日本小児循環器学会雑誌 Pediatric Cardiology and Cardiac Surgery

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Pediatric Cardiology and Cardiac Surgery 34(2): 55-62 (2018)
doi:10.9794/jspccs.34.55

ReviewReview

ラット胎仔先天性心疾患の断面像胎児心エコーのための22q11.2欠失症候群モデル動物図譜としてCross-sectional Morphology of Congenital Heart Disease: Fetal Echocardiography Indicating Chromosome 22q11.2 Deletion Syndrome in Rat Model

東京女子医科大学循環器小児科Department of Pediatric Cardiology, Tokyo Women’s Medical University ◇ Tokyo, Japan

発行日:2018年3月1日Published: March 1, 2018
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Bis-diamineはラットに強力なteratogenで高率にヒト染色体22q11欠失症候群類似の先天性心疾患と胸腺低形成を生じさせるが,作用機序の詳細は不明である.Bis-diamine 200 mgを妊娠10日のラット40匹に胃内注入し,満期21日目に胎仔を全身急速凍結法,凍結ミクロトーム,実体顕微鏡(Wild M400)を用いて0.5 mm毎の胸部横断面を連続写眞で記録した.330胎仔に括弧内の率で次の先天性心疾患が生じた.各種のFallot四徴症(68%),総動脈幹残遺(18%),大動脈弓離断(2%),心室中隔欠損(3%),共通房室弁口(2%)である.Fallot四徴症では通常型(16%),肺動脈弁欠損型(14%),肺動脈弁閉鎖型(38%)があった.これらの心疾患には右側大動脈弓,鎖骨下動脈起始異常,血管輪などが合併した.肺動脈弁欠損のFallot四徴症では左右肺動脈の動脈瘤状の拡張があり,肺門部で気管支を圧迫して閉塞していた.同時に心房心室の拡大,心嚢液の貯留が生じた.共通房室弁口では両心房,両心室の拡大,房室弁の肥厚(異形成),心嚢液貯留があった.ヒトと異なり体肺側副血管はなかった.これらの胎生期先天性心疾患の生体内断面図を染色体22q11.2欠失症候群の胎児心エコーモデル図譜として提示する.

Bis-diamine, a potent teratogen, induces conotruncal diseases and thymic hypoplasia in rats similar to chromosome 22q11 deletion syndrome in humans. The precise mechanism underlying cardiac teratogenic effects of bis-diamine remains unknown. On the 10th day of gestation, 200 mg bis-diamine was administered to 40 pregnant rats. The fetuses were delivered by Cesarean section after the cervical dislocation of rats on the 21st day of gestation and were immediately frozen in acetone cooled to −76°C using dry ice. Each frozen thorax of the fetus was transversely cut, and the section surface was serially photographed with a stereoscopic microscope (Wild M400 Photomacroscope) at every 500 µm. The following cardiac diseases were recorded in 330 fetuses: Tetralogy of Fallot (16%), Tetralogy of Fallot with absent pulmonary valve (14%), Tetralogy of Fallot with pulmonary valvular and infundibular atresia (38%), truncus arteriosus (10%), ventricular septal defects (3%), interrupted aortic arch type B (2%), and atrioventricular septal defects (2%). Fetuses with the Tetralogy of Fallot and absent pulmonary valve showed pulmonary arteries aneurysmally dilated at the right and left pulmonary hila, obstructing the adjacent bronchus. Fetuses with atrioventricular canal defects showed thick nodular atrioventricular valve leaflets and signs of congestive heart failure, including the enlargement of all cardiac chambers and increased pericardial effusion. In addition, vascular diseases (right aortic arch, aberrant subclavian artery, and vascular ring) complicated the cardiac diseases. Thymus hypoplasia occurred in all fetuses (100%), while some fetuses developed diaphragmatic hernia (10%). No aortopulmonary collateral artery was noticed. These cross-sectional morphologies represent fetal echocardiographic diagnoses indicating congenital heart diseases associated with chromosome 22q11.2 deletion syndrome in rat model.

Key words: Tetralogy of Fallot; absent pulmonary valve; truncus arteriosus; fetal echocardiography; chromosome 22q11.2 deletion syndrome

はじめに

ラット胎仔と新生仔の全身急速凍結法による凍結標本を凍結ミクロトームで切り,その断面の心臓大血管像(写真)から種々の計測を行う方法は50年前に動脈管の研究用にKarolinska研究所で開発され1),40年前から私も用いてきた2–9).催奇形薬bis-diamineは妊娠ラットに大量投与するとその胎仔の80%以上に心臓大血管疾患,即ち各種のFallot四徴症,総動脈幹残遺,心室中隔欠損症,共通房室弁口,大動脈離斷,血管輪などを生じる10, 11).Bis-diamineでラットに生じる疾患は染色体22q11.2欠失症候群12)の病像に酷似しているので,その胚内に存在する前駆細胞への作用機序の解明が待たれるが,その全容は未解明である.私は26~7年前にbis-diamineによる肺動脈弁欠損を伴うFallot四徴症と総動脈幹残遺についての研究をCirculationに発表し13–17),大きな反響18)があった.当時東京女子医科大学で既に胎児エコーの臨床に専念していた里見元義講師19)(のち長野こども病院副院長,胎児心臓病学会理事長)はこれらのラット胎仔先天性心疾患の断面写真を見てその美しさに驚嘆し,ヒト胎児の先天性心疾患と同じですとコメントされた.当時は胎児エコーのモデルとしては発表しなかったが,胎児エコーによる先天性心疾患の出生前診断19–23)が日常化し,染色体異常の出生前診断の行われている現在では,bis-diamineラット胎生期先天性心疾患の断面図は染色体22q11.2欠失症候群の先天性心疾患の胎児エコーモデルとして重要になっている.そこで本学会から功労賞を頂いた記念に,ここではbis-diamineによりラット胎仔に生じた先天性心疾患の連続断面カラー写真を図譜として提示する.これらのカラー写真を見ておけば,胎児エコー検査の画像の読影が容易になるはずである.またこれらの円錐動脈幹疾患と胸腺低形成のある胎児では染色体22q11.2欠失症候群24, 25)のFISH検査が必要になる.

方法

ラット満期胎仔の全身急速凍結法による実験13–15)を次のように行った.ラットの妊娠期間は21.5日なので,妊娠21日目に親ラットを頸椎脱臼法で安楽死させ,ただちに帝王切開で取り出した胎仔を胎盤つきのままドライアイス−アセトン(−76°C)に投入して瞬時に凍結する.凍結した胸部を凍結ミクロトームで切り,断面を0.5 mm毎に実体顕微鏡(Wild 400)で撮影する.1個体の胸部から約20断面を撮影する.先天性心疾患の断面研究用には,90%で横断面(transverse),残り10%を矢状面(sagittal)または前額面(frontal)で切り,断面を撮影した.

Bis-diamineによる先天性心疾患は次のように作製した.妊娠10日目のWistarラット40匹にbis-diamine 200 mgずつを胃内注入し,妊娠21日に胎仔を調べると,合計330匹の胎仔に次の心疾患13–17)が認められた.各病型とその発生率を括弧内に示すと,各種のFallot四徴症(合計68%,即ち,通常型16%,肺動脈弁欠損型14%,肺動脈弁閉鎖型38%),総動脈幹残遺18%,大動脈弓離断2%,心室中隔欠損3%,共通房室弁口2%などであり,これらに右側大動脈弓,鎖骨下動脈起始異常,血管輪などが合併していた.更に胸腺の無-低形成(100%),横隔膜ヘルニア(10%)の合併があった(Fig. 1~9).

結果

以下図中で特に注目すべき点に*印をつけた.

Fig. 1に正常ラット生後5日の新生仔(哺乳中,体重は生下時の2倍)の横断面を示す.新生仔では動脈管は閉じ,下行大動脈は胎生期より細く,右室壁は薄く,両心室は大きく,肺静脈,左房,左室,大動脈の血液は鮮紅色である.肺の色は非チアノーゼ色,動脈血色である.肺容積は拡大し,肺動脈と肺静脈は太い.ヒトで左上大静脈は胎生初期にのみ生じる26)が,げっ歯類,ラットでは生後まで存続する27).またラットの左右肺静脈は左房に入連結する前に合流して太い共通肺静脈になって左房に連結する27).この共通肺静脈はヒトでは胎生初期に存在する26).左上大静脈と共通肺静脈以外にはヒトとラットで胸腔内の心臓と大血管の解剖上の大きな差はない27)

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Fig. 1 Normal 5-days-old newborn rat. Transverse sections of the thorax at the level of the aortic arch (A), the pulmonary artery (B), pulmonary valve (C), aortic valve (D), and caudally at the ventricles (E, F)

Abbreviations in Figures 1 to 9. Ao:aorta. AV, AoV: aortic valve. ARSA: aberrant right subclavian artery. B: broncus. Ca: caudal, Cr: cranial, DA: ductus arteriosus. E: esophagus. L: left. LA: left atrium. LB: left bronchus. LCCA: left common carotid artery. LPA: left pulmonary artery. LSVC: left superior vena cava. LV: left ventricle. MPA: main pulmonary artery. P: posterior. PA: pulmonary artery. PV: pulmonary vein, PVa: pulmonary valve. R: right. RA: right atrium. RB: right bronchus. RCCA: right common carotid artery. RV: right ventricle. RVI: right ventricular infundibulum. SVC: superior vena cava. T: trachea. TV: truncal valve. VSD: ventricular septal defect. Arrow: VSD.

Fig. 2に正常ラット胎仔(満期)の横断面を示す.胎仔では新生仔より胸腺が大きく,動脈管が太く,肺動脈と肺静脈が細い.血液の色はチアノーゼ色である.ラット胎仔の食道はヒト胎児と異なり常に太く開いている.房室弁と半月弁は大部分で半ば開いており,心室容積は収縮末期と拡張末期の中間なので,急速凍結時には心室細動を生じたと推定される.

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Fig. 2 Normal near-term rat fetus without treatment. Transverse sections of the thorax at the level of the cranial thorax near the neck (A), the section through the aortic arch (B) and the ductal arch (C), caudally at the pulmonary artery (D), at the aortic valve (E), and at the ventricles (F)

Fig. 3以下にbis-diamine投与による胎生21日ラット胎仔の心疾患典型例を示す.Fig. 3~8は横断面であり,Fig. 9は矢状断面である.Fig. 3は膜性部心室中隔欠損と胸腺欠損の例である.心不全徴候28)はない.Fig. 4はFallot四徴症,肺動脈弁閉鎖,右側大動脈弓,漏斗部中隔欠損,胸腺低形成である.心不全徴候28)はない.Fig. 5はFallot四徴症,漏斗部狭窄,肺動脈弁欠損(弁の痕跡あり),動脈管欠損,胸腺欠損である.肺動脈の動脈瘤状拡大で肺門部気管支が圧排され,閉塞している.Fig. 6は共通房室弁口,肺動脈弁閉鎖,右鎖骨下動脈起始異常,胸腺欠損である.房室弁の粒状肥厚(異形成)があり,心房と心室の拡大,心嚢液貯留などの心不全徴候28)がある.Fig. 7はB型大動脈弓離断,右鎖骨下動脈起始異常,胸腺低形成である.心不全徴候28)はない.Fig. 8は総動脈幹残遺,右側大動脈弓,胸腺低形成である.総動脈幹弁の逆流はない.心不全徴候28)はない.Fig. 9は総動脈幹残遺,胸腺欠損のSagittal sectionである.総動脈幹弁逆流があり,総動脈幹が太く,心房心室の拡張があり,心嚢液の貯留28)がある.

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Fig. 3 Rat fetus with bis-diamine, VSD, and absent thymus

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Fig. 4 Fetal rat with tetralogy of Fallot, pulmonary valvular atresia, right aortic arch and hypoplastic thymus

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Fig. 5 Tetralogy of Fallot, absent pulmonary valve, absent ductus arteriosus and absent thymus

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Fig. 6 Atrioventricular septal defect, pulmonary valvular atresia, anomalous origin of right subclavian artery and absent thymus

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Fig. 7 Interrupted aortic arch type B, VSD, ARSA and hypoplastic thymus

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Fig. 8 Truncus arteriosus, right aortic arch and hypoplastic thymus

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Fig. 9 Truncus arteriosus, absent thymus and effusions. Serial sagittal section at LA, LV and RV (A), VSD and truncal valve (B), truncus, LPA, and RV (C, D), aortic arch and RPA (E), and RA and IVC (F)

おわりに

私は2014年5月に行われた第24回神奈川県立こども医療センター心臓病胎児診断症例報告会で世話人の川滝元良医長20)に依頼されてこの中からFallot四徴症の写真をスライドで供覧したが,このセミナーは仙台その他の遠隔会場にも配信されて,横浜会場の新生児科胎児超音波のプロ,心臓発生研究者,仙台のマウス胎仔研究者などから大きな反響があった.本誌上のこれらの画像はスライドや印画紙へのプリント,拡大コピーで鮮明なカラー画像になるので,多くの胎児診断関係者の目に触れて,胎生期先天性心疾患の理解が進むことを期待したい.優秀な胎児エコーの専門家はこれらの先天性心疾患と胸腺欠損から染色体22q11欠失症候群24)の合併を診断することができるでしょう.

謝辞Acknowledgments

ヒト胎児エコーについては前野泰樹(久留米大学助教授),西畠信(鹿児島生協病院顧問),川滝元良(神奈川県立こども医療センター医長,東北大学産婦人科),里見元義(元長野こども病院副院長)諸先生から御教示を頂きました.英文checkは湘南鎌倉総合病院内科Joel Branch医師によりました.

利益相反

本稿について開示すべき利益相反(COI)はありません.

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