化学療法後の小脳無言症候群患者の脳領域での異常な機能的連携
小児期脳膜芽細胞腫は、小児にもっとも一般的な悪性脳腫瘍であり、手術切除が主な治療法です。しかし、後頭蓋腫瘍切除術後に、「小児期小脳失語症候群(Cerebellar Mutism Syndrome、CMS)」と呼ばれる合併症が起こる可能性があります。CMSの主な症状は一時的な失語、運動障害、感情異常などで、患児に深刻な影響を及ぼします。これまでの研究では、CMSは小脳と他の脳領域との間の連接が破壊されることに起因する可能性が指摘されていましたが、正確な病理生理学的メカニズムはよくわかっていませんでした。
論文の出所:この研究は、アメリカのセントジュード小児研究病院のSamuel S. McAfeeらによって行われ、2024年に学術誌「Neuro-Oncology」に掲載されました。研究チームは機能的磁気共鳴画像法(fMRI)を用いて、70人の小脳膜芽細胞腫患児の術後の脳機能連接を分析し、CMSの発症メカニズムを探求しました。
研究の手順:
a) 対象は70人の小脳膜芽細胞腫患児で、CMS群(32人)と無症状対照群(38人)に分けられました。すべての患児は手術直後にfMRIスキャンを受けました。
b) 研究者は独立成分分析(ICA)を用いて、全脳fMRIデータから33の機能ノードを抽出しました。これには小脳皮質、丘脳、赤核などの脳領域が含まれています。ノード間の時間相関を計算することで、それらの機能的連接強度を評価することができます。
c) 構造画像を使って、各患児の手術切除領域が描画され、小脳上小脳脚(Superior Cerebellar Peduncle、SCP)の損傷程度が計算されました。SCPは小脳皮質と大脳皮質を連結する重要な経路です。
主な結果:
対照群と比較して、CMS患児では右小脳皮質と左大脳皮質間の機能連接が著しく増強しており、特に右小脳皮質と左内側前頭前野皮質(Ventromedial Prefrontal Cortex、VM-PFC)間の連接が最も顕著に増強していました。
右小脳皮質とVM-PFCの連接強度はSCPの損傷程度と関係がなく、この異常な連接はVM-PFCから小脳へ入力が増強したことに起因する可能性があり、小脳の出力経路が損傷したためではないことが示唆されました。一方、小脳と言語関連領域(ブロカ野など)との連接はSCPの完全性に依存していました。
CMS患児では、小脳後部皮質と同側の小脳核団との間の連接が変化し、一部の領域で異常な負の相関が見られました。これは小脳内部の信号伝達にも異常が生じていることを示唆しています。
研究の意義:
科学的意義:この研究では、生体レベルでCMS患児の小脳と大脳、および小脳内部の機能連接異常が初めて明らかにされ、疾患発症メカニズムの解明に新たな手がかりを与えました。
臨床的意義:研究で発見された小脳-VM-PFC機能連接異常は、CMS患児に一般的に見られる感情制御障害や運動学習障害に関係している可能性があります。また、小脳皮質-核団の連接異常は、患児の認知機能に影響を与えるかもしれません。これらの発見はCMSの臨床症状の複雑さを説明するのに役立ち、将来的な標的治療の考え方につながります。
研究の特徴:
CMSにおいて、小脳の入力経路の機能異常が初めて発見され、新しい病理生理学的解釈が提案されました。
独立したデータ駆動型の手法を用いてノードを抽出したため、発達期や病理状態でも分析方法が適用できます。
病理画像分析と組み合わせることで、機能連接異常と小脳出力経路の損傷との関係を区別できました。
この研究は、長年の神経学的謎であったCMSの解明に新たな視点を提供しました。CMSは小脳が正常な入力を失い、小脳内の神経細胞活動に異常が生じるという連鎖反応に起因して、脳機能障害が引き起こされる可能性があることが示唆されました。今後、小脳-VM-PFC経路が感情処理や運動制御においてどのような役割を果たすかを詳細に研究することで、CMSの新たな治療ターゲットが見つかるかもしれません。