹立され多く の基礎研究が行われているが生命倫理的問題よりそ の臨床応用は限られていたが，iPS 細胞（indu ced pluripotent stem cells）の発見により，生命倫理的 な問題や拒絶反応の問題が解決されるため臨床応用 が期待されている．
2．心筋再生（図 1）
（1）骨髄単核細胞
骨髄には約 0.01％と非常に少量ではあるが造血幹 細胞や間葉系幹細胞が含まれていることが知られて おり，Lin- c-kit＋の骨髄細胞を急性心筋梗塞作成直 後に梗塞境界領域に投与すると心筋細胞に分化する という報告がなされた2）．また，急性心筋梗塞にお いては，その急性期に骨髄から末梢血に骨髄幹細胞 が動員され，梗塞部位にも骨髄幹細胞が集積するこ とがしられている．これらの研究をもとに急性心筋 梗塞に対する骨髄単核細胞の冠動脈内投与試験が行 われた．REPAIR-AMI 試験では，骨髄単核細胞投 与群で 4 か月後の左室駆出率は有意に改善してお 特 集 臓器再生
り，2 年後でも主要心血管事故は骨髄単核細胞投与 群で有意に少なかったことが示されている3）．これ に対して，最近報告された同規模の REGENT 試 験4），HEBE 試験5）ともに骨髄単核細胞移植の有意 性を示せず，各試験間での細胞投与時期や細胞調整 方法の違い等が考えられており，また REPAIR- AMI 試験での改善率も期待された程大きなもので はなく，急性心筋梗塞治療の標準治療となるのは困 難な状況である．
慢性の心筋虚血や心不全に対しても骨髄単核細胞 の有用性が期待されている．TOPCARE-CHD 試験6）
では，急性心筋梗塞における多くの試験と同様に冠 動脈内から骨髄単核細胞を投与し，慢性期の有意な NT-ProBNP，NT-ProANP の低下を認めている，し かし，冠動脈内投与だと末梢に細胞が流れてしまい 実際に目標とする心筋内に正着する率は非常に低い という問題や，逆に冠動脈の末梢塞栓をおこす可能 性が考えられる．他の方法として心筋電位と心筋 viability を同時に測定できるカテーテルによる心内 膜からの心筋への直接細胞投与試験も施行されてお り，Phase I 研究ではその安全性と狭心症症状の改 善や運動耐用能の上昇に関する有効性が報告されて いる7）．また，冠動脈バイパス術の際に，直接CD133 陽性細胞を心外膜から投与することにより冠動脈バ イパス術のみの群と比較して有意に慢性期の心機能 が改善したことが報告され8） Phase Ⅲ研究が開始さ
れている．
（2）骨髄間葉系幹細胞
間 葉 系 幹 細 胞 （mesenchymal stem cell: MSC）
は，骨髄のみならず胎盤，羊膜，臍帯等にも含まれ ており，骨，軟骨のみならず，心筋や血管内皮に分 化することや直接細胞死を抑制することが in vitro で証明されており，心血管系の再生の細胞ソースと して注目されている9‑11）．また，Iso ら9）の報告では，
骨髄単核細胞と比較して，培養 MSC では，VEGF や adrenomedullin のような成長因子やサイトカイ ン大量に発現し血管新生を促進していることが報告 されている．最近の小動物や大動物を使用した急性 心筋梗塞モデルの研究では，骨髄 MSC 移植により 心機能が回復したことが報告されているが10，11），慢 性虚血や心不全モデルでの有効性は報告されておら ず，我々はブタ慢性心筋虚血モデルに冠静脈から骨 髄 MSC を投与し心機能改善効果を検討した12）．骨 髄 MSC 投与群では対照群に比較して有意に左室駆 出率を改善した．血管数は，骨髄 MSC 投与群で有 意に増加しており，少数の MSC の血管への分化は 確認できたが心筋への分化は認められなかった．ま た，MSC 投与群の心筋では，対照群に比較して線 維芽細胞増殖因子（basic fibroblast growth factor）
と VEGF の遺伝子発現レベルが有意に 増加し，免 疫染色でも VEGF の発現増加が認められ，心機能 改善のメカニズムは MSC の心筋への分化によるも のではなく，主に血管新生因子の産生により血管新 生がもたらされたことによると考えられた．現在，
米国で慢性虚血性心不全に対するカテーテルを用い た MSC と骨髄単核細胞移植の比較試験13）が進行中 である．
（3）骨格筋芽細胞
骨格筋芽細胞は，骨格筋の前駆細胞であり互いに 細胞融合して骨格筋細胞を形成する．In vivo の動 物実験では，骨格筋芽細胞は心筋細胞に分化するこ とはないが骨格筋への分化により心筋梗塞モデルに おいて心機能改善効果が認められた．臨床的にも患 者自身の大腿筋から採取し容易に大量培養ができる ため，一時有望な心筋再生における細胞ソースとし て注目された．しかし，MAGIC 試験において，心 筋梗塞後の心機能低下患者の冠動脈バイパス術と併 用で骨格筋芽細胞移植の臨床試験が行われたが，重 症不整脈の頻度が多いという副作用が認められた上 図 1 心筋再生医療，血管再生医療に使用される細胞
ソース
現在，iPS 細胞以外の細胞はすでに心臓疾患に対 する臨床試験が施行されている．骨髄単核細胞は 心臓疾患のみならず末梢動脈疾患に対しても使用 されている．
に，プラセボ群と比して有意な心機能の改善は認め られなかった14）．一方，本細胞をシート化技術を用 いて移植するという動物実験が行われ，心筋梗塞モ デルにおいて心機能が有意に改善し，移植した心筋 内の肝細胞増殖因子（hepatocyte growth factor:
HGF），VEGF，SDF-1 の発現が上昇したことが報 告されている15）．これらのデータをもとに，現在大 阪大学では左室補助人工心臓を必要とするような末 期的拡張型心筋症患者に対する自己筋芽細胞シート 移植を施行し，その安全性，有効性を検討中であ る．
（4）ES/iPS 細胞
ES 細胞は，初期胚である内細胞塊を取り出して 樹立した細胞株であり，増殖能にすぐれあらゆる細 胞に分化させることができる細胞である．しかし，
本細胞は受精卵を破壊して得られるものであり倫理 的，法的問題があることと，自己由来細胞でないた め細胞移植時に免疫拒絶反応が起こりうることなど の問題がある．2006 年に iPS 細胞が皮膚線維芽細 胞から樹立され16），ヒト iPS 細胞からの様々なタイ プの心筋細胞への分化や電気的，組織学的特性につ いても報告されており17），今後，心筋細胞移植にお ける重要な細胞ソースとして注目されているが，奇 形腫の発生や大量培養，さらには心筋への選択的分 離方法等の問題からいまだに臨床研究には至ってい ない．
（5）心筋幹細胞
これまで，成熟心筋細胞は分裂や増殖をしないと されてきたが，2009 年の Bergmann らの報告18）に より，25 歳時には年 1％で 75 歳時でも年 0.45％の 細胞が新規の心筋細胞に置換し，生涯で約 50％近 くの細胞が新規の細胞に置き換わるということが報 告された．その細胞源としては自己の心筋内に存在 す る 心 筋 幹 細 胞 が 注 目 さ れ て い る． こ れ ま で，
Sca-1 陽性心筋前駆細胞19），c-kit 陽性心筋前駆細 胞20），cardiosphere 由来心筋前駆細胞/幹細胞21，22）， isl-1 陽性心筋幹細胞23）が報告されている．すでに米 国では c-kit 陽性細胞を用いた臨床試験が行われて おり，低心機能虚血性心疾患患者の右心耳組織から 上記細胞を培養し経冠動脈的にカテーテルを用いて 投与し，対照群に比して心機能の改善や梗塞サイズ の減少が得られたことを報告している（SCIPIO 試 験）24）．他にも経カテーテル的に細胞を採取し投与
もカテーテルを用いて行うという CADUCEUS 試 験22）が行われている．本邦でもヒト心臓より car di- o shere 由来の c-kit 陽性単一細胞から拍動性心筋細 胞に分化しうる心臓幹細胞のクローン化が報告さ れ25），右室心筋生検から得られる心筋組織より心筋 幹細胞を単離増幅し重症慢性虚血性心不全に冠動脈 バイパス術のと同時に bFGF 含有生体吸収性ゼラチ ンハイドロゲルシートとともに移植する ALCA DIA 試験が開始されている．
3．血管再生 （1）遺伝子治療
現在，世界で施行されている遺伝子治療の約 65％が癌に関するものであるが，心血管病も約 9％
で第 2 位である．使用されているベクターとして は，アデノウイルスやレトロウイルスが多数を占 め，Naked/plasmid DNA やリポフェクチンの使用 は，その導入効率の低さからウイルスベクターを超 えられていない．しかし，アデノウイルスは 1999 年に米国で冠動脈内投与による死亡事故がおき26）， レトロウイルスに関しても 2003 年にフランスで遺 伝子治療により白血病が発症するといった事例が報 告され27）安全性が確立されていない．
VEGF が最初に閉塞性動脈硬化症に対する遺伝 子治療として臨床で使用されたものであるが，1996 年にそのプラスミド投与の有効性が報告された1）． しかし，その後の大規模な試験では有効性の十分で ない症例があり，さらに VEGF による血管透過性 亢進による浮腫の副作用が多くみられたため，臨床 的に標準治療としては確立していない．HGF は，
その受容体である c-met を介して血管内皮細胞の増 殖や遊走を行う増殖因子としてしられているが，
VEGF と同様の血管新生作用を示すことが報告さ れ，本邦の大阪大学を中心に末梢動脈疾患に対して 臨床試験が行われその有効性と安全性が示され た28）．その後に行われた HGF プラスミドを用いた 末梢動脈疾患に対する randomized, double-blind の 臨床研究でも HGF 投与群で有意に安静時疼痛や潰 瘍サイズが減少したことが示されている29）． （2）骨髄単核細胞
従来成人における血管新生は，隣接する既存の毛 細血管内皮細胞の増殖と遊走による angiogenesis によるものと考えられてきた．しかし 1997 年に成
人末梢血中の単核球分画に血管内皮細胞に分化しう る血管内皮前駆細胞 （Endothelial Progenitor Cell:
EPCs）の存在が初めて報告され30），骨髄由来の EPCs が虚血部位で血管を発生させる vasculo ge- nesis も成人における血管新生に関与するというこ とが明らかとなった．また，骨髄細胞は内皮前駆細 胞 EPCs を豊富に含有するとともに強力な血管新生 因子である VEGF や bFGF を豊富に分泌し，下肢 虚血モデルにおいて下肢骨格筋内への自己骨髄細胞 移植が，血管新生を増強し下肢血流量が有意に増加 することが報告されている31）．これらの背景をもと に，本邦において虚血下肢患者への自己骨髄細胞の 筋肉内移植のパイロット研究32）が実施され，自己 骨髄細胞投与の有効性が示された．その後に施行さ れ当院も参加した多施設共同試験33）では重症虚血 下肢患者への筋肉内移植により，有意な痛みスケー ルの改善，潰瘍サイズの減少，歩行距離の増加が得 られ少なくとも 2 年後まで持続することが明らかと なり，現在は厚生労働省から先進医療として承認さ れている（図 2）．
4．おわりに
1990 年頃より循環器系の再生に関して，血管再 生から始まり心筋再生の研究も盛んに行われてい る．血管再生治療としては，一部の治療が先進医療 として認可されているもののその効果は未だに標準 治療となりうるところには達していない．また，心 筋再生治療に関しても様々な細胞や投与方法が試み られており，パイロット試験では一部の試験では良
好な成績が示されている．但し，現在の循環器系の 再生治療はほとんどがサイトカイン療法の意味合い が強く，本当の臓器再生といった意味での iPS 細胞 や心筋幹細胞の研究は始まったばかりであり，今後 のさらなる基礎研究を通じた臨床応用が期待されて いる．
文 献
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