脳損傷におけるメチレンブルー：前臨床エビデンスの理解

頭部への衝撃、血管の閉塞、進行の遅い神経変性疾患は、すべて同じ訴えに行き着く可能性があります。それは、脳が本来の働きを行うためのエネルギーを失うことです。この共通する最終状態が、3つすべての研究分野で同じ化合物が繰り返し登場する理由です。しかし、共通する最終状態は同じ概念ではありません。損傷前に投与する治療、損傷後1時間以内に投与する治療、数か月後に測定する治療は、同じ青い液体が入った注射器であっても、異なる考えを検証しています。

この記事では、その研究文献のうち損傷に関する部分を扱います。動物実験における脳損傷向けメチレンブルーの意味を検討し、外傷性損傷を脳卒中および慢性神経変性から分け、投与タイミングが研究間の違いの大部分を説明する理由を示します。

3種類の損傷、1つのエネルギー障害

これらのモデルをつなぐメカニズムはミトコンドリア内部にあります。通常、電子は電子伝達系を通過してATPを生成し、健全な電子伝達系は活性酸素種を制御します。損傷後、電子伝達系の一部は機能不全となり、ATP産生は低下し、フリーラジカル生成は増加します。2018 Molecular Neurobiologyレビューでは、メチレンブルーを代替電子キャリアとして説明しています。メチレンブルーはNADHから電子を受け取り、それをシトクロムcへ渡すことで複合体IVの活性を高め、電子伝達系の初期部分が損なわれていてもATP合成を回復させます。

報告されている数値は具体的です。細胞およびスライス調製では、複合体IV活性が30〜100パーセント上昇し、酸素消費も同時に増加しました。これは追加された電子がラジカルとして漏出するのではなく、有用な働きをしたことを示します。ラット脳卒中モデルでは、治療24時間後の影響領域におけるATP産生は、未治療動物より約30パーセント高くなりました。2022 Biochemistry (Moscow)レビューでは、その下流の影響として、酸化ストレス低下、神経炎症低下、アポトーシス低下に加え、モノアミン酸化酵素、一酸化窒素合成酵素、ミトコンドリア生合成、オートファジー、誤って折りたたまれたタンパク質の凝集への影響を挙げています。

概念は単純です。損傷によって通常の電子経路が詰まり、メチレンブルーが迂回路を提供します。その後に起こるすべては、どの損傷に、いつ与え、どのように測定したかという問題です。

外傷性損傷は脳卒中とは異なる

外傷性脳損傷モデルでは、力が一度に加わります。一次損傷は機械的なものです。組織が裂け、血管が破れ、血液脳関門が数分以内に開きます。メチレンブルーが作用できる可能性があるのは、その後数時間から数日にわたって起こる二次的な波です。そこでは、生存組織内のミトコンドリア機能不全、炎症拡大、浮腫形成が進行します。これらの研究の評価項目はその順序を反映しており、病変体積、脳水分量、衝撃部位周辺の神経細胞生存、さらに運動回復や迷路学習など後の行動評価が含まれます。

脳卒中または全脳虚血モデルでは、損傷の形は逆です。血流が停止し、数分以内にエネルギー障害が発生し、血流回復によって独自の再灌流障害が生じます。ここでは投与は血管イベントに同期し、多くの場合、閉塞または再灌流から数分以内に行われます。評価項目は数時間から1〜2日後の急性組織運命を測定し、梗塞サイズ、血流、早期機能回復などを含みます。脳卒中研究で見られる1つのパターンは前処置です。動物に血管閉塞前に投与するものであり、人間では倫理的に再現できない予防検証になります。

脳卒中研究の結果は損傷研究文献の中で最も強く、最も明確な無効結果も含まれています。1時間の中大脳動脈閉塞後、再灌流時にメチレンブルーを投与されたラットでは、2日目の梗塞が30パーセント小さくなり、脅かされた中心部およびペナンブラの多くが救済されました（Shen, 2013）。永久閉塞研究では、脅かされた組織から梗塞への進行は遅くなりましたが、検証されたどちらの用量でも24時間後の最終梗塞体積は減少しませんでした（Rodriguez, 2014）。別の閉塞研究では、中間用量で梗塞サイズが約半分になり、虚血脳内のミトコンドリア超微細構造とマイトファジーを直接記録しました。一方で、壊死が減少する中、測定されたアポトーシスが増加したという直感に反する詳細も報告されました（Di, 2015）。また全脳虚血では、低用量持続注入によって、脆弱なCA1海馬領域でシトクロムcオキシダーゼ活性、ATPレベル、ミトコンドリア膜電位が回復し、これらの神経細胞が維持され、空間記憶が保護されました（Lu, 2016）。このCA1測定は注目に値します。損傷した脳内部から得られたATPおよび呼吸鎖の直接データであり、TBI文献では多くの場合、測定ではなく推測されています。

慢性神経変性は両者とは異なります。アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病モデルでは、動物に数週間または数か月投与し、タンパク質凝集、ドーパミン処理、または徐々に進行する認知低下を測定します。これらの評価項目は、衝撃後数日で測定される病変とはほとんど共通点がありません。ある列の結果を別の列へ持ち込む読者は、実験が越えていない境界を越えて結果を移動させています。神経変性研究に関するガイドでは、長期タイムラインの研究を独自の枠組みで扱っており、脳卒中のみのエビデンスとの比較では血管閉塞デザインと衝撃デザインの違いを詳しく分けています。

TBIモデルで実際に行われたこと

メチレンブルーによる外傷性脳損傷のヒト試験は公開されていません。TBIに関する記録はすべて動物研究であり、主にラットとマウスを対象としています。要約では消えてしまう違いがあるため、その詳細を確認する価値があります。

最初期の制御皮質衝撃研究では、軽度衝撃の1時間後にラットへ1 mg/kgを静脈投与し、その後3時間後に0.5 mg/kgを投与しました（Watts, 2014）。MRIによる病変体積は、2週間の追跡期間を通じて治療動物で低い状態でした。歩行試験の足踏みミスは1日目、2日目、7日目で有意に減少しましたが、14日目では減少しませんでした。14日目の顕微鏡観察では、損傷皮質内の変性神経細胞数は視野あたり270対368、異常なニッスル染色は41対73でした。つまり早期保護効果はありましたが、行動面での差は2週目までに弱まりました。

別のびまん性損傷デザインでは、マウスに正中液体衝撃を用い、30分以内に単回2 mg/kg静脈投与しました（Fenn, 2015）。治療動物では炎症性遺伝子発現が抑制され、炎症性ミクログリアが減少し、浮腫が少なく見え、7日目に抑うつ様行動は見られませんでした。無効結果も同様に重要です。損傷自体による脳水分増加はわずかであり、メチレンブルーは体重減少や運動協調障害を改善しませんでした。抗炎症作用は完全な保護と同じではありません。

2つのマウス研究では同じスケジュール、すなわち1時間後に1 mg/kg、6時間後に0.5 mg/kg、その後3日間毎日投与を使用し、メカニズムを拡張しました。皮質衝撃モデルでは、治療によって24時間、72時間、14日目の病変体積が縮小し、神経細胞が維持され、オートファジーマーカーが上昇しました（Zhao, 2016）。液体衝撃モデルでは、神経細胞アポトーシスが減少し、漏出した血液脳関門が強化され、2週間にわたり神経学的スコアが改善しました（Shen, 2019）。ただし、Zhao研究では72時間後の脳水分量に差はなく、Shen研究では1日目と3日目のロータロッド成績にも差はありませんでした。病変と細胞生存の評価項目は変化しましたが、腫脹や早期運動評価は常に同じ方向に動いたわけではありません。

タイミングで特に注目されるのは遅延投与実験です（Watts, 2016）。同じ衝撃モデルを用い、最初の投与を損傷24時間後まで遅らせました。2日目までに、遅延群では最初の数時間以内に治療した動物と同程度の病変減少を示し、その減少は7日目および14日目でも維持されました。行動面のシグナルは弱く、遅延群の足踏みミス改善は有意ではない傾向でした。1つの研究室、1つのモデル、1つの24時間ウィンドウです。これはウィンドウが最初の数時間を超えて広がる可能性を示す実際の証拠であり、同時にその主張を支える唯一の証拠でもあります。「遅延」という言葉には注意が必要です。遅延神経保護を題名に含むロシアの一連の研究では30分後に投与されており、遅延とは開始の遅れではなく長期的な結果を意味していました。

ラットを用いた小規模な局所損傷研究では、別の方向からタイミングを補完しています。損傷直前の投与と損傷30分後の投与の両方で四肢機能障害が減少しました（Stelmashook, 2019）。前処置が実験室で機能するのは、実験室が損傷を予定通り発生させられるからです。

用量管理はここで重要です。レビューでは、低用量はミトコンドリア呼吸を刺激し、高用量は阻害することが説明されており、これはメチレンブルー薬理学全体で見られる二相性の形状です。そのため、結果を「青色量が多いほど回復が多い」と読むことはできません。各研究は曲線上の1点を検証しています。用量反応の解説ではこの曲線をモデル横断で説明し、安全性と副作用プロファイルでは高用量で何が起こるかを扱っています。

この表を横に読むと、同じ化合物でも3種類の異なる時計