心臓発作後に心筋が再生することを初めて人間で確認

心臓発作は、発症した心室内の筋細胞の平均約3分の1を破壊する。この損失はこれまで永久的なものと考えられてきた。心筋は肝臓や皮膚とは異なり、大きな損傷を受けた後にそれを補う能力は基本的にないとされていた。損傷した心臓組織に形成される瘢痕組織が、その物語の最終章だった。

しかし、別の章があることが判明した。シドニー大学の研究者らは、バイパス手術中に患者から採取した生きた心臓組織を用いて、これまでマウスでしか確認されていなかった現象——心臓発作後、ヒトの心臓が新たな筋細胞を作り始めること——を初めて確認した。

この発見は、心臓が自ら治癒することを意味するわけではない。再生反応は損傷の規模を補うにはあまりにも小さい。しかし、その能力が存在することを証明したことで、研究者が標的とできる対象が変わり、いつか心臓が自ら試みる働きを増幅させる治療法が可能になる可能性が開かれた。

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測定方法

ヒトの心臓組織を研究する難しさは、常にタイミングの問題だった。死後検体が研究室に届く頃には、活発な細胞分裂の分子シグナルはほとんど消失している。本研究の筆頭著者であり、ベアード応用心肺研究所の研究員であるロバート・ヒューム博士は、生きた患者から組織を採取するサンプリング手法を開発することで、この問題の解決に貢献した。

シドニーのロイヤル・プリンス・アルフレッド病院でバイパス手術を受ける同意済みの患者は、手術中に心臓の損傷部位と非損傷部位の両方から小さな組織サンプルを採取されることに同意した。サンプルは液体窒素を用いて15分以内に保存され、生物学的活動がその場で固定された。死後検体では不可能なこのレベルの忠実度により、研究チームはこれまでの研究が見逃していたもの——心筋梗塞を経験した患者の心臓における心筋細胞有糸分裂（筋細胞が分裂・増殖するプロセス）の統計的に有意な増加——を検出することができた。

「梗塞を起こしたヒトの心臓において、心筋細胞有糸分裂の統計的に有意な増加を示すことができました」とヒューム博士は述べている。科学者らはこれまでマウスで同じ効果を観察していた。ヒト組織で直接記録されたのはこれが初めてである。

心臓発作が実際に破壊するもの

問題の規模は、再生シグナルが控えめであっても、この発見がなぜ重要かを説明している。重度の心臓発作は、最大10億個もの心筋細胞——心臓が拍動し、心室間のタイミングを調整するために依存する細胞——を消失させる可能性がある。生き残った筋肉は代償しなければならず、しばしば伸展することで対応する。長年にわたり、その代償は機能しなくなる。心臓は拡大し、弱まり、全身に血液を送り出す能力が低下する。

その終着点が心不全であり、これには簡単な解決策はない。オーストラリアだけでも約14万4000人がこの状態で生活している。移植が現在唯一の決定的な治療法であり、同国では年間約115件の手術が行われている。需要と供給のギャップは手術だけでは埋められない。

心血管疾患は世界の死因の第一位であり続けている。心臓発作後の確率を変える治療法——たとえ控えめであっても——は、数千万人規模の集団に届くことになる。

この研究で問題が解決しない理由

現在理解されている限り、心臓の自然な再生反応は、それを引き起こす損傷に追いつくことができない。大規模な梗塞によって引き起こされる細胞死は、心臓がそれに応じて生成する新しい心筋細胞の数をはるかに上回る。ヒューム博士はこれを直接認めている。再生反応は確かに存在するが、心臓に瘢痕が残るのを防ぐには十分ではない。

また、この分野が完全には解明していないメカニズムの問題もある。不全心臓に関する関連研究では、心筋細胞におけるDNA複製イベントの多くが、標準的な有糸分裂ではなく、倍数化（細胞が実際に分裂せずにゲノムの余分なコピーを蓄積すること）や多核化を伴うことが判明している。真の増殖をこれらの関連するが異なるプロセスから区別することは、シドニーチームの生きた組織モデルが現在取り組む技術的課題の一部である。

この研究はまた、特定の患者集団——すでにバイパス手術を受けている人々——を対象としており、彼らは心臓発作患者の全範囲を代表しているとは限らない。この再生シグナルがどの程度一貫して現れるか、また若い患者、梗塞サイズが異なる患者、早期治療と後期治療の患者で異なるかどうかを理解するには、より大規模で多様な研究が必要となる。

タンパク質が示唆する次の展開

研究チームはまた、ヒト組織において、以前にマウスの心臓再生に関連づけられていたいくつかのタンパク質を特定した。これらのタンパク質は、治療法開発のための最も具体的な初期手がかりを提供する。それらが損傷に応答して心筋細胞分裂を引き起こす分子スイッチであるならば、それらは標的——薬剤が活性化または増幅できるもの——となる。

本研究の上席著者であり、ロイヤル・プリンス・アルフレッド病院の心不全専門医であるショーン・ラル教授は、チームが目指しているものについて次のように述べている。「最終的な目標は、この発見を利用して心不全を逆転させる新しい心臓細胞を作ることです。研究で生きたヒト心臓組織モデルを使用することで、心臓病の新しい治療法を開発するための、より正確で信頼性の高いデータを得ることができます。」

生きた組織モデル自体は、今回の単一の結果とは独立した研究ツールとなっている。手術時の心臓の分子状態を保存するため、細胞分裂を促進する可能性のある化合物を試験するために使用できる——別のヒトが先に心臓発作を起こす必要はない。

心臓再生に関するよくある質問

心臓発作後、ヒトの心臓は自ら修復できますか？

心臓には、梗塞後に新しい筋細胞を成長させる限られた自然な能力があることが、今回の研究でヒト組織において初めて確認された。再生は心筋細胞有糸分裂（細胞分裂）を通じて起こる。生成される新しい細胞の数は、大規模な梗塞で失われた筋肉を置き換えるにはあまりにも少ないため、心臓の修復反応は存在するものの、それ単独では機能的に不十分である。

なぜ医師はすでに心不全を治療できないのですか？

心不全は不可逆的な筋損失に起因する。心臓は弱った領域を補うためにより強く働き、最終的には機能しなくなる。心臓移植が唯一の治療法であり、ドナー臓器の供給は極めて限られている。オーストラリアでは約14万4000人が心不全を抱えて生活しているのに対し、年間約115件の移植が行われている。患者と利用可能な臓器のギャップが、損傷した筋肉を再生できる治療法の模索を推進している。

この研究は以前の研究と何が違うのですか？

心臓再生に関する以前の研究は死後組織を使用していた。それらのサンプルが研究室に届く頃には、細胞分裂の分子シグナルは消失している。シドニーチームは、バイパス手術中に生きた患者から組織を採取し、液体窒素を用いて15分以内に保存した。このアプローチにより、死後サンプリングでは見逃される活発な生物学的プロセス——本研究の中心的な発見である細胞分裂シグナル——が捉えられた。

治療が利用可能になるまでどのくらいかかりますか？

この発見に基づく臨床治療はまだ存在しない。研究チームは心筋細胞分裂を調節する可能性のあるタンパク質を特定しており、これらは現在創薬の標的となっている。この研究の重要性は、これまで閉ざされていた治療の方向性を開いたことにある。成人のヒト心臓は新しい筋肉を作ることができ、研究者は今、それを有用な規模で行わせる方法を研究するためのツールを手にしている。

研究の次の段階では、どのタンパク質が生きた組織モデルで増幅できるか、またそうすることで細胞分裂の速度が梗塞損傷を現実的に相殺できるレベルまで上昇するかどうかを特定しようと試みる。

タグ: biology, cardiac regeneration, cardiology, cardiomyocyte, heart attack, heart failure

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