造血幹細胞移植 造血幹細胞移植とは, すべての血球に分化しかつ自己再生能を持つ造血幹細胞を用いて, 患者の造血能, 免疫能を再構築させる治療法である 再生不良性貧血, 白血病, リンパ腫, 骨髄腫などの血液疾患, 化学療法が有効な悪性腫瘍, 先天性疾患などの治療として行われている 患者自身の造血幹細胞を用いるか ( 自家移植 ),HLA 一致同胞あるいは非血縁者の造血幹細胞を用いるか ( 同種移植 ) によって大別されるが, 造血幹細胞のソースとして何を用いるかによっても, 骨髄移植, 末梢血幹細胞移植, 臍帯血移植に分類される 自家移植は大量化学療法としての側面を持ち, 同種移植はそれに加えて免疫療法としての側面を持つ 同種移植が他の臓器移植と大きく違う点として,GVHD を起こし, これが患者の生命予後に大きく影響することが挙げられる 最近, 遺伝子治療の標的細胞として造血幹細胞が注目を浴びており, 今後は細胞治療として様々な応用が期待されている 図 1 造血幹細胞移植 -1 -
図 2 造血幹細胞移植の種類 造血幹細胞とは? 白血球, 赤血球, 血小板などのすべての血球に分化し, 自己再生能を持つ多能性幹細胞を, 造血幹細胞 (hematopoietic stem cell;hsc) と呼ぶ HSC の多くは骨髄中に存在している HSC を実際に定量することは難しいため, 顆粒球, 単球の前駆細胞をコロニーアッセイ法で算定したり,HSC に特徴的と考えられる CD34( 抗原 ) 陽性細胞を, フローサイトメーターという装置を用いて免疫学的手法で測定している しかし HSC には CD34 陽性率の高いもの, 低いものがあり, またある程度分化の方向づけられた細胞まで陽性であるため, CD34 陽性細胞は HSC を含んだ様々な分化成熟段階の細胞の集団ととらえることができる 造血幹細胞移植の際には, 移植される HSC の量を CD34 陽性細胞数で代用することが多いが, 現時点で真のヒト HSC を純化することはできておらず, 今後の研究の進展が待たれる -2 -
図 3 造血幹細胞は CD34 陽性細胞 図 4 造血幹細胞採取 -3 -
図 5 造血幹細胞移植の目的 2. 造血幹細胞移植とは? HSC は骨髄のみならず, 臍帯血中にも大量に存在するが, 正常状態では末梢血中にはごくわずかしか存在しない 造血幹細胞移植 (hematopoietic stem cell transplantation;hsct) は, 正常な HSC を輸注しそれが骨髄に根づくことによって, 造血機能の再構築をはかる代替療法と考えることができる 再生不良性貧血, 先天性疾患などの根治治療として施行されるが, 一般的には白血病, 悪性リンパ腫や骨髄腫などの悪性疾患が主な対象疾患となる 悪性腫瘍の治療に用いられる抗癌剤の投与量はその毒性によって左右されるが, ほとんどの抗癌剤の dose limiting factor となっているのが骨髄抑制である 骨髄抑制により死に至るのを防ぐために, 前治療として骨髄破壊的な大量抗癌剤の投与や全身放射線照射を行った後,HSC を移植して造血機能の回復をはかり救命する治療法である 図 6 造血幹細胞移植 -4 -
図 7 同種造血幹細胞移植の手順 -5 - HSCT が他の臓器 ( 腎, 肝, 心など ) 移植と異なる点として,(1) 移植を受けるレシピエントも HSC を供給するドナーも大きな手術の必要がない,(2) 移植の際, レシピエントには汎血球減少を起こす時期があり, 無菌室または準無菌室での管理が必要となる,(3) 同種移植では, 移植片となる細胞群には HSC のみならず免疫担当細胞 ( リンパ球 ) も多く含まれるため, 拒絶反応を逃れても, 逆にレシピエントが攻撃される移植片対宿主病 (graft-versus-host disease;gvhd) を起こす,(4) 同種移植後ドナー由来の免疫担当細胞によって免疫系の再構築がなされるため, 拒絶予防のための長期の免疫抑制療法を必要としない, などの特徴がある 3. 自家移植と同種移植 HSCT の中で自家移植は, 大量の抗癌剤の効果を期待する通常の化学療法の延長上にある治療と考えられる つまり, 肝障害, 腎障害などの骨髄抑制以外の dose limiting factor で規定される大量の抗癌剤を投与することによって体内に残存する腫瘍を抑え込むが, 同時に骨髄も枯渇させてしまうため, それ以前に採取しておいた自身の HSC を戻すことによって造血機能を回復させるという治療法である その際,HSC の数が十分あれば, 生着に問題はない
一方同種移植の場合, 移植が成功するためには 生着 と GVHD という問題を乗り越えなければならない ドナーとレシピエントが遺伝学的に同一でない限り, 移植片が持つ抗原に対しレシピエントの T 細胞が反応する その際に重要な組織適合抗原は, ヒトではヒト白血球抗原 (human lymphocyte antigen;hla) である HLA 遺伝子は第 6 番染色体短腕に位置し, 両親のハプロタイプを子に受け継いで共優性に形質が発現する HLA は A,B,C などの class I と DR,DQ などの class II の 2 群に大別される この HLA が一致しないと, レシピエントの免疫抑制が不十分の場合, 生着不全を起こす そのため, 移植前の前治療には抗腫瘍効果のみならず, ドナーの HSC が生着するための免疫抑制効果が必要となる また逆に輸注細胞中に多くの T 細胞が混入していたり,HSC が生着してドナー由来の造血能が回復してくると, ドナー由来の T 細胞が中心となって, レシピエントの細胞を攻撃するようになる これが GVHD である GVHD は同種移植後の生命予後を決定する重要な因子となるため, 発症予防のために積極的に免疫抑制療法を行う この GVHD に似た反応が, レシピエントに残存している腫瘍細胞にも起こることが知られている それを移植片対腫瘍効果 (graft-versus-tumor effect;gvt) と呼んでいる つまり,GVHD と GVT は両刃の剣のようであり,GVHD を抑え込みすぎても, 同種移植の免疫療法的効果である GVT を打ち消してしまうため, 管理が非常に難しいといえる 現在この GVHD と GVT を分けてコントロールすることができるか, 基礎的研究が行われている したがって同種移植においては, 前治療と生着後しばらくの間, レシピエントを免疫抑制状態にしておく必要があり, その間ウィルス感染症などの特殊な日和見感染を起こす危険性が高い 感染症の予防, 管理の点で, 同種移植は自家移植に比べより複雑となる 図 8 造血幹細胞移植の種類 -6 -
図 9 造血幹細胞移植の種類 4. 移植片対宿主病 (GVHD) 同種ドナーからの免疫担当細胞の輸注, あるいはドナー由来の免疫構築によってレシピエントの臓器が標的となり,GVHD が生じる ドナー由来の抗原提示細胞は, レシピエントの組織の細胞上に発現する HLA をドナー由来の T 細胞に提示し, 同時に抗原提示細胞上の分子によってドナー由来の T 細胞を活性化する また活性化され増殖した細胞傷害性 T 細胞や NK 細胞は Fas-L などの自殺誘導分子を細胞表面に発現したり,TNF-α などの自殺誘導物質を放出し, レシピエントの細胞を傷害すると考えられている GVHD には急性 GVHD と慢性 GVHD がある 急性 GVHD は通常同種移植後 2~6 週間以内に発症する 皮膚, 肝臓, 腸管が主な標的臓器となり, に示すような症状を呈する 通常免疫抑制剤による予防を行うため, 発症時には非特異的な症状のことが多く, 皮膚や胃, 十二指腸, 大腸, 直腸などからの生検が診断に有用である 急性 GVHD が発症している期間, サイトメガロウィルスなどの感染症や免疫抑制剤による microangiopathy も併発することがあり, 臨床的に鑑別が困難となることがある その意味でも組織による診断は治療方針を決める上で重要と思われる 中等症以上の場合は, 副腎皮質ステロイドによる治療を行う. ステロイドに反応しない場合は, 抗胸腺細胞グロブリンやタクロリムスなどの免疫抑制剤を用いる 移植後早期死亡の原因として感染症と急性 GVHD は重要であり, 急性 GVHD に対しては十分な予防を行う必要がある 血縁者間ではシクロスポリンとメトトレキサート, 非血縁者間ではタクロリムスとメトトレキサートが予防薬として用いられることが多い 慢性 GVHD は同種移植を受けた長期生存者の約 50% に発症する. ほとんどの慢性 GVHD は, 急性 GVHD が一旦寛解した後, あるいは急性 GVHD に引き続いて発症する. 典型的には移植 -7 -
後 100 日前後に発症するが, 急性 GVHD の治療を行っていたり, 非血縁者のドナーの場合には, 時期的な問題だけで急性と慢性を分けることは難しい例もある. 臨床所見としては, 強皮症, 扁平苔癬,Sjogren 症候群, 原発性胆汁性肝硬変などの自己免疫疾患によく似ている 眼や口腔内の乾燥感, 脱毛, 発疹, 胆道系の酵素上昇などの所見から発症を疑い, 口唇や皮膚の生検, 肝生検などによって診断が可能である 治療としてはシクロスポリンと副腎皮質ステロイドが主体で, 皮膚病変に対しては PUVA を行うこともある. 急性 GVHD から進行性に発症する例や全身性で血小板数が低い例などは予後が悪い 5. 移植の実際 (1)HSC の採取と問題点 正常な造血能を回復させるだけの HSC を確保するために,HSC 採取をまず行わなければならない 骨髄の場合は, 全身麻酔下で腸骨より骨髄液採取を行う 骨組織などの混入があるためメッシュを通した後, バッグにつめる 移植の際には粗いフィルターを用いて輸注する 赤血球の血液型が不適合の場合は, 赤血球あるいは血漿成分を予め移植前に除去しておく必要もある 1 回の採取で 12~20mR/kg の骨髄液を採取する その際, 循環血漿量低下に伴う血圧低下や貧血などを起こす可能性があるため, ドナーには予め鉄剤を投与したり, 自己血の貯血を行い, 採取時に返血する. 移植に必要な細胞数の目安としてレシピエント体重あたり, 自家移植では 2 108/kg 以上, 同種移植の場合は 4 108/kg 以上であり, その数を目標に採取を行う 図 10 ドナーは全身麻酔下で自家輸血量みながら骨髄移植採取 -8 -
図 11 骨髄移植採取したあと骨片をメッシュで取り除く 図 12 骨髄移植採取したあと骨片をメッシュで取り除く -9 -
図 13 骨髄液を無菌室のレシピエントへ輸注 ( 移植 ) する 末梢血幹細胞採取は, ドナーに造血因子である G-CSF 製剤を投与することによって末梢血中に HSC を動員し, 連続血液成分分離装置を用いて体外循環 ( アフェレーシス ) を行いながら採取する 1 回の血液処理量は 10R 程度まで行い, 採取時にはリンパ球や単球などの大量の末梢血単核球が混入する 移植に必要な細胞数はレシピエント体重あたり CD34 陽性細胞で 2 106/kg 以上と考えられる 通常 DMSO を用いて凍結保存し, 移植直前に溶解して輸注する G-CSF 製剤はもともと, 癌化学療法の際の骨髄抑制期間を短縮する目的で使用されていたが, このように末梢血中への HSC の動員にも用いられる アフェレーシスによる HSC 採取には, 全身麻酔というドナーへの負担がなく, 簡便に行うことができるが, 自家移植の場合は, 採取の際に残存腫瘍細胞が混入してしまう可能性があり, 同種移植では, 健常人ドナーへ G-CSF 製剤を投与するという長期的安全性が確立されていない問題点がある 臍帯血は, 従来分娩時に廃棄されていた臍帯の中の血液を採取するため, 採取時のドナーへの負担というものが存在しない 臍帯血は通常, 胎盤娩出後早期に臍帯静脈を穿刺して採取する 1 回の採取で 40~60mR 程度の臍帯血を得られるが, ケースごとにばらつきがあったり, 採取時に細菌などの汚染の可能性も皆無とはいえず, 採取した全てがドナーとなり得ない可能性がある また, 十分移植に必要な数の HSC が得られるか難しく, 主として小児科領域の移植が中心となっているのが現状である -10 -
(2) 自家末梢血幹細胞移植図 14 造血幹細胞の動員 図 15 造血幹細胞の動員 -11 -
図 16 造血幹細胞の動員 図 17 末梢血造血幹細胞移植 -12 -
1980 年代後半に臨床応用が開始された自家末梢血幹細胞移植 (autologous peripheral blood stem cell transplantation;auto-pbsct) は骨髄破壊的治療として主に悪性腫瘍の治療法として用いられている 自家骨髄移植 (autologous bone marrow transplantation; auto-bmt) に比べ移植後の造血回復が早く簡便に行えるため, ここ 10 年間で急速に施行例が増加している 日本造血幹細胞移植学会の統計では,1991 年の 1 年間で auto-pbsct が 113 例,auto-BMT が 171 例に対し,1999 年では auto-pbsct が 643 例,auto-BMT が 35 例となっている 悪性腫瘍の治療においては, あくまで抗癌剤による治療の延長上に位置する治療法であることから,auto-PBSCT は抗癌剤に対する感受性を持つ疾患が対象となる 通常の化学療法で寛解に近い状態が得られたら, 骨髄機能が回復するときに G-CSF 製剤を用いて末梢血幹細胞を採取し, 骨髄破壊的な大量抗癌剤の治療を行ったのち, 採取した HSC を輸注する 最近では, 免疫系の再構築を期待し, 自己反応性 T 細胞の除去のために, 重症自己免疫疾患に対しても auto-pbsct が試みられている (3) 同種骨髄移植と同種末梢血幹細胞移植 1970 年代に Thomas らによって確立された同種骨髄移植 (allogeneic bone marrow transplantation;allo-bmt) は重症再生不良性貧血や白血病などの難治性血液疾患に対する根治的治療法として発展してきた allo-bmt は,(1)HLA 適合者をドナーとする,(2) 拒絶反応の予防と GVHD 予防のため, レシピエントに十分な免疫抑制をかける,(3) 感染症予防のため, レシピエントの造血能が回復するまで無菌環境におく, という原則に基づいて施行されてきた. また, 悪性疾患が対象の場合は, 前治療で骨髄破壊的に大量抗癌剤を用い, 抗腫瘍効果も期待することができた (1) については,GVHD 予防法の確立, 新しい免疫抑制剤の開発,CD34 陽性細胞の純化技術などにより,HLA 不一致のドナーでも移植が十分行えるようになってきている また,(2) についても新しい方法が開発されるようになった 全身放射線や大量シクロホスファミド投与などによる抗腫瘍効果と免疫抑制効果を狙った強い前治療は, 移植直後の臓器合併症のリスクを高くするため, 高齢者や臓器障害を持つ患者に対して施行することはできなかった ところが生着に最低限必要な免疫抑制だけを前処置で行い, 強度としては骨髄非破壊的な前治療を行うことにより, レシピエントにとって毒性の少ない前治療でそのような患者に対しても移植を行うことができるようになった (3) については,HSC のソースとして末梢血を用いる同種末梢血幹細胞移植 (allogeneic peripheral blood stem cell transplantation;allo-pbsct) を行うことで, 早期の造血能回復が得られ, 完全無菌室管理を行わなくとも移植が行えるため, 患者のみならず, 医療スタッフの負担も少なくなってきている しかし, 同種移植の場合,allo-PBSCT がよいのか allo-bmt がよいのかについてはまだ答えが出ていない 造血能の回復は明らかに allo-pbsct のほうが早いが, それが感染症などによる移植後早期死亡の軽減に明らかに貢献しているわけではないのである また, 急性 GVHD の頻度は allo-bmt も allo-pbsct も同等だが, 慢性 GVHD は allo-pbsct のほうが頻度が高いとする報告が多く, 退院後の quality of life を左右する慢性 GVHD が予後を決める疾患などでは, 安易に allo-pbsct を施行するべきではないと考えられる どちらが選択されるべきなのかについては, 今後いろいろな点で検証されていかなければならない (4) 臍帯血移植 日本造血幹細胞移植学会の統計によると, わが国でも 1994 年から 2000 年に到達するまでの間に, 小児を中心に 120 例を超える臍帯血移植が行われている 臍帯血バンクの整備も進み, 保険適用となったため, 今後ますます施行例は増えていくものと思われる 臍帯血移植では, 骨髄移植と比べて明らかに GVHD の頻度は少ないが造血能の回復は遅い これは, -13 -
HLA 不一致ドナーの選択の可能性を拡げるものであるが, 逆に GVT 効果があまり期待できない面も持っている また生着に必要な HSC の数に制限があり, 現時点では体重の少ない患者だけが対象となっている 図 18 臍帯血移植 図 19 臍帯血移植 6. 細胞治療としての HSCT 自己複製能と分化能を永久に持つ HSC は遺伝子治療における理想的な標的細胞の一つと考えられる adenosine deaminase 欠損症,Gaucher 病などの単一遺伝子異常に基づく疾患については,HSCT 自身が有効な治療とも考えられるが, 患者自身の HSC を純化し, 遺伝子操作を安全に行うことが可能であれば,auto-PBSCT を応用させて遺伝子治療が可能となる -14 -
そのためには, 体外に取り出した HSC を正常な状態を保ちながら増殖させて造血能回復に十分な量まで増やせるかという技術が必要になる もしこの技術が開発されれば, 今後, HSCT のみならず再生医療そのものの概念が大きく変化するのではないだろうか 図 20 臍帯血移植 図 21 臍帯血採取 -15 -
表 1 臍帯血移植の特徴 図 22 臍帯血移植 -16 -
表 2 ミニ移植とフル移植の違い 図 23 GVHD と再発の関係 -17 -
5. 移植の実際 表 3 ミニ移植とフル移植の特徴 図 24 同種造血幹細胞移植の強度 -18 -
図 25 同種造血幹細胞移植のミニ移植とフル移植 図 26 同種造血幹細胞移植と HLA 抗原 -19 -
表 4 同種造血幹細胞移植の GVHD と GVL 表 5 同種造血幹細胞移植の種類 -20 -
図 27 移植療法の問題点 図 28 自家か同種か? 骨髄か末梢か? -21 -
図 29 効果と安全性 図 30 造血幹細胞移植は造血の回復促進 -22 -
図 31 自家移植と同種移植 図 32 同種移植の計画 -23 -
図 33 同種移植のドナーの計画 -24 -
図 34 移植ドナーの負担 図 34 移植患者とドナーの負担 図 35 拒絶と GVHD -25 -
図 36 拒絶と GVHD -26 -
図 37 HLA 検査 図 38 HLA 遺伝形式 -27 -
図 39 ドナーの選択順位 図 39 ドナーのメジャー不適合 -28 -
図 40 ドナーのマイナー不適合 図 41 不適合輸血製剤 -29 -
図 42 全身放射線照射 (TBI) -30 -
図 43 骨髄バンクコーデイネート 図 44 骨髄バンクコーデイネート -31 -
図 45 自家移植の入院日数 図 46 血縁者間移植の入院日数 -32 -
図 47 非血縁者間移植の入院日数 図 48 同種移植の入院日数 -33 -
図 49 同種移植合併症 図 50 同種移植の病原体 -34 -
図 51 男性精子数減少 図 52 女性未受精卵採取 -35 -
図 53 卵巣遮蔽 図 54 移植後長期的副作用 -36 -
図 55 移植後長期的副作用 図 56 性腺機能回復率 -37 -
図 57 移植の成功率 -38 -