完全閉じ込め状態（communication stage V）に至った筋萎縮性側索硬化症例の臨床病理学的特徴

気管切開下人工呼吸（tracheostomy with invasive ventilation: TIV）に依存するようになった筋萎縮性側索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis: ALS）の患者は、時間の経過とともに非言語コミュニケーション手段が次第に限られていくことが多い。著者らは以前、進行ALSにおけるコミュニケーション能力を5段階に分類する枠組みを提案しており、コミュニケーションStage Vは「あらゆる手段でコミュニケーションができない」状態を指し、臨床的には「totally locked-in state」に相当する。先行研究では、急速な機能低下の後にStage Vへ至る患者がいること、また一部ではTIVがより早期に必要となることや、家族性ALSあるいは遺伝子変異との関連が示唆されていた。しかし、Stage Vに関する既存の神経病理学的知見は孤立した症例報告に大きく依存しており、大脳皮質の関与（比較的保たれているものから著明な脳萎縮まで）や病変分布に関する報告は不均一であった。そこで本研究は、コミュニケーションStage Vへ進行したALS患者について、臨床病理学的および免疫組織化学的特徴を包括的に記述し、共通する病変パターンを明らかにするとともに、大脳皮質病理が蓄積タンパク質（pTDP-43、FUS、SOD1）の種類とどのように関係するかを検討することを目的とした。

臨床的には、ほぼ全例でALSは成人期に発症しており（FUSの1例を除く）、多くは発症から24か月以内にTIVを要した（10/11）。一方で、1例は56か月でTIVを要しており、TIVが遅いことが必ずしもStage Vへの進行を妨げないことが示された。全例が完全四肢麻痺へ進行し、その後、重度の眼球運動障害が進行して最終的に完全眼筋麻痺に至った。Stage V直前には、コミュニケーションは眼球運動のみに完全に依存していた。
神経病理学的には、蓄積タンパク質が異なっていても（pTDP-43が6例、FUSが2例、SOD1が3例）、全例で上位・下位運動ニューロンの重度変性に加え、黒質、淡蒼球、視床下核、脳幹網様体（brainstem reticular formation）の顕著な障害が共通してみられ、さらに小脳遠心系（歯状核、上小脳脚、赤核）にも軽度〜重度の変性が認められた。大脳萎縮の程度は症例間でばらつきがあり（脳重量610–1395 g；平均1032.3 g）、4例で重度の萎縮（<1000 g）がみられた。視覚路（視神経／視索／視放線、外側膝状体、ならびに概ね一次視覚野〔striate cortex〕）は、症例全体として比較的保たれていた。
大脳皮質の病変パターンはタンパク質タイプで異なった。pTDP-43例はtype Bであり、海馬の歯状回顆粒細胞にneuronal cytoplasmic inclusions（NCI）が出現するかどうかで亜分類された。歯状回顆粒細胞にNCIがある群では側頭葉／海馬および皮質の変性がより広範であることと関連し、歯状回の関与がない群では、明確な神経細胞脱落を伴わない、より限局した前頭葉病理がみられた。SOD1例では、NCIはまれで、運動野以外の皮質は概ね保たれており、Stage Vには広範な大脳皮質病変が必須ではないという著者らの見解を支持した。

著者らは、コミュニケーションStage Vへ進行した日本人ALS患者を対象に、後ろ向きの臨床病理学的剖検研究を行った。神経病理学的にALSと確定した剖検320例（東京都立神経病院：1980–2012年の150例；新潟大学：1963–2012年の170例）から、Stage V患者11例（3.4%）を同定した。臨床経過の把握のため診療録をレビューし、特に、Stage V以前に認知または行動障害が記録されていた症例はなく、また病期中に無酸素性イベント（例：人工呼吸器の事故、窒息、あるいは血圧<80 mmHgを伴うショック）の臨床的証拠もなかった。
11例全て（既報例を含む）に対し、標準化した神経病理学的再評価を実施し、免疫組織化学の一貫した基準により、蓄積タンパク質をpTDP-43、FUS、SOD1に対する免疫反応性NCIとして分類した。脳と脊髄はホルマリン（20%）固定後にパラフィン包埋し、hematoxylin and eosin染色およびKlüver–Barrera染色を用い、必要に応じてBodian染色とHolzer染色も行った。免疫組織化学では広範な神経解剖学的領域をサンプリングし、pTDP-43（pS409/410）、FUS、SOD1に対する抗体を用い、必要に応じてAT8（phosphorylated tau）、α-synuclein、ubiquitinも用いた。抗原賦活化にはマイクロ波処理を用い、streptavidin–biotin法で可視化した。変性（神経細胞脱落とグリオーシス）およびNCI頻度は、事前に定めた順序尺度に基づき、2名の神経病理医が半定量的にスコア化した。

本研究は、コミュニケーションStage Vへ進行するALS患者は剖検ALS全体の中では稀（3.4%）であるものの、皮質脊髄路および下位運動ニューロン系を超えた共通の病変のまとまりを示すと結論づけた。pTDP-43、FUS、SOD1の各サブグループに共通して、pallido–nigro–luysian system（淡蒼球、黒質、視床下核）と脳幹網様体に重度の変性がみられ、これに小脳遠心系（歯状核、上小脳脚、赤核）の変性が加わっていた。著者らは、Stage Vへ進行しなかったTIV依存ALS患者の報告との比較に基づき、pallido–nigro–luysian変性のみでは不十分であり、Stage Vには脳幹網様体と小脳遠心系の追加の関与が必要である可能性が高いと論じている。重要な点として、大脳皮質変性の程度が症例間で変動し、とくにSOD1例で大脳が相対的に保たれていたことは、totally locked-in stateへの進行に大脳皮質の関与が必須ではないという主張を支持する。さらに本論文は、前頭側頭葉変性症（frontotemporal lobar degeneration: FTLD）との鑑別上の切り分けも強調している。すなわち、コミュニケーション喪失後は認知評価が制限されるものの、Stage V以前に臨床的な認知／行動障害を示した患者はおらず、病理学的にもFTLD所見は一貫して存在したわけではなかった。

著者らは、共通する病変部位の同定が、深刻なコミュニケーション不全へ進行するリスクをもつALS患者の把握に役立つ可能性があると提案する。錐体外路系および非運動系の関与を反映する症状に臨床的注意を向け、共有される病変ネットワーク（とくにpallido–nigro–luysian構造、脳幹網様体、小脳遠心路）を標的とした画像評価を組み合わせることで、コミュニケーション障害の予測が改善し得るとしており、特に発症からTIVまでの進行が速い患者で有用である可能性を示唆している。あわせて未解決の課題として、主要部位で重度の神経細胞脱落が生じていたため、NCI量と神経変性との正確な相関づけが制限された点を挙げ、Stage VのALSにおけるタンパク質凝集と組織脱落の時間的・領域的関係を明らかにする追加研究が必要だとしている。さらに、タンパク質タイプ間、ならびにpTDP-43例のうち海馬歯状回顆粒細胞NCIの有無で層別化した場合にも皮質関与が不均一であったことから、より大規模で体系的に特徴づけられたコホートにより、臨床病理学的サブタイピングを精緻化し、Stage Vへ至る臨床経過に最も密接に対応する病変パターンを特定することの有用性が示される。

筋萎縮性側索硬化症（ALS）(運動ニューロンが少しずつ壊れていき、筋力低下や麻痺が進む病気です。体を動かす力が失われていくのが特徴で、重症化すると話すことや呼吸も難しくなります。)の患者さんの中には、気管切開をして人工呼吸器を使う状態（TIV）になる人がいます。病気が進むと体を動かしにくくなり、言葉を使わない方法での意思疎通も、だんだんできることが減っていきます。
研究グループは以前、ALSの人のコミュニケーション能力を5段階に分け、Stage Vを「どんな方法でもコミュニケーションできない状態」としました。これは臨床的には、意識はあるのに体も目も動かせず意思表示ができない「totally locked-in state(意識はあるのに、手足だけでなく目の動きも含めて自分で動かせず、外に意思を伝えられない状態です。医療や支援方法を考えるうえで重要な概念です。)」にあたります。
ただ、Stage Vになった人の脳の変化については、症例報告が中心で情報が少なく、特に大脳皮質（考える・感じるなどに関わる部分）がどれくらい傷むかは報告がばらばらでした。そこでこの研究では、Stage Vまで進んだALS患者の臨床経過と、剖検でわかった脳・脊髄の特徴をまとめ、共通して起こりやすい障害のパターンを調べました。また、たまるタンパク質の種類（pTDP-43(ALSなどで異常にたまりやすいTDP-43というタンパク質のうち、リン酸化された型です。どの部位にたまるかが病気のタイプ分けに関係します。)、FUS(ALSの一部で異常にたまるタンパク質で、遺伝子変異と関係することもあります。症例によって大脳の変化の出方が異なる点が重要です。)、SOD1(ALSの一部で関係するタンパク質で、遺伝子変異が原因になるタイプが知られています。この研究では、大脳皮質が比較的保たれる例が多い点が注目されました。)）と大脳皮質の変化の関係も調べました。

臨床面では、ほとんどが大人になってから発症し、多くの患者さんは発症から24か月以内にTIVが必要になっていました。ただし、TIVまで56か月かかった人もいて、TIVが遅くてもStage Vを防げるとは限らないことが示されました。全員が完全に手足を動かせない状態になり、その後、目の動きが大きく悪化して、最終的に目の筋肉も動かせない状態になりました。Stage Vの直前は、コミュニケーションが目の動きだけに完全に頼っていました。
病理（剖検）では、たまるタンパク質の種類が違っていても、共通して強く傷んでいた場所がありました。具体的には、運動ニューロン（上位・下位）の強い障害に加えて、黒質(脳の深い部分で、運動の調整に関わります。障害されると動きの問題が起こりやすく、Stage Vの共通病変として重要視されました。)、淡蒼球(大脳の深部にある運動調節の中枢の一つです。動きのスムーズさに関わり、共通して強い変性がみられました。)、視床下核(運動の調節に関わる脳の部位です。ここが傷むこともStage Vの共通点として報告されました。)、脳幹網様体(脳幹に広がる神経のネットワークで、覚醒、姿勢、さまざまな基本機能の調整に関わります。Stage Vに進むにはこの部位の障害が重要かもしれないと議論されています。)が目立って障害されていました。また、小脳遠心系(小脳から外へ情報を出して運動を調整する通り道のまとめです。歯状核、上小脳脚、赤核などが含まれ、Stage Vではここにも変性がみられました。)（歯状核(小脳の中にある核で、運動の細かな調整に関わります。小脳遠心系の中心として調べられました。)、上小脳脚(小脳から脳幹や大脳へ信号を送る主要な通路です。小脳遠心系の一部として変性が評価されました。)、赤核(中脳にある運動関連の核で、運動調節に関わります。小脳からの情報が関係する部位として重要です。)）にも軽いものから重いものまで変性がみられました。
一方で、大脳全体のやせ方（萎縮）は人によって差があり、重い萎縮の人もいれば、比較的保たれている人もいました。視覚に関わる通り道や一次視覚野は、全体として比較的保たれていました。
大脳皮質の変化の出方は、たまるタンパク質のタイプで違いました。pTDP-43(ALSなどで異常にたまりやすいTDP-43というタンパク質のうち、リン酸化された型です。どの部位にたまるかが病気のタイプ分けに関係します。)のグループでは、海馬の歯状回にNCIがあるかどうかで、側頭葉や海馬を含む広い変性が起きやすいか、前頭葉中心で限られた変化になりやすいかが分かれました。SOD1(ALSの一部で関係するタンパク質で、遺伝子変異が原因になるタイプが知られています。この研究では、大脳皮質が比較的保たれる例が多い点が注目されました。)のグループでは、運動野以外の大脳皮質が比較的保たれている例が多く、Stage Vになるために広い大脳皮質の障害が必ず必要とは言えないことが示唆されました。

日本人のALS患者の剖検例320例の中から、コミュニケーションStage V(ALSの進行で意思表示の手段が失われ、「どんな方法でもコミュニケーションできない」段階です。臨床ではtotally locked-in stateに相当します。)まで進行した11例（3.4%）を見つけ、後ろ向きに診療録と剖検脳を調べました。Stage Vになる前に認知や行動の障害が記録されていた人はいませんでした。また、窒息や人工呼吸器の事故などの無酸素状態を疑う出来事も、臨床記録上はありませんでした。
剖検材料は同じ基準で再評価され、免疫組織化学(組織切片に抗体を使い、特定のタンパク質がどこにあるかを染め分けて調べる方法です。どの異常タンパク質がたまっているかの確認に使われます。)によって、どのタンパク質（pTDP-43(ALSなどで異常にたまりやすいTDP-43というタンパク質のうち、リン酸化された型です。どの部位にたまるかが病気のタイプ分けに関係します。)、FUS(ALSの一部で異常にたまるタンパク質で、遺伝子変異と関係することもあります。症例によって大脳の変化の出方が異なる点が重要です。)、SOD1(ALSの一部で関係するタンパク質で、遺伝子変異が原因になるタイプが知られています。この研究では、大脳皮質が比較的保たれる例が多い点が注目されました。)）が神経細胞内にたまっているかをNCIとして分類しました。脳と脊髄を染色して、神経細胞の減少やグリオーシス(神経細胞が傷んだ場所で、グリア細胞が増えて反応する状態です。脳がダメージを受けた証拠として病理でよく使われます。)の程度、NCIの出現頻度を、2人の専門医が段階的に評価しました。

Stage Vまで進むALSは剖検例全体の中では少ないものの、共通して強く障害される部位のまとまりがあると結論づけられました。具体的には、淡蒼球(大脳の深部にある運動調節の中枢の一つです。動きのスムーズさに関わり、共通して強い変性がみられました。)・黒質(脳の深い部分で、運動の調整に関わります。障害されると動きの問題が起こりやすく、Stage Vの共通病変として重要視されました。)・視床下核(運動の調節に関わる脳の部位です。ここが傷むこともStage Vの共通点として報告されました。)からなる領域と脳幹網様体(脳幹に広がる神経のネットワークで、覚醒、姿勢、さまざまな基本機能の調整に関わります。Stage Vに進むにはこの部位の障害が重要かもしれないと議論されています。)が重く傷み、さらに小脳遠心系(小脳から外へ情報を出して運動を調整する通り道のまとめです。歯状核、上小脳脚、赤核などが含まれ、Stage Vではここにも変性がみられました。)の変性が加わることが共通していました。
また、他の研究で「TIVになってもStage Vまで進まなかったALS」の剖検所見と比べると、淡蒼球・黒質・視床下核の障害だけではStage Vには足りず、脳幹網様体と小脳遠心系の障害が追加で関わることが重要かもしれない、と述べています。
さらに、大脳皮質の傷み方は症例ごとの差が大きく、特にSOD1(ALSの一部で関係するタンパク質で、遺伝子変異が原因になるタイプが知られています。この研究では、大脳皮質が比較的保たれる例が多い点が注目されました。)では大脳が比較的保たれていたため、「totally locked-in state(意識はあるのに、手足だけでなく目の動きも含めて自分で動かせず、外に意思を伝えられない状態です。医療や支援方法を考えるうえで重要な概念です。)」への進行に大脳皮質の強い障害が必須とは限らない、という見方を支える結果になりました。加えて、前頭側頭葉変性症（FTLD）(前頭葉や側頭葉が変性し、性格変化や言語障害などが起こりうる病気のグループです。ALSの一部と似た病理が出ることがあり、区別が重要になります。)との区別も重要で、Stage V以前に認知・行動の問題が目立った患者はおらず、病理でもFTLDの所見がいつもそろって見られたわけではありませんでした。

共通する障害部位がわかれば、将来、深刻なコミュニケーション障害に進みやすいALS患者を早めに見つける手がかりになる可能性があります。特に、錐体外路系(運動をなめらかに調節する神経回路の総称で、淡蒼球や黒質などが関わります。障害されると運動の調整が崩れ、ALSの重症化の理解にも関係します。)や非運動系の関わりを示す症状に注意し、淡蒼球(大脳の深部にある運動調節の中枢の一つです。動きのスムーズさに関わり、共通して強い変性がみられました。)・黒質(脳の深い部分で、運動の調整に関わります。障害されると動きの問題が起こりやすく、Stage Vの共通病変として重要視されました。)・視床下核(運動の調節に関わる脳の部位です。ここが傷むこともStage Vの共通点として報告されました。)、脳幹網様体(脳幹に広がる神経のネットワークで、覚醒、姿勢、さまざまな基本機能の調整に関わります。Stage Vに進むにはこの部位の障害が重要かもしれないと議論されています。)、小脳遠心系(小脳から外へ情報を出して運動を調整する通り道のまとめです。歯状核、上小脳脚、赤核などが含まれ、Stage Vではここにも変性がみられました。)を画像検査などで評価することで、予測の精度が上がるかもしれないとしています。
一方で、重い神経細胞脱落(神経細胞が失われて数が減ることです。症状の進行や回復しにくさに関わる重要な変化です。)があるため、NCIの量と神経変性の関係を正確に比べにくいという限界もあり、タンパク質の凝集と組織の傷みが「いつ・どこで」起きるのかをより詳しく調べる研究や、より大人数のデータで病型の整理を進める研究が必要だと述べています。