私の脳循環代謝研究への取り組み

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(1)● 新評議員. 私の脳循環代謝研究への取り組み菱川朋人1＊，飯原弘二2，宮本享3，伊達勲1. 要旨私の脳循環代謝研究はくも膜下出血後脳血管攣縮の基礎研究，頸動脈プラークイメージングに関する研究，もやもや病に対する臨床研究に大別される．脳血管攣縮では hypoxia-inducible factor-1 に，プラークイメージングでは病理組織との比較検討に，もやもや病では後方循環障害に焦点を当てて研究を行った．本論文ではこれらの研究を概説し，現在大学院生と行っている研究について紹介する．脳神経外科手術や日常診療と臨床および基礎研究のバランスを維持しながら，科学的視点を持った外科医としてこれらも邁進していく所存である．（脳循環代謝 26：207∼212，2015）. キーワード : 頸動脈プラークイメージング，脳血管攣縮，もやもや病. 究に従事した．脳動脈瘤破裂によるくも膜下出血. はじめに. （SAH）後の脳血管攣縮は予後悪化因子の 1 つであり，その病態生理はいまだ完全に解明されていない．. 私は 1998 年に岡山大学医学部を卒業し，すぐに当. HIF-1 は酸素ホメオスターシスを調節する転写因子で. 時大本堯史教授主催の岡山大学脳神経外科教室に入局. あり，α と β の 2 つのサブユニットが存在する．その. した．約 3 年半の臨床研修を終えた後に，私の脳循環. 下流には vascular endothelial growth factor （VEGF）をは. 代謝研究がスタートした．現在までの私の研究は大き. じめとする多くの脳保護因子がある．deferoxamine. く 3 つに分類することができる．1 つ目がくも膜下出. （DFO）は鉄キレート剤で HIF-1α の安定化作用を有す. 血後脳血管攣縮に対する基礎研究，2 つ目が頸動脈プ. る．DFO により HIF-1α を過剰発現させることによ. ラークイメージングに関する研究，そして 3 つ目がも. り，動物モデルにおける脳虚血や脳浮腫の軽減効果も. やもや病に対する臨床研究である．本論文ではこれら. 報告されている．本研究ではラット SAH モデルを用. 3 つの研究を概説し，現在大学院生と共に行っている. い，DFO により HIF-1α を過剰発現させ，VEGF 発現. 研究についても紹介する．. 変化，脳幹血流や脳底動脈への影響を検討した．慢性期脳血管攣縮における DFO の効果を検討すべく，2 回. I．くも膜下出血後脳血管攣縮と 1~3） hypoxia-inducible factor-1（HIF-1）. 注入モデルを採用した．2 回出血モデルに DFO を腹腔内投与した群，2 回出血モデルに placebo （蒸留水）を投与した群，2 回生食注入群の 3 つを比較検討した．. 当科では伝統的に脳血管攣縮に対する基礎研究を精. HIF-1α 蛋白発現，HIF-1α 核内活性，VEGF mRNA 発. 力的に行っており，私は臨床研修後に脳血管攣縮の研. 現は DFO 投与により有意に上昇しており，これは SAH 後の経時的変化による増加と比較しさらに有意に. 岡山大学大学院脳神経外科 2 九州大学大学院医学研究院脳神経外科 3 京都大学大学院脳神経外科＊〒 700-8558 岡山市北区鹿田町 2-5-1 TEL: 086-235-7337 FAX: 086-227-0191 E-mail: t-hishi@md.okayama-u.ac.jp 1. 上昇することが示された1~3）．DFO 投与により脳血管攣縮抑制効果を認め（Fig. 1），さらに脳幹血流の改善効果も認めた（Fig. 2）2, 3）． DFO は鉄キレート剤で lipid peroxidation や free radical の生成抑制，HIF-1 の安定化作用などの薬理作用を ─ 207 ─.

(2) 脳循環代謝第 26 巻第 2 号. Fig. 1. 生促進因子や血管拡張因子の関与など，新しい機序が. P < 0.01. 推定された．DFO は臨床使用されている薬剤であり，その安全性も証明されている．DFO の HIF-1 を介した. 血管比率（対正常血管）. 抗攣縮効果は今までにない新しい側面を有した治療薬であり，その意味で本研究は極めて有意義なものある. 1. と考えられる．. II．頸動脈プラークにおける病理組織と MRI（MPRAGE 法）の比較検討4~7）. n=5. 2004 年に国立循環器病センター脳神経外科（現在の. n=5. 国立循環器病研究センター）に赴任し，脳血管外科の手術手技と周術期管理を学ぶとともに頸動脈プラーク. 0.5. イメージングの臨床研究に携わる機会をいただいた．. SAH-DFO 治療群. 頸動脈プラークイメージングの役割は症候化しやす. SAH-placebo 治療群. い，または外科治療の際に合併症をきたしやすい病理. Fig. 1．SAH-DFO 群と SAH-placebo 群の血管比率（対正常血管）の比較（文献 3 より改変） SAH-DFO 群は SAH-place 群と比較して有意に高い血管比率を示す．. Fig.Fig. 2 2 Laser Doppler flow (ml/100g/min). Laser Doppler flow (ml/100g/min). 25. 0. 襲的に評価することである．magnetic resonance imaging（MRI）は非侵襲性，広い普及率，軟部組織の良好なコントラスト，被曝しない点などからプラークイメージングに適しており，日常診療で汎用されている. * 50. 学的に不安定なプラークを客観的かつ高い精度で非侵. P < 0.01 P <compared 0.01 compared to other togroups other groups (ANOVA) (ANOVA). *. modality である．臨床使用する上で病理組織と比較検討し modality の特徴と限界を把握することは極めて重要なことである．幸い国立循環器病センターは内頸動. 50. *. 脈内膜剝離術の症例が多く，数多くのプラークの病理. *. 標本を得ることができた．我々は撮像法として高速三次元 T1 強調法の一種で. 25. ある MPRAGE （magnetization prepared rapid acquisition n=5 n=5. n=5 n=5. with gradient echo）法を用いた．MPRAGE 法と症候学. n=5 n=5. との関係については Yamada ら8）が，プラーク内最大信号強度が胸鎖乳突筋の 200％以上を高信号と定義. 0. し，過去の虚血イベントとの相関を検討したところ，. SAH-placebo SAH-placebo SAH-DFO 2回生食 2回生食 SAH-DFO 注入群注入群治療群治療群治療群治療群. Fig. 2．2 回生食注入群，SAH-DFO 群と SAH-placebo 群の脳幹血流の比較（文献 3 より改変） SAH-DFO 群は SAH-placebo 群と比較して有意に高い脳幹血流を示す．. 中等度，高度狭窄で高信号は低信号に比べ有意に多くの虚血イベントを認めたと報告している．そこで我々は，この MPRAGE 法の病理組織との比較検討を行った．病理学的な不安定性要素の中でもプラーク内出血（intraplaque hemorrhage: IPH）に着目した4, 5）．内頸動脈内膜剝離術で摘出した 36 病変から得られた 96 切片を. 有する．本研究では HIF-1 の安定化作用を利用し，. 対象とした6, 7）．プラークの最大信号強度と胸鎖乳突筋. DFO 投与により脳血管攣縮期に HIF-1α 蛋白や核内活. の信号比を算出し，症候化との有意な相関が示された. 性を有意に過剰発現させることに成功した．これは. 200％以上を高信号と定義した（Fig. 3）．病理組織では. SAH 後の経時的変化の増加よりも有意に上昇してい. 壊死性コアの面積比率を算出し，IPH score として IPH. た．さらに DFO 投与により脳血管攣縮期の攣縮抑制. の程度を面積比で 3 段階（3: 40％以上，2: 20％以上，. 効果や脳血流改善効果を得ることができた．この機序. 1: 20％未満）に分類した．MPRAGE の信号比は壊死性. として今まで報告されている DFO の free radical 抑制. コアの面積比率および IPH score と有意に相関した. による効果以外に HIF-1 の下流に存在する VEGF や. （各々 P=0.0032, P<0.0001）7）．壊死性コアについては高. heme oxygenase-1, erythropoietin をはじめとする血管新. 信号は低信号に比べ，有意に高値であった（median,. ─ 208 ─.

(3) Fig. 3 私の脳循環代謝研究への取り組み. Fig. 4. P < 0.0001. (%) 100. 高信号 35.7%. 50. *. 85.7%. 低信号. 75.0%. 64.3% 25.0%. Fig. 3．MPRAGE で高信号を示すプラーク＊：プラーク，矢印：内頸動脈，2 重矢印：外頸動脈. 0. IQR）（51.2％, 43.3–66.8％ versus 49.0％, 33.2–57.6％, 7） P=0.029）．各 IPH score での高信号の占める割合は. 14.3%. 1. 2 IPH score. 3. Fig. 4．各 IPH score における MPRAGE 高信号と低信号の分布（文献 6 より改変） IPH score が高いほど有意に多くの高信号が認められた．. IPH score が高いほど有意に多くの MPRAGE 高信号が 7）認められた（Fig. 4）．これらより MPRAGE と症候化. との関連が示された 200％閾値での高信号は「プラーク. おいて虚血重症化，予後不良や出血虚血の合併発症に. 内出血を伴った大きな壊死性コアを有する」という病. 関与することが報告されている9, 12, 14）．我々は AC-PC. 理学的不安定性を反映していることが証明された．. interaction における小児例と成人例における比較を. MPRAGE の利点として造影剤を使用しない，撮像時. 行った．当科におけるもやもや病連続 120 例（小児例. 間が短い（約 5 分），評価する上で客観性が高い点が挙. 66 例，成人例 54 例），240 側の ICA，PCA を対象とし. げられる．欠点として新しい血栓の検出が困難な点が. た．小児例，成人例において後方循環障害と発症形. 挙げられる．. 態，血管撮影上における前方循環障害と後方循環障害. このような精度の高いプラークイメージングを用い. の相関について比較検討した．PCA 病変の発生頻度は. て，頸動脈プラークの性状評価を行うことは症候化の. 小児例 26％，成人例 33％で有意差を認めなかっ. リスクや周術期のリスクなど頸動脈狭窄症に対して多. た10）．PCA 病変は小児例，成人例ともに出血型には関. 角的にアプローチすることができ有益と考えられる．. 与せず，虚血型の中でも脳梗塞の発生に有意に関与した10）．ICA の重症度を stage 1: ICA 終末部の軽度狭. III．もやもや病の病態解析 −血管構築に観点から−9~12）. 窄，stage 2: ICA 高度狭窄ともやもや血管の増生， stage 3: ICA 閉塞ともやもや血管の増生，stage 4: ICA 閉塞ともやもや血管の消退に分類し15），PCA 病変との. もやもや病は 1960 年台に本邦から世界に向けて発. 相関を検討した．PCA 病変と同側 ICA stage におい. 信された疾患である．当科の西本詮名誉教授が本邦. て，小児例では成人例と比較し有意に軽症の ICA stage. でのもやもや病の疾患概念確立に大きく貢献されたこ. 10）であることが示された（Fig. 5）．. とから，当科では伝統的に本疾患に積極的に取り組. もやもや病は小児発症と成人発症の二峰性を示す特. んできている．本項では前方循環（anterior circulation:. 徴を有しているが，その原因は定かではない．我々の. AC）を内頸動脈（ICA），中大脳動脈（MCA），前大脳動. 結果は AC-PC interaction には小児例と成人例で異なっ. 脈（ACA）とし，後方循環（posterior circulation: PC）を後. たパターンが存在する，すなわち AC-PC interaction は. 大脳動脈（PCA）とする．. 小児例でより早期に開始されることを意味し，このこ. もやもや病の診断基準では血管構築の観点から前方. とはもやもや病の小児発症，成人発症の機序を解明す. 循環障害を主体としており，後方循環障害には言及さ. る手掛かりとなる可能性がある11）．. 13）. れていない．一方で後方循環障害は独立して発生するのではなく，前方循環の病期と相関しながら出現し（AC-PC interaction と呼ぶ），後方循環障害は本疾患に ─ 209 ─.

(4) Fig. 5. 脳循環代謝第 26 巻第 2 号 P < 0.05. (%) 100. Stage 4. 4%. Stage 3 Stage 2. 35%. Stage 1. 50% 26%. 50 38%. 0. 35%. 8%. 4%. 小児例 (n=24). Fig. 5．小児例と成人例における PCA 病変と同側 ICA stage の比較（文献 11 より改変）小児例は成人例と比較して有意に ICA stage が軽症である．. 成人例 (n=23). 今後もこの信念のもと邁進していく所存である．. IV．最近の研究課題. 最後に脳循環代謝の醍醐味を教示いただき，脳神経外科医としての実臨床のみならず臨床および基礎研究. 現在は 4 名の大学院生の指導者として，研究活動を. 双方に渡り親身にご指導いただいた岡山大学大学院脳. 行っている．くも膜下出血関連では早期脳損傷に対し. 神経外科伊達勲教授にこの紙面を借りて感謝の意を. 電気生理学な手法を用いて病態解明を行っている．脳. 表する．. 血管攣縮に対しては脳梗塞モデルや外傷モデルでの効果が示されている anti-High Mobility Group Box-1 antibody （抗 HMGB1 抗体）16, 17）の抗攣縮効果を検討している．もやもや病においては従来よりラット総頸動脈結紮モデルをもやもや病モデルとして実験的遺伝子治療を行っている．plasmid を vector として VEGF を側頭筋に注入し，もやもや病モデルに対して encephalomyo-synangiosis（EMS）を施行し，側頭筋および脳表で新生血管の有意な上昇を認めた18）．現在は血管安定化作用や血管拡張作用を有する apelin や HMGB1 を用いて血管新生を強化すべくその効果を検討中である．. 文献 1）菱川朋人，小野成紀，西口充久，伊達勲：ラットくも膜下出血モデルにおける hypoxia inducible factor-1 （HIF-1）mRNA および蛋白の経時的発現変化の検討．脳血管攣縮 31: 43–46, 2003 2）菱川朋人，小野成紀，小川智之，西口充久，徳永浩司，杉生憲志，伊達勲：Deferoxamine による Hypoxia inducible factor-1 を介したラットくも膜下出血後脳血管攣縮時における脳保護効果の検討．脳血管攣縮 32: 60–62, 2004 3） Hishikawa T, Ono S, Ogawa T, Tokunaga K, Sugiu K,. おわりに. Date I: Effects of deferoxamine-activated hypoxia-inducible factor-1 on the brainstem after subarachnoid hemor-. 私は外科医であるが，手術もする研究もするといった，いわゆる両輪のバランス感覚が重要であると考えている19）．臨床では脳動脈瘤クリッピング術，もやもや病に対するバイパス手術，脳動静脈奇形摘出術など直達術のみならず，動脈瘤コイル塞栓術や頸動脈ステント留置術など血管内治療にも携わる機会をいただいている．「科学的視点をもった脳神経外科医」は医療の発展に寄与するところが大きいと信じており，さらに ─ 210 ─. rhage in rats. Neurosurgery 62: 232–240; discussion 240– 241, 2008 4） Hishikawa T, Iihara K, Ishibashi-Ueda H, Nagatsuka K, Yamada N, Miyamoto S: Virtual histology-intravascular ultrasound in assessment of carotid plaques: ex vivo study. Neurosurgery 65: 146–152; discussion 152, 2009 5）菱川朋人，飯原弘二，山田直明，植田初江，長束一行，宮本享，伊達勲．脳外誌 19: 836–843, 2010 6）菱川朋人，飯原弘二，山田直明，植田初江，伊達 .

(5) 私の脳循環代謝研究への取り組み. 勲：頸動脈プラークにおける MPRAGE 法と病理組. work related to the internal cartoid arteries. J Neurosurg. 織の比較検討．脳卒中 66: 611–613, 2010. 29: 255–260, 1968. 7） Hishikawa T, Iihara K, Yamada N, Ishibashi-Ueda H,. 14） Miyamoto S, Kikuchi H, Karasawa J, Nagata I, Ikota T,. Miyamoto S: Assessment of necrotic core with intraplaque. Takeuchi S: Study of the posterior circulation in moyam-. hemorrhage in atherosclerotic carotid artery plaque by MR. oya disease. Clinical and neuroradiological evaluation. J. imaging with 3D gradient-echo sequence in patients with high-grade stenosis. Clinical article. J Neurosurg 113:. Neurosurg 61: 1032–1037, 1984 15） Mugikura S, Takahashi S, Higano S, Shirane R, Sakurai Y,. 890–896, 2010. Yamada S: Predominant involvement of ipsilateral ante-. 8） Yamada N, Higashi M, Otsubo R, Sakuma T, Oyama N,. rior and posterior circulations in moyamoya disease.. Tanaka R, Iihara K, Naritomi H, Minematsu K, Naito H:. Stroke 33: 1497–1500, 2002. Association between signal hyperintensity on T1-weighted. 16） Zhang J, Takahashi HK, Liu K, Wake H, Liu R, Maruo T,. MR imaging of carotid plaques and ipsilateral ischemic. Date I, Yoshino T, Ohtsuka A, Mori S, Nishibori M: Anti-. events. AJNR Am J Neuroradiol 28: 287–292, 2007. high mobility group box-1 monoclonal antibody protects. 9） Hishikawa T, Tokunaga K, Sugiu K, Date I: Clinical and. the blood-brain barrier from ischemia-induced disruption. radiographic features of moyamoya disease in patients with both cerebral ischaemia and haemorrhage. Br J Neu-. in rats. Stroke 42: 1420–1428, 2011 17） Okuma Y, Liu K, Wake H, Zhang J, Maruo T, Date I,. rosurg 27: 198–201, 2013. Yoshino T, Ohtsuka A, Otani N, Tomura S, Shima K,. 10） Hishikawa T, Tokunaga K, Sugiu K, Date I: Assessment. Yamamoto Y, Yamamoto H, Takahashi HK, Mori S,. of the difference in posterior circulation involvement. Nishibori M: Anti-high mobility group box-1 antibody. between pediatric and adult patients with moyamoya dis-. therapy for traumatic brain injury. Ann Neurol 72: 373–. ease. J Neurosurg 119: 961–965, 2013. 384, 2012. 11）菱川朋人，平松匡文，徳永浩司，杉生憲志，伊達 . 18） Kusaka N, Sugiu K, Tokunaga K, Katsumata A, Nishida A,. 勲：もやもや病の病態解析．脳外誌 24: 239–243,. Namba K, Hamada H, Nakashima H, Date I: Enhanced. 2015. brain angiogenesis in chronic cerebral hypoperfusion after. 12） Hishikawa T, Tokunaga K, Sugiu K, Date I: Long-term. administration of plasmid human vascular endothelial. outcomes in adult patients with ischemic-type moyamoya. growth factor in combination with indirect vasoreconstruc-. disease involving posterior circulation. Acta Neurochir. tive surgery. J Neurosurg 103: 882–890, 2005 19）伊達勲：脳神経外科医教育における基礎研究の意. (Wien) 156: 1745–1751, 2014 13） Nishimoto A, Takeuchi S: Abnormal cerebrovascular net-. ─ 211 ─. 義．脳外誌 20: 115–122, 2011.

(6) 脳循環代謝第 26 巻第 2 号. Abstract My career in the research of cerebral blood flow and metabolism Tomohito Hishikawa1, Koji Iihara2, Susumu Miyamoto3, and Isao Date1 1Department of Neurological Surgery, Okayama University Graduate School of Medicine, Okayama, Japan 2Department of Neurosurgery, Kyusyu University Graduate School of Medical Sciences, Fukuoka, Japan 3Department of Neurosurgery, Kyoto University School of Medicine, Kyoto, Japan In this article, I introduced my career in the research of cerebral blood flow and metabolism. My works of cerebral blood flow and metabolism were divided into three subjects: the basic research of cerebral vasospasm after aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH), carotid plaque imaging, and the clinical research for moyamoya disease. I investigated the influence of hypoxia-inducible factor-1 on cerebral vasospasm using a rat SAH model. As a part of the research of plaque imaging, I performed the comparison study between the images by magnetic resonance imaging and histological sections of carotid plaques. I evaluated the difference of significance of posterior circulation involvement between pediatric and adult patients with moyamoya disease. Some investigations in which I have recently engaged as graduate mentoring were also shown in this manuscript. I think that neurosurgeons should have an emphasis on clinical practice and research work evenly. I hope I will grow as a neurosurgeon on this principled grounds. Key words: carotid plaque imaging, cerebral vasospasm, moyamoya disease. ─ 212 ─.

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