好奇心から始まった基礎研究～脱髄の治療につながる可能性を求めて～

神経難病の病態解明と治療法の開発

　形態解析学・器官構造学は、人体を構成する各臓器が有機的にどのように繋がっているかを解剖学や細胞生物学、時には病態生理学といった様々な知識を導入しながら統合的に学ぶ講座です。
　神経難病のひとつである「多発性硬化症」は、炎症細胞の浸潤が原因で中枢神経系の脱髄が引き起こされる疾患です。板東教授はこの疾患の発症機構の解析と治療法の開発のほか、脳血管障害や認知症で認められる神経細胞死制御法の開発、さらに脊髄損傷後の中枢神経再生など、動物モデルやバイオ細胞を用いた基礎研究を幅広く行っています。

脱髄はどのような現象？

　神経系は中枢神経系と末梢神経系の2つに大きく分類されます。中枢神経は脳と脊髄、末梢神経は脳や脊髄を出入りする神経で、これらはつながっています。例えば、脳から「この筋肉を動かしなさい」という命令が出ると、中枢神経から末梢神経へとその情報が伝わり、私たちは手足を動かすことができます。感覚も同様で今度は末梢から中枢へとその情報が適切に伝わっていきます。
　神経系を構成している神経細胞（ニューロン）を模式的に表した図を見ると、核のある細胞体の周りには周囲からの情報を受け取るアンテナのような役割をもつ樹状突起があり、細胞体から1本、長く伸びた軸索を通して、受け取った情報を次のニューロンに送ります。軸索の周りにはぐるぐるとバウムクーヘンのように何重にも巻き付いている髄鞘（ミエリン）が存在します。この髄鞘はオリゴデンドロサイトというグリア細胞によって作られていますが、絶縁体として働くだけでなく、軸索を保護しています。また、髄鞘が存在すると、簡単に言うと髄鞘がない部分だけを跳んでいくように電気信号が伝わっていくため、神経伝達速度を速めることができるのです（跳躍伝導と言います）。
　例えば、目的地が同じであっても、各駅を停車する普通電車よりも特定の駅にしか停車しない新幹線や特急の方が目的地に早く到着することができることと似ています。しかし、何らかの原因で軸索に巻き付いている髄鞘が無くなり、軸索がむき出しの状態となってしまうと神経伝導速度が遅くなり、動かしたくても動かせない、感覚が鈍るといった状態になります。この状態を脱髄（だつずい）と呼びます。そしてこの脱髄により、運動や感覚の障害、視力障害、疲労感などの神経症状が現れるのが多発性硬化症という病気です。
　脱髄は脳や脊髄など多くの領域で起こり、障害される部位によって症状が異なります。また、再発や寛解（症状が見かけ上、治まっている状態）を繰り返しながら、徐々に増悪（悪化）していくのが典型例です。
　また、このような病態は脳血管障害や脊髄損傷などの神経変性疾患でもよく認められます。アルツハイマー病やパーキンソン病、筋委縮性側索硬化症(ALS)といった疾患も聞いたことがあるかもしれませんが、このような疾患においても神経だけでなく、実は髄鞘も障害されているのです。神経細胞やその軸索が障害されると巻き付く部分がなくなってしまい、2次的3次的に脱髄も起こるためです。さらに、髄鞘を構成する蛋白質の中には神経再生を阻害する因子も含まれているため、これが中枢神経の再生を妨げる一因になっていることも明らかになっています。
　したがって、一般的に末梢神経の損傷は多くの場合、神経再生がみられたり、リハビリによって多くの機能は回復しますが、中枢神経は一旦失われた機能を戻すことは現在でもなかなか難しく、国内外の多くの研究者がこの難題を少しでも解決しようと日夜努力をしています。
　板東教授は中枢神経に注目し、無くなった髄鞘を元に戻す再髄鞘化や、治療によって脱髄が起こらないようにすることを目指し、脱髄疾患モデルを用いた新しい脱髄メカニズムの解明と治療法開発に繋がる研究成果を世界に先駆けて見出しています。

脱髄や軸索障害の病態解析

　実は、脱髄や軸索障害がどのようにして起こるのかについてこれまであまりよく分かっておらず、結果的に髄鞘の層がほぐれていき、そのうちなくなるといった漠然とした概念しかありませんでした。そこで、板東教授は電子顕微鏡を用いて、脱髄時の髄鞘の微細構造の経時的変化について観察しました。
　通常、髄鞘の層はコンパクトに密着しており、軸索と髄鞘との間も隙間なく密着しています。ところが、マウスに多発性硬化症を誘導すると、髄鞘の層自体はコンパクトなまま、非常に早期から髄鞘の一部が軸索から乖離し始めることを見出しました。これが脱髄の初期変化だったのです。
　その後、乖離した髄鞘はどんどん大きくなり、複雑な形状を示すようになります。乖離して伸びた髄鞘は隣に存在する別の髄鞘を取り囲むように伸びていくこともあり、中には同心円状に髄鞘が何重にも重なったような異常な髄鞘構造が時間経過とともに増えていくことを見出しました。
　病理学の世界では、髄鞘が存在するところは青く染まり、髄鞘のないところは青色が抜けるといった特殊な染色法によって髄鞘の存在を可視化できます。不思議な事にこのような異常な髄鞘構造は炎症部位では青く染まらないため、病理所見としては髄鞘がない（＝脱髄）ということになるのです。一方、炎症のピークを過ぎた寛解期では逆に異常な髄鞘構造は青く染まってきます。つまり、再髄鞘化したと判断されてしまう可能性もあります。どうしてこのような染色結果に違いが出るのか、現在も答えを探している最中ですが、板東教授は自身が見出したこのような髄鞘の異常な構造変化も広義の脱髄と提唱し、このような髄鞘構造の異常が中枢神経再生を阻害する要因になっているのではないかと考えています。
　多発性硬化症のこれまでの治療戦略では、ステロイドという薬を用いて炎症細胞の活性化を抑制したり、中枢神経内への炎症細胞の浸潤を抑制することができる薬によって再発を防いだり、最近では脱髄を起こした部位で新しい髄鞘を作らせる（再髄鞘化）ためにオリゴデンドロサイトを増やす効果を持つ治療薬が研究開発されています。特に、再髄鞘化を促進する薬は投与時期を誤るとむしろ異常な髄鞘を増やす可能性も否定できないため、板東教授はこのような異常な髄鞘構造を制御する方法の開発に取り組んでいます。

　板東教授はこの研究からもう一つ新しい知見を見出しました。多発性硬化症に認められる脱髄は炎症細胞によって惹起される（炎症性脱髄）というのがこれまでの常識でしたが、板東教授は顕微鏡を眺めているうちに炎症部位から遠く離れた全く関係のない場所でも異常な髄鞘構造が認められることに気がついたのです。
　「実は従来から知られている炎症細胞による炎症性髄鞘以外に、炎症を伴わない非炎症性脱髄が混在しているのが多発性硬化症の病態です。これまでは炎症性脱髄に対するアプローチが主流で、非炎症性脱髄に対するアプローチはほとんどありませんでした。非炎症性脱髄は少なくとも多発性硬化症の分野ではこれまであまり想定されていなかった新しい病態です」と板東教授は言います。
　また、脱髄を起こした場所の軸索の内部ではどのようなことが起こっているのでしょうか。多発性硬化症を誘導したマウスの軸索内部を観察すると、脱髄を起こしている病変部位において局所的に軸索が節状に膨れ、その軸索内には発達した滑面小胞体と集積したミトコンドリアが複雑に絡み合った状態で存在していることが分かりました。また、このような軸索ではエネルギー代謝とカルシウム代謝が障害され、軸索が変性していることを板東教授は世界に先駆けて組織学的に証明したのです。
　しかし、このようなデータを国内外の学会で発表すると、「髄鞘が存在しているのに脱髄と呼ぶのはおかしい」、「たまたまそのような箇所を見ただけでは？」、「モデルマウスだけに認められるのでは？」という疑問の声が数多くあったといいます。それでも諦めず、自分で何度も見た現象を信じて根気強く何年にも渡ってデータを積み重ね、海外から多発性硬化症患者の剖検標本も入手し、実際にヒトでも認められることを証明しました。その結果、国内外の多くの研究者から高く評価されるようになり、多くの企業研究者からも薬効評価や開発コンサルタントを受けるようになったそうです。

分子で多発性硬化症の発症機序を語りたい ―KLK6との出会い―

　通常、脳や脊髄といった中枢神経は血液脳関門という特殊な壁のようなバリア機構によって血液からの病原体や有害物質、リンパ球などが侵入できないように厳密にコントロールされ、隔離されて守られた状態となっています。しかし、多発性硬化症の場合、この特殊なバリアが壊れて末梢組織から炎症細胞の侵入を許し、中枢神経の中で炎症を起こしてしまうのです。脳の中にはニューロン以外にもニューロンをサポートするグリア細胞が数種類存在します。板東教授は多発性硬化症治療の標的としてグリア細胞の中でも髄鞘を形成するオリゴデンドロサイトに特に注目しています。
　多発性硬化症では、末梢に存在する免疫細胞や自分自身を攻撃してしまう自己抗体が何らかの原因で血液脳関門から中枢神経組織内に浸潤し、オリゴデンドロサイトが標的となり障害されることによって脱髄が起こると考えられています。前述の研究では脱髄の現象を捉えることに成功しましたが、分子機序については未解明のままで、疾患発症の鍵となる分子（遺伝子やたんぱく質）を標的とした治療薬の開発にはなかなかつながりませんでした。
　「何らかの分子で疾患の発症機序や病態を語ることができれば新しい治療法開発につながるのではないか」と考え、板東教授は脱髄に関連しそうな分子を探したそうです。

KLK6ノックアウトマウスはMOG誘導性実験的脳脊髄炎モデル(Experimental Autoimmune Encephalomyelitis:EAE)の症状が軽減する

　

KLK6ノックアウトマウスでは炎症細胞の浸潤も少なく、脱髄も軽度である

　KLK6（Kallikrein 6）はプロテアーゼというタンパク質を分解する酵素の一つで、オリゴデンドロサイトに通常発現していますが、オリゴデンドロサイトの障害を伴う損傷が中枢神経に起こると何故かKLK6の発現量が増加します。そこで、板東教授は多発性硬化症モデルにおけるKLK6の病態解析を始めました。
　KLK6を持たない遺伝子改変マウス（KLK6 KOマウス）を作成し、マウスに多発性硬化症を誘導したところ、KLK6 KOマウスでは発症が遅延し、症状が軽減されることが分かりました。
　この写真はマウスに多発性硬化症を誘導した時の脊髄の写真です。実際にKLK6を持っている野生型マウスに比べてKLK6 KOマウスの組織では炎症も軽度で脱髄が抑制されているのが分かります。この結果によって、多発性硬化症の病態にKLK6が大きく関わっており、治療の標的分子になり得るということが板東教授によって検証されたのです。
　板東教授は多発性硬化症患者の髄液においても活性化KLK6が有意に増加していることも明らかにし、KLK6を分子標的とした多発性硬化症の新規診断法の開発や活性化KLK6中和抗体による新規治療薬の開発に現在取り組んでいます。
　「炎症細胞によってオリゴデンドロサイトが障害される」という定説によって、これまでは「オリゴデンドロサイトは静的な細胞で受動的に障害されている」と考えられてきましたが、この研究によって得られた一連の結果はこれまでの常識を覆し、「オリゴデンドロサイトはむしろ動的な細胞で積極的に脱髄を誘導する因子を出している」というものでした。そうなると髄鞘を形成しているオリゴデンドロサイトからなぜ自身を攻撃するKLK6が出るのか？という疑問が新たに出てきます。

KLK6を介した新しい脱髄機序

　板東教授が大学院生の頃に携わっていた研究テーマの一つに「神経変性疾患における小胞体ストレス研究」があり、板東教授は小胞体ストレスによって小胞体内に不良なたんぱく質が実際に蓄積することを実際に示し、そのことが原因となって細胞死が惹起されることを明らかにしました。今では全身性の多くの疾患に小胞体ストレスが関与していることが明らかになっています。もちろん、多発性硬化症においても小胞体ストレスは関与しています。そこで、板東教授は実際にオリゴデンドロサイトに小胞体ストレスを負荷したらどんなことが起こるのか実験してみました。
　驚いたことに、培養オリゴデンドロサイトに細胞死が惹起されない程度の強さで小胞体ストレスを誘導する薬剤を添加すると、オリゴデンドロサイトの形態が大きく肥大しました。このとき、髄鞘を構成している蛋白質の一つであるMBPの発現は増加（≒髄鞘がどんどん作られる）しますが、4つあるアイソフォームの一つが変性していることを見出したのです。
　この現象はオリゴデンドロサイトに対する自己抗体を添加した時にも認められ、自己抗体は小胞体ストレスに類似した刺激を細胞に与えていたのです。興味深い事に、このような細胞ではKLK6の発現が上昇していました。つまり、小胞体ストレスによってオリゴデンドロサイトにおけるKLK6の発現が上昇することが明らかとなったのです。
　自己抗体は炎症細胞と異なって分子の大きさも小さく、中枢神経組織内には炎症細胞よりもずっと早期に浸潤できます。また、自己抗体でなくとも小胞体ストレスを惹起するような因子がオリゴデンドロサイトに作用すれば炎症細胞の浸潤を伴わない非炎症性脱髄にKLK6を介した新しい脱髄機序が関係している可能性が示唆されたのです。

　一連の結果から、板東教授は「KLK6は炎症性と非炎症性の両方のタイプの脱髄に関与しており、治療の標的分子として有力な候補になる可能性がある」と言います。
　多発性硬化症や脊髄損傷だけでなく、最近では統合失調症、鬱病ならびに自閉症といった精神疾患においてもオリゴデンドロサイトの機能異常が続々と報告されており、「跳躍伝導に関係する」とサラッと教科書に書かれている程度のオリゴデンドロサイトが今脚光を浴びています。
　治療法の開発には時間もかかりますし、携わる研究者数が増えないと研究が進みません。研究分野を支え、発展させているのは実は若手研究者で若い人たちの活力が研究には不可欠です。板東教授は「患者さんに一日も早く新しい治療法を届けたい」とさまざまな課題を解決するべく日夜研究に励むとともに、医学部生や大学院生に対してリサーチマインドをもった医学研究者(physician-scientist)の育成にも力を注いでいます。
　「一人でも多くの医学部生や生命系学部生には低学年から基礎研究にも興味を持って実際に自分で手を動かして体験してみてほしい」と板東教授は言います。

基礎研究は好奇心から始まる

　ヒトの体は分子→細胞内小器官→細胞→臓器・器官といったいくつかの階層に分かれています。したがって、臓器レベルで起こる疾患は細胞レベルの障害と捉えることもできます。板東教授は疾患を細胞内小器官レベルの異常と捉え、細胞内小器官の異常が代謝疾患や腫瘍、神経変性疾患や心血管障害といった様々な疾患の発症要因になると考えています。前述の小胞体ストレスが様々な疾患に関わるというのはそういった発想から生まれたものです。

　板東教授は、「純粋に『どうして？』という科学的疑問から始まる研究もありますが、医学研究では『病気で苦しんでいる患者さんをなんとかして治したい』というマインドも大切と思います。自分に関係ないと思っていても、家族や親せきがそのような病気を患うかもしれません。その時、治療法がないというのはつらいです。一般の人からすると治る病気が多いと思われていますが、実は現代の医学では根治療法がない病気はたくさんあります。それは何故かといえば、発症の原因やメカニズムが解明されていなかったり、治療を行う上で鍵となる分子が同定されていないことも原因の一つです」と語ります。
　そして、「医学書を手に取ると、見るのも嫌になるくらい分厚く、あたかもすべてが分かっているような感じですが、実はヒトの体について正常な機能も病気もまだまだ分からないことだらけです。基礎医学研究は『未来の医学・医療を創る』とよく言われ、これまでの医学・医療の発展は先人のたゆまぬ努力の賜物です。私たちはそれらを発展させて将来に受け継ぐ責務があります。そのためにも、ヒトの体の中で起こる未解明な現象に好奇心を持って、失敗を恐れず自分の頭でいろいろ考えて根気強く実際に試してみることがやはり重要と思います」と板東教授は続けます。
　さらに研究の魅力については、「顕微鏡の向こうに見える世界（実験結果）はひょっとすると人類で自分が初めて見る世界かも知れません。そう思うとワクワクしませんか。研究が趣味とまではいかないかもしれませんが、まずはサイエンスを楽しむことが大切です。オリジナリティのある研究が遂行できればさらに理想的です。学会や研究会に参加すると皆、あちらこちらで楽しそうに研究の話で盛り上がっています。プレゼンしている人も聞いている人も皆、目をキラキラ輝かせています。見ているだけでこちらも楽しくなります。機会があればぜひ、学生時代に学会や研究会に参加してみてほしいですし、論文も書いて自身の論文が国際誌に受理されたときの喜びを体感してほしいと思います。従来から正しいと思われている学説や著名な国際雑誌に掲載されている論文の内容をそのまま鵜呑みにするのではなく、自分の目で確かめ、多角的に物事をみて実際に検証していくことや、これまでの常識にとらわれない新しい発想で物事を捉えることも大事だと思います。そのためには自分が出すデータが正しいと自信が持てる技術をもつことも大切です」と板東教授は語ります。そして、次のように続けます。
　「当講座では主に神経疾患の形態学的手法を中心に研究を行っていますが、心臓や腎臓といった他の臓器の研究も個人の興味に合わせて行うことも可能です。また、形態学的手法に固執せず、必要に応じて細胞生物学や分子生物学などのさまざまな分野の実験技術も導入しています。もっと高いレベルで研究できるようになれば学内外の大学や研究施設との共同研究に参画することもできます。基本的な実験技術さえ修得できれば、学生でも一研究者として一つの独立したテーマを担当してもらい、教員の実験の手伝いをさせないことが私の指導方針です。医学部生であっても医学部生でなくても、興味があるならまずは気軽に相談しに来てくれるといいなと思います」
　板東教授は医師、医学研究者の育成と同時に、病気で苦しんでいる患者さんたちの一日も早い治療・回復を目指して、さまざまな課題を自らの手であらゆる角度から解決するべく、今日も研究に励んでいます。