はじめに
血管内皮は，解剖学的には血管の最も内層に 位置しており，元来は単なる血管内腔と血管壁 を隔てるバリアーのようなものと考えられてい たが，1980年代に入り，血管内皮細胞から様々 な生理活性物質が産生・分泌されることが明ら かとなり，一酸化窒素（nitric oxide：NO）は特 に重要であることがわかってきた． 正常な血管内皮は血管の拡張と収縮，血管平 滑筋細胞の増殖と抗増殖，凝固と抗凝固作用， 炎症と抗炎症作用，酸化と抗酸化作用を有して おり，これらのバランスにより血管トーヌスや 血管構造の調節・維持に働いている．血管内皮 が障害を受けると，これらのバランスが崩れ， 血管トーヌスや血管構造の破綻を来たして動脈 硬化を発症し，さらに進行すれば狭心症，心筋 梗塞，脳卒中などを引き起こすことが知られて いる．血管内皮が障害された病態，これを我々 は血管不全と呼ぶが，これらの原因として，高 血圧，高脂血症，糖尿病，肥満，運動不足，喫 煙，閉経などがあり，薬物療法や補充療法，生 活習慣の是正などにより内皮機能障害は可逆的 に改善し得るということがわかってきた．した がって，血管内皮機能を知ることは，動脈硬化 の程度や心血管疾患発症の予測と予防および治血管内皮機能研究の進化
諸岡 俊文1） 野出 孝一2） 要 旨 血管内皮細胞は，血流と直に接し，血球成分や種々の生理活性物質と連携して生体にとり最適な反応を引き起 こすという大事な役割を担っている．一方で，高血圧や高血糖などにより内皮細胞が障害を受けると正常血管機 能が破綻し，動脈硬化の進展，不安定プラークの形成，大血管障害の発生に関与する．このため，より早期に内 皮機能障害を知ることはイベント発生の予防と予後予測が可能であると考えられ，多くの基礎研究や臨床試験に より，内皮細胞で起こる現象や病態の解明が進むことでエビデンスの蓄積が実現した．それに伴い，内皮機能検 査の方法や手技が進化し，検査機器も発展し，進化した．こうして，血管内皮機能検査は 2012 年より，保険適 用を獲得した．ここでは，汎用されるプレチスモグラフィー，FMD（flow mediated dilation，血流依存性血管 拡張反応），RH-PAT（reactive hyperemia peripheral arterial tonometry），各種バイオマーカーも含めて説明 し，各種病態でのエビデンスレベルについて言及していく．〔日内会誌 106：850～856，2017〕 Key words 血管内皮細胞，NO（一酸化窒素），血管不全，
FMD（血流依存性血管拡張反応），心血管イベント
1）社会医療法人謙仁会山元記念病院循環器内科，2）佐賀大学循環器内科
The Cutting-edge of Medicine；Evolution of studies on vascular endothelial function.
Toshifumi Morooka1） and Koichi Node2）：1）Cardiovascular Internal Medicine, Kenjinkai Yamamoto Memorial Hospital, Japan and 2）Department of
療効果の判定にも有用であり，その意義は大変 大きい1）．
1．血管内皮機能検査と測定方法の進化
代表的な血管内皮機能検査として，プレチス モグラフィー，FMD（flow mediated dilation，血 流 依 存 性 血 管 拡 張 反 応 ），RH-PAT（reactive hyperemia peripheral arterial tonometry） が あ る．また，最近では，血管内皮機能に関連した バイオマーカーの特定も進み，臨床応用が望ま れている． 1）プレチスモグラフィー（plethysmography） 血 管 内 皮 機 能 を 評 価 す る プ レ チ ス モ グ ラ フィーは，容積脈波を用い，上腕の静脈灌流を 停止させた状態で前腕容積の変化を測定する方 法である．アセチルコリン，ブラジキニン，セ ロトニン，エルゴノビンなどの血管作動性物質 を直接血管内に注入して測定する特異度の高い 観血的方法と，マンシェットを巻いて上腕部の 駆血解除後の反応性充血により容積脈波を測定 する非観血的方法がある．血管内皮依存性拡張 反応を正確に評価するため，アセチルコリン注 入による測定のみならず，NO産生阻害薬（NOS 阻害薬）であるL-NAMEやL-NMMAを用い，NO による生理的影響を考慮した測定手法が考案さ れた．さらに，ニトロプルシッドやニトログリ セリン（TNG）を注入して血管内皮非依存性拡 張反応をみるなどして特異度の高い内皮機能検 査へと進歩していった．しかし，観血的手技で あること，反復測定に不向きであること，手技 が煩雑であるため検査に相当の熟練を要するこ と，非侵襲的な虚血性反応充血を利用したプレ チスモグラフィーも考案されたが，特異度が低 くなるなどの問題で，残念ながら実臨床検査と しての普及には至らなかった． 2）FMD（血流依存性血管拡張反応） FMDは，1992年Celemajerらにより報告され， プレチスモグラフィーとは異なり，非侵襲的な 血管内皮機能検査として大変注目された．2002 年に報告された米国でのFMDガイドライン2）に より測定方法や検査に影響する環境因子の統一 化を図り，反復性，再現性，客観性のある血管 内皮機能検査として認められるようになった． 日本においても，血管機能の非侵襲的評価法に 関するガイドライン3）が詳細に作成されてお り，日常臨床に役立っている．しかし，FMD検 査にも欠点がなかったわけではなかった．上腕 動脈の血管拡張反応を質的量的に評価するため には，検査方法，部位および術者の技術面と結 果の再現性，検査機器の操作性，検査環境の統 一性および評価方法にリミテーションがあっ た．これを受け，日本でも松岡らによるFMD測 定方法の標準化案4）が発表された．その後，さ らに半自動化されたFMD検査専用装置が開発・ 販売されるようになってきたことで，検査術者 間での再現性や測定部位に関する施設間相違の 影響が最小化でき，2012 年に保険適用となっ た．さらにはユネクス社より自動化された装置 が開発されたため，検者間の誤差もなくなり， 大規模臨床試験での応用が可能となってきた （図 1）． 3）RH-PAT RH-PAT（末梢動脈容積脈波を用いた反応性充 血 指 数 ） の 測 定 は，Itamar Medical社 製 の EndoPATが利用できる．専用のカフを両示指に 装着して安静5分，駆血5分，駆血解除後5分の 計15分間で指尖脈波を測定し，専用ソフトによ る自動解析をするため，簡便で再現性が高く， 検者間での差もないことが大きな利点である． また，動脈壁のしなやかさを反映するとされる AI（augmentation index）も同時に測定してくれ る特徴がある．上腕動脈の反応性血管拡張をみるFMDと違い，RH-PATは示指の指尖容積をみて おり，自律神経活動と鋭敏に関連しているとの 報告がある．エビデンスの蓄積量がまだ浅いた め，今後さらなるデータ蓄積が必要である5）． 4）冠動脈攣縮誘発試験 器質的な冠動脈狭窄のない発作性胸痛を主訴 とする症例に対して，冠動脈攣縮を誘発して診 断する血管攣縮性狭心症があるが，本症例は冠 動脈内皮機能の障害によって生じることがわ かっている．心臓カテーテル検査時に，直接冠 動脈内にアセチルコリンやエルゴノビンを注入 して攣縮を誘発する．当院では，アセチルコリ ンを 1 ml＝10 μgに希釈して使用している．正 常内皮細胞であれば，アセチルコリンによって 内皮細胞よりNO分泌が促され，血管拡張反応を 示す．しかし，内皮障害が存在すれば，直接血 管平滑筋に働いて筋収縮，つまり血管攣縮を誘 発する．この血管攣縮は，亜硝酸イソソルビド （ISDN）やニトログリセリン（TNG）などNO供 与体の冠動脈内注入によって内皮非依存性に解 除される．ただし，これは誘発試験であり，稀 に心室細動や一過性徐脈が発生するなどリスク を伴う． 5）冠動脈血流予備力の測定 冠動脈血流予備力は，冠血流予備量比（frac-tional flow reserve：FFR）を測定することで評価 できる．冠動脈内に圧センサー付きガイドワイ ヤーを挿入し，平均冠動脈内圧を測定する．測 定には，アデノシンなどの血管拡張物質を注入 し，抵抗血管の狭窄部位前後の血管内圧比を算 出して評価する．0.75未満では明らかな心筋灌 流量の低下があるといわれ，DEFER試験6）におい てPCI（percutaneous coronary intervention）適 応の妥当性が証明されている． 6）血中バイオマーカー 血管内皮機能検査では，FMDやRH-PATのよう に内皮機能障害による生理反応をみる検査が主 流ではあるが，近年，内皮機能関連のバイオマー カーを探索して血中濃度を測定することが注目 されてきている． （1）NOx 血管内皮機能が障害されると，eNOS（endo-thelial nitric oxide synthase）によるNO産生レベ ルが低下していると推測される．血中NOは直接 測定が困難であるため，その代謝物質である NO2－やNO3－を含んだNOxを測定することがで きる． （2）ADMA（asymmetric dimethylarginine） ADMAは，アルギニンからNOの遊離を阻害す るeNOSの内因性阻害物質である．これによっ て，血管内皮からのNO分泌を抑制し，ずり応力 による反応性血管拡張反応も阻害する．した 図1 FMD専用機種（ユネクス社より画像提供） ユネクスイーエフ18VGでは，FMD検査を心電図や血 圧測定なしに，片腕のみで自動測定してくれる．最新 の画像処理技術を使い，リアルタイムにFMD検査をサ ポートするため，検者間での差異を生じない．H型の プローブを採用しているため，血管の短軸，長軸像を 同時に描出することが可能．自動カーソル機能で血管 径の計測を簡便に行えるため，検査終了と同時に結果 が算出される．血管径はトレンドグラフで表示され る．%FMDの正常値の目安は6%以上である．
がって，血中ADMA値はFMDと逆相関する． （3）アドレノメデュリン アドレノメデュリンは，1993年に寒川らによ り同定された降圧作用を示す循環調節ペプチド である．名前の由来の通り副腎髄質や心臓，腎 臓，肺，血管からも産生される．エンドトキシ ンショック時に著しく上昇し，末梢血管抵抗と は負の相関がある．最近では中間領域プロアド レノメデュリン（MR-proADM）値がFMDと強い 相関関係を示す報告があり，また，心不全患者 の予後推測にも有用といわれている． （4）PTX3（pentraxin 3） Pentraxin 3（PTX3）は，血管内皮局所の炎症 マーカーとして注目されている．FMDとは強い 逆相関関係があり，高感度CRP（hs-CRP）より も強い．我々の教室の琴岡らによれば，PTX3が 高値であれば，急性冠症候群でのステント留置 後の再狭窄率が高く7）（図2），また，心不全患者 においては，PTX3高値群は低値群と比較して心 事故発生率が有意に高いことを報告している． （5）その他 その他にも多数の内皮機能関連バイオマー カーが存在する．障害内皮細胞上における血液 凝固・血栓形成に関連するマーカーとして，von Willebrand因子（von Willebrand factor：vWF）， トロンボモジュリン（thrombomodulin：TM）， プラスミノゲンアクチベーターインヒビター （plasminogen activator inhibitor 1：PAI-1）など がある．また，接着分子であるICAM（intercellu-lar adhesion molecule）-1 やVCAM（vascuがある．また，接着分子であるICAM（intercellu-lar cell adhesion molecule）-1 はFMDのデータとよく相 関し，末梢血液中の血管内皮前駆細胞（endothe-lial progenitor cells：EPCs）数は，血管障害のレ ベルや再狭窄リスク評価に有用との報告があ り，また，血管再生医療への応用も試みられて いる．
2． 血管内皮機能研究によってわかる
病態解明の進歩
1990 年代以降より血管内皮機能検査が盛ん に行われるようになると，様々な問題点が浮き 彫りになった．測定方法の技術面，被験者の技 量，客観性のあるデータ構築と正常値の設定な どがあり，これらの問題解決に向けて測定機器 の改良やガイドライン作成が進んでいった．こ うして各種病態における血管内皮機能検査の重 要性を検証するデータが蓄積されていったた め，診療報酬を請求可能な検査となった． 1）高血圧症 日本では，JSH2009（高血圧治療ガイドライ ン2009）から血管機能検査の1つとしてFMDを 図2 冠動脈内ステント留置術後における PTX3値と再狭窄 冠動脈内ステント留置術後に，経時的に採取した血 液サンプルのPTX3値を測定したところ，PTX3血中濃 度の上昇度が高いほどステント内再狭窄率が有意に 高かった．また，不安定プラークが存在する群では PTX3値が高かった． 6 5 4 3 2 1 0 ×102% 15 m 24 h 48 h Mac-1 % PTX3 ＊挙げている．目的は，将来あるいは間近に迫っ た心血管イベントの正確な予測・予防のため， 無症候のうちに非侵襲的な方法で血管機能異常 を把握することとしている． 高血圧患者では，FMDが健常者コントロール と比較して低下しているとの報告があり，左室 心筋重量と逆相関を示す報告もあるが，差異が ないとする報告もあり，エビデンスレベルCで ある．しかし，FMD値が中央値以下の高血圧患 者の長期追跡調査によると，他の冠危険因子と は独立した心事故発生の予測因子であった．ま た，降圧薬投与による検討において，FMDが改 善しなかった群では有意に多く心事故が発生し たとの報告がある． 2）糖尿病 糖尿病の平均寿命は10年短いといわれ，大部 分は大血管障害の発生が原因である．言い換え ると，10年早く血管が老いるといえるため，よ り早期に血管機能の異常を把握することは糖尿 病患者の予後改善につながる． 高血糖状態では，AGEs（advanced glycation end products）という終末糖化産物が産生亢進 し て お り， 自 身 の 受 容 体RAGE（receptor for AGEs）を内皮細胞や単球に発現させて血管障害 と動脈硬化を促進させる．また，酸化ストレス の亢進により，NOを不活化させてインスリン抵 抗性を高め，アディポネクチン分泌低下と炎症 性サイトカイン産生亢進によって血管内皮細胞 を障害するため，FMDは低値となる． 治療効果に関しては，食後高血糖を改善させ るα―グ ル コ シ ダ ー ゼ 阻 害 薬（α-glucosidase inhibitor：α-GI）を使用すると3カ月後の血管内 皮機能を改善させたとする報告がある．また， インスリン分泌促進薬であるナテグリニドも FMDを改善させると報告している8）（図3）．しか し，血糖管理のみならず，インスリン抵抗性や 脂質異常症に対しても介入することが大切であ るため，エビデンスレベルCである． 図3 食前後でのFMD変化率と治療効果 食後の高血糖によって，食前FMDと比較すると食後FMDは低下する．この変化 率をアカルボースおよびナテグリニドによる治療後で再測定すると，いずれも FMD変化率がコントロール群と比較して改善している． 0 －2 －4 －6 －8 －10 P＜0.05 P＜0.05 P＜0.00001
Control（n＝10） Acarbose（n＝10） Nateglinide（n＝10）
Postprandial decrease in FMD
3）冠動脈疾患
急 性 冠 症 候 群（acute coronary syndrome： ACS）の発症には，冠動脈造影上の器質的狭窄 度よりも不安定プラークの存在が関与してお り，不安定プラークの存在は，カテーテル手技 による血管内超音波検査などで検出できる．近 年 は よ り 非 侵 襲 的 な 冠 動 脈CT（computed tomography）や冠動脈MRI（magnetic resonance imaging）を用いてその検出を試みている．冠動 脈疾患の 30％近くに末梢動脈疾患（peripheral arterial disease：PAD）を合併しているといわ れ，血管機能検査は有意義である．最近のメタ 解析によると，冠危険因子の少ない群におい て，心血管イベント予測指標であるFramingham リスクスコアとFMDは有意な逆相関関係を示 した．しかし，他の因子よりも優れた予測指標 になるとの議論はできておらず，エビデンスレ ベルCである． 4）心不全 心不全患者では，ポンプ失調による血行動態 異常によりシアストレスの低下や交感神経亢 進，神経体液性因子の亢進による血管収縮や酸 化ストレスの亢進のため血管内皮機能が障害さ れてFMDは低値となる．FMDの低下は心不全の 予後を規定する因子になるとの報告があり，ま た，心不全治療によってBNP（B-type natriuretic peptide）の改善とFMDの改善が密接に相関した との報告があり，エビデンスレベルBである9）． 5）高尿酸血症 プリン代謝の最終経路にあたるヒポキサンチ ン や キ サ ン チ ン が キ サ ン チ ン オ キ シ ダ ー ゼ （xanthine oxidase：XO）と反応して尿酸が過剰 産生されると，酸化還元反応が増加することに よって活性酸素が大量に発生し，抗酸化作用と 酸化ストレスのバランスが破綻する．また，尿 酸は，血管内皮細胞に発現した尿酸トランス ポーター（URAT1（uratetransporter1））によっ て血管内に取り込まれ，NADPHオキシダーゼの 活性化によって活性酸素種が増加し，細胞内シ グナルの刺激を来たして炎症を惹起する．これ により血管内皮機能は低下するため，FMDは低 下する10）．キサンチンオキシダーゼ阻害薬や尿 酸排泄促進薬の投与により，尿酸値の改善とと もにFMDは改善する． 6）その他 減塩によって尿中ナトリウム排泄が低下する と，酸化ストレスマーカーの改善とともにFMD が改善したとする報告がある．喫煙は酸化スト レ ス を 亢 進 さ せ る た め， 喫 煙 者 の ％FMDや RH-PAD indexが低値であることが示されてい る．血管内皮機能は年齢とともに低下し，閉経 後の女性は閉経前の女性よりも低値となる．閉 経前であっても月経周期による血中エストロゲ ン濃度の変動によって血管内皮機能も変動する．
おわりに
超高齢社会を迎え，心血管イベント抑制の重 要性がますます叫ばれるようになっており，各 種リスク因子を改善する薬剤が登場するたび大 血管障害イベント抑制効果が期待されてきた． しかし，大血管障害発症前には血管内皮機能障 害や全身性動脈硬化症が必ずや潜在的に進行し ていると考えられる．このため，非侵襲的に繰 り返し行えるFMDやRH-PADは，イベントリスク や予後予測として非常に有用である．また，高 感度CRP（C-reactive protein）などの炎症マー カーや内皮機能関連バイオマーカーの測定も可 能となってきており，その意義も明確化してき た．医療技術は日々進歩してきており，我々は 得られた知見を最大限に活用して全人的な包括 管理治療ができるよう求められている．著者のCOI（conflicts of interest）開示：野出孝一；講演 料（アステラス製薬，アストラゼネカ，MSD，協和発酵 キリン，興和創薬，サノフィ，第一三共，武田薬品工 業，田辺三菱製薬，帝人ファーマ，日本ベーリンガーイ ンゲルハイム，ノバルティスファーマ，バイエル薬品， ファイザー），研究費・助成金（アステラス製薬，田辺 三菱製薬，帝人ファーマ，バイエル薬品），寄附金（ア ステラス製薬，アストラゼネカ，MSD，大塚製薬，協和 発酵キリン，サノフィ，三和化学研究所，第一三共，大 日本住友製薬，武田薬品工業，田辺三菱製薬，帝人ファー マ，日本ベーリンガーインゲルハイム，ノバルティス ファーマ，ファイザー，ブリストル・マイヤーズ スクイ ブ） 文 献 1） 野出孝一，他：IGT・糖尿病患者の動脈硬化を診る；血管内皮機能，Mebio別冊．山田信博編集．メジカルビュー 社，2003.
2） Corretti MC, et al : Guidelines for the ultrasound assessment of endothelial-dependent flow-mediated vasodila-tion of the brachial artery : a report of the Internavasodila-tional Brachial Artery Reactivity Task Force. J Am Coll Cardiol 39 : 257―265, 2002.
3） 日本循環器学会：循環器病の診断と治療に関するガイドライン（2011―2012 年度合同研究班報告），血管機能の非 侵襲的評価法に関するガイドライン（JCS2013）．山科 章（班長），2013.
4） 松岡秀洋，他：心血管病サロゲートマーカーとしてのflow-mediated vasodilation測定とその標準化案．臨床薬理 38 : 305―309, 2007.
5） Oyama J, Node K : Sympathetic nerve activity and endothelial function. Hypertens Res 37 : 1035―1036, 2014 6） Pijls NH, et al : Percutaneous coronary intervention of functionally nonsignificant stenosis : 5-year follow-up of
the DEFER Study. J Am Coll Cardiol 49 : 2105―2111, 2007.
7） Kotooka N, et al : Pentraxin3 is a novel marker for stent-induced inflammation and neointimal thickening. Ath-erosclerosis 197 : 368―374, 2008.
8） Kato T, et al : Postprandial endothelial dysfunction in subjects with new-onset type 2 diabetes : an acarbose and nateglinide comparative study. Cardiovasc Diabetol 9 : 12, 2010.
9） Meyer B, et al : Flow-mediated vasodilation predicts outcome in patients with chronic heart failure : comparison with B-type natriuretic peptide. J Am Coll Cardiol 46 : 1011―1018, 2005.
10） 諸岡俊文，野出孝一：血管内皮機能，尿酸代謝ワールドと高尿酸血症の病態解明．松澤佑次監修．メディカルレ ビュー社，2015, 68―73.
