●心不全診療の最前線!!［ I ］心不全の疫学と病態生理

4．心臓再生の展望
小室一成＊，永井敏雄＊＊

近年，再生医療が大変注目されている．わが国では心不全患者は増加傾向にあり，従来の治療方法の適応とならない重症心不全の新しい治療法として，再生医療が果たす役割は大きい．心臓の再生療法の方法論には，細胞移植療法と，心筋細胞分化誘導療法が考えられている．自家骨格筋芽細胞移植は，冠動脈バイパス術と自家骨格筋細胞移植を併用した第 1 相試験が行われ，不整脈の合併が報告されたが，移植後のNYHA 機能分類と駆出率の双方に改善が認められた．体性幹細胞は，成体のさまざまな臓器に存在することが知られている．われわれは新生仔ラット心筋細胞と骨格筋細胞を共培養すると，骨格筋細胞の一部が心筋細胞に分化すること，さらに骨格筋 SP細胞に心筋細胞に分化する細胞が多いことを明らかにした．このことは，骨格筋には心筋に分化可能な幹細胞が存在することを示唆する．
胚性幹細胞は，中胚葉・内胚葉・外胚葉の 3 系統の細胞に分化する能力を持つ．
1998 年にヒト ES 細胞が樹立され，心筋に分化することも明らかになった．われわれは，サルの ES 細胞を心筋細胞に分化させることに成功しており，このような高等霊長類の ES 細胞を用いた研究は，ヒトへの臨床応用への前段階として有用である．骨髄細胞は遊走能と多分化能を持つ．マウス心筋梗塞モデルにおいて，Stem cell factor とGranulocyte-colony stimulating factor（G-CSF）を急性期に投与することにより，心機能，予後の改善，梗塞範囲の縮小が報告されている．G-CSF による骨髄由来幹細胞の動員による心筋梗塞治療は，現在ヒトで治験が進行中で，今後の動向が注目されている．心臓再生医療において細胞移植療法と心筋細胞分化誘導療法はともに有望な方法である．本稿に，それぞれの有利な点と問題点をまとめたが，今後，それぞれの問題点を克服していくことがわれわれの課題である．

Cardiac Regeneration
ISSEI KOMURO Department of Cardiovascular Science and Medicine, Chiba University Graduate School of Medicine
こむろ・いっせい：千葉大学大学
院医学研究院循環病態医科学教授．昭和57年東京大学医学部卒
業．平成元年ハーバード大学留学．
平成10年東京大学大学院医学系研究科循環器内科講師．平成13年現職．主研究領域／循環器病学．
心臓の発生・分化・再生．心不全発症の分子機序，血管の老化．
＊＊
ながい・としお：千葉大学医学部第三内科講師．
＊

26 第 122 回日本医学会シンポジウム

Key words細胞移植
細胞分化誘導療法
体性幹細胞
ES 細胞

誘導療法が考えられている（図 1）．本稿では，はじめに心筋再生に向けたこの 2 種類の治療法の現近年，再生医療は医学専門誌のみならず，況と今後について概説する．

一般向けメディアにも頻繁に取り上げられるようになり，広く注目されている．これは，胚性幹細胞（ES 細胞）の樹立，多機能体性幹1．自家骨格筋芽細胞移植細胞の発見に負うところが大きく，再生医療心臓に対する細胞移植の研究は，1990 年代

は，肝臓，骨，歯，膵臓，神経，血管，心臓初頭から心房腫瘍由来細胞株，胎児心筋細胞，など，体のほとんどの臓器組織に応用されよ

骨格筋芽細胞株，ES 細胞などが試みられてきうとしている．わが国では特に，高齢化社会たが，拒絶反応，腫瘍化，倫理的問題などのの進行，食生活，ライフスタイルの欧米化にため，臨床応用には至らなかった．自家骨格伴い，動脈硬化性疾患，虚血性心疾患は増加

筋 芽 細 胞 移 植 は Murry ら1），Taylor ら2）に よ傾向にあり，心不全患者も増加すると考えらり動物実験が行われ，移植細胞の生着とレシれる．したがって，従来の治療方法の適応とピエントの心臓の機能改善が報告された．

ならない重症心不全，虚血性心疾患の新しい2001 年，Menasche ら3）は，ヒト自家骨格筋移治療法として，再生医療が果たす役割は大き植を完全血行再建不可能かつ non viable な梗

い．心臓の再生療法の方法論として，外部か塞部位に世界で初めて移植した．2003 年の米ら心筋細胞あるいは心筋細胞への分化が約束

国心臓会議で同グループは駆出率 35％ 以下

づけられている前駆細胞を補充する細胞移植の陳旧性心筋梗塞患者 10 例に冠動脈バイパ療法と，内在する心筋あるいは心筋前駆細胞ス術と自家骨格筋細胞移植を併用した第 1の動員，増殖，分化を誘導する心筋細胞分化相試験の結果，持続性心室頻拍が 4 例にみら細胞移植治療

体性幹細胞分化誘導療法

G-CSF

分化細胞分離

ES細胞

胚盤胞培養

図1

末梢血への骨髄細胞の動員

近年注目されている心臓再生医療の方法―細胞移植治療と分化誘導療法―

心不全診療の最前線 27

merge
GFP

GATA4

ANF

図2

骨格筋由来細胞は心筋細胞との共培養により，心筋特異的蛋白を発現する

GFP 発現骨格筋由来細胞を新生仔ラット心筋細胞と共培養後，免疫染色法により心筋特異的cTnT，ANF の発現を評価した．GFP 陽性骨格筋由来細胞（a）に cTnT（b），ANF（c）が発現している．

れたが，植え込み型除細動器とアミオダロンきる細胞であるが，その一部は成体の中枢神で対処可能であり，移植後 12 週後の NYHA経，造血器官，肝臓，皮膚，間葉系などに存機能分類と駆出率の双方に改善が認められた

在することが知られている．われわれは，新と報告した．われわれのラット心筋凍結障害

生仔ラット心筋細胞と GFP 発現マウス由来モデルによる実験でも，自家骨格筋芽細胞移骨格筋細胞を共培養すると，GFP 陽性骨格筋

植後 4 週間に左室リモデリングが抑制され由来細胞が心筋特異的トロポニンTていた．

（cTnT）や心房ナト リ ウ ム 利 尿 性 ペ プ チ ド（ANF）を発現することを報告した（図 2）．さ2．体性幹細胞

らに，心筋細胞に分化したこれらの骨格筋由来細胞は，心筋細胞との接合部にカドヘリン

多能性幹細胞は自己複製能を持ち，一つあやコネキシン 43 を発現して電気的機械的接るいはそれ以上の種類の異なる細胞に分化で合部を形成するとと も に，骨 格 筋 の twitch

28 第 122 回日本医学会シンポジウム

01,023
Hoechst red%cardiac TnT（＋）細胞数/総GFP（＋）細胞

Hoechst blue（%）
P＜0.050.70.60.50.40.30.20.10MP cells

図3SP cells

骨格筋 SP 細胞は MP 細胞に比較して心筋細胞との共培養により，心筋に分化する細胞群を多く含むとは異なる持続時間が長い，規則正しい洞結cell）
は，中胚葉・内胚葉・外胚葉の 3 系統の節様の活動電位を示した．

細胞に分化する能力を持つが，浮遊状態で培SP（side population）細胞は多機能幹細胞の養すると球体の細胞塊（エンブリオボディ）をような未分化な細胞を多く含み，骨髄のよう形成し，高率に心筋細胞へと分化し，自立拍な造血組織のみではなく，骨格筋にも存在す動を開始する．心筋細胞へ分化を誘導したマ4）ると報告されている ．GFP 陽性骨格筋細胞

ウス ES 細胞は，マウスの心筋に移植するとから FACS で 分 離 し た SP 細 胞 と MP（main

宿主の心筋細胞の間に生着することが報告さpopulation）細胞をそれぞれ心筋細胞と共培れ て い る5）．1998 年 ヒ ト ES 細 胞 が 樹 立 さ

養すると，骨格筋 SP 細胞の中に心筋に分化

れ6），2001 年には心筋に分化することも明らした GFP 陽性 cTnT 陽性細胞が有意に多くかになった7）．このことは，ES 細胞によるヒ認められた（図 3）．以上の結果は，骨格筋にトの心臓再生治療の可能性を示唆している．

は心筋細胞との共培養下で心筋に分化可能なわれわれは，すでにサルの ES 細胞を心筋細幹細胞が存在することを示唆する．興味深い胞に分化させることに成功しており，ヒトとことに，肝臓および皮膚由来の細胞を心筋細同じ高等霊長類の ES 細胞を使用することに胞と共培養しても，骨格筋細胞と同様に心筋より，臨床応用の前段階の研究，すなわち拒細胞に分化する細胞が存在し，心筋に分化可

絶反応や異所性組織への分化の制御，腫瘍あ能な体性幹細胞はさまざまな臓器に散在する

るいは不整脈源性の有無などの検討が可能で可能性がある．

あると考えている．

3．胚性幹細胞（ES 細胞）

4．骨髄細胞マ ウ ス 胚 性 幹 細 胞（ES : embryonic stem

骨髄細胞は線維芽細胞，骨，軟骨，脂肪細心不全診療の最前線 29

胞，骨格筋，心筋細胞など胚葉を超えてさまざまな細胞に分化する．末梢血中に移植された骨髄細胞（造血幹細胞と骨髄間葉細胞を含表

心臓再生治療の課題

1 細胞移植細胞

利点

問題点

組織に向かって，血管内皮細胞を超えて類洞

胚性幹細胞
体性幹細胞

容易に増殖，分化自己細胞

拒絶，腫瘍増殖の中を移動する．さらに，骨髄細胞は骨格筋，2 誘導，分化促進む）は放射線などで傷害された骨髄やリンパ中枢神経系細胞，心筋に到達し，それぞれの細胞細胞に分化すると報告されている．われわれ

心臓幹細胞
骨髄も，放射線照射したマウスに GFP マウスの骨利点
自己細胞

問題点
分化，増殖，遊走の機序

髄細胞を移植し，さらに心筋梗塞を起こさせると，心筋梗塞部位に GFP 陽性の骨髄由来細胞が存在し，心筋収縮蛋白を発現しているこを受けた男性患者の心臓の心筋，平滑筋，血とを確認した．ここで注目すべきは，臓器傷

管内皮細胞に Y 染色体を持つ細胞が存在す

害部位に幹細胞由来の分化した細胞が多く存ることが報告された9）10）．このことは本来 XX在する点であり，傷害された臓器から発せら染色体を持つ女性由来の移植心臓に，男性レれる何らかのシグナル（サイトカイン，成長シピエント由来の幹細胞が遊走して心筋や血因子等）を幹細胞が感知して標的臓器に遊走管に分化したことを示唆し，ヒトにおいてもしていることを示唆する．したがって，生体末梢血中を循環する幹細胞が臓器にホーミン内に広く存在する幹細胞の動員，遊走を促進グして分化する機序が存在することを示唆しさせる因子を解明できれば，細胞移植するこている．われわれはマウス心筋梗塞モデルにとなく再生治療を行うことが可能である．

G-CSF あるいは G-CSF と SCF の両者を急性Stem cell factor（SCF）と granulocyte-colony期に投与し，残存心筋を評価した．その結果，

stimulating factor（G-CSF）は，造血幹細胞を未 投 与 対 照 群 に 比 べ て G-CSF あ る い は G-

末梢血中に動員させることはよく知られていCSF と SCF の両者を投与した群で残存心筋る．Orlic，Anversa らは，脾摘したマウスにが有意に多いことを確認した．G-CSF による

5 日間の SCF と G-CSF による前処置後に心骨髄由来幹細胞の動員による心筋梗塞治療

筋梗塞を作成し，さらに 3 日間 SCF と G-CSF

は，現在ヒトで治験が進行中で，今後の動向を投与して心機能，梗塞範囲，予後，梗塞部が注目されている．

8）

位の組織像を対照と比較した ．その結果，
SCF と G-CSF を投与したマウスでは，心機おわりに能，予後の改善，梗塞範囲の縮小を認めた．

心筋再生医療において，細胞移植療法と心さらに，梗塞部位には血管内皮細胞，平滑筋筋細胞分化誘導療法はともに有望な方法であ細胞に加えて Ki67 および Brd U 陽性の心筋る．表にそれぞれの利点と問題点を記した．

6）細胞が認められた ．この報告では，梗塞部今後，それぞれの問題点を克服してゆくこと

位の細胞周期マーカー陽性の心筋細胞が，遊がわれわれの課題である．

走した造血幹細胞の transdifferentiation した
ものか，先に述べた，未知の心筋細胞の分化したものかは明らかでない．最近 2 つの異なるグループから，女性のドナーから心臓移植
30 第 122 回日本医学会シンポジウム〔文献〕
1）Murry CE, Wiseman RW, Schwartz SM, et al . : Skeletal myoblasts transplantation for repair of myocardialnecrosis. J Clin Invest 1996 ; 98 : 2512―2523.
2）Taylor DA, Atkins BZ, Hungspreugs P, et al . : Regenerating functional myocardium : improved performance after skeletal myoblast transplantation. Nat Med
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3）Menasche P, Hagege AA, Scorsin M, et al . : Myoblast
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4）Gussoni E, Soneoka Y, Strickland CD, et al . : Dystrophin expression in the mdx mouse restored by stem
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5）Doetschman TC, Eistetter H, Katz M, et al . : The in vitro development of blastocyst-derived embryonicstem cell lines : formation of visceral yolk sac, bloodislands and myocardium . J Embryol exp Morph1985 ; 87 : 27―45.
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9）Quaini F, Urbanek K, Beltrami AP, et al . : Chimerismof the transplanted heart. N Eng J Med 2002 ; 346 :5―15.
10）Laflamme MA, Myerson D, Saffitz JE, et al . : Evidence
for cardiomyocytes repopulation by extracardiac progenitors in transplanted human heart. Circ Res 2002 ;90 : 634―640.

小室複雑なので今日はお話ししなかったのですが，最近 fusion（融合）ということが注目されています．
それは昨年 Nature に二つ論文が出たわけですが，ES 細胞と神経の stem
cell 等が融合して，その結果新しい形質を獲得するというお話でした．それ以来，transdifferentiation という概念が疑われて，融合しているのではないか，つまり細胞が骨髄から脳に行ったり，筋肉に行って，そこで融合して一見分化したように見えるのではないかという話になっています．
そこでわれわれもすぐに検討してみました．われわれの検討では，かなり多くの率で融合が認められました．これはいままでまったく考えられなかったことですが，心筋細胞と骨格筋，心筋細胞と皮膚，さらに心筋細胞と内皮細胞などが融合するのです．もっと意外だったことは，昔，心筋細胞と線維芽細胞を融合させると線維芽細胞になってしまうという研究があり，心筋細胞は比較的弱い性格しか持っていないと考えられていたからです．そのときは，ポリエチレングリコールという融合促進剤を加えてわざと融合させていました．われわれの実験では自然に融合するのですが，驚いたことに心筋は結構強くて，心筋と内皮が融合すると心筋になりますし，心筋と骨格筋でも心筋が勝つのです．ですから確かに融合の可能性は大いにあります．ま質疑応答

だパーセントまではわかりませんが，かなりの率で起こっていると思います．

座長（永井） ありがとうございました．先生は先ほど皮膚の細胞も心筋になり得る，すなわち transdifferentiation が起こり得るとい座長

むしろそのメカニズムを明らかにして，逆に利用すれば増やすこともできますね．
小室

今それについて解析中で，いくつかうことですが，細胞が融合したということでの factor が必要であるところまでは突き止はなくて，これは別個の細胞が独自に分化しめています．

たということでよろしいのでしょうか．

座長

ありがとうございました．

心不全診療の最前線 31