定化させるのみならず，内皮細胞と相互に作用し，微小血管の成熟，安定化，血液脳関門の維持などに重要な 役割を果たしている．脳虚血時にペリサイトは虚血周囲へ誘導され，サイトカインや神経栄養因子の分泌を 行って周囲の細胞に作用し，神経細胞の保護，破綻した BBB の再構築，さらには血管・神経再生を促進して いる可能性がある．ペリサイトは NVU の保護や修復過程において中心的な役割を果たしている可能性が考え られ，脳虚血や認知症など種々の中枢神経疾患に対する新たな治療標的として期待される． （脳循環代謝 25：109∼115，2014） キーワード : NVU，血液脳関門，脳血管内皮細胞，脳血管ペリサイト，脳虚血
1．はじめに
脳血管ペリサイト（周皮細胞）は脳微小血管において 内皮細胞を取り囲むように存在し，neurovascular unit （NVU）を構成する各細胞との相互作用によって種々の 機能を担っている．NVU とは神経細胞とそれを囲む 脳血管内皮細胞，ペリサイト，アストロサイト（星状 膠細胞），さらにはオリゴデンドロサイト，ミクログ リアや細胞外マトリックスを一つの構成単位とする概 念で，これらは互いに密接かつ複雑に関わり合いなが ら神経細胞の機能維持を担っている（図 1）1）．NVU が 提唱された背景には，神経細胞のみに着目した脳卒中 治療には限界があり，周囲の血管やグリア細胞を含め た総合的な脳保護治療を考慮すべきとの考え方があ る2）．2001 年 米 国 National Institute of NeurologicalDisorders and Stroke（NINDS）で行われた会議で初めて
提唱されて以来，この概念は急速に浸透し，近年では 脳卒中のみならず種々の中枢神経疾患の病態において も，異なる細胞間の相互作用・クロストークの重要性 が認識されている． ペリサイトは単に壁細胞として構造的に存在するだ けでなく，生理的にも，また様々な病態においても多 彩な機能を担っていることが徐々に明らかとなり，そ の役割や治療標的としての可能性に注目が集まってい る．本稿では，我々がこれまで取り組んできた検討を 踏まえ，NVU においてペリサイトが担っている生理 的な役割および脳虚血時における役割について概説 する．
2．NVU の形成と血管新生
NVU の発生段階における血管新生（angiogenesis）の 過程は，内皮細胞周囲へのペリサイトの動員によって はじまる（図 2A）．神経細胞から分泌された VEGF な どの血管新生因子が内皮細胞を活性化すると，内皮細 胞はプロテアーゼの分泌を介して基底膜を消化する． 内皮細胞は血管外基質を乗り越え遊走し，増殖した後 に管腔を形成する．さらに platelet-derived growth factor （PDGF），transforming growth factor（TGF）-β，fibroblast1福岡歯科大学総合医学講座内科学分野 2九州大学大学院医学研究院病態機能内科学
〒 814-0193 福岡県福岡市早良区田村 2 丁目 15–1 TEL: 092–801–0411 FAX: 092–801–0735
growth factor（FGF），angiopoietin などを介して，ペリ サイトのリクルート，増殖を促し，血管のリモデリン グ が 行 わ れ る3）． 中 で も 内 皮 細 胞 か ら 分 泌 さ れ る PDGF-Bは，その受容体 PDGFR-β を発現するペリサ イトおよびその前駆細胞のリクルートに重要な役割を 果たしている4）．さらに PDGFR-β を介してペリサイト は増殖し，管腔を取り囲み， matrix metalloproteinase （MMP）/tissue inhibitor of metalloproteinase（TIMP）を介 して細胞外マトリックスを分泌・調節して基底膜を形 成する．PDGF-B あるいは PDGFR-β ノックアウト （KO）マウスでは，ペリサイトの新生血管へのリク ルートが生じずに，脳血管透過性の亢進，微小血管瘤 の形成と破裂による脳出血をきたして胎生致死となる （図 2A）5, 6）． このように，ペリサイトは内皮細胞を被覆して血管 を物理的に安定化させるのみならず，内皮細胞と相互 に作用し，分化，増殖を調節し，微小血管の成熟，安 定化，維持および基底膜の形成，細胞外マトリックス の沈着などに重要な役割を果たしている．とくに， PDFGR-β はペリサイトのマーカーの一つであるとと もに，遊走，増殖にとって最も重要な分子の一つで ある．
3．血液脳関門の維持
体内には，臓器の内部環境を維持するため，内皮細 胞を介した物質の輸送を制御する機構が存在し blood-tissue barrierと 呼 ば れ る． と り わ け， 血 液 脳 関 門 （blood-brain barrier; BBB）は中枢神経系のバリア機構で あり，脳内のホメオスタシスの維持にとって極めて重 要なシステムである．BBB の本体は内皮細胞における tight junction（TJ）で あ り， そ の 形 成 に は claudin， occludin，ZO-1 など特異的な蛋白質が関わり，血中の 様々な物質の脳実質への輸送を制限する．それととも に物質の選択的な取り込みや排出を担う種々のトラン スポーターや P 糖蛋白質などが，機能的障壁として選 択的な物質交換を制御し，脳内の微小環境を保持して いる． ペリサイトは脳や網膜といった blood-tissue barrier が 存在する組織に豊富に存在することから7, 8），BBB の 形成に重要な役割を担っていると考えられる．ペリサ イトは内皮細胞周囲へ遊走した後，angiopoietin-1-Tie2，Notch3-Jagged-1 といった分子間相互作用によっ て内皮細胞と密に結合し，分化・安定化が誘導され る．続いて，内皮細胞における TJ 関連分子の発現を 図 1．NVU の構成因子 Neurovascular unitは，神経細胞，脳血管内皮細胞，ペリサイト（血管周皮細胞），アストロサイト （星状膠細胞），さらにはオリゴデンドロサイト，ミクログリアや細胞外マトリックスを構成単位 とする概念である．互いに複雑かつ密接に関わって脳機能の維持を担う． （文献 1，24 より改変引用）誘導し，そのバリア機能を制御している（図 2B）3）． 高血圧や糖尿病，加齢といった脳卒中危険因子は， 脳微小血管の内皮細胞やペリサイトの機能を傷害し， BBBに対して構造的，機能的に大きな影響を及ぼす． ペリサイトでは高血圧によって肥大と過形成が生じ， アクチンや収縮蛋白質の発現が増加する9）．糖尿病患 者では白質病変が強く認知機能低下との関連性が指摘 されており，加齢による変化と同様に BBB の機能低 下が一因であると推察される．これには基底膜の肥厚 による物質輸送の制限や occludin の減少などが関与し ている10, 11）．糖尿病網膜症では網膜ペリサイトの脱落 を起点として微小血管瘤の形成や出血，内皮細胞の増 殖抑制に伴う血管新生を生じる12）．また，アルツハイ マー病ではペリサイトの機能障害に基づく微小循環の 破綻と，それに引き続く神経機能障害が病因の一つと して提唱されている13, 14）．
4．脳虚血に対する応答
1）脳虚血周囲への誘導 脳虚血時には低酸素状態，酸化ストレス，炎症など 様々な病態によって NVU が傷害される．虚血後早期 にまず，内皮細胞の血管接着因子が減少し，TJ が離開 し BBB が破綻する．続いて活性酸素種（ROS）によっ て誘導される MMP-9 などの作用により，細胞外マト リックス蛋白質の変性が始まる．虚血に陥った神経細 胞からは HIF-1 を介し vascular endothelial growth factor （VEGF）が分泌される．VEGF は血管新生因子である 一方で，内皮細胞の遊走・増殖を強く急激に誘導する ことから，脳虚血急性期にはむしろ BBB の脆弱化を もたらす15）． ラット中大脳動脈閉塞モデル（MCAO）を用いて，脳 虚血時のペリサイトを観察すると，発症後 3∼4 日目 ごろより虚血周囲のペナンブラ領域にペリサイトと考 えられる PDGFR-β 陽性細胞が集簇した（図 3）16, 17）．ペ リサイトは間葉系幹細胞由来であり，脳虚血後に骨髄 などから虚血周囲へリクルートされている可能性があ る． ペ リ サ イ ト の 機 能 を 抑 制 す る モ デ ル で あ る PDGFR-β+/– KOマウスでは，脳虚血後の BBB の破綻 が重度となり，梗塞巣が拡大する．脳虚血によって破 綻した NVU の修復は，発生と同様の過程で再構築さ れると考えられ，ペリサイトは梗塞巣周囲に集まり 図 2．NVU の発生におけるペリサイトの役割 A：内皮細胞から分泌された PDGF-B は，PDGFR-β を発現するペリサイトおよびその前駆細胞をリク ルートする．さらに PDGFR-β を介してペリサイトは増殖し，管腔を取り囲み基底膜を形成する．PDGF-B/PDGFR-β ノックアウトマウスでは，ペリサイトの新生血管へのリクルートができずに，脳血管透過性 は亢進し，微小血管瘤の形成と破裂による脳出血をきたして胎生致死となる． B：内皮細胞とペリサイトは相互に強固に作用し，血液脳関門を構成する．ペリサイトが分泌する angio-poietin-1が， 内皮細胞に発現する Tie2 に作用し，分化・安定化を誘導する．さらに，ペリサイトに発現 する Notch3 が内皮細胞の Jagged-1 と強固に結合する．続いて，内皮細胞おける tight junction 関連分子の 発現が誘導される．ペリサイトは MMP/TIMP を介して細胞外マトリックスを調節し，血管構造の安定化 を制御している．（文献 24，25 より改変引用）
PDGF, platelet-derived growth factor; PDGFR, platelet-derived growth factor receptor; Ang-1, angiopoietin-1; MMP, matrix metalloproteinase; TIMP, tissue inhibitor of metalloproteinase.
BBBの修復に関わっている可能性がある． 2）細胞内 Ca2+シグナルと CREB の活性化 細胞内 Ca2+シグナルは種々の細胞機能に関わるセカ ンドメッセンジャーであり，大きさや頻度の異なった 様々なパターンで上昇することによって多岐にわたる 生理的機能を担っている．脳血管ペリサイトに蛍光指 示薬 fura-2 を導入し，虚血時に生じる細胞内 Ca2+シグ ナルについて検討を行った．培養脳血管ペリサイトで は細胞外アシドーシス環境下で細胞内 Ca2+濃度の振動 現象（Ca2+ oscillation）を生じた（図 4）18）．この Ca2+シグ ナルは，細胞内 pH の主要な調節蛋白質である Na+/H+
exchanger（NHE）の 特 異 的 阻 害 薬 hexamethylene amilorideや anti-NHE1 siRNA を用いた RNAi によって 抑制され，NHE1 がその Ca2+シグナルの発生に関わっ ていることが示唆された18）．NHE1 は細胞周囲のイオ ン・pH 環境の変化を捉えるセンサーとして働き，細 胞内にシグナルが伝達されるものと考えられる．さら 図 3．脳虚血後のペリサイトの誘導 ラット中大脳動脈永久閉塞モデルにおける脳虚血後 1，3，5 日目の PDGFR-β の発現を免疫組織染色で評 価した．脳虚血 3∼4 日後に梗塞巣周囲のペナンブラ領域に PDGFR-β 陽性のペリサイトが誘導された． Scale bar = 30 μm． （文献 16 より改変引用） 図 4．ペリサイトにおける細胞内 Ca2+シグナル A：培養ヒト脳血管ペリサイト．楕円形の突出 した核を有し，突起を伸ばし折り重なるよう に増殖する．Scale bar = 100 μm． B：ペリサイトにおける細胞外アシドーシスに 対する細胞内 Ca2+濃度の変化．蛍光指示薬 fura-2を用いて細胞内 Ca2+濃度の変化を測定 した．細胞外 pH の低下に伴い，細胞内 Ca2+ 濃 度 の 振 動 現 象（Ca2+ oscillation）が 生 じ た． NHE1特異的 siRNA による RNAi によって， Ca2+ oscillationは抑制された．
（文献 18 より改変引用） NHE, Na+/H+ exchanger.
に，この Ca2+濃度の上昇に依存して Ca2+
/calmodulin-dependent protein kinase（CaMK）II が活性化，続いて転 写因子 cAMP response element binding protein（CREB）が 活性化され，IL-6 など種々の蛋白質の発現をもたらし た（図 5）17）． IL-6 は炎症のメディエーターとしてだけ でなく，gp130 を介した神経保護作用が示されてお り，ペリサイトが脳虚血に対して担う役割の一つと考 えられる．また，ROS は細胞内 Ca2+ストアからの Ca2+放出による持続的な Ca2+濃度の上昇（plateau type） をもたらし，ペリサイトにおける酸化ストレス応答の 一つの機序と考えられた19~21）． 3）神経栄養因子の産生 内皮細胞などから低酸素に反応して分泌される PDGF-Bに よ っ て， 培 養 脳 血 管 ペ リ サ イ ト で は
PDGFR-β-Akt 経路を介し，nerve growth factor（NGF）， neurotrophin-3（NT-3）などの神経栄養因子の産生が増加 した16）．アストロサイトは NT-3 の受容体である TrkC を発現し，NT-3 の作用によりさらに NGF の産生が増 加した（図 6）22）．虚血後に生じる血管新生に連動し て，ペリサイト−アストロサイトが密接に連携し，神 経細胞の機能・生存維持，BBB の構造維持に効率的に 働きかけていることが示唆される． 4）そのほかの NVU 保護作用 ペリサイトは CXCL12（SDF-1）など幹細胞を誘導す るケモカインを発現しており，neurovascular niche とし ての役割が示唆されている23）．また，貪食能があり lysosome，inclusion body を有している．マクロファー ジやミクログリアと同様に免疫系に関与し，BBB の防 図 5．ペリサイトにおける CREB の活性化 A：免疫細胞染色によってペリサイトにおける CREB の活性化を検討した．細胞外アシドーシ ス，Na+濃度低下によって核内に局在する CREB のリン酸化がみられた． B：ウエスタンブロッティングによって CREB を活性化する経路について検討した．細胞外アシ ドーシスによって生じる CREB のリン酸化は Ca キレーターである BAPTA や CaMKII inhibitor で ある KN93 によって抑制された．
C：ペリサイトではアシドーシスによって NHE1 を介した Ca oscillation が生じる．NHE1 は小胞 体からの Ca2+放出を介して Ca2+シグナルを制御している可能性が考えられる．発生した Ca2+シ グナルに応答し，CaMKII を介して CREB が活性化し，CREB の標的遺伝子である IL-6 などの遺 伝子発現が上昇する．
（文献 17 より改変引用）
CREB, cAMP responsive element binding protein; p-CREB, phosphorylated-cAMP responsive element binding protein; ATF-1, activating transcription factor-1; CaMKII, Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II; NHE, Na+/H+ exchanger; ER, endoplasmic reticulum; SERCA, sarco/endoplasmic reticulum Ca2+ -ATPase.
御機構としての働きを有している可能性も示唆されて いる9）．
5．おわりに
NVU においてペリサイトは内皮細胞を被覆して血 管を物理的に安定化させるのみならず，内皮細胞との 相互作用によって，微小血管の成熟，安定化，BBB の 維持などに重要な役割を果たしている．脳虚血時にペ リサイトは虚血周囲へ誘導され，サイトカインや神経 栄養因子の分泌を行って周囲の細胞に作用し，神経細 胞の保護，破綻した BBB の再構築に関わり，さらに は血管・神経再生を促進している可能性がある．どの ような機序で虚血周囲に動員され，どのような役割を 担っているのか，さらなる研究によって明らかとした い．ペリサイトは未解明な部分も多い細胞であるが， NVUの保護や修復過程において中心的な役割を果た している可能性が考えられ，脳虚血や認知症など種々 の中枢神経疾患に対する新たな治療標的として期待さ れる． 文 献1） del Zoppo GJ: Stroke and neurovascular protection. N Engl J Med 354: 553–555, 2006
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（文献 16，22 より改変引用）
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Abstract
Roles of brain microvascular pericyte in physiological and ischemic conditions
Kuniyuki Nakamura
1and Tetsuro Ago
21
Department of Internal Medicine, Fukuoka Dental College Medical and Dental Hospital,
Fukuoka, Japan
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