PMC

Review

「幹細胞」とは、他の複数の種類の細胞に分化する可能性を持つ細胞系譜を指す言葉である。 間葉系幹細胞（MSC）は、臨床的観点からこの系譜の最も重要なメンバーである。 体内の多くの組織がこの多能性細胞を宿主とするが、最大の供給源は骨髄である。 体内のいくつかの特定の場所、例えば脂肪組織、肺、血管などにもこの集団が宿ることが期待されている。 これらのうち、血管内皮は心臓血管の観点から興味深い存在である。 幹細胞は、急速に分裂し、より分化した形態に成熟するという特性から、HFの管理に有用なツールであると考えられている。 その有用性と実用性を証明するために、広範な研究が行われている。 ここ数十年、幹細胞は病気の心筋組織に移植され、損傷や瘢痕化した部分を正常な心筋に置き換えることが期待されています。 現在では、その利点は生来の分化能力を超えていることが分かっている。 新しい研究では、幹細胞の最も重要な点は、様々なホルモン様物質や成長因子を分泌する能力であることが指摘されている。 これらの物質は、傷ついた心筋や血管壁の内皮などに化学的に作用し、有利な反応をもたらす。 これらのパラクライン作用は、その大きさ、効果において、修復機能を凌駕している。 例えば、細胞死を防ぎ、虚血部位に供給するために新しい血管を発芽させることができる。

単核細胞（MNC）は、さらに大きな幹細胞集団である。 骨髄由来のMNCとMSCの両方は、独立してHFの管理に適用されている。 それらの化学的挙動は互いに異なることが研究されてきた。 MSCは再生能力と血管増殖能力を持つ可能性が高く、一方、MNCは好ましい形態の炎症を誘発することによってより作用する 。 この観察は、SCTに極めて重要な観点を追加し、この治療法が使用される細胞の種類によって異なる反応をもたらす可能性があることを示唆しています。 また、患者自身から採取した細胞かドナーから採取した細胞か（自家細胞か同種細胞か）によっても結果が異なります。 2005年に発表された限定的無作為化比較試験（RCT）では、虚血性HFで左室駆出率（LVEF）が正常値の35％未満と記録されている患者20名が調査されました。 幹細胞は実験グループの患者の心嚢下部分に投与された。 その結果、自己幹細胞移植と冠動脈バイパス術（CABG）を受けた虚血性HF患者では、LVEFが治療前の正常値の29.4％から46.1％に増加したのに対し、CABGのみを受けた対照群では30.7％から37.2％に増加したことが示されました。 いずれの群でも副作用は認められませんでした。

2006年の研究では、血栓溶解療法または抗凝固療法が奏功した急性心筋梗塞（MI）の既往を持つ患者を募集しました。 これらの患者に幹細胞を使用したところ、心血管死亡率と急性虚血イベントの再発が有意に減少し、同時にLVEFが上昇したことが明らかになった。 LVEFが中央値より低い患者さんでは、最も大きな機能改善がみられました。 しかし、この研究では幹細胞は冠動脈に導入された。

冠動脈内または心嚢下への導入に言及した理由は、これらが幹細胞導入の安全な技術であるためである。 心筋に直接注入する他の方法は、注入部位の損傷や不整脈のリスクがある。 これらの不整脈は注射による炎症と瘢痕化によって引き起こされる可能性がある。 さらに、移植された細胞の統合は、不整脈誘発性を増大させる物理的、電気生理学的影響を与える可能性がある。 これらのリスクは、より安全な幹細胞導入経路を選択することで軽減することができる。もう一つの言及すべき点は、不整脈のリスクは骨格筋由来の幹細胞に最も強く関連していることである。 この関連性を調べることができた臨床試験として、”The Myoblast Autologous Grafting in Ischemic Cardiomyopathy” (MAGIC) trialがあります。 その結果、骨格筋由来の幹細胞を使用してもLVEFの改善は見られなかった。 また、この試験では、幹細胞治療群では対照群に比べ不整脈が見られた。 2010年に行われた別の臨床試験 “The Acute and Long-term Effects of Intracoronary Stem Cell Transplantation in 191 patients with Chronic Heart Failure: the STAR-heart Study “では、虚血性心不全と低LVEFの患者に幹細胞を動脈内に注入していた。 幹細胞は、移植を受けた患者の骨髄から採取したものである（自家幹細胞）。 この治療開始後、最大5年間のデータ解析により、SCTは治療した患者のニューヨーク心臓協会（NYHA）機能分類とLVEFの上昇につながったことが示された。 さらに、左室前負荷、収縮末期容積（ESV）、収縮期壁応力、梗塞面積、および長期死亡率の減少が認められた。 副作用は日常的なもののみであった。 不整脈は幹細胞群で少なかったことが判明した。 これらの所見に基づき、本研究では、最初に何らかの再灌流療法または抗凝固療法を受けた古い心筋梗塞の既往を持つ高血圧患者において、SCTが安全で有益であることが判明した。 この研究では特に、SCTによって死亡率プロファイルが改善したことを指摘しており、その理由は心機能の改善と不整脈の発生の減少の両方によるものであるとしています。

幹細胞の最近の使用方法の1つは、心筋造血と呼ばれる。 これは、幹細胞に、どのような種類の細胞に成熟するかという運命をある程度決定するような処置を施すというものである。 心不全における造血幹細胞治療」（C-CURE）試験は、この原理に基づいて2013年に開始された最初の試験の1つです。 2年後の解析では、虚血性心不全にこのような細胞を用いて心血管系機能状態の改善を示しました。 客観的な知見としては、この治療によりLVEFが正常の27.5%から34.5%に増加したことが挙げられます。 また、幹細胞群では左室ESVが24.8ml減少したのに対し、対照群では8.8mlの減少にとどまったことが確認された。 両群間の有害な心臓イベントの差は、統計的な有意性を欠くことが判明した。 心機能とQOLの他の側面は、NYHA機能分類や入院などの測定法を用いて評価された。 C-CURE試験で強調された有益な側面は、この種のSCTに関するより大規模な研究を促した。 この概念に基づく最大の試験の1つは、2015年の “Congestive Heart Failure Cardiopoietic Regenerative Therapy”（CHART-1）試験である 。 その最新の解析は、この試験の開始から39週目に、これらの細胞で治療した120人の患者と偽手術を受けた151人の患者を追跡調査することによって行われました。 その結果、本試験はC-CURE試験の知見と一部共通していることがわかりました。 例えば、幹細胞群では過剰な有害事象は報告されていない。 特に、この患者群では心臓突然死の発生率が低いことが指摘されている。 39週間を通じて、左室拡張末期容積（LVEDV）が200～370mlのSCTを受けた患者の心機能には改善傾向が認められた。 全体として、これらの試験は、SCTが安全であり、その効果が長期間持続することを確認するものです。 これらの試験の最も重要な点は、最新技術の使用と長期間の追跡調査であり、それにより実用的なものとなっています。 また、長期間にわたり一貫した有益性が認められる場合、証拠の質も高まります。 さらに、これらの研究は、まれではあるが重大な有害事象を示すのに役立ち、これはSCTが広く使用されるようになる前に評価することが非常に重要である。 しかし、他の研究では、SCTに対する反応は患者によって異なり、結果は中立か一貫性がないことが示されている 。 大半の臨床試験では、自家幹細胞が使用されました。 しかし、多くの HF 患者では、使用可能な幹細胞集団が不足していました。 これらの知見は、SCT使用後の予後を予測することの難しさについて疑問を投げかけるものです。 2015年8月に実施された「虚血性または非虚血性心不全患者における同種間葉系前駆細胞の第II相用量漸増試験」では、20名ずつの3グループを作り、MSCの用量反応性を調査しました。 各グループの15人の患者は、選択された3つの用量（25、75、または1億5000万細胞）のMSCsの1つを受け取った 。 残りの 5 名は模擬手術を受けた。 本試験で使用されたMSCは、免疫学的選択法により処理されたものである。 この選択方法の目的は、免疫応答がSCTに影響を与えるかどうかを研究し、MSCの免疫学的安全性プロファイルを確立することであった。 細胞は、経心内膜注射により患者に投与された。 本試験の結果は、心臓の原因による死亡、急性冠症候群、または再灌流の必要性を含む主要な心臓の有害事象の予防における SCT の有益な効果を強調するものであった。 心臓の有害事象は、MSCを投与された患者の22％および対照群の33％で観察された。 HFに関連する心臓イベントは、3つの用量コホートすべてで低いことがわかった。

ドナー抗原特異性を持つ抗体は、幹細胞治療を受けた患者の11%で見つかったが、目立った副作用は生じなかった。 サンプルサイズが小さく、患者群に虚血性心疾患が多いことが本研究の限界であった。 先行研究では、SCT の再生的側面に焦点が当てられていた。 しかし、本研究では、そのパラクライン効果により重点を置いている。 このことは、これらの細胞は死んだ組織や損傷した組織に取って代わるので有用であるだけでなく、生き残った組織の機能を改善し、有害なリモデリングを抑制し、サイトカインや成長因子の分泌を促進するというSCTに対する最新のアプローチを確固としたものである。

内皮は、血管壁を覆う単層の扁平上皮を形成している。 内皮は、血管内と間質の間の機械的および電荷の障壁を形成している。 また、血管の内径、凝固などに影響を与える様々なサイトカインや成長因子を産生する。 内皮機能不全は、多くの疾患の病態生理的基盤を形成している。 例えば、アテローム性動脈硬化症、糖尿病、合併症などである。 HFのいくつかの身体的特徴は、内皮の機能障害に起因し、末梢血管の抵抗の増加、すなわち、不全心に対する後負荷の増加をもたらすとされている。 内皮には、再生に役立つ系統特異的な前駆細胞も存在しています。 MSCはこの点でも有用であることが示されている。 有害な炎症プロセスを抑制することによって、内皮機能障害に対抗することが分かっている。 瘢痕形成を抑制し、疾患や損傷部位の新生血管の発芽を促進する。 内皮前駆細胞（EPC）は、MSCによって増殖を促され、内皮機能障害に対抗するのに役立つことが示唆されている。

「Allogeneic Mesenchymal Stem Cells Restore Endothelial Function in Heart Failure by Stimulating Endothelial Progenitor Cells」という臨床試験で、この関係を調べた。 その結果，心不全患者では健康な対照群と比較して内皮前駆細胞が顕著に減少していることが示された。 EPCの数は、HF患者では4（±3）コロニー形成単位（CFU）であったが、健常対照者では25（±16）CFUであり、p値は0.0001未満であった。 本研究では、同系列のMSCが3ヶ月のフォローアップでこのEPC数を増加させることが観察された。 SCTはまた、自家幹細胞と比較して、血管内皮増殖因子（VEGF）レベルの低下と関連していた（P = 0.0012）。 これらの知見に基づき、本研究は、サンプルサイズおよびマッチングの制限にもかかわらず、内皮細胞に対する同種MSCの有利な効果を確信を持って主張する。

SCTの避けられない制限の1つは、MSCが老化により何らかの効力を失うと予想されることである。 この限界を克服するために、高齢で追加の併存疾患を持つ可能性のあるHF患者からの自家細胞ではなく、健康なドナーから同種異系で幹細胞を入手することが研究により提案されています。 2015年に欧州で実施された「A Randomized Placebo-controlled Trial (MSC-HF trial)」では、自己骨髄由来の幹細胞を虚血性HF患者に使用した 。 約55％の患者が6ヶ月時点で主要な有効性チェックポイントに到達した。 左室ESVは7であることが確認された。6 mL低く、p値は0.001で、対照群に対して幹細胞群で低かった。 SCTはまた、LVEFの6.2%の増加（p< 0.0001）、ストローク量の18.4mL（p< 0.0001）、および心筋質量の5.7g（p=0.001）の増加を示した。 これらのパラメータは心機能の状態を強く反映することが証明されており、これらの数値が改善されれば、HF患者の長期的な生存に役立つことが示唆される。 MSC-HF試験では、C-CURE試験で用いられたのと同じサロゲート値（NYHA機能分類など）を二次的に用いて有効性を評価し、治療群と対照群で同等であることが確認された。 本試験では、SCT の有害作用は無視できる程度であることが判明した。 また、SCT群では狭心症の症状悪化による入院を必要とする患者が少なかった。

治療抵抗性狭心症は、2013年の以前の試験で同様の改善が見られている. 結果は、幹細胞の投与量による有意な効果を示し、最大量の使用で最大限の改善が見られた。 以前は安全とされていましたが、特許取得済みのカテーテル注入により、本試験では2つの重大な有害事象が見られました。

「急性心筋梗塞における骨髄由来単核細胞の冠動脈内注入の全死因死亡率への影響」と題した第3相RCTが行われました。 Rationale and Design of the BAMI Trial “と題する第3相RCTが国際的に開始されました。 このRCTの結果は、急性心筋梗塞後の再灌流が成功したLVEFが低い（45％以下）患者に対して、自家骨髄バンクを投与すると、標準治療のみを受けた患者と比較して死亡率が減少することを示している。 これは、SCTによるLVEFの統計的に有意な改善と死亡率の低下を示す一連の臨床試験における同様の結果の1つであり、この証拠は最近の試験でより強力になってきているようです。 これらの患者では，1年後のフォローアップで有益性の証拠は観察されなかった。

1)SCTは、より急性期の治療法が必要とされる状況では有益性を発揮できない可能性があります。

2) SCTは、機械的治療や外科的治療を既に受けている患者にとって、絶対的にその代わりとはなりません。

ドイツの2012年レビュー論文では、幹細胞を用いたHF治療に関する第1相および第2相臨床試験によってその安全性と有効性が確立できたと示唆しています。 しかし、どの種類の幹細胞が最も有用で、HFのどの段階で導入すれば最も効果的なのか、これ以上の結論を出すには、より多くの多施設共同第3相臨床試験が必要である

これまで述べてきた臨床試験のほとんどは、虚血性の原因によるHFに焦点を当てているように思われる。 しかし、非虚血性HFはSCTの恩恵を受けないわけではありません。 最近2015年に発表された総説では、非虚血性原因のHFに分化クラスタ（CD）34+幹細胞を使用すると、心機能および症状も改善されることを示唆する証拠が集められています 。 このレビューでは、虚血性HFの場合、心筋から得られた細胞が瘢痕の量を減らし、心筋の機能組織の量と壁の厚さを増加させることを再確認しています。 また、MSCは同種・自家を問わず、HFに有用であることを説明している。 しかし、この論文では、HFの原因が異なる患者に対して、同じ幹細胞療法を行うことは不可能であることも指摘している。なぜなら、HFの病態は多様であり、観察結果に一貫性がないからである。 それゆえ、この論文は、個人化された治療法の必要性を強く訴えている。