1．はじめに
脳卒中は主要な死因であるとともに機能障害を来す 最大の原因疾患であり（厚生労働省平成 25 年国民生活 基礎調査の概況より），急激な高齢化社会の進行の中 で，後遺症による人的な介護負担や経済的負担が社会 的問題となっている．そのため，脳卒中（とくに脳梗 塞）の治療に関してはさまざまな研究が行われてお り，新規抗血栓薬の開発による予防治療の進展や，静 注療法・カテーテルによる血栓回収療法といった超急 性期治療の進歩等が認められるようになってきた．し かしながら超急性期以降の急性期・亜急性期，そして 慢性期の治療に関しての大きな進歩はなく，一旦失っ た機能を回復させる治療は現時点においてはリハビリ テーションのみである． そのような中，近年の幹細胞研究の発展により，細 胞移植による脳梗塞治療が新たな治療戦略として研究 されている．本稿では現時点で考えられている脳梗塞 に対する各種細胞治療の種類とその機序に関して概説 を行い，臨床応用に向けた今後の課題と展望について 述べていく．2．脳梗塞に対する細胞治療
現在研究されている脳梗塞に対する細胞治療として は下記のように，成体内に元々存在する神経幹細胞を 活性化させて機能回復を目指す方法（内在性神経幹細 胞活性化）と，何らかの細胞を体外から投与・移植す る方法に大別される．また後者に関しては，移植する 細胞の種類により，非神経系細胞の移植（骨髄や臍帯 由来の間葉系幹細胞や血球系細胞）と，神経幹細胞の 移植（embryonic stem cells（ES 細胞：胚性幹細胞）や induced pluripotent stem cells（iPS 細胞）から分化させた 神経幹細胞や，胎児脳由来の神経幹細胞）に分類さ れる． 慶應義塾大学医学部神経内科 〒 160-8582 東京都新宿区信濃町 35 E-mail: [email protected] doi: 10.16977/cbfm.28.2_309 近年，脳梗塞の新規治療として細胞を用いた治療法が研究されている．細胞治療は，内在性の神経幹細胞を 活性化させる方法と，何らかの細胞を体外から投与・移植する方法に大別される．前者に関しては，薬剤投与 による活性化の研究が行われているが，さまざまな細胞の投与・移植によっても引き起こされることが判明し ている．後者に関しては，非神経系細胞の移植（間葉系幹細胞や血液単核球等）と，神経幹細胞の移植に分類さ れる．非神経系細胞移植においては抗炎症効果や神経保護効果，内在性の神経新生促進効果が期待され，従来 から使用・研究されている炎症修飾薬や脳保護薬に近い位置づけで使用されると考えられる．現在ヒトにおけ る臨床研究が進行中である．一方神経幹細胞移植は，前述の非神経系細胞移植と同様の機序も持っているが， それに加え neural replacement 効果（移植細胞による損傷神経組織の置換）も期待でき，既存の治療とは一線を 画す再生医療という側面が非常に強い．しかしながら，その実用化にはまだまだ解決すべき課題が残されてい る．今後は，既存の治療とさまざまな細胞療法を融合させ，各々の治療が適応となる症例を的確に選択するこ とが必要になると考えられる． （脳循環代謝 28：309∼314，2017） キーワード : 脳梗塞，幹細胞，細胞治療，細胞移植，iPS 細胞A） 内在性神経幹細胞活性化 B） 細胞移植療法 1） 神経幹細胞移植 a） ES 細胞由来 b） iPS 細胞由来 c） 上記以外の細胞由来 2） 非神経系幹細胞移植 a） 間葉系幹細胞（骨髄，脂肪，歯髄，臍帯血 由来等） b） 単核球細胞等の血球系細胞
3．細胞治療の作用機序
これらの細胞療法による機能回復は，一般的には下 記のようなさまざまな機序の組み合わせを介して促進 されていると考えられる（Fig. 1）1）． ① 損傷神経組織の移植細胞による置換 Neural replacement ② 血管新生，再髄鞘化，シナプス形成，内在性の 神経新生の促進 Promotion of angiogenesis, remy-elination, synaptogenesis, neurogenesis③ 炎症反応の修飾 Modulation of inflammation ④ 神経保護効果 Neuroprotection 以下に各細胞治療のおける作用機序の詳細を述 べる． 1） 内在性神経幹細胞活性化の作用機序 脳虚血刺激により成体脳に内在する神経幹細胞が活 性化され，神経芽細胞として梗塞部位まで遊走した後 に神経細胞として生着することがすでに判明してお り，neunal replacement の効果があることが期待され る．しかし Arvidsson ら2）は，梗塞部位へ移動し成熟・ 生存し得た神経細胞は，失われた神経細胞のわずか 0.2％に過ぎないと報告されており，この内在性の神経 新生がどれほど機能回復に寄与しているかは未知数で ある．しかし一方で，内在性神経幹細胞からの神経新 生を遺伝子的に停止させた動物において梗塞を作成す ると，梗塞巣が拡大し行動解析においても機能障害が 大きかったと報告されており3），内在性神経新生が何 らかの機序を介して機能回復に関与している可能性も 十分に考えられる．現時点においては，この機序を活 性化するために薬剤を投与する方法が研究されている が，後述するように細胞移植療法によってもこの機序 が促進化することが判明している4）． 2） 神経幹細胞移植の作用機序 神経幹細胞は，自己複製が可能であり，神経系の 3 系統の細胞（ニューロン，アストロサイト，オリゴデ ンドロサイト）に分化可能な細胞である．したがっ て，脳梗塞によって失われた脳組織を神経幹細胞から 分化した神経系細胞によって再生すること（neural replacement効果）は，理論的には可能である．しかし その具現化のためには，腫瘍化を伴わない移植細胞の Fig. 1．脳梗塞に対する各種細胞療法とその機能回復機序（文献 1 より改変）
生存が必須であり，解剖学的に再生され，機能的にも 有効に働く脳組織・神経回路を得るためには多くの過 程や介入が必要と考えられ，今後解明しなければなら ない点は多い．また神経幹細胞は他の幹細胞と同じよ うに，上述の②∼④にあたる炎症反応の修飾や神経保 護効果等の様々な効果（bystander 効果）を発揮すること も判明しており，移植によって得られた機能回復が真 の neural replacement 効果によるものか，他の機序によ るものかを検討することは，他の細胞療法との選択 や，移植時期の選別にとって重要である． 神経幹細胞の供給源としては，胎児脳や ES 細胞， iPS細胞等が考えられ，また近年では皮膚神経芽細胞 から iPS 細胞を経ずに直接神経幹細胞を誘導する方法 （ダイレクトリプログラミング法）によって得られた induced neural stem cells（iNSCs：新規神経幹細胞）を用
いた研究も報告されている5）．紙面の都合上，各細胞 の詳細については割愛するが，胎児脳や ES 細胞を供 給源として用いる場合には倫理的・文化的側面が問題 となる．iPS 細胞や新規神経幹細胞を用いる場合に は，造腫瘍性の克服といった安全面が問題となってく るが，我々を含めた複数の研究室からの報告におい て，①安全性（腫瘍形成なし），②細胞レベルでの分 化・ 成 熟， ③ 機 能 回 復 と い う 3 点 は 認 め ら れ て い る6~9）． 一 方 で 移 植 に よ り 得 ら れ た 機 能 回 復 が
bystander効果ではなく，neunal replacement によるもの
と証明した報告は僅かであり10），今後のさらなる研究 が必要な段階である．各種細胞の比較を Table 1 に 示す． 3） 非神経系幹細胞移植の作用機序 非神経系幹細胞移植としては，海外において 2005 年に Bang らが自家骨髄間葉系幹細胞を慢性期脳梗塞 患者に経静脈投与し，その安全性を報告している11）． また国内においても 2011 年に Honmou らが慢性期脳 梗塞患者に自家骨髄間葉系幹細胞を経静脈投与し，そ の安全性と神経症状の回復を報告している12）．また単 核球細胞を用いた移植療法も，海外においては Savitz ら13）が，国内においては Taguchi ら14, 15）が報告してい る．近年では，抗原性のない“off-the-shelf”の製品とし て調整された骨髄間葉系幹細胞を脳梗塞急性期に経静 脈的に投与する phase II 研究の結果も報告され，その 安全性と有効性が報告されている16）．これらの非神経 系幹細胞は神経系細胞に分化する能力を持ち合わせて はいるが，移植後に体内に永続的に生存するという報 告は乏しく17），実際の移植療法における機能回復機序
は neural replacement 以外の機序（bystander 効果）が主 になると考えられている．したがって従来から使用・ 研究されている炎症修飾薬や脳保護薬に近い位置づけ で使用されると考えられる．
4．細胞移植療法の今後の展望
脳梗塞等の脳血管障害は神経変性疾患と違い，既存 の治療やリハビリテーションによって，機能的には回 復を認める症例も多く，全ての症例が細胞移植療法の 対象になるとは限らない．また神経幹細胞移植に比べ 臨床応用への実現性が高いと考えられる非神経系細胞 移植療法を既存の治療法に加えるのみでも，その抗炎 症効果や神経保護効果によって十分な機能回復が得ら れる症例もあることが予想される． 現時点においては，まず既存の治療によっても有効 な機能回復が得られない症例を選別する方法を確立す ることが重要と考えられる．そして細胞治療が必要と 判断された症例を対象に，（既存の治療は継続しなが ら）抗炎症効果や神経保護効果が効果を発揮しやすい と考えられる比較的急性期において非神経系細胞移植 （静脈投与あるいは動脈投与）を追加し，機能回復を評 価する．そして，それによっても機能回復が乏しい症 例のみを対象として neural replacement 効果を目標とし NSCs：神経幹細胞た神経系細胞移植（定位的な脳内への移植）を検討する ことが，現実に即した戦略になると筆者は考えている （Fig. 2）． このような観点からみると，非神経系細胞移植は既 存の治療の延長線上にあると考えられるが，neural replacement効果を念頭においた神経幹細胞移植は，既 存の治療とは一線を画す再生医療という側面が非常に 強い．それを実現させるためには，神経細胞のみなら ずグリア細胞や血管組織・支持組織等の全てを考慮し た組織の再生と，その結果として構築される新規神経 回路が痙攣等の有害事象を呈することなく機能的に働 くことが重要となってくる．この点に関しては，現状 ではさらなる基礎研究が必要な段階であると言わざる を得ない． 一方，基礎研究において期待された多くの脳保護薬 が臨床応用されなかったという事実を考えると，脳梗 塞モデル動物で証明された機能回復がヒトでは得られ ないという可能性が十分考えられる．この点に関して 米国においては，Stem Cell Therapy as an Emerging Par-adigm for Stroke （STEPS）と呼ばれる meeting が行わ れ，脳卒中に関する幹細胞療法の基礎研究・臨床応用 に関するガイドラインが発表されており18），脳梗塞モ デル動物の標準化や機能評価方法，臨床試験に移行す るタイミング等が記述されている．
5．おわりに
脳梗塞の機能回復に関する新規治療開発は，医療関 係者や患者のみならず，社会全体からも非常に期待が 高い分野である．しかし新規の治療法においては，そ の有応性の評価とともに安全性の確保が最優先であ り，一歩一歩着実に，また既存の治療との比較や融合 も考えながら，その開発を進める必要があると考えら れる． 本論文の発表に関して，開示すべき COI はない． 文 献1） Lindvall O, Kokaia Z: Stem cell research in stroke: how far from the clinic? Stroke 42: 2369–2375, 2011
2） Arvidsson A, Collin T, Kirik D, Kokaia Z, Lindvall O: Neuronal replacement from endogenous precursors in the adult brain after stroke. Nat Med 8: 963–970, 2002 3） Jin K, Wang X, Xie L, Mao XO, Greenberg DA:
Trans-genic ablation of doublecortin-expressing cells suppresses adult neurogenesis and worsens stroke outcome in mice. Proc Natl Acad Sci USA 107: 7993–7998, 2010
4） Mine Y, Tatarishvili J, Oki K, Monni E, Kokaia Z, Lind-vall O: Grafted human neural stem cells enhance several steps of endogenous neurogenesis and improve behavioral recovery after middle cerebral artery occlusion in rats. Neurobiol Dis 52: 191–203, 2013
5） Kim SM, Flaßkamp H, Hermann A, Araúzo-Bravo MJ, Lee SC, Lee SH, Seo EH, Lee SH, Storch A, Lee HT, Schöler HR, Tapia N, Han DW: Direct conversion of mouse fibroblasts into induced neural stem cells. Nat Pro-toc 9: 871–881, 2014
6） Gomi M, Takagi Y, Morizane A, Doi D, Nishimura M, Miyamoto S, Takahashi J: Functional recovery of the murine brain ischemia model using human induced plurip-otent stem cell-derived telencephalic progenitors. Brain Res 1459: 52–60, 2012
7） Jensen MB, Yan H, Krishnaney-Davison R, Al Sawaf A, Zhang SC: Survival and differentiation of transplanted
Fig. 2．脳梗塞に対する既存治療と細胞治療の融合
脳梗塞に対する細胞治療は，既存の治療でも機能回復が乏しい症例に対して“追 加”して行うべき治療で，相反する治療ではない．抗炎症効果や神経保護効果を主 目的とした非神経系細胞移植は急性期に，neural replacement 効果を目標とした神 経系細胞移植は慢性期に行うべきと筆者は考える．
cells form functional neurons and improve recovery after grafting in stroke-damaged brain. Stem Cells 30: 1120– 1133, 2012
10） Fujimoto Y, Abematsu M, Falk A, Tsujimura K, Sanosaka T, Juliandi B, Semi K, Namihira M, Komiya S, Smith A, Nakashima K: Treatment of a mouse model of spinal cord injury by transplantation of human induced pluripotent stem cell-derived long-term self-renewing neuroepithelial-like stem cells. Stem Cells 30: 1163–1173, 2012
11） Bang OY, Lee JS, Lee PH, Lee G: Autologous mesenchy-mal stem cell transplantation in stroke patients. Ann Neu-rol 57: 874–882, 2005
12） Honmou O, Houkin K, Matsunaga T, Niitsu Y, Ishiai S, Onodera R, Waxman SG, Kocsis JD: Intravenous adminis-tration of auto serum-expanded autologous mesenchymal
in a mouse model. J Clin Invest 114: 330–338, 2004 16） Mays R, Deans R: Adult adherent cell therapy for
isch-emic stroke: clinical results and development experience using MultiStem. Transfusion 56: 6S–8S, 2016
17） Karussis D, Karageorgiou C, Vaknin-Dembinsky A, Gowda-Kurkalli B, Gomori JM, Kassis I, Bulte JW, Petrou P, Ben-Hur T, Abramsky O, Slavin S: Safety and immu-nological effects of mesenchymal stem cell transplantation in patients with multiple sclerosis and amyotrophic lateral sclerosis. Arch Neurol 67: 1187–1194, 2010
18） Savitz SI, Chopp M, Deans R, Carmichael T, Phinney D, Wechsler L; STEPS Participants: Stem Cell Therapy as an Emerging Paradigm for Stroke (STEPS) II. Stroke 42: 825–829, 2011
