———————————————————————-Page10910-1810/06/\100/頁/JCLSそして網膜における最初の移植実験が報告されたのは1986年のことである.II網膜移植研究の歴史1986年にTurnerらは新生児ラットの全層網膜を,損傷させた成体網膜へ移植し,物理的に欠損部分を補うこと,移植片が分化して成体同様の層構造をとることを証明した1).それまでにも,神経網膜を脳内や前房内へ異所性に移植した報告はあったが,治療的な目的での移植研究は,この報告が初めてである.その後,動物モデルを用いて,組織学的評価や機能的評価が行われてきた.ドナーとしては,全層神経網膜移植,視細胞層移植,遊離細胞移植,全層網膜移植(色素上皮細胞を含む)などが材料として試みられた.評価方法としては,対光反応の改善,視覚聴覚抑制の改善などの機能評価や,シナプス形成なども報告されている.そして,10年後,海外では実際の患者に移植治療が試みられることとなった.III網膜移植の臨床応用1997年,Kaplanらは網膜色素変性に対して献眼網膜の移植を行いその結果を報告した.残念ながら,1年後の時点で視機能改善はみられなかったものの,拒絶反応などはなかった2,3).Dasらは中絶胎児網膜を指数弁から光覚の14例の網膜色素変性患者に移植している.数例に改善傾向がみられたが,第2相試験へ向けての足がはじめに─移植と再生再生医療と移植医療はしばしば混同されるが,必ずしも同じではない.しかし,再生医療には移植を伴うことが多いのも事実である.機能低下や物理的な欠落を外科的に,同等のもので補うのが移植であろう.再生には外科的処置を伴う外的な再生と,外科的処置を伴わない内的な再生がある.本稿では広く移植と再生をまとめて取り扱う.I移植医療─網膜移植に至るまで─欠損部分に移植して,物理的・機能的回復を試みるという行為は紀元前にまで遡ることができ,ヒポクラテスの時代にすでに自己皮膚移植は成功していたといわれている.しかし,現代医療に近い形での内臓の移植実験が行われたのは20世紀以降である.仔イヌを用いた心臓移植実験,腎臓,膵臓の移植実験が20世紀初頭に行われ始めた.ヒトに対する医療としての試みが行われたのは,腎臓で1954年,肝臓で1963年,心臓で1967年と50年以上もの年月がかかった.移植によって不治の病が治療できるというインパクトは計り知れない.実際,移植医療の開拓者Carrelと骨髄移植の開拓者Thomasはそれぞれ1912年と1990年にノーベル医学生理学賞を受賞した.眼科領域に目を向ければ,角膜移植は1789年にガラス片の移植が試みられたことがその始まりといわれている.角膜移植手術に初めて成功したのは1905年Zirmによる.実験から100年以上経過した後だった.(43)????*MasayukiAkimoto:京都大学医学部附属病院探索医療センター開発部網膜再生プロジェクト〔別刷請求先〕秋元正行:〒606-8507京都市左京区聖護院川原町54京都大学医学部附属病院探索医療センター開発部網膜再生プロジェクト特集●網脈絡膜変性疾患のアップデートあたらしい眼科23(9):1153~1160,2006網脈絡膜変性疾患の治療へ向けて:再生治療?????????????????????:?????????????????????????????????????????????????????????秋元正行*———————————————————————-Page2????あたらしい眼科Vol.23,No.9,2006かりとだけ位置づけている4).deJuanらも,光覚を有する8例の網膜色素変性と1例の加齢黄斑変性患者に胎児網膜を移植している.短期的に改善を自覚した症例はいるものの1年程度の観察では積極的効果がみられていない.しかし,加齢黄斑変性患者に関しては,その後,剖検の機会を得て組織学的な検討をしている.報告によれば,色素上皮細胞欠損部位の視細胞は確認されなかったが,3年という長期の後でも移植細胞が生存していたという5,6).移植片とホスト網膜がシナプスを形成もしくは形成しようとしていた状況証拠としてシナプトフィジン染色で示している点も注目される.他臓器における移植の歴史を考えれば,網膜移植の臨床への応用は性急とも映る.しかし,眼科学だけでなく,医療,科学技術の飛躍的に進歩している背景においては,決して早すぎるということない.実際にこれらの臨床報告では,視機能の改善はあまりみられていないものの,物理的な移植自体は成功しており,第1段階としても網膜移植自体の安全性の検証は果たされたと考えられる.最近になって,視機能回復という意味での成功例が報告された.Radtkeらは5例の網膜色素変性患者に網膜色素上皮のついた胎児網膜を移植した.患者視機能の改善はみられなかったとしている7).しかし,彼らはデバイスを改良し,神経網膜と網膜色素上皮を含む全層移植によって術前20/800から術後1年で20/160まで視機能が著明に改善した1例を2004年に追加報告している8)(図1).網膜移植医療が第2段階に入ったことを示す報告といえる.IV成果と問題点最近10年間で,網膜移植手術手技は,既存手技の応用で可能なことはおおむね示された.しかし,機能的な意味での成功例の報告はまだ1例あるだけである.今後,症例を重ねること,物理学的成功をより効率的に機能的成功へとつなげるための基礎研究の展開が期待される.網膜移植が機能的に成功するためには移植片の生存だけでなく,移植片が宿主細胞とシナプスを形成して電気的につながる必要があるからだ.2003年頃,複数の研究室から網膜変性モデルにおいて残存網膜のリモデリングと瘢痕形成についての報告が続いた.報告によれば,視細胞が傷害を受けた後,残った双極細胞は可塑的に異所的なシナプスを形成し新たな神経回路を形成し,M?ller細胞は増殖してバリアを形成する9).このバリアを越えて,ドナーとホストが電気的につながること,双極細胞の神経回路を元に戻すことが,網膜移植の物理的成功から機能的成功に変えるキーワードと考えられる.筆者らは,このバリアに注目し研究を行ってきた.バリアの形成を阻害するために,RNAi(標的RNAを破壊して機能を低下させる働きをもつ)や種々の薬剤を用いて,移植への効果を調べた.M?llerグリアの働きを弱めるRNAi投与では移植への効果はみられなかった.しかし,バリア形成初期にグリアが分泌するコンドロイチン硫酸を抑制するChondroitinaseABCを投与すると,薬剤なしでは神経突起を水平にしか伸長させない移植細胞がバリアを越えて神経突起を伸長させることがわかった(図2)(投稿中).しかし,他臓器と同様,網膜移植医療においてはその組織入手に倫理的な問題がある.海外での移植成功例は,胎児網膜を利用したものであり,成人献眼からの網膜移植は機能的には成功していない.動物実験でも分化が完成した網膜より分化途中の幼弱な網膜細胞のほうが適していることがわかっている.しかし,日本国内では(44)図1網膜全層移植が著効した症例の眼底写真とマイクロペリメトリーの合成写真黄点は移植シートの範囲,青十字は固視点,水色塗四角は視覚あり,水色枠四角は視覚なし.(RadtkeNDetal:ArchOphthalmol,2004より改変)———————————————————————-Page3あたらしい眼科Vol.23,No.9,2006????中絶胎児を医療に利用することはできない.幼弱網膜もしくは幼弱な視細胞を作製しなければ移植もできない.V再生医療へプラナリアを切断すれば2匹になる.イモリの眼は摘出しても再生する.ヒトの皮膚などは再生するけれども中枢神経細胞は再生しない.100年も前に神経解剖学者Cajalが唱えた「ヒトの中枢神経は再生しない」という考えは,つい最近までは一般常識であった.しかし,その常識が変わりつつある.中枢神経にも再生能力があることが示されて以来,神経再生医療研究が活発となった.視機能の再生を目指す網膜・視細胞再生医療もその例外ではない.網膜の元となる未分化で増殖能・多分化能をもつ細胞は網膜幹細胞とよばれるが,こうした細胞は発生段階においては大量に網膜に存在し分化・成熟の過程で消失すると考えられていた.しかし,網膜幹細胞は,成体においても毛様体上皮細胞のなかに存在し,網膜の細胞に再分化する能力があることが,AhrmadらとTropepeらによって突き止められた10,11).またヒトにおいてもこうした細胞があることも示された.臨床的には毛様体は扱いにくい組織ではあるが,増殖・分化させて自家移植の可能性を示した点で大きな意義があるといえる.さらにこのような幹細胞は網膜内にもあるとする報告もある.Harutaらは,虹彩色素上皮細胞からでも,遺伝子導入を併用することでロドプシン陽性細胞を得ることに成功している12).網膜再生を目的として,試みられたそのほかの体細胞由来の幹(45)胚性幹細胞胚性幹細胞神経幹細胞神経幹細胞虹彩虹彩色素上皮細胞色素上皮細胞毛様体網膜幹細胞毛様体網膜幹細胞視細胞視細胞骨髄間質幹細胞骨髄間質幹細胞図3移植細胞のさまざまなソースChondroitinaseABC移植バリアがあるとシナプスを形成し難いバリアが壊れ,シナプスを形成しやすくなる網膜変性に伴うリモデリングの過程EarlyStage3Stage2Stage1Normal(a)(b)(c)(d)図2網膜変性に伴うリモデリングの過程と移植における問題点(JonesBW,MarcRE:ExpEyeResearch,2005より改変)———————————————————————-Page4????あたらしい眼科Vol.23,No.9,2006細胞としては,骨髄幹細胞,骨髄間質幹細胞,神経幹細胞などがある(図3).完全な万能性をもった幹細胞は胚性幹細胞である.胚性幹細胞についても,特殊な培養条件で,機能的にほぼ完成された網膜色素上皮細胞を分化誘導できるようになった.Hiranoらは胚性幹細胞の培養で,二次元的に眼様構造が多数でき網膜様構造の中にはロドプシン陽性細胞があることを報告している13).Ikedaらはマウス胚性幹細胞から網膜前駆細胞様の細胞を効率的に作製する特殊な培養方法を確立した14).胚性幹細胞由来の神経前駆細胞の段階でも網膜への移植で網膜細胞に分化するという報告もでてきた.虹彩や毛様体からの分化誘導には自家移植の可能性があるが,病因として遺伝子に問題がある場合は,必ずしも有用ではない.一方,樹立されているヒト胚性幹細胞株注)から分化誘導するほうが,病因遺伝子という観点では問題を含まない.誘導率が低くとも大量培養することで量的問題は解決されうる.とはいえ,各種幹細胞から視細胞をはじめとする網膜細胞をより効果的に分化誘導させるための改良は今後も引き続き必要と考えられる(図4).注)韓国の某教授が報告した胚性幹細胞がねつ造であったとして逮捕され,論文が撤回された.その細胞とは,成人の体細胞から核を抽出し,脱核した卵子に移植した後増殖させる,いわゆるクローン技術によって作製したとするものである.つまり遺伝子レベルで患者と同一の細胞の胚性幹細胞を作製する技術であり,もし本当なら移植による拒絶反応など予想される合併症を大幅に軽減でき,臨床応用へ飛躍的に近づく可能性があっただけに残念である.しかし,受精卵を増殖させて胚性幹細胞を樹立する方法は世界的に確立されているので誤解されぬよう確認したい.VI発生から再生へ効率的に目的細胞を分化誘導するためには,その細胞の分化誘導の仕組みを理解する必要がある.最も大事なことはマスター遺伝子を知ることである.眼発生においては転写因子????が有名である.????を強制発現すると,ハエが3つ目(複眼なので正確ではない)にな(46)ES細胞から眼球様構造を誘導(HiranoMetal:DevDyn,2003より)ES細胞からRPE胞細を分化誘導(HarutaMetal:InvestOphthalmolVisSci,2004より)ES細胞から視細胞,M?llerグリアを誘導スケールバー:E=10?m,F=20?m(IkedaHetal:ProcNatlAcadSciUSA,2005より)ABABONL:外顆粒層,INL:内顆粒層,G:神経節細胞層.1.5mm20μm100μm図4胚性幹細胞から誘導された眼関連細胞———————————————————————-Page5あたらしい眼科Vol.23,No.9,2006????る15).遺伝子を欠損させると眼が形成されない.????遺伝子の異常は,種々の遺伝性眼疾患と関係しており,その働きから眼球形成のマスター遺伝子であるとされている.遺伝子導入技術を用いればマスター遺伝子を強制発現することも可能であるし,その発現に注目すれば外的因子などによる培養条件を検討することも容易になる.網膜色素変性症を代表とする遺伝性網膜変性疾患で最も傷害をうけるのは杆体視細胞であり,杆体視細胞の発生を理解することは重要である.視細胞・杆体視細胞に関しては????と同格のマスター遺伝子は見つかっていない.しかし,???,???,????,?????という転写因子群が重要な役割をもつことがわかってきた.杆体視細胞数は,発生段階での培養系実験では,各種の薬剤処理で増えることから,分化の初期条件としてプログラムされている細胞タイプであると長く考えられてきた.しかし,近年の遺伝子改変マウスを用いた研究でその考え方は変わりつつある.b甲状腺ホルモン受容体欠損マウスでは赤緑色素体細胞が欠失する一方でその分青色錐体細胞が増えた16).???欠損マウスでは杆体視細胞が欠失するが,青色錐体細胞がその分増えた17).また,進化論的な遺伝子の解析からも青色錐体細胞が最も原始的な視細胞であり初期条件としてプログラムされている可能性がわかってきた.杆体細胞においては,???,???,?????は1つだけでは十分ではなく,相乗効果をもってその分化を誘導し,???,?????は青色錐体細胞への分化を阻止し,赤緑錐体細胞においては???と????が分化に相乗的に作用し,????が青色錐体細胞への分化を阻止しているものと考えられる.筆者らは杆体視細胞前駆細胞と杆体視細胞が蛍光で標(47)図5杆体視細胞の発生分化杆体視細胞およびその前駆細胞を標識し各発生段階における杆体視細胞の誕生を観察した.経時的に杆体視細胞が増加していく.VZ:脳室帯,NBL:神経芽細胞層.b~gのスケールバー:25?m.(AkimotoMetal:ProcNatlAcadSciUSA,2006より)???Rodbirth???E10E12E14E16E18P0P2P4P6P8P10P12P14P21PeakofrodbirthRhoexpressionOSformationEyeopeningMaturerods———————————————————————-Page6????あたらしい眼科Vol.23,No.9,2006識されるマウスを作製した18).杆体視細胞前駆細胞は発生段階で経時的に増加していった.各発生段階での杆体視細胞前駆細胞を回収し,発現する遺伝子をmicroar-ray法で網羅的に調べた.杆体視細胞の発生にのみ注目した網羅的遺伝子発現図は,杆体視細胞の設計図ともいえる.杆体視細胞を分化誘導するための羅針盤となることが期待される(図5).VIIそのほかのアプローチ移植・再生医療と関連するが,通常と異なる手法で効果の期待されるアプローチがある.1.移植による残存網膜の保護的作用移植治療は,移植片を機能させることが,本来の目的である.しかし,移植片は宿主錐体細胞の延命にも役立っているとする報告もある19).網膜色素変性では通常杆体細胞が先に傷む.錐体細胞の遺伝子に傷害がなくとも,引き続き,ゆっくりと錐体が変性する症例がある.これは,杆体細胞が錐体細胞への栄養因子を分泌していると説明されている.反論もあるが,移植片それ自体が光感受せずとも,残存する錐体細胞の生存の延長に利用できる可能性がある.2.血管の再生Otaniらは,骨髄幹細胞を硝子体注入すると網膜血管が再生し,網膜変性モデルマウスの網膜変性,特に錐体視細胞の変性が抑制されたと報告した20)(図6).骨髄幹細胞の精製技術は,すでに臨床応用されており,最も臨床に近い技術であり,骨髄幹細胞の単独移植による残存中心視力の温存もしくは,同時移植視細胞の生存率を高める方法として,今後期待される.3.内在性網膜幹細胞の利用M?llerグリアは網膜変性時,網膜のリモデリングに関与して移植の障害となっている可能性がある.しかし,その一方で内在性網膜幹細胞としての利用の可能性も示唆されている.Rehらは,ニワトリの網膜に薬剤で障害を加えたところ,M?llerグリアが脱分化を起こして,幹細胞様になることを報告した21).Ootoらはラットにおいても同様の現象が起こることを報告している22)(48)図6骨髄幹細胞移植による網膜変性の抑制骨髄幹細胞を??マウスの硝子体に注入した.網膜血管が維持され,錐体細胞変性が抑制された.GCL:神経節細胞層,INL:内顆粒層,ONL:外顆粒層.(OtaniAetal:JClinInvest,2004より)840-4Amplitude(μV)Amplitude(μV)020406080100Time(ms)Righteye(treated)840-4020406080100Time(ms)Lefteye(control)ACB———————————————————————-Page7あたらしい眼科Vol.23,No.9,2006????(49)(図7).遺伝子導入などの手法を併用することで,ロドプシン陽性細胞に分化させることも可能であり,網膜内網膜幹細胞の再活性化を利用した再生治療という新しい治療の可能性が示された.この方法では遺伝子レベルの治療は困難であるため,進行の遅いタイプの網膜色素変性症患者に対しては応用できる可能性がある.手術手技で網膜を直接触る必要がない点は特長である.4.視細胞以外を視細胞に仕立てるBiらは残存した神経細胞を視細胞に仕立てるというユニークな再生的手法を報告している23).視細胞の消失したマウスに微生物由来の原始的なロドプシン遺伝子を導入した.原始的なロドプシンは視細胞が存在するかのような光応答性を観察した.遺伝子治療と再生医療を組み合わせた方法で今後の展開が期待される.おわりにマウス,サルでの実験結果を元に,ヒト胚性幹細胞を用いた実験計画は2年にわたる倫理委員会での討議の末に網膜色素上皮細胞作製実験は承認されたが,視細胞作製実験は動物実験検証不十分として保留となった.しかし,その後,動物実験での進歩を踏まえて視細胞作製に関しても追加承認された.倫理面でも十分な配慮のうえで研究が行われている.技術的には,サルで確立された技術はヒトへの応用も決して遠いものではないと考えられる.文献1)TurnerJE,BlairJR:Newbornratretinalcellstransplant-edintoaretinallesionsiteinadulthosteyes.?????????391:91-104,19862)KaplanHJ,TezelTH,BergerASetal:Humanphotore-ceptortransplantationinretinitispigmentosa.Asafetystudy.???????????????115:1168-1172,1997図7内因性網膜幹細胞増殖分化の試み内在性網膜幹細胞を刺激し再増殖させた,遺伝子を導入しロドプシン陽性細胞を得た.ONL:外顆粒層,INL:内顆粒層.*:有意差あり.スケールバー:100?m.(OotoSetal:ProcNatlAcadSciUSA,2004より)CLIG-CrxCLIG-CrxNeuroDACBLTRLTR3mycCrxIRESGFPLTRNormalLTR3mycCrxIRESGFP201623840CLIG*%Immunopositive(RET-P1+)CrxNeuroDCrxNeuroDD806040200CLIG**%Immunopositive(GS+)CrxCrxNeuroDyy———————————————————————-Page8????あたらしい眼科Vol.23,No.9,2006(50)3)BergerAS,TezelTH,delPrioreLVetal:Photoreceptortransplantationinretinitispigmentosa:short-termfollow-up.?????????????110:383-391,20034)DasT,delCerroM,JalaliSetal:Thetransplantationofhumanfetalneuroretinalcellsinadvancedretinitispig-mentosapatients:resultsofalong-termsafetystudy.??????????157:58-68,19995)delCerroM,HumayunMS,SaddaSRetal:Histologiccorrelationofhumanneuralretinaltransplantation.?????????????????????????41:3142-3148,20006)HumayunMS,deJuanEJr,delCerroMetal:Humanneuralretinaltransplantation.??????????????????????????41:3100-3106,20007)RadtkeND,SeilerMJ,AramantRBetal:Transplantationofintactsheetsoffetalneuralretinawithitsretinalpig-mentepitheliuminretinitispigmentosapatients.???????????????133:544-550,20028)RadtkeND,AramantRB,SeilerMJetal:Visionchangeaftersheettransplantoffetalretinawithretinalpigmentepitheliumtoapatientwithretinitispigmentosa.???????????????122:1159-1165,20049)JonesBW,WattCB,FrederickJMetal:Retinalremodel-ingtriggeredbyphotoreceptordegenerations.?????????????464:1-16,200310)ChackoDM,RogersJA,TurnerJEetal:Survivalanddi?erentiationofculturedretinalprogenitorstransplantedinthesubretinalspaceoftherat.??????????????????????????268:842-846,200011)TropepeV,ColesBL,ChiassonBJetal:Retinalstemcellsintheadultmammalianeye.???????287:2032-2036,200012)HarutaM,KosakaM,KanegaeYetal:Inductionofphotoreceptor-speci?cphenotypesinadultmammalianiristissue.????????????4:1163-1164,200113)HiranoM,YamamotoA,YoshimuraNetal:Generationofstructuresformedbylensandretinalcellsdi?erentiat-ingfromembryonicstemcells.???????228:664-671,200314)IkedaH,OsakadaF,WatanabeKetal:GenerationofRx+/Pax6+neuralretinalprecursorsfromembryonicstemcells.??????????????????????102:11331-11336,200515)HalderG,CallaertsP,GehringWJ:Inductionofectopiceyesbytargetedexpressionoftheeyelessgeneindro-sophila.???????267:1788-1792,199516)NgL,HurleyJB,DierksBetal:Athyroidhormonereceptorthatisrequiredforthedevelopmentofgreenconephotoreceptors.?????????27:94-98,200117)MearsAJ,KondoM,SwainPKetal:Nrlisrequiredforrodphotoreceptordevelopment.?????????29:447-452,200118)AkimotoM,ChengH,ZhuDetal:TargetingofGFPtonewbornrodsbyNrlpromoterandtemporalexpressionpro?lingof?ow-sortedphotoreceptors.??????????????????????103:3890-3895,200619)MeyerJS,KatzML,MaruniakJAetal:Embryonicstemcell-derivedneuralprogenitorsincorporateintodegener-atingretinaandenhancesurvivalofhostphotoreceptors.??????????24:274-283,200620)OtaniA,DorrellMI,KinderKetal:Rescueofretinaldegenerationbyintravitreallyinjectedadultbonemar-row-derivedlineage-negativehematopoieticstemcells.?????????????114:765-774,200421)RehTA,FischerAJ:Stemcellsinthevertebrateretina.????????????????58:296-305,200122)OotoS,AkagiT,KageyamaRetal:Potentialforneuralregenerationafterneurotoxicinjuryintheadultmamma-lianretina.??????????????????????101:13654-13659,200423)BiA,CuiJ,MaYPetal:Ectopicexpressionofamicrobi-al-typerhodopsinrestoresvisualresponsesinmicewithphotoreceptordegeneration.??????50:23-33,2006