CAKUT

　先日はgrand roundで小児腎の先生がCAKUT（congenital abnormality of kidney and urinary tract）の講義をしてくれた。同じ腎臓なのに扱っている病気が全く違うのに驚いた。治療も違う。CAKUTは小児ESRDの多くを占め、腎移植患者の約30％がCAKUTだ（The North American Pediatric Renal Trials and Collaborative Studies、NAPRTCSによる）。

　CAKUTは①"plasias（hypoplasia、dysplasiaなど形成の異常）"、②cysts、③agenesis/ectopy、④"plumbing（VUR、尿路閉塞など尿路の異常）"などが主な疾患だ。診断への手がかりは、出生前の超音波検査（羊水過少や腎低形成）、小児の高血圧、別の原因（たとえば外傷など）でCTを撮ったらたまたま見つかった、尿路感染症、低身長、長く続く夜尿症などだ。

　①に関しては、腎低形成・異形成を単独で見られることは稀で、CHARGE症候群（coloboma、heart defects、atresia of nasal choanae、retardation、genital/urinary abnormalities、ear abnormalities/deafnessの略）など、遺伝疾患の一部として見られる。ちなみにCHARGE症候群はChromodomain-helicase-DNA-binding protein 7（CHD7）の異常と関係しているらしい。

　②に関しては、なんといっても小児なのでARPKDがメインだ。PKHD1遺伝子の異常で無数のmicrocystsが出来て、腎臓が異常に大きくなり、それ自体が肺を押して呼吸不全を起こすほどだ。それに加えて羊水過少による肺低形成もおこる。他にもMCDK（multicystic dysplastic kidney）があって、これは両側性だとincompatible with lifeなので片側の例しかみない。病側の腎はinvolute（消退）して無くなってしまうこともある。

　③については、先生がフェロー時代にNICU医から「出生前超音波で腎のagenesisと診断された児がおしっこしているんだけど、そんなことあるの？」というコールを受けたという笑える話を紹介された。つまり腎があるべき場所にないこともある（ectopy）ということだ。pancake kidney、pelvic kidney、horseshoe kidneyなど色んなところに腎臓ができることがある。

　④については、今までVURしか知らなかったが、たとえば男児に見られるposterior urethral valvesなどは割と多いから覚えておかねば。診断をつけるのは簡単（VCUG）だが、まず疑わなければならない。治療はendoscopic urethral ablationだが、これは決壊寸前のダムに穴をあけるようなもので危険そうなので、まずはvesicostomyやpyelostomyで膀胱圧や尿管圧を逃がしてから行うことが多いようだ。他にもUPJO（uretero-pelvic junction obstruction）、UVJO（uretero-vesical junction obstruction）などの尿路閉塞がある。

　聴きながら、ほとんどが先天性疾患、生まれてくることすら大変で、生まれてから一日、一週間、一か月、一歳を迎えることすら難しい子供たち、そして大人になったら自分の手を離れて内科に行ってしまうという小児科の運命に思いをはせた。私も先月は尿路異常による腎疾患で移植を受けた大人の患者さんをたくさん診たので、少し身近に感じられた。

AG nephrotoxicity

　今日のgrand roundは仲良しのフェローが発表したが、grand roundにふさわしい質の高さだった。コンサルトの時に私も一緒に診た症例を元に、Aminoglycoside（AG） nephrotoxicityについて、機序と対策について自信に満ちた声で適切な論文（たとえばKidney International 2001, 79, 33-45）を参照して説明していた。こういう、誰もが知っていることを深く取り上げるのが専門家に求められることだと思うし、その着眼点に脱帽だ。たとえ私が発表しなければならなかったとしても、この症例に着目してこのように発表することはできなかっただろう。
　AGによる腎障害の機序で最も有名なのは尿細管細胞の破壊による。AGの尿細管細胞への取りこみは、megalinとcubilinの複合体が主に関わっており、エンドサイトーシスによる。そのあとオルガネラ（lysosome、Goldi、ER）に運ばれ、phopholipidosisと呼ばれる膜破壊を起こす。これにはAGの強い陽性荷電（AGは名前の通りアミノ基がたくさんあって陽性なのだ）とphospholipase活性の阻害が関わっているとされる。AG濃度がオルガネラ内で高まると、オルガネラが破裂してAGが細胞質内に飛び散る。これがアポトーシスのスイッチを入れたり（cathepsin、caspace）、ミトコンドリア機能不全を起こしたり（PPAR-alpha, Bax）して細胞死に導く。さらにAGはNa/K-ATPaseをはじめ様々なcell membrane transportersを阻害する。
　尿細管の崩壊により尿細管内腔はjunkでいっぱいになり、tubular obstruction、backleak（間質への原尿の逆流）、Bowman嚢内圧の上昇（filtration pressureの低下）などによりGFR低下をきたす。でもこららはGFR低下の原因の一部にすぎないと彼女はいう。他にもAGはglomerular effects、vascular effectsなどにより腎障害をきたす。Glomerular effectsとは①mesangial contraction、②mesangial proliferation、③diffuse swelling of the filtration barrier with neutrophil infiltration（高濃度で）、④loss of filtration barrier（陽性電荷のAGが沈着して基底膜が陰性電荷を失うから）など。Vascular effectsとは腎細動脈の収縮（①T-G feedbackのactivation、②vasoconstrictorsの産生などにより）だ。
　これらの対策として（使わずに済むなら使わない、使うなら最小限の期間にする、などの頓智みたいなのは別にして）感染症科医が薦めるのがconsolidated regimenだ。これはAGがpeak concentrationに依存して効果を発揮し、腎障害はtrough levelがさがるほど起こりにくいという考えで行われる、一度に沢山投与（7mg/kg）して間隔を空ける方法だ。残念ながらanimal dataでしか有効性は確認されていないが、今のところはこれが推奨されている。他にもstatinが効くとかCa channel blockerが効くとか、endocytosisを阻害するblebbistatin（endocytosis-myosin 6 inhibitor）とか色々あるが、実験の域を出ていない。

とても息の長い論証（下）

　さて、この実験が興味深いのは、PGC-1-alphaの二つの働きが想定されるからだ。ひとつは、AKI障害時に抑制されることで酸化的リン酸化のスイッチを切り、酸化ストレスを最小限にして細胞・ミトコンドリアがsepsisの嵐の中を生き延びられるようにしているという仮説だ。だから治療への応用でいえば、いくら回復に関係しているからと言ってsepsis真っ盛りの時期にPGC-1-alphaのスイッチを入れるのは得策ではない。
　もう一つは、PGC-1-alphaがAKIの回復に際しては発現がup-regulateされ酸化的リン酸化やミトコンドリアの若返りに関わる遺伝子群を一斉にオンにするということだ。ここでの質問は、いったい何がPGC-1-alphaをupregulateしているのかということだ。それが見つかれば、治療に応用できるかもしれない。
　この実験ではマウスにenxotoxinを注射し、注射後18時間後に10ml/kgの生理食塩水を注射することで42時間後にはAKIの回復が図られるというモデルを用いた。では、この生理食塩水が何かしているのか？でも生理食塩水なんて所詮は塩と水、できることはvolumeを増やすことだけだ。10ml/kgという量がマウスにとってどれくらいなのか分からないが、人間なら700-1000mlにすぎない。これっぽっちの塩水でsepsis AKIが回復するなら苦労はいらない。
　おそらく食塩水はみせかけで、42時間という時間が鍵なのだろう。このモデルはendotoxinを注射しているので、実際のsepsisとは違いendotoxemiaはほんの短時間にすぎない。だからendotoxinとそれによる一連のcytokine、炎症カスケードも時がたてば過ぎ去り、そこから回復期に入るというわけなのだろう。結局感染症を治さないとAKIも治らない。でもPGC-1-alphaのターゲットPPAR-alphaがsepsis AKIを予防するかもしれないという論文もある（KI 2009, 76, 1049）から、このあとどんなことが分かるか期待しよう。
　あたかも長い小説を読んだあとのような感じだ。最後の考察はファカルティーの前で発表しなければならなかったのだが、Toastmasters効果もあって皆をかなり好意的に印象付けることができた。元来私はJounal clubが苦手であるのにも関わらずだ。Toastmasters clubには最近行けていないが、前の街で学び経験したことが知となり肉となっているのを感じることは喜びだ。10個のスピーチを終え手にしたCC（competent comunicator）というタイトルは伊達じゃない。またToastmastersに自信を持った。

とても息の長い論証（中）

　このあと作者はどの遺伝子がいったい上流にあって鍵を握るのだろうと考えた。遺伝子群といってもまだ数百もあるのだ。ここで、どういうわけかPGC-1-alphaに注目して、他の遺伝子との相関が最も強いことを示した。そのあとin situ hybridizationによって、腎臓においてPGC-1-alphaがoxydative phosphorylationの行われている場所にoverlapして発現されていることを示した。
　ここまでで、①septic AKIでは腎の酸素消費が落ちること、②septic AKIではミコトンドリア機能不全が起こること、②PGC-1-alphaが酸化的リン酸化に関わる遺伝子群をシャットオフすることが分かった。次に彼らが確かめようとしたのは①と③の間を直接つなげて示すこと、すなわち「septic AKIでPGC-1-alphaの低下が腎の酸素消費を低下させること」だった。
　興味深いのは、彼らがその相関を逆に「PGC-1-alpha活性が上がると酸素消費量が増える」ことで示したことだ。ここから話はAKIの障害から、AKIの回復に移る。彼らはhuman proximal tubular cellにTNF-alphaを与えるモデルを用いた。まずTNF-alphaが細胞の酸素消費をtime- and dose-dependentに低下させることを示し、次にadenovirusでmurine PGC-1-alphaを導入した細胞では、TNFによって低下した酸素消費が回復することを示した。
　さらに「PGC-1-alphaがAKIの回復に必要」という仮説を立てて、例によって逆に「PGC-1-alphaがないとAKIの回復が遅れる」ということを示そうとした。ここでは腎尿細管細胞のみで転写される遺伝子Sglt-2-Cre miceとfloxed PGC-1-alpha mice交配させて作った（この技術も私の頭を越えているが）proximal tubule-specific knock-out modelを用いた。ここまで大量の実験データでもうおなかがいっぱいだが、このあと（私の）考察。続く。

とても息の長い論証（上）

　今日のJournal clubは、pure basic scienceの論文だった（J Clin Invest 2011, doi:10.1172 / JCI58662）。sepsis AKIモデルを使って、順を追った息の長い論理的思考で実験を重ねた大作だ。まずsepsis AKIモデルマウスでendotoxin injection後にrenal blood flowが著しく低下するにも関わらず酸素消費量が減らないことを示した。血流量はmicro ultrasoundで、酸素消費量はBOLD MRIとHIF-1の活性で調べた。
　そのあと、作者は酸素消費が低下するのはミトコンドリア機能低下によるのだろうと考えた。ここまでは、『ICU BOOK』のMoreno先生も書いている"cytopathic dysoxia"というやつだ。そこで、電子顕微鏡で尿細管細胞を観察しミトコンドリアは腫れあがり大量のvacuoleで満たされていることを示し、また病理標本でcytochrome c oxydaseのin situ activityが低下していることを示した。
　そのあと作者は、ミトコンドリア機能不全を起こす一連の遺伝子レベルの出来事をorchestrateしているのは一体なんだろうと考えた。そこで何千という遺伝子のexpression profileを分析し、そこからself-organizing mappingという手法を使い「endotoxinによる障害で発現が抑制され、AKIの回復時には発現が復元する」ような遺伝子群を抽出した。
　これらの遺伝子群がいったいどんなことに関わっているのかを調べるため、canonic pathway enrichmentを行った。これはもはや私の理解を越えたポストゲノム時代のブラックボックスだが、Ingenuity Pathway Analysis toolなる分析ソフトウェアに遺伝子たちの情報を放り込むと、それがどんな機能にどう関係しているかを明らかにしてくれるのだ。その結果、驚くべきこともないが前述の遺伝子群はoxidative phosphorylationやmitochondrial dysfunctionに関係していることが分かった。まだここまでで半分、くどい位息の長い論証と実験を重ねていくので続きはまた。

renocide

　急性腎不全でコンサルトが来た頃にはダメージはすでに致命的で腎臓の回復は望めないことがとても多い。まあ要するに、「腎臓がダメになっちゃったので後はよろしく（透析しろや）」と言うわけだ。腎臓内科にいることでselection biasが掛かり、NSAIDs、造影剤、抗生剤、低血圧、さまざまな理由で次々といとも簡単に腎臓がダメになってしまうのを目の当たりにすると悲しくそして虚しくなる。そこで思いついた言葉は、"genocide"から派生した"renocide"。renoは腎臓、cideはkillingということ。
　"The damage is done"、"Kidneys are done"と言うことに未だに抵抗感を感じる。「他の科が何を言おうが関係ない、腎臓内科には彼らに分からないものが分かるんだから、全知を賭けて何としても腎臓を守らなきゃ…！」という使命感があるからだ。これがもう少し経験すると「治るものは治る、治らないものはどうにもできない」という区別が付くようになるだろう。治るものは治し（その道筋を他科の先生方にしっかりつけてあげる）、治らないなら透析までの時間を遅らせたり長生きできるようにしてあげる方法を考える。これは墨守あるいは墨攻に近い。

Zr

　こないだ透析の原理に関するレクチャがあって、教えてくれたのは元々（医師になる前に）メカニクスを専門にしていた物理学者みたいな人でかなり専門的な話だった。数式がたくさん出てきてその手の成書でも読まない限り理解できそうになかったが、有意義だった。

　たとえばconvectionとdiffusionの違いがよりはっきり分かった。日本語では「限外濾過」と「拡散」というふうに説明するので"convection"という言葉をきくたび戸惑っていたのだ。辞書では「対流」と訳されているが、要は風が吹けばホコリも一緒に運ばれ、波が押し寄せれば水と一緒に砂や魚も運ばれるということだ。このように溶質が水と一緒に運ばれることを"solvent drag"という。

　またsorbent dialysisというのもより分かった。これは吸着剤により透析液を再利用しようということだ。活性炭、urease、zirconium phosphate、zirconium oxyde/carbonateの層からなるカートリッジを通過する間に透析液中の汚物が吸着されbicarb、sodium、acetateなど必要な成分が加わる。ジルコニウム（Zr）なんてオシャレだ。

　現在は汎用されていない技術だが、じつは透析液のpurificationとしては簡便な上に効率もよい。災害時など役に立つかもしれないし、セシウムも吸着できるらしいから体内から除染するのに役立つかもしれない。持続的に少量の透析液をポンプでまわし再生し続け、同じポンプで血液を少しずつカテーテルから引いて24時間透析する、wearable dialysis machineの研究も行われている。