研究助成業績報告集

第 27 回（2019 年度）バイエル循環器病研究助成『循環器疾患における Precision Medicine』

公益財団法人循環器病研究振興財団

No

研

＊

目

次 ＊

究

課

題

研 究 者

頁

1

ブルガダ症候群における致死性不整脈発症に関 連す るゲノ ム
領域の特定と個別化リスク予測法の樹立

石川 泰輔

１

2

難治性循環器疾患において多施設連携ネットワークを用いてPrecision Medicine を人工知能によって実現する研究

片岡 雅晴

5

3

冠動脈疾患関連遺伝子リスクスコアによる個別化医療実践への
試み

多田 隼人

８

4

最先端テクノロジーを駆使した本邦心不全患者におけるPrecision Medicine プラットフォーム構築

永井 利幸

１２

ブルガダ症候群における致死性不整脈発症に関連する
ゲノム領域の特定と個別化リスク予測法の樹立―ゲノムによる心臓突然死予防のための基礎的研究―

国立循環器病研究センター・創薬オミックス解析センター

石

Ⅰ．緒 言

川 泰 輔

バリアントキャリアとノンキャリアに分けて予後をブルガダ症候群(以下、BrS)は右側前胸部誘導にお比較したが、有意な差は見られなかった。これらの結ける coved 型 ST 上昇と心臓突然死を特徴とする遺伝果を受けて、BrS のさらなるゲノム研究計画が必要と性不整脈である。1992 年に Brugada らによって、右なった。

脚ブロック所見と突然死家族歴を主な所見とする 8

Ⅱ．対象・方法
1) SNP タイピングとBrS 型心電図リスク遺伝
子座の同定

例の報告から、当初より遺伝子との関連が疑われてきた 1。1998 年に Chen らが心筋ナトリウムチャネル

SCN5A の変異が BrS の原因遺伝子であると報告して以来 2、SCN5A 変異は 300 以上が報告され、BrSの原因遺伝子の筆頭となった 3。BrS と SCN5A 変異

右側前胸部誘導にて、肋間を問わずタイプ 1-ST 上昇が確認できた BrS 患者（平均年齢 43.9 ± 15.0 歳、を結ぶ理由として、実際に BrS 患者の臨床像として94.3%男性)について、インフォームドコンセント取得

心臓伝導障害を伴うことや心房性不整脈を伴うこと、後に末梢血からゲノムを抽出した。各患者はサンガー

さらに上室性不整脈の SCN5A 変異キャリアに男性法によって SCN5A 変異が調べられた後、iScan (イル

優位性があるという点は BrS とオーバーラップするミナ)を用いてゲノムワイドに SNP タイピングを行所見である 3。一方で SCN5A 以外にこれまで 20 以った。対照となる、日本人健常者のゲノムデータは既上の原因遺伝子候補が報告されてきたが、大きな家系に取得されていた。これらの手順は関係した全施設ので疾患との関連が示されていないことや続報に欠け

倫理審査委員会にて承認を得たのちに行われた。

ることから、SCN5A 以外の遺伝子の意義は極めて薄BrS 型心電図リスク遺伝子座は GWAS によるタイ
ピングののち主成分分析により 6 名を除いた。

いと考えられている。

2) 致死性不整脈リスク遺伝子座の同定

SCN5A 変異と心臓突然死の関連については欧州人のコホート研究では否定的な研究があるが 4, 5、これBrS 患者のタイピングデータから、特徴的な covedは比較的予後の良い家族メンバーが組み込まれてい型心電図に関連するゲノム領域を特定した。さらにリることが考えられる。逆に例数は少ないが SCN5A 変

スク SNP が相加的効果を持って突然死リスクを上昇

異が心臓突然死のリスクであることを示した研究もさせるか検討した。

ある。2017 年には日本人 BrS415 名のコホートにお3) 突然死関連ゲノム配列の特定

いて、SCN5A 変異のうち in silico 解析で pathogenic

致死性不整脈リスク SNP 周囲の突然死関連ゲノムと判断された 60 名の予後が残りの 355 名よりも悪い

配列を次世代シーケンサにより SCN5A 周辺の解読ことが示され、SCN5A 変異を悪性度により選別するを行った。致死性不整脈経験と無症候例で、突然死リことが BrS 患者の突然死リスク層別化に有用である

スク配列の頻度を比較した。

ことが分かった 6。

4) 統計処理

しかし依然として BrS 全体の 8 割超を占める

これら研究の統計処理は PLINK、JMP Pro、SPSSSCN5A 陰性群における心臓突然死リスクは確定していない。288 名の SCN5A 陰性群に全エクソン解析を実施し、SCN5A 以外の BrS 関連 22 遺伝子について

medical を用いて行われた。GWAS ではゲノムワイ
ド有意水準(5.0x10-8)が、それ以外の検定では p＜0.05が有意水準として使われた。

1

Ⅲ．結 果1) SNP タイピングとBrS 型心電図リスク遺伝
子座の同定成してシーケンスした。
PCR アンプリコン作成時アガロースゲルにて大きなバンド位置の異常は確認されなかったため、当該領日本人の BrS 型心電図に関連する遺伝子座はこれ域には極端に大きな欠損や挿入が無いことを確認しまでに報告がなく、欧米人について行われた GWASた。シーケンスにより収集した配列データは日本リフの再現コホートでのみ用いられた。そこで本研究では、

ァレンスゲノムデータ JG1 にマッピングし、致死性改めて日本人 BrS 患者の BrS 型心電図に関与する遺不整脈リスクアリルと連鎖する稀少バリアントを探伝子座を特定する GWAS を行った。この際、BrS 型

索したが同定できなかった。

心電図リスク遺伝子座は GWAS によるタイピングののち主成分分析により 6 名を除いた。その結果、先行Ⅳ．考 察研究の欧米人 BrS-GWAS 研究で同定された 3 つの遺本研究では日本人 BrS 患者のゲノムを国内二次臨

SCN10A と HEY2 がゲノムワイド
有意水準に達し、欧米人と日本人ともに SCN10A とHEY2 のコモンバリアントが BrS 型心電図に見られ床施設より集積た。これまで欧米人で報告されていたる右側胸部誘導の type1 ST 上昇に関与していること

ベントに関与する SNP は過去に報告がなく、今後が分かった（表）。

BrS の致死性不整脈リスク層別化に SNP 等コモンバ

伝子座のうち 7、BrS 型心電図に関与する SNP は日本人においても強い影響があることが分かった一方で、致死性不整脈イ

表 先行研究の欧米人 BrS と日本人 BrS の GWAS で同定されたリアントが有用になる可能性が示されている。
BrS における突然死予測法は主に心電図や電気生BrS 型心電図に関与する SNP は強い連鎖にあった。

遺伝子

日本人

欧米人

R2

理学検査における心室細動・心室頻拍の誘発性といっ(日本

た臨床検査要因と、患者の突然死家族歴などの患者要人)

因によって検証が行われてきた 3, 8。このなかで現在

SCN10A

rs6790396

rs10428132

1.0

最も再現性が良く、かつ強力な指標として患者本人のHEY2

rs67084866

rs9388451

0.99

過去の致死性不整脈エピソードが挙げられており、2017 年に発表された日本人 415 名の BrS コホート

2) 致死性不整脈リスク遺伝子座の同定においても多変量解析でハザード比4.2で最も強力なBrS 患者のうち、致死性不整脈経験例と無症候例の因子であることが分かった。一方でゲノムに対する期データを比較して、致死性不整脈発症に関連するゲノ待は高かったものの、現時点では心筋 Na チャネル

ム領域を探索したところ、ゲノムワイド有意水準

SCN5A の変異が致死性不整脈リスク予測に有用であ(5.0x10-8)に達する SNP は同定されなかった。

るかどうかは意見が分かれている。
2017年日本人415
名の BrS コホートでは、機能異常を伴わない SCN5A
バリアントを in silico 予測法により除去したところ、

3) 突然死発生予測能と生命予後解析

有意な予後への影響を観察できたことから、SCN5A

ゲノムワイド有意水準(5.0x10-8)に達するSNPは同変異については機能アノテーションを付けることが定されなかったため、検討しなかった。

極めて有効であると考えられた 6。それでもなお患者

4) 突然死関連ゲノム配列の特定

本人の過去の致死性不整脈エピソードに比べるとハ

分子機序に焦点を当てるため、特に致死性不整脈とザード比は 1.9 と弱く、ゲノムに基づいた予測は難しの関与が強く疑われる SCN5A 遺伝子内外に致死性いと思われる。ただし患者本人の過去の致死性不整脈

不整脈リスクを高める配列があるか確かめるため、次エピソードは、過去に致死性不整脈エピソードを要す

世代シーケンサを用いてリシーケンシングを行った。

るため、初回の致死性不整脈リスクを予測できる訳で次世代シーケンスターゲットプローブ作成に際し、既はない。そのため 1 次予防法としてゲノムに基づいた存の欧米人ゲノムを中心にビルドされたリファレン

致死性不整脈リスク評価法の構築が求められている。

スゲノム配列をもとにすると、日本人やアジア人に多以上のことを背景に、本研究ではこれまで BrS でいという人種特異的なゲノム配列を見落とす可能性は注目されてこなかった致死性不整脈リスク SNP のがあると考え、10kbp 以下の PCR アンプリコンを作同定を試みたが、ゲノムワイド有意な SNP は同定されなかった。今後はサンプル数をより集積して評価す2

る必要がある。また BrS は東・東南アジア特異的に

相澤義泰・国際医療福祉大学循環器内科学・准教授

発生頻度や重症度が高いことが知られているため、他

村越伸行・筑波大学循環器内科学・准教授

人種 BrS における有用性も検討する必要がある。3

大久保公恵・日本大学循環器内科学・講師

一般に GWAS で同定される SNP は生物学的な意

林 研至・金沢大学循環器内科学・助教

義付けが難しいことが多い。リファレンスゲノムデー

中島 忠・群馬大学循環器内科学・助教

タでは周辺 100kb 上下流には遺伝子や lnRNA などの機能的配列は存在しないこともある。そのためゲノ

Ⅶ．参考文献ム上で離れた位置にある配列に結合して、機能修飾を

1. Brugada P and Brugada J. Right bundle branch

行っている可能性がある。この考え方は BrS におい

block, persistent ST segment elevation andて、ゲノム上隣接する SCN5A と神経型 Na チャネル

sudden cardiac death: a distinct clinical and

SCN10A の間に心臓特異的蛋白が介在して物理的

electrocardiographic syndrome. A multicentercontact を形成させて機能修飾に至るモデルが実験的

report. JACC. 1992;20:1391-6.
2. Chen Q, Kirsch GE, Zhang D, et al. Genetic basisに証明されていることから 9、現実的にありうる。今and

後評価を試みる予定である。

molecular

mechanismfor

idiopathic

上記のように SCN5A の変異が突然死リスクをも

ventricular fibrillation. Nature. 1998;392:293-6.

たらす可能性が示されている。今回さらにコモンバリ

3. Brugada J, Campuzano O, Arbelo E, et al.

アントが突然死リスクをもたらすことを明示したこ

Present Status of Brugada Syndrome: JACCとをきっかけに、変異とコモンバリアントのリスクをState-of-the-Art Review. JACC. 2018;72:1046-

統合して SCN5A 変異存在下におけるコモンバリア

1059.

ントの位置づけも明らかにしていく必要がある。また

4. Priori SG, Napolitano C, Gasparini M, et al.

他のパラメータとして心電図や電気生理学検査におNatural history of Brugada syndrome: insights

ける心室細動・心室頻拍の誘発性といった臨床検査要for

因と組み合わせることで、ゲノムデータを非ゲノムデ

Circulation. 2002;105:1342-7.

risk

stratification

andmanagement.

5. Probst V, Veltmann C, Eckardt L, et al. Long-ータを統合したリスク評価へとアップグレードする

term prognosis of patients diagnosed with

必要がある。

Brugada syndrome: Results from the FINGER
BrugadaⅤ．結 論
BrS における致死性不整脈リスクとして複雑なゲ

Syndrome

Registry.

Circulation.

2010;121:635-43.
6. Yamagata K, Horie M, Aiba T, et al. Genotype-

ノム要因が関与することが分かった。

Phenotype Correlation of SCN5A Mutation forⅥ．研究協力者

theClinicalandElectrocardiographic

蒔田直昌・国立循環器病研究センター研究所・副所

Characteristics of Probands With Brugada
Syndrome: A Japanese Multicenter Registry.

長Circulation. 2017;135:2255-2270.

田中敏博・東京医科歯科大学疾患バイオリソースセン

7. Bezzina CR, Barc J, Mizusawa Y, et al. Common

ター・教授
岡田随象・大阪大学遺伝統計学・教授

variants at SCN5A-SCN10A and HEY2 are

増田達郎・大阪大学遺伝統計学・大学院生

associated with Brugada syndrome, a rare

堀江 稔・滋賀医科大学アジア疫学研究センター・

disease with high risk of sudden cardiac death.

Nat Genet. 2013;45:1044-9.

特任教授

8. Morita H, Kusano KF, Miura D, et al.

清水 渉・日本医科大学循環器内科学・教授
相庭武司・国立循環器病研究センター病院・部長

Fragmented QRS as a marker of conduction

野上昭彦・筑波大学循環器内科学・教授

abnormality and a predictor of prognosis of

森田 宏・岡山大学循環器内科学・教授

Brugada syndrome. Circulation. 2008;118:1697-

大野聖子・国立循環器病研究センター研究所・部長

704.
9. van den Boogaard M, Smemo S, Burnicka-Turek

中野由紀子・広島大学循環器内科学・教授

3O, et al. A common genetic variant within

SCN10A modulates cardiac SCN5A expression.
J Clin Invest. 2014;124:1844-52.

4難治性循環器疾患において多施設連携ネットワークを用いて Precision Medicine
を人工知能によって実現する研究慶應義塾大学医学部循環器内科・講師

片 岡 雅 晴Ⅰ．緒 言し、薬剤や生活指導に対するレスポンダーを同定する

難病循環器疾患(心筋症・肺高血圧症等)は、遺伝的等である。

要因や環境要因など様々な病態背景が組み合わさっ

よって、本研究では、多施設連携に基づいてゲノムて発症する複雑系疾患である。特に、成人発症の疾患

情報・薬剤投与歴と薬剤反応性を含む臨床情報を利活が多く、小児期発症の遺伝性要因の強い疾患に比べて、用し、AI を用いて、難治性循環器疾患におけるファより複雑な病態概念への理解が必要である。

ーマコゲノミクスによる個別最適化医療(precision

その一方、これらの難病循環器疾患は希少性があり、

medicine)実現を目指す。対象とする難治性循環器疾

国内患者数が限られている。このような複雑系疾患の患としては、難病指定疾患である肺動脈性肺高血圧症

病態理解のためには出来る限り多くの臨床情報・臨床やモヤモヤ病等の血管病・拡張型心筋症や肥大型心筋検体を収集し、ゲノム情報は当然のことながら、トラ症等の心筋疾患を含む。
本研究開発で目標とする AI モデル作成のためには、

ンスクリプトーム情報やメタボロミクス含めた、統合
オミクス情報が必要である。

ゲノム情報・血液や画像等の検査データ・治療薬の種

そこで、我々は、難病循環器疾患の臨床検体を収集

類や反応性・アウトカムを含めた膨大な患者情報が不し、統合オミクスへの対応が可能なように、可欠である。難治性循環器疾患は、希少疾患であるた

DNA/RNA/血清/血漿へ分離保管する取り組みを長年め、多施設が連携して多数データを効率的に共有する

継続してきた(1-5)。DNA については収集済みのほぼことが重要である。

全検体で全エクソーム解析とバイオインフォマティ

よって、本研究は、難治性循環器疾患に対する効果

クスによる変異抽出を実施済みである。本研究体制に的・効率的薬剤投与を実現する AI モデルの作成を達おける特徴的な利点は、DNA のみでなく、RNA/血清成し、この AI モデルを用いて、ゲノム情報に基づく/血漿を収取していることである。必要時には、DNA

タンパク構造シミュレーションを含めて解析し、最適を用いたゲノム解析(全エクソーム解析や全ゲノム解な治療薬の選別法確立を行うことを目的とするもの析)で見落とされるスプライシング変異等を RNA シである。

ークエンスで確認する、血清・血漿を利用したバイオ

Ⅱ．対象・方法

マーカー測定を行う、等の臨機応変な対応が可能であり、国内の循環器疾患サンプルバンクとして希少価値

多施設連携体制の難治性循環器疾患(肺高血圧症・が高い。

拡張型心筋症・肥大型心筋症等)ネットワークで管理

個別最適化医療の提供は、将来の医療界における重する検体・情報・ゲノム等の dry data に基づく、国要目標の 1 つである。その実現には、ゲノムデータと内難治性循環器疾患データを用いる。扱う疾患は希少診 療 デ ー タ を 統 合 さ せ 、 人 工 知 能 (artificial疾患であっても、多施設連携でサンプル数を集積させinterlligence: AI)を用いて分析・解釈し、そのアウトることにより、効率的な予測モデルの構築が可能とな

カムを診療に活用することが可能なシステムの構築る。

が必須と考える。具体的には、疾患に関与するゲノム、

ファーマコゲノミクスにより効果的・効率的薬剤投バイオマーカー、診療情報、生活習慣などをビッグデ与を実現する(個別最適化する)ためには、現在知りうータとして統合し、同一疾患内で更にサブグループ化

る患者情報から、将来その患者が何%の確率で発症す5

るか、また、治療薬の追加・変更により、その確率が実施したところ、SOX17 変異により蛋白構造の不安

どう変化するかを正確に予測する必要がある。そのた定性を示す結果が得られた。

め、背景にある疾患や既知のリスク因子の他に、ゲノ

この SOX17 変異を有する PAH 患者では、肺病理

ム等多くの事象情報から、影響が未知である因子も取学的に血管内腔の著明な線維化をきたしており、肺血り入れて自動的にリスクを計算し、効果的・効率的な管拡張剤に対して治療不応性であった。このような薬剤投与を実現する AI モデルを目指す。

SOX17 変異を原因として発症している PAH 患者でそのために、本研究期間においては、まずは難病循

は、肺血管拡張剤で粘るよりも、より早期に肺移植登環器疾患における臨床情報とゲノム情報との相関関録を検討すべき可能性が示唆された。

係を解析し、治療薬反応性や予後に影響を与える因子

また、日本人 PAH 患者での全エクソーム解析デーを探索的に探り、予測モデル構築の基盤となる知見のタを用いた検証から、基礎疾患を有しない特発性収集を行うべく検証を行った。

PAH 患者の 1 割程度に RNF213 p.Arg4810Lys 変異

ゲノム情報は、多数患者サンプルから得られた全エが存在することを見出した。

クソーム解析データを用い、変異抽出までを自施設に

この RNF213 p.Arg4810Lys 変異は、日本人もやも構築したバイオインフォマティクス環境を用いて行や病患者の 7-8 割、および、末梢性肺動脈狭窄症患者った。それぞれの検体に紐づけられた臨床情報(カテの多くでも認められる(7)。
この変異は東アジア圏の人

ーテル検査データ・治療薬投薬状況・予後、等の情報)

種が多く有する変異であり、現代の日本人一般集団のを統計解析に使用した。遺伝子変異に基づくコード蛋

0.8%(全国約 100 万人)も保有している(東北メディカ

白の分子動力学計算による構造解析も自施設に構築

ルメガバンク 3.5K データベースより)。よって、日本した解析環境にて実施した。

人に保有者の多い RNF213 p.Arg4810Lys 変異によって、浸透率は低いものの、発症した場合には、もや

Ⅲ．結 果

もや病・PAH・末梢性肺動脈狭窄症のいずれか(また基礎疾患をもたない肺動脈性肺高血圧症

は、それらの組み合わせ)の難治性血管病を発症する(pulmonary arterial hypertension: PAH)患者のうちことが示唆された。

3-4 割程度が疾患関連遺伝子変異を有して発症するが、我々は、この RNF213 p.Arg4810Lys 変異を有する

そのうちの大多数は(遺伝性 PAH のうちの 8 割程度

日本人 PAH 患者集団は、現在のガイドライン上の治は)、BMPR2 変異を有する。我々は、BMPR2 変異を療アルゴリズムに従った肺血管拡張剤の治療法では有する日本人 PAH 患者は重症化しても肺血管拡張剤

治療不応性で、極めて予後不良な集団に一致することであるプロスタグランジン製剤への反応性が良好でを確認した。これらの患者では、心不全が進行して手あり、予後が良いことを見出した。つまり、BMPR2遅れになる前に肺移植を早期から検討すべきと考え変異を有する患者では、より積極的にプロスタグランられる。

ジン製剤を使用するためのエビデンスの足掛かりとⅣ．考 察

なった報告といえる。
重要なことに、同時期に海外からは、欧米人 PAH

欧米を中心として、患者サンプルを収集したドライ患者では BMPR2 変異を有する患者のほうが予後不ビッグデータは既に存在しており、数々のエビデンス

良と報告されており(6)、日本人患者での本研究チームも報告されている。しかしながら、海外からのエビデの報告とは真逆である。海外報告に頼らず、日本人患ンスをそのまま日本人患者へ応用することはリスク者でのエビデンス蓄積が重要であることを裏付けるを伴う。異質性(heterogeneity)が高い海外の解析結果

知見と考えられる。

に比べ、統一プロトコールで収集した均質性の高い

さらに、従来、先天性心疾患、特に、頻度の多い心(homogeneous)日本人患者の臨床検体から得られる

房中隔欠損症や動脈管開存症の原因遺伝子変異は明

本研究での知見は、日本人患者の病態に最適化した疾らかに同定されていなかったが、我々は、SOX17 遺患予測・予防プログラム・ファーマコゲノミクスの実

伝子変異が、心房中隔欠損症や PAH の共通した原因

現にとって非常に重要な基盤になると考える。海外の遺伝子変異として、日本人 PAH 患者の 4%程度で認報告例は、必ずしも本邦の患者病態を反映しているこめることを見出した。この SOX17 遺伝子によってコとは限らないことから、日本人患者に最適化された医ードされる蛋白の分子動力学計算による構造解析を療を提供することが極めて重要であり、我々の研究の6

Moyamoya disease and spectrums of RNF213

意義は大きい。

vasculopathy. Transl Stroke Res 2019. doi:
10.1007/s12975-019-00743-6.

Ⅴ．結 論
難病循環器疾患において、ゲノム情報と臨床情報とを丁寧に解析することによって、治療反応性や予後と相関する重要な知見を得ることが出来た。日本人患者において特有の知見も含んでおり、日本人での難病循
環器疾患における個別化医療に繋がる大きな成果と考える。今後はさらにデータを増やし、精度の高い AI
モデル開発を進展させるべく研究を発展させていく予定である。

Ⅵ．研究協力者
福田 恵一・慶應義塾大学医学部循環器内科・教授
平出 貴裕・慶應義塾大学医学部循環器内科・助教
後藤 信一・慶應義塾大学医学部循環器内科・助教

Ⅶ．参考文献1)

Kataoka M, Aimi Y, Yanagisawa R, et al. Alumediatednonallelichomologous

andnonhomologous recombination in the BMPR2
gene

in

heritable

pulmonaryarterial

hypertension. Genet Med 2013;15:941-947.
2)

Aimi Y, Hirayama T, Kataoka M, et al. A novel
break point of the BMPR2 gene exonic deletioninapatientwithpulmonaryarterial

hypertension. J Hum Genet 2013;58:815-818.
3)

Momose Y, Aimi Y, Hirayama T, et al. De novo
mutations in the BMPR2 gene in patients withheritable pulmonary arterial hypertension.
Ann Hum Genet 2015;79:85-91.

4)Kataoka M, Momose Y, Aimi Y, et al. Familial
chronic

thromboembolic

pulmonary

hypertension in a pair of Japanese brothers.
Chest 2016;150:748-749.
5)Gamou S, Kataoka M, Aimi Y, et al. Genetics
in pulmonary arterial hypertension in a large
homogeneous Japanese population. Clin Genet
2018;94:70-80.

6)Evans JD, Girerd B, Montani D, et al. BMPR2
mutations and survival in pulmonary arterial
hypertension: an individual participant datameta-analysis. Lancet Respir Med. 2016;4:129137.

7)

Bang OY, Chung JW, Kim DH, et al.

7

冠動脈疾患関連遺伝子リスクスコアによる個別化医療実践への試み

金沢大学附属病院

救急部・循環器内科

多
I. 緒

言

助教

田 隼 人

に評価できることから、冠動脈疾患における個別化

冠動脈疾患は遺伝しうる疾患であり、その発症予測

医療の実践に極めて有用である可能性が高い。今回やリスク層別化にヒトゲノム情報が有用であろうと申請する研究では、金沢大学が有する本邦におけるいう発想自体は極めて自然である。一方で、いわゆ

前向きコホート（総数約 2,000 例）に対して日本人る次世代シーケンサーの登場による網羅的遺伝子解

ゲノム解析ツール「ジャポニカアレイ®」を用いて析技術の進歩により、希少変異のみならず、高頻度

ジェノタイピングを行い、全ゲノム構造を疑似的に遺伝子多型などを網羅的に比較的短期間に解析可能

再構成（インピュテーション）し、Sekarとなった。このような希少変異、高頻度遺伝子多型

Kathiresan 博士の協力を仰ぎ SNP アレイ全体（＞（SNP）の情報は冠動脈疾患の発症メカニズムを考600 万 SNP）の情報を加味した遺伝子リスクスコア

慮するうえで重要であるとともに、個人の遺伝子型（Polygenic Risk Score：PRS）を算出し、日本人を調べることで冠動脈疾患発症予測に繋がるのではで初となる冠動脈疾患遺伝子リスクスコア

ないかといった個別化医療への応用が期待されるに（Polygenic Risk Score：PRS）を算出するととも至っている。このような背景の元、申請者らは、世にその予測能を評価する計画である。日本人におけ界に先駆けて欧米人においてこれまでにゲノムワイ

るこのようなスコア算出及びその評価は初めての試ド関連解析（genome-wide association study：

みであり意義深い。

GWAS）により心血管疾患との関連が示唆されているそれぞれ異なる遺伝子座の SNP の情報を組み合II. 対象・方法

わせることによる遺伝子リスクスコア（Polygenic

金沢大学における、家族性高コレステロール血症

Risk Score：PRS）の有用性を報告してきた（Tada（Familial Hypercholesterolemia: FH）レジスト

H, et al. Stroke. 2014, Tada H, et al. Eur Heart J.

リー及び金沢大学志賀町ゲノムコホート

2016）。一方で、申請者留学先研究室 Sekar（Shikamachi Health Improvement Practice

Kathiresan 博士らは近年、本概念をさらに発展さ(SHIP)）より 1,287 名に対して日本人ゲノム解析ツ

せ SNP アレイ全体（＞600 万 SNP）の情報を加味すール「ジャポニカアレイ®」約 67.5 万箇所の SNPることで、その予測能は冠動脈疾患におけるいわゆをジェノタイピングしたうえで、HapMap プロジェ

る古典的危険因子（高血圧症や糖尿病、喫煙など）

クト日本人リファレンスゲノム配列を参照し、全ゲを遥かに凌駕するものであることを示した

ノム構造を疑似的に再構成（インピュテーション）（Kathiresan S, et al. Nat Genet. 2018）。このよを行った。64 名で血清脂質値の欠損があったた

うな遺伝子リスクスコア（Polygenic Risk Score：

め、結果として 1,223 名を解析対象とした。現時点

PRS）は、高血圧や糖尿病、喫煙などの後天的危険では冠動脈疾患の新規発症症例数が想定よりも少数因子の発症する前から測定可能であり、かつ定量的であり解析不可能であったため、冠動脈疾患に寄与

8する最大かつ確実なサロゲートとして LDL-C に注
目し、LDL-C 遺伝子スコア（polygenic risk scorefor LDL-C [PRSLDL-C]）を各個人において算出し、FH 病原性変異有りの群（monogenic FH

177

例）、臨床的には FH だが FH 病原性変異無しの群（mutation-negative clinically diagnosed FH[CDFH]

199 例）、志賀町ゲノムコホート群（Control847 例）として各群の PRSLDL-C の分

布、さらには冠動脈疾患の有病率について比較検討

P values adjusted by age and sex. *: P value <

した。

0.05.
Abbreviations: CDFH, clinically-diagnosed
familial hypercholesterolemia; FH, familial

III. 結 果

hypercholesterolemia; IQR, interquartile range;

表 1. 患者背景
Monogenic FH

Mutation negative
CDFH

Controls

177

199

847

Age, years, mean ± SD

40.5 ± 1850.7 ± 1862.5 ± 11

Male sex, n (%)
Hypertension, n (%)
Diabetes mellitus, n (%)

76 (43)34 (19)9 (5)80 (40)55 (28)20 (10)390 (46)311 (37)75 (9)

Current smoking, n (%)

38 (21)54 (27)149 (18)

Use of lipid-lowering agents, n (%)

21 (12)25(13)

98 (12)

Xanthomas, n (%)

75 (42)55 (27)

N/A

Family history of FH and/or premature CAD, n (%)
Presence of CAD, n (%)

128 (72)49 (28)79 (40)46 (23)

N/A
37 (4)

Total cholesterol, mg/dL, median [IQR]

310 [281–352]

294 [266–325]

212 [190–234]

Triglyceride, mg/dL, median [IQR]
HDL cholesterol, mg/dL, median [IQR]
LDL cholesterol, mg/dL, median [IQR]

103 [70–150]
53 [45–63]
227 [206–273]

127 [86–191]
54 [45–65]
204 [183–236]

102 [74–144]
62 [52–75]
124 [102–144]

Adjusted LDL cholesterol, mg/dL, median [IQR]

234 [210–276]

210 [189–240]

127 [108–150]

N

LDL-C, low-density lipoprotein cholesterol; PRS,
polygenic risk score.

図 1. 各群における PRSLDL-C 分布
図 1 は各群の PRSLDL-C を示す。全ての群において正規分布を示した。さらには mutation-negative
CDFH 群においては際立って高値であった。

Abbreviations: CAD, coronary artery disease;
CDFH, clinically-diagnosed familial
hypercholesterolemia; FH, familial
hypercholesterolemia; HDL, high-density
lipoprotein; IQR, interquartile range; LDL, lowdensity lipoprotein; N/A, not applicable; SD
standard deviation.
表 1 は患者背景を示す。FH 症例は若く、志賀町コ
ホート集団は高齢であった。しかし一方で冠動脈疾

P-trend calculated using PRSLDLC continuous

患有病率は FH 症例で高く、志賀町コホート集団でvalues by linear regression adjusted by age andは低い結果であった。

sex. *: P value < 0.05.
Abbreviations: Refer to Figure 1.

図 2. PRSLDLC と LDL-C との関連

9

図 2 は各群における PRSLDLC と LDL-C との関連たる PRSLDL-C 値の 0.567772903 をカットオフ値とを示す。志賀町コホート集団（Control）ではしてこれより高値である群を多因子 FH と定義し

PRSLDLC と LDL-C とに有意な関連を認めたが、た。我々は Mutation-negative CDFH 199 例の中Monogenic-FH 群および Mutation-negative CDFHに 4 例の多因子 FH を同定した。多因子 FH と非多群では関連を認めなかった。

因子 FH を明確に区別できる臨床的パラメーターは認められなかった。

IV. 考 察本研究では金沢大学 FH コホート及び金沢大学志賀町コホートを用いて、冠動脈疾患の最重要なサロゲ
ートマーカーである LDL-C における多因子リスク
スコア（PRSLDL-C）を算出し、FH 病原性変異との関連を含めたインパクトを検証した。FH としての
希少有害変異が陰性であった群において PRSLDL-Cが極端に高値であり、このような集団の一部には多P trend calculated using PRSLDLC continuous

因子 FH が存在するものと思われる。多因子 FH を

values by logistic regression adjusted by age and見極める現状での有用なパラメーターは存在せずこ

sex. Abbreviations: Refer to Figure 1. CAD,のような網羅的遺伝子解析が必要であることも示唆

coronary artery disease.

された。我々はその他の希少有害変異の存在においてもこのような FH 症候群を引き起こす可能性を示
す結果を得ており（文献 1, 2）、今後希少有害変異

図 3. PRSLDLC 別の冠動脈疾患有病率の解析も同時に行う必要がある。現状でのサンプル数では冠動脈疾患の有病率との関連は見いだせなか

図 3 は各群の PRSLDLC 別の冠動脈疾患有病率を示ったが、今後サンプル数を増やし検討を追加し、冠す。各群ともに PRSLDLC と冠動脈疾患有病率には有動脈疾患との関連を検討する。

意な関連は認められなかった。

V. 結

論

表 2. 多因子 FH と非多因子 FH の比較

高頻度遺伝子多型の重積に伴う多因子 FH の存在がAbbreviations: CAD, coronary artery disease;

示唆された。このような病態による冠動脈疾患へのCDFH, clinically-diagnosed familial影響の検討が必要である。

hypercholesterolemia; FH, familial
hypercholesterolemia; HDL, high-density

VI. 研究協力者

lipoprotein; IQR, interquartile range; LDL, low-

野村章洋・金沢大学附属病院先端医療開発センタ

density lipoprotein; N/A, not applicable; SDー・特任准教授

standard deviation; PRS, polygenic risk score.

細道一善・金沢大学医薬保健研究域医学系 革新ゲ
ノム情報学・准教授

表 2 は多因子 FH と非多因子 FH の比較を示す。
我々は近年の研究で示される FH の頻度 0.5%にあ10VII. 参考文献
1.

Tada H, Kawashiri MA, Nomura A, etal. Oligogenic Familial
Hypercholesterolemia, LDL
Cholesterol, and Coronary Artery
Disease. J Clin Lipidol 2018;12:14361444.

2.

Tada H, Okada H, Nomura A, et al. Rareand Deleterious Mutations in
ABCG5/ABCG8 Genes Contribute to
Mimicking and Worsening of Familial
Hypercholesterolemia Phenotype. Circ J
2019;83:1917-1924.

11

最先端テクノロジーを駆使した本邦心不全患者におけるPrecision Medicine プラットフォーム構築＞＞＞

３行あける。

北海道大学大学院医学研究院
循環病態内科学教室・准教授

永 井 利 幸＞２行あける。

＞
準で北海道大学関連の全道内 22 施設から Web 登録

Ⅰ．緒 言
高齢化社会の進行に伴い、本邦における心不全患者システムを用いて詳細な臨床情報とともに登録し、同は増加の一途にあり、2050 年までに 120 万人を超え時に各種解析を行う。

るとされ、心不全医療への介入は喫緊の課題である。

【組み入れ基準】：外来もしくは入院心不全症例：

薬物療法の劇的な進歩から、心不全診療ガイドライン①18 歳以上、②日本循環器学会心不全ガイドライン

では、左室機能が低下した症例にレニン－アンジオテで心不全の確定診断、③本人からの文書同意取得。

ンシン－アルドステロン系（RAAS）阻害薬およびβ【除外基準】：①敗血症、②心筋炎、③閉塞型肥大型遮断薬を軸とした至適薬物療法を予後改善のため強心筋症、④拘束型心筋症、⑤心臓移植後あるいは待機、く推奨している 1,2)。

⑥1 か月以内の予定心臓手術。

ところが、中には至適薬物療法への反応性が著しく【各種解析】：共同研究施設に各種血液検体・画像乏しい症例も存在する一方で、これらを予測する有効データ提供を行い、各種心不全バイオマーカー測定やな指標は現在のところ存在しない。至適薬物療法とし画像・動画を対象とした人工知能解析（北大）、ゲノムて推奨される各薬剤は個別の作用点と代謝経路を持ワイド関連解析（岩手医大）、ジェノタイピング・オミ

つため、それらに関連する遺伝子や蛋白代謝の異常にックス解析（東北大）を各施設で行い、解析データをよって、薬物効果に個体間相違が生じる可能性がある。

北大データセンターに集積し、統合解析を行う。心不さらに、本邦における心不全診療ガイドラインは欧米

全バイオマーカーは病態進展の各段階にかかわる項のエビデンスを踏襲したものであり、人種間相違が考

目を測定する［例：炎症・免疫（インターロイキン 6

慮されていないことも大きな課題である 1,2)。

など）、左室リモデリング（ガレクチン 3 など）、血管本研究では、心不全症例における従来の臨床背景や上皮機能（プロアドレノメデュリンなど）］。ジェノタ

バイオマーカー測定を用いた予後予測モデルに加え、イピング、オミックス解析に関してはRAAS阻害薬、

遺伝子およびオミックス解析を行うことにより、至適β遮断薬に関わる候補遺伝子および蛋白機能に関わ薬物療法に対する不応メカニズムを解明し、精度の高る項目を解析する 3)。

い薬物効果予測モデルを開発すること、そして心電図、【至適薬物治療の実施と予後追跡】：その後、全症

各種臨床画像データ、さらには患者の顔色や歩行パタ

例にガイドラインベースの治療を厳格に推奨したうーンなど、データへの変換が困難な主観的情報を静止

えで、2 年間アウトカム（死亡・心不全による再入院・

画像／動画に記録し、人工知能を用いて機械学習させ左室機能）を追跡する。

ることも合わせ、高精度の心不全予後モデルを開発し、【各種予後モデルの開発】：不良なアウトカム（左日本人独自の心不全 Precision Medicine プラットフ

室機能低下症例においては至適薬物療法の効果が乏ォームを構築し、臨床現場にフィードバックすることしい）と関連する因子をネットワーク関連解析で同定を目的とする。＞１行

し、高精度な心不全予後モデル（左室機能低下症例：

あける。

薬物療法効果予測モデル）を 1000 例のモデル構築コ

Ⅱ．対象・方法

ホートから開発し、1000 例のモデル検証コホートでまず、2000 症例を目標に以下の組み入れ・除外基

検証し、構築する。

12

Ⅲ．結 果当てはまらないことが明らかとなった 4)。至適薬物独

令和元年度は研究体制の確立、そして主研究機関で自の作用点や代謝経路に関する遺伝子・蛋白代謝異常ある北海道大学医学部倫理委員会での承認を得たのなど、さらには人工知能を用いた主観的情報の客観情

ちに症例登録を開始することを目標として研究活動

報化を加味した Precision Medicine に応用できる予を行ってきた。

後モデルは報告がなく、本研究の独創性は極めて高い

また、機械学習による心不全患者の歩行パターン動と考えられ、特に遺伝子や蛋白代謝にかかわる情報は画研究に関しては人工知能解析で豊富な経験を持つ人種によって異なる可能性が高く、本研究を通じて明

北海道大学放射線科の平田助教とともに、インフォコ

らかになった遺伝子・蛋白代謝異常などは基礎研究にム株式会社（東京本社）と共同で、OpenPose（米国よる詳細な機能・機序解析を行う上での基礎データとカーネギーメロン大学が公開している深層学習を用なり、結果、新規治療ターゲットの策定につながるこ

いて人物のポーズを可視化する手法）を用いた歩行動とが期待される。

画解析法を開発した。
歩行動画アプリを搭載したiPod

また、従来から高い予後改善効果を持つと考えられにより、図１に示すように、各研究参加施設においててきた薬物療法やデバイス治療などに関しても、本研

統一条件下で歩行動画を撮影し、動画データを変換用究の成果により、効果が著しく乏しい生物学的背景をコンピュータ（Jetson Nano）でエクセルデータ化す持つ症例をあらかじめ同定することで、医療資源の過るものである。今後は予後と関連する歩行パターンに剰使用を抑制できる可能性もあり、結果として医療費ついて人工知能深層学習により層別解析を行う。

の削減にも寄与し、医療経済的観点からも効果が期待される。
＞１行あける。

Ⅴ．結 論
詳細な生体情報解析、そして人工知能による深層学
習を応用した本邦心不全患者における Precision
Medicine プラットフォーム構築研究を多施設前向き
共同研究として開始した。本研究成果が心不全患者の精密医療の実現に少しでも寄与できることを期待したい。
＞１行あける。

Ⅵ．研究協力者
安斉 俊久・北海道大学大学院医学研究院循環病態内
科学・教授
図1

清水 厚志・岩手医科大学 いわて東北メディカル・

動画アプリを用いた深層学習による歩行パターン層別

メガバンク機構・特命教授
森野 禎浩・岩手医科大学内科学講座 循環器内科分令和元年 12 月 20 日に北海道大学医学部倫理委員

野・教授会の承認が得られ、予定通り上記基準に該当する心不

小柴 生造・東北メディカル・メガバンク機構・教授

全 症 例 の 登 録 を 開 始 し た （ UMIN 登 録 ：櫻井 美佳・東北メディカル・メガバンク機構・准教

UMIN000039026）。他協力施設の倫理委員会の申請

授も進んでおり、現在順調に登録が進んでいる。

平田 健司・北海道大学大学院医学研究院放射線科学＞１行あける。

分野核医学教室・助教

Ⅳ．考 察

横田 勲・北海道大学大学院医学研究院医学統計学教

現在までに報告されている心不全の予後予測モデ

室・准教授

ルの大半は欧米人のデータを基準にしており、主に血＞１行あける。

圧、腎機能、あるいは血中簡易バイオマーカーの複合

Ⅶ．参考文献

スコアによるものであるが、最近の我々の日英共同研

1)究から欧米心不全予後モデルは日本人心不全症例に

Ponikowski P, Voors AA, Anker SD, et al. 2016
ESC Guidelines for the diagnosis and13treatment of acute and chronic heart failure:
The Task Force for the diagnosis andtreatment of acute and chronic heart failure of
the European Society of Cardiology (ESC).
Developed with the special contribution of theHeart Failure Association (HFA) of the ESC.
Eur Heart J 2016; 37: 2129-2200.
2)

Tsutsui H, Isobe M, Ito H, et al. JCS
2017/JHFS 2017 Guideline on Diagnosis andTreatment of Acute and Chronic Heart Failure-

DigestVersion.

Circ

J.

2019

Sep

25;83(10):2084-2184.
3)

Liu LC, Voors AA, Valente MA, et al. A novel
approach to drug development in heart failure:
towards personalized medicine. Can J Cardiol
2014; 30: 288-95.

4)

Nagai T, Sundaram V, Shoaib A, et al. Val
idation of U.S. mortality prediction models
for hospitalized heart failure in the United
Kingdom and Japan. Eur J Heart Fail 201
8 Aug;20(8):1179-1190.

14