I. は じ め に 我が国ではじめて成人生体肝移植に成功した後1），症 例が積み重なるにつれ，生体肝移植における異常な門脈 圧亢進状態と過小グラフトが問題として浮上し論議され てきた．我々も成人生体肝移植における過小グラフトに おける病態に注目し，その解明と種々の対策を行ってき た．本論文では過小グラフトの shear stress を中心とした 病態と，対策の変遷について述べる．
II. 肝切除後肝再生と障害における shear stress 理論 肝切除後肝再生は， 四塩化炭素の肝障害と違い stem cell が関与しない再生として，肝障害のない肝再生であ ると Fausto によって分類された2）．しかし障害のない再 生はあり得ず，なにが再生のトリガーとなり自然に収束 するのかが一つの大きなテーマであった．我々は血管内 皮細胞の再生のトリガーとなっている shear stress に注目 した．血管内皮細胞に対する単純な物理的なずり応力で ある shear stress がトリガーとなり再生が開始すると考え た（図 1）3, 4）．実際に分離培養肝細胞に shear stress を加 えるとマトリックス関連で再生の早期に重要な働きをす ると報告されている PAI-1 mRNA の発現が増強し， その産 生も増強することを報告した5）．実際成人生体肝移植に おいて移植後早期にドナーに比べレシピエントでは血清 中 PAI-1 が著明に増加していた （図 2）6）． shear stress の センサーが肝細胞に存在するのか？ 安藤らは， 血管内 皮細胞膜にカベオラという構造があり， この一点に shear stress を加えるとそこから脱分極を起こし再生が始まる ことを報告している7）．肝細胞には多数のカベオラが存 在することが分かっており， 肝細胞においてもカベオラ が shear stress センサーとなっていることが想像される． 上記のようにして我々は，大量肝切除や過小グラフト における肝障害のメカニズムを過剰な shear stress とい う概念から報告してきた．つまり生理的な範囲での shear stress の上昇であれば， 再生のトリガーとなるが， 過剰な 場合は肝障害の誘因となる．この過剰な shear stress を シャントにより緩和することにより， 100％致死的な 95％ 肝切除ラットでも生存することを報告している8）． III. 成人生体肝移植におけるビリルビン代謝 成人生体肝移植においては過小グラフト程，術後高ビ リルビン血症を呈することが知られている．我々はこの 高ビリルビン血症が著明な直接ビリルビン有意を呈する ことを報告した（図 3）9）．この通常の肝臓外科では見ら れない高ビリルビン血症の機序はどのようなものであろ うか． ビリルビン代謝には，ビリルビン代謝と肝循環に大き く関与している Heme-Oxygenase-1 （HO-1）が深く関与し ており10），これに注目して検討してきた．細胞はその取 日門亢会誌 2010; 16: 19─25
肝移植と門脈圧亢進症
─ shear stress 理論と過小グラフトへの対策の変遷─
佐 藤 好 信
1 成人生体肝移植過小グラフトにおいては，移植後も高度門脈圧亢進状態が持続し，移植グラフトの再 生や肝機能に大きな影響を及ぼすことが知られている．本論文では，肝切除後肝再生において我々の 提唱してきた理論，Matrix 関連遺伝子である PAI-1 mRNA と shear stress 関係，さらに過剰な shear stressの肝障害を引き起こすメカニズムを HO（Heme-oxygenase）-1-CO システムにおけるビリルビ ン代謝から論じた．また上記の基本理論に基づいた過小グラフトの外科としての対策についても述べ た．移植後門脈圧亢進状態理解の一助になれば幸いである．KEY WORDS: liver transplantaiton, shear stress, portal hypertension, small-for-size graft syndrome
Sato Y1: Liver transplantation and portal hypertension: shear stress theor y and histor y of management for small-for-size graft. JJPH 2010; 16: 19─25
1新潟大学医歯学総合研究科消化器・一般外科（〒 951-8510 新潟県
新潟市中央区旭町通り 1 番町 754 番地）
1 Division of Digestive and General Surger y, Niigata University
Graduate School of Medical and Dental Sciences, 1-754 Asahimachi-dori, Chuo-ku, Niigata-shi, Niigata, 951-8510 Japan
（2009 年 4 月 6 日受付，2009 年 7 月 9 日受理）
図 2 成人生体肝移植におけるドナーおよびレシピエントの移植後早期血清 PAI-1 値の推移
PAI-1
図 1 肝切除後肝再生における shear stress 理論のシェーマ
図 3 成人生体肝移植過小グラフトと術後高ビリルビン血症の推移
Changes of serum Direct / Total
Changes of serum Direct / Total
bilirubin
bilirubin
ratio in adult LRDLT
ratio in adult LRDLT
D/T ratio
D/T ratio
Postoperative days GV/RBW GV/RBW 1.01.0 GV/RBW GV/RBW 1.01.0 Serum Serum T. B il T. B il level levelPost operative days Post operative days GV/RBW ratio <1.0 GV/RBW ratio <1.0 GV/RBW ratio GV/RBW ratio 1.01.0 mg/dl mg/dl P=0.0218 P=0.0218
Changes of serum
Changes of serum
T.Bil
T.Bil
levels
levels
in adult LRDLT
り巻かれている環境の中でさまざまなストレスを受けて いる．これらのストレッサーに対する細胞応答として各 種のストレス蛋白が誘導され，細胞保護機転としてある いは逆に作動することが明らかになっている．細胞レベ ルでは細胞内で生成する酸素の中間代謝産物，いわゆる 活性酸素を介した脂質過酸化反応とこれに伴う細胞誘導 障害機転を生じる酸素ストレスが主要な要因となる．し かし，局所の酸素濃度の変化や NO のようなラジカル性 低分子モノオキシドの量的変化を細胞内で感知し，出力 を核内の特定の転写因子を活性化させるメカニズムは明 らかにされていない．細胞内ヘム鉄の分解反応の律速酵 素でストレス蛋白でもある HO はこの機構に関与するス トレス蛋白の一つである．本酵素は細胞内遊離ヘムを減 少させ，生体内抗酸化物質である biliverdin, bilirubin を上 昇させる点で，抗酸化ストレス応答の分子メカニズムと して注目されている．肝においてはクッパー細胞がビリ ルビン代謝に深く関与している．クッパー細胞は，赤血 球からヘモグロビンを取り込むが，HO-1 はクッパー細胞 内で protohem IX が biliverdin に変換される際に動く heat shock protein の一つで，その際分解産物として CO を産 生する．この CO はガス状 mediator として NO とともに
肝循環に深く関わっているのである．
我々はクッパー細胞が， ビリルビン代謝のほとんどを 担っており HO-1 を強く発現していること， また liposome-encapsulated dichloromethylene diphosphonate （lipo-MDP）によりクッパー細胞を消失させることにより肝細 胞でも代償的に HO-1 が発現してくること，そしてクッ パー細胞の消失によって再灌流障害が悪化することから， 肝の再灌流障害に対してクッパー細胞が保護的な役割を していることも報告してきた11）．これらの結果から，生 体肝移植においてグラフト灌流前後で HO-1 のクッパー 細胞での発現を検討してみると，灌流後，特に移植閉腹 前でのクッパー細胞での発現が有意に増強していること が判明した12）． 閉腹前に有意に増強していることは，過剰な shear stress が影響していると考えられる．臨床成人生体肝移 植においては灌流障害以上に，過剰な shear stress の障害 を緩和させることが重要である．肝細胞 shear stress 灌流 実験の micro array の検討では PAI-1 以外にも HO-1 の遺 伝子発現も増強していた．この HO-1 と COHb は 1：1 で 対応するため，COHb を観察することは，HO-1 の動きを 見ることと同じである．移植後 COHb の推移を見てみる 図 4 成人生体肝移植における HO-CO システムとビリルビン代謝 B BB B B B B B BB B B B BB B B B B B B B BBBB B B BBB B BB B BB B B BBB B B B B B B BBB B B B B BBBBB B B B BB B B B B B B B B BBB BBBB B B B B BBB B B B B BBB BBB B BBBB B B BBBBB B B BBB B B B BBBB B B B B B B BB B B B B B B B B B B B B B B B B BB B B 0 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 m g/dl y=0116x +1.275 r=0.810 p<0.0001 Total bilirubin CO-Hb %
Correlation between CO-Hb and T.Bil In ALRDLT B B B B B B J J J J J J 1 P OD 3 P OD 5 P OD 7 P OD 9 P OD 1 1 P OD 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 B Group I J Group II CO-Hb (%) Postoperative days P＜0.05 GV/RBW≧1.0 GV/RBW<1.0
Relation Between Small-for-Size graft and CO-Hb in ALRDLT
HO-expression on graft liver in LRDLT
A
と，血清総ビリルビン値と有意な正の相関を示すことが 判明した（図 4）13）．また過小グラフト程，移植後 COHb は高値を推移していた．さらになぜ直接ビリルビン有意 となるかについて， そのメカニズムを考察すると， 再灌流 障害や過剰な shear stress によってクッパー細胞や肝細胞 の HO-1 の発現が増強し， ビリルビン産生能は亢進してい るのに，肝細胞における排泄遅延が生じているのではな いかと考えた．そこでラット 90％肝切除を行い，ビリル ビンの排泄ポンプである MRP2 について検討した．70％ 肝切除では，HO-1，MRP2 とも発現が増強している傾向 が認められたが，90％大量肝切除後には，HO-1 は増強す るものの， MRP2 の発現は減少しており， 我々の仮説が証 明された．このことの示す意味として，ビリルビン代謝 において，通常は胆管閉塞など後負荷から検討されるが， 過剰な門脈血流による shear stress という前負荷によっ ても，ビリルビン代謝や排泄能が影響を受けることが証 明された．また過剰な shear sress は，肝内外の免疫系に ついても局所在住の胸腺外分化 NKT 細胞や胸腺分化の passenger leukocyte についても少なからず影響を及ぼし ていることを報告しているが，ここでは触れないでおく． 次いで，我々が試みてきた shear stress 緩和の外科的工 夫について述べる． IV. 成人生体肝移植における過剰な門脈圧亢進緩和に 対する考え方と対策の変遷 我々は過剰な shear stress を緩和することが，肝障害の 改善につながることを，90％や 95％肝切除シャント作成 モデルで報告している．臨床において過剰な shear stress を緩和するには，種々の工夫があるが，図 5 にシェーマ を示すが，グラフト肝にかかる shear stress は，グラフト 重量，inflow による portal hypertension，そして outflow capacity によって決まる．それぞれの要因における工夫 は図に記載されるとおりである．グラフト重量では， グ ラフト選択や APOLT, HAPLT の術式よってきまり， また outflow capacity では再建法やホモグラフトを用いた肝静 脈再建の工夫がポイントとなる．我々も吻合径を倍に広 げる Double outflow capacity 法を考案している14）．また inflow では PC シャント作成や脾動脈結紮，そして脾摘が 挙げられるが，ここでは脾動脈結紮と脾摘に限って述べ る． V. 脾動脈結紮と脾摘の意義と問題点について 正常肝の右葉切除では，切除後の門脈圧が 20 cmH2O を超えることはほとんどないが，肝硬変患者の成人生体 肝移植においては，右葉グラフトを使用しても簡単に 20 cmH2O を超えてしまうことが多い．Lo らも中肝静脈付 き右葉グラフトでも移植後肝障害をきたし，術後 24 時間 後に脾動脈結紮にて救命し得た症例を報告している15）． また Yoshizumi らも脾摘は，GW-SLW ratio が 40％以下の 症例に有用であり，白血球や血小板数の改善からみても 有用であることを報告している16）．我々も移植患者では， 低下していたトロンボポエチン産生が移植後回復し，そ れとともに血小板数が増加することを報告している．ま たトロンボポエチン産生は脾摘症例で早く回復すること 図 5 生体肝移植における inflow, outflow, グラフト重量／レシピエント体重比の肝循環相関と過小 グラフト問題に対するそれぞれの対処法のシェーマ GRBW GRBW Outflow capacity
of the graft Portal hypertension
(+) (+) (+) (+) (+) (+) ( - ) ( - ) ( - ) ( - ) ( - )( - ) Y-reconstruction Triangular anastomosis V-shaped venous patch
Double outflow capacity method
Right lobe LT Right lobe with MHV Dual LT
Lt. lobe +Spiegel lobe LT
Splenic arterial ligation Splenectomy
Time lag ligation of spleno-renal shunt APOLT
HAPLT A triangular relationship
between inflow, outflow, and GRBW ratio
も確認している17）．いずれにしても脾動脈結紮や脾摘が SFS にとって過剰な shear stress を緩和し，移植後生理的 な再生を促す手段として有用であることは確かなものと 考えてよいと思われる． 脾動脈結紮と脾摘の意義については，shear stress の緩 和にはシャント作成もあるため，単純には述べる事はで きないが，敢えて論じてみる事とする．門脈圧減圧効果 から見ると，どちらも効果があると考えられる．我々も それぞれの効果を報告している（図 6）18, 19）．最近脾動脈 塞栓療法と脾摘の意義について論じられることが多いが， やはり門脈圧減圧や血小板増加効果の程度から述べると， 脾摘の方が勝っていると考えられる．また我々の検討で は，脾動脈結紮の効果は約 1 週間程度で消失すると考え ている（図 7）20）．脾動脈を結紮しても短胃動脈等からの 流入血流が増加しもとに戻る事が考えられるため，高度 の門脈圧亢進が予想される症例や血小板増加を期待する 症例については，脾摘の方が効果は大きいと考えている． 過小グラフトではない門脈圧亢進症には脾動脈結紮で十 分と思われるが，術前高度門脈圧亢進症を呈している過 小グラフト症例については脾摘の方がより効果が期待で きると考えている．脾動脈結紮の合併症の報告はあまり ないが，脾膿瘍の報告21）もあり心に留めておくべきで 図 6 肝硬変肝癌患者における脾動脈結紮前後の門脈圧と脾組織血流の推移 門脈圧の推移 （cmH2O） 脾組織血流 （ml/min/100 g） 図 7 良性膵腫瘍脾温存脾動静脈合併切除例における脾組織血流の推移
ある．脾摘については，移植を必要とする患者は通常高 度の巨脾を呈していることが多く，術中操作によっては 大量出血の引き金となることも考えられ，また脾摘後の 門脈血栓のリスクも高くなることも予想され，留意する 必要がある．しかし幸いに移植患者における脾摘症例で， 脾摘による門脈血栓症例はまだ経験していない．静脈瘤 手術における脾摘後の門脈血栓症の多さは報告を待たな いと思われるが，移植患者の凝固能の低下によるものか， さらには移植後の凝固能の変化の違いによるものかは分 らない．八木らは移植直前日に，脾動脈本幹をコイルで 詰めることによる門脈圧亢進の緩和を報告しており22）， 一つの方法であると考えられる．しかし術直前日に行う 煩雑さや，患者へのストレスの問題も見逃せないと思わ れる．いずれにせよ，グラフトの量と質，そこから来る 過剰な shear stress の程度によって，脾摘にするべきか， 脾動脈結紮ですませるか，またシャント造設まで考慮す るかを選択すべきである．我々はドナーの解剖学的問題 から後区域グラフトを選択せざるを得なく，さらに実際 のグラフト量が術前の計測と異なっており，GV/RBW ratio 0.47 の超過小グラフト C 型肝硬変症例に対し，急遽 脾摘および meso-caval シャントを作成し，救命し得た症 例を経験している．術後しばらく 40 cmH2O を超える門 脈圧を呈していたが，徐々に改善していった（図 8）23）． VI. 至適門脈圧と PC シャントについて 移植後の門脈圧は，直後よりも術後 4 日前後をピーク に減少する傾向がある．生理的な肝再生を促すためには 生理的な門脈圧亢進が必要である．門脈圧亢進症を有 する成人生体肝移植術後の至適圧はいくらまでなのか？ 理想的には正常肝の右葉切除のように，20 cmH2O 以下に なることが望ましいが，劇症肝炎や代謝性肝疾患の移植 以外の肝不全に陥った肝硬変患者の成人生体肝移植にお いては，ほぼ不可能な事のように思われる．少なくとも 移植直後門脈圧を 25 cmH2O 以下に減圧する工夫が必要 であると考えている．以前は門脈圧が 20 cmH2O 以上 30 cmH2O 以下で脾動脈結紮を，30 cmH2O を超えたら脾摘 と考えていたが，最近はそれぞれの合併症も考慮し，PC シャント作成を主な過剰な shear stress 緩和法として位置 づけている24 ─ 26）．PC シャントも門脈血流の逸脱が問題 であるが，最近この解決法を見つけたところである．別 図 8 超過小グラフト症例：高度門脈圧亢進状態の脾摘および meso-caval シャントによる改善と 術後肝機能の推移 PVP cmH 2 O NH 3 and PT time PT NH3 T.Bil
な紙面で報告したい． VII. お わ り に 肝移植における門脈圧亢進症についてのダイナミック な循環動態の変動は，一般外科ではほとんど経験できな い経験である．SFS における過剰な shear stress の緩和法 は施設によって違いがあるが，成人生体肝移植を続ける 限り，解決すべき努力が今後も必要である．過小グラフ ト問題はいうに及ばず，他の種々の問題も解決できる脳 死肝移植が我が国でももう少し広まることを願ってやま ない． 文 献
1） Hashikura Y, Makuuchi M, Kawasaki S, et al: Successful
living-related partial liver transplantation to an adult patient. Lancet 1994; 343: 1233 ─ 1234
2） Fausto N: Liver stem cells. in The Liver Bilogy and
Pathology, ed by Arias IM, et al, 3rd Ed, New York, 1994, 1501 ─ 1518
3） Sato Y, Ichida T, Yamamoto S, et al: Shear stress and
small-for-size graft in adult living related liver transplantation. Transplant Proc 2003; 35: 78
4） Sato Y: Acute portal hypertension reflecting shear stress as a trigger of liver regeneration following partial hepatectomy in rats. Surgery Today 1997; 27: 518 ─ 526
5） Nakatsuka H, Sokabe T, Yamamoto K, et al: Shear stress
induces hepatocyte PAI-1 gene expression through
cooperative Spl/Ets-1 activation of transcription. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2006: 291: G26 ─ G34 6） Sato Y, Nakatsuka H, Yamamoto S, et al: Coagulation and
fibrinolytic systems during regeneration in the early period after adult living related partial liver transplantation. Transpl Proc 2008; 40: 2501 ─ 2502
7） Isshiki M, Ando J, Yamamoto K, et al: Sites of Ca2+
wave initiation move with caveolae to the trailing edge of migrating cells. J Cell Sci 2002; 115: 475 ─ 484
8） Koyama S, Sato Y, Hatakeyama K: The subcutaneous splenic transposition prevent for liver injury induced by excessive por tal pressure after massive hepatectomy. Hepato-Gastroenterology 2003; 50: 37 ─ 42
9） Nakatsuka H, Sato Y, Yamamoto S, et al: Analysis of
liver injur y following adult small-for-size grafts in liver transplantatition. Transpl Proc 2003; 35: 80 ─ 81
10） Suematsu M, Ishimura Y: The heme oxygenase-carbon monoxide system: A regular of hepatobiliar y function. Hepatology 2000; 31: 3 ─ 6
11） Kobayashi T, Hirano K, Yamamoto T, et al: The protective
role of Kupffer cells in the ischemia-reperfused rat liver. Arch Histol Cytol 2002; 65: 251 ─ 261
12） Kobayashi T, Sato Y, Yamamoto S, et al: Augmentation of
heme oxygenase-1 expression in the graft immediately after implantation in adult living donor liver transplantation. Transplantation 2005; 79: 977 ─ 980
13） Hirano K, Sato Y, Yamamoto S, et al: Carbon monoxide
hemoglobin and bilirubin metabolism in adult living-related liver transplantation. Hepato-Gastroenterol 2003; 50: 1745 ─ 1748
14） Sato Y, Yamamoto S, Takeishi T, et al: New hepatic vein
reconstruction by double expansion of outflow capacity of left graft liver in living donor liver transplantation. Transplantation 2003; 76: 882 ─ 886
15） Lo CH, Liu CL, Fan ST: Portal hypertension injury as the cause of primary nonfunction in a small-for-size liver graft successful treatment with splenic arter y ligation. Liver Transpl 2003; 9: 626 ─ 628
16） Yoshizumi T, Taketomi A, Soejima Y, et al: The beneficial
role of simultaneous splenectomy in living donor liver transplantation in patients with small-for-size graft. Tranplat Int 2008; 21: 833 ─ 842
17） Tsukahara A, Sato Y, Yamamoto S, et al: Thrombopoietin
levels and peripheral platelet counts following living related donor liver transplantation. Hepato-Gastroenterol 2003; 50: 227 ─ 230
18） Sato Y, Kobayashi T, Nakatsuka H, et al: Splenic arterial
ligation prevents liver injury after a major hepatectomy by a reduction of surplus portal hypertension in hepatocellular carcinoma patients with cirrhosis. Hepato-Gastroenterology 2001; 48: 831 ─ 835
19） Sato Y, Yamamoto S, Oya H: Splenectomy for reduction
of excessive portalhypertension after adult living-related donor liver transplantation.Hepato-Gastroenterol 2002; 49: 1652 ─ 1655
20） Sato Y, Shimoda S, Takeda N, et al: Evaluation of splenic
circulation after spleen-preserving distal pancreatectomy by dividing the splenic artery and vein. Dig Surg 2000; 17: 519 ─ 522
21） Balci D, Taner B, Dayangac B, et al: Splenic abscess after
splenic artery ligation in living donor liver transplantation: a case report. Transpl Proc 2008; 40: 1786 ─ 1788
22） Umeda Y, Yagi T, Sadamori H, et al: Transplantation 2008;
86: 673─680
23） Kokai H, Sato Y, Yamamoto S, et al: Successful
super-small-for-size graft liver transplantation by decompression of portal hypertension via splenectomy and construction of a meso-caval shunt: A case report. Transpl Proc 2008; 40: 2825 ─ 2827
24） Sato Y, Yamamoto S, Takeishi T, et al: Management of major
portosystemic shunting in small-for-size adult living-related donor liver transplantation with a left-sided graft liver. Surg Today 2006; 36: 354 ─ 360
25） Sato Y, Yamamoto S, Takeishi T, et al: Inferior mesenteric
venous left renal vein shunting for decompression of excessive portal hypertension in adult living related liver transplantation. Transplant Proc 2004; 36: 2234 ─ 2236 26） Hara Y, Sato Y, Yamamoto S, et al: Dispersion method of
excessive portal hypertension (shear stress) and changes of por tal pressure and flow after living-related liver transplantation with a spleno-renal shunt: A case report. Transpl Proc 2003; 35: 414 ─ 415
