中枢神経系外傷に関する研究

文献情報

• 文献番号: 199900403A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 中枢神経系外傷に関する研究
• 課題番号: -
• 研究年度: 平成11(1999)年度
• 研究代表者(所属機関): 杉本 壽(大阪大学)

研究分担者(所属機関)

• 嶋津岳士(大阪大学)
• 田中裕(大阪大学)
• 塩崎忠彦(大阪大学)
• 平出敦(大阪大学)
• 鍬方安行(大阪大学)
• 種子田護(近畿大学)
• 吉峰俊樹(大阪大学)
• 長田重一(大阪大学)
• 玉谷実智夫(大阪大学)

• 研究区分: 厚生科学研究費補助金 先端的厚生科学研究分野 脳科学研究事業
• 研究開始年度: 平成9(1997)年度
• 研究終了予定年度: 平成11(1999)年度
• 研究費: 50,000,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

頭部外傷の治療のゴールは単なる救命では済まず、より優れた脳機能を保全することにある。本研究の目的は、科学的裏付けに基づく、より安全な頭部外傷の治療法を開発・確立することを目指すものである。そのために、頭部外傷患者に対する中等度脳低温(34℃)療法の効果と限界、その機序、問題点を明らかにすることである。本年度は従来の治療法(脱水療法、過換気療法、高浸透圧利尿剤投与、バルビツレート大量投与、血腫除去術、減圧開頭術、等)で頭蓋内圧を制御できる症例に対する、中等度脳低温療法の治療成績改善効果と、重症頭部外傷急性期の細胞応答、神経・内分泌・免疫系のクロストークの変化に焦点を当てた。さらに基礎的研究では、脳損傷病態の解明や脳保護法の開発に焦点をおき、将来的には中等度脳低温療法に代わるより安全でいずれの施設でも施行可能な治療法を開発することを本研究の目的とした。

研究方法

臨床研究では1)multicenter prospective randomized controlled trial:従来の治療でICPを25mmHg以下に制御できる重度頭部外傷を、中等度脳低温療法(34℃)群と常温(37℃)群に分け、治療成績を比較検討した。2) 種々の中枢神経系の損傷で増加すると報告されているS-100B蛋白とサイトカインが頭部外傷の急性期病態にどのように関与するかを検討した。3)中枢神経系の制御が無くなった脳死状態における白血球機能と血中サイトカインバランスならびにコルチゾールの変動について検討した。基礎研究では1)中枢神経損傷(脳虚血再灌流障害モデルにおける脳低温療法時のglucose regulating protein 78 (GRP78)遺伝子の機能解析、2)脳損傷モデルにおける病態解明と脳保護法の研究、3)虚血性神経細胞死とその制御機構に関する研究を行った。

結果と考察

臨床研究、1) 周到な準備の後、11施設によるprospective randomized controlled trialは順調に推移し、平成10年2月から平成11年11月までにエントリーし、受傷3ヶ月後の生命・機能予後が判明している85症例を検討した結果、①経過中の頭蓋内圧の推移、②受傷3ヶ月後の生命・機能予後には両群間(34度群と37度群)では有意差は認められず、③各種合併症の発生頻度が34度群で有意に高かった。以上の結果から、「従来の治療法(脱水療法、過換気療法、高浸透圧利尿剤、バルビツレート大量投与、血腫除去術、減圧開頭術、等)で頭蓋内圧を25 mmHg未満に制御できる重症頭部外傷患者に対しては、中等度脳低温療法を併用すべきではない」と結論した。2)髄液中S-100B蛋白の増加をもたらす損傷が、引き続いて髄液中サイトカインの産生を誘導することが明らかとなった。一方、本蛋白の増加に関与しない他の機序でサイトカインが産生されている可能性も示唆された。また、髄液中S-100B蛋白濃度は生命予後を予測する因子になりうることが示された。3)脳死に伴いサイトカインバランスは炎症性方向に崩れ、白血球機能は急激に著しいプライミング状態をきたした。脳死によるサイトカインバランスの崩壊には、血中コルチゾール値の低下が一因として考えられた。他方、基礎研究では、1)GRP78遺伝子を組み込んだアデノウイルスをマウスの初代培養神経細胞に感染させて得られた強制発現モデルにおいて、過酸化水素による細胞障害抑制効果を認めた。この結果より、脳低温療法によるGRP78の局在の維持が同部位における細胞の変性脱落を抑制し、脳神経細胞の保護作用の一端を担っている可能性が示唆された。2)組織型プラスミノーゲンアクチベータ(tPA)mRNAの変化が、中枢神経損傷時と末梢神経損傷時で発現機序、時期に違
いがあり、機能的にも異なる可能性があること。TPAノックアウトマウスの神経損傷時のtransneuronal degenerationにはtPAは関与しないこと、さらにウロキナーゼ型プラスミノーゲンアクチベータ(uPA)が外傷急性期の脳浮腫の発生に関与することを明らかにした。またHVJ-AVEリポソームにアポトーシス抑制作用を有するBcl-2遺伝子を組み込み、実験的脳梗塞の領域を軽減する効果が得られ、将来的な脳保護治療の第一歩を確立した。3)低酸素刺激による神経細胞死の機序に関し、主にミトコンドリアに存在するアポトーシス関連蛋白のBcl-2ファミリーおよび小胞体に局在するストレス蛋白(ORP150)の機能解析を行った。その結果、低酸素によりBcl-2蛋白量の低下、ミトコンドリアからのチトクロームcの放出、caspase-3の活性化が起こり、神経細胞死に至る経路が明らかとなった。また、アデノウイルスベクターを用いて、ORP150を過剰発現させると、低酸素による細胞死が抑制された。以上より、虚血性神経細胞死にミトコンドリアのみならず、小胞体の機能変化が関与することが示唆された。

結論

従来の治療法で頭蓋内圧を25mmHg未満に維持できる重症頭部外傷患者に対して中等度脳低温療法を併用した場合、合併症(肺炎、白血球数減少、血小板数減少、高Na血症、低K血症等)の頻度が増加するだけで、生命機能予後の改善は全く認められなかった。以上より、従来の治療法で頭蓋内圧を25mmHg未満に維持できる重症頭部外傷患者に対しては、中等度脳低温療法を併用するべきではない。中枢神経損傷時の神経・免疫・内分泌のクロストークについて検討した結果、脳死に伴い、サイトカインバランスは炎症性方向に崩れ、PMNLは著しいプライミング状態をきたす。脳死によるサイトカインバランスの崩壊には、血中コルチゾール値の低下が一因として考えられる。脳死に伴う白血球機能の活性化は、血管内皮細胞障害や臓器障害を起こしうる。中枢神経系は全身性炎症反応の制御に深く関与することが明らかとなった。重症頭部外傷時にはまず髄液中S-100B蛋白濃度が受傷6時間以内に上昇し、少し遅れるかたちで受傷24時間以内に髄液中の各種サイトカイン濃度が上昇した。このような髄液中S-100B蛋白、サイトカイン増加の時間経過から、外傷によるprimary damageが、S-100B蛋白を増加させ、その後脳内の炎症反応を引き起こしてサイトカインの産生を誘導することが推察された。S-100B蛋白は、予後不良例で高値となることから、予後を予測する因子になりうることが示唆された。一方サイトカインは、今回検討した S-100B蛋白濃度に有意差のある2種類の損傷形態間で差はなく、予後の良悪でも差はみられなかった。脳内サイトカインの増加には、 S-100B蛋白の増加をもたらすastroglial cellの破壊以外の別の機序も関与することが示唆された。基礎研究では、脳低温療法によるGRP78の局在の維持が、同部位における細胞の変性脱落を抑制し、脳神経細胞の保護作用の一端を担っている可能性が示唆された。細胞応答では、脳損傷の病態には多種多様の細胞や分子レベルの反応が関与しており、このような個々の反応は互いに関連しつつ病態の全体像を構成するものと考えらる。その中でtPAは中枢神経損傷モデルと末梢神経損傷モデルで発現メカニズム、時期に相違があり、機能的にも異なる可能性があることが明らかとなった。遺伝子導入療法として、HVJ-AVE liposome にアポトーシス抑制作用を有するbcl-2遺伝子を組み込み、虚血前に投与することにより実験的脳梗塞の体積を減ずることが可能となることが明らかとなった。さらに、ミトコンドリアに主に局在するBcl-2だけではなく、小胞体に局在するORP150が虚血耐性にとってのkey factorであることがわかった。今後の研究方向として、小胞体とミトコンドリアのクロストーク、特に小胞体ストレスによる細胞死にミトコンドリアの機能変化が如何に関わっているかを明らかにすることが重要と思われる。また、遺伝子治療によってORP150の発現を上昇させておく、或いはORP150の発現を誘導させるような薬剤を開発することにより虚血性神経細胞死を原因とする疾患の治療と
なりうる可能性が期待される。今後ともさらに多くの細胞レベル、分子レベルの反応とともにそれらの相互関連を明らかにし、血行動態、画像診断を統合して脳損傷病態の解明に努めるとともに、得られた病態解析結果に基づいて適切な薬剤、遺伝子の導入を行うことにより新たな脳保護法の開発に努めたい。

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