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「血小板」で新型コロナの重症化リスクを予測できる可能性-東大ほか

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2021年12月13日 AM11:00

COVID-19関連血栓症の発症プロセスは未解明

東京大学は12月9日、(COVID-19)患者110人から採取した血液内の循環血小板凝集塊を、マイクロ流体チップ上で高速流体イメージングにより大規模撮影、解析し、全患者の約9割において、過剰な数の循環血小板凝集塊が存在することを世界で初めて発見したと発表した。この研究は、同大大学院理学系研究科の合田圭介教授、同大大学院医学系研究科の矢冨裕教授、米国バージニア大学Gustavo Rohde教授らの共同研究グループによるもの。研究成果は、Nature Communications のオンライン版で掲載されている。


画像はリリースより

世界的なCOVID-19症例報告の増加に伴い、COVID-19に関連した血栓症がCOVID-19の重症度や死亡率の重要な要因の一つであることが明らかになってきた。COVID-19では、全身の血管に多様な血栓症(脳梗塞、心筋梗塞、深部静脈血栓症、肺血栓塞栓症など)が同時多発的に発症することが特徴だ。また、COVID-19における重症化リスク因子である高齢、基礎疾患(糖尿病、高血圧、悪性腫瘍、脳心血管疾患、肥満など)、喫煙は血栓症のリスク因子と合致している。実際に、COVID-19で死亡した患者の剖検報告では、肺、心臓、その他の臓器の末梢毛細血管や細動静脈内に存在する広範な微小血栓を特徴とする微小血管血栓症が認められており、多臓器不全との関連が示唆されている。最近では、COVID-19感染後の後遺症に微小血栓が関連すると報告されている。

COVID-19治療では、ヘパリンを用いた抗凝固療法が予後の改善につながるという多くの報告を受けて、国内外の医療機関から、明確な血栓性合併症の症状がなくても、すべてのCOVID-19入院患者に血栓予防(主にヘパリン治療)を行うことを推奨する臨床診療ガイドラインが発表され、その有効性が理解されている。しかし、COVID-19に関連した血栓症の発症プロセスはこれまで解明されていなかった。

COVID-19患者110人の87.3%に過剰な数の循環血小板凝集塊が存在

共同研究グループは、東大病院に入院したCOVID-19患者(軽症23人、中等症68人、重症19人;うち男性73人、女性37人;うち生存99人、死亡11人;合計110人)から採取した血液中の血小板凝集塊を詳しく調べた。

具体的には、週に3~5回の頻度で各患者の血液サンプルを処理後にマイクロ流体チップ上で流し、2020年10月に東大病院検査部に設置した特殊な高速流体イメージング技術で血液サンプルごとに多数(2万5,000枚)の血小板および血小板凝集塊(血小板のみの凝集塊、白血球を含んだ血小板の凝集塊)の画像を短時間に得ることで循環血小板凝集塊の画像ビッグデータを取得し、さまざまな統計解析を行った。

その結果、健常者と比較して全COVID-19患者の87.3%に過剰な数の循環血小板凝集塊が存在していることを世界で初めて発見した。この中には、血栓症のスクリーニング検査で広く用いられているDダイマー検査の値が、東大病院の基準値である1µg/mL以下の患者も多数含まれた。また、循環血小板凝集塊の出現頻度とCOVID-19患者の重症度および死亡率に強い相関があることも発見した。

循環血小板凝集塊の出現頻度はWBC、FVIII等と強い相関

次に、循環血小板凝集塊の出現頻度と臨床検査データの比較を行った結果、白血球数(WBC)、Dダイマー値、凝固第VIII因子活性値(FVIII)、von Willebrand因子活性値(VWF:RCo)、トロンボモジュリン値(TM)、呼吸状態の重症度(respiratory severity)は、循環血小板凝集塊の出現頻度と強い相関関係にあることが判明した。つまり、循環血小板凝集塊が、Dダイマー値の高さに表れる全身の血栓形成、FVIII、VWF:RCo、TM値の高さに表れる血管内皮障害とも関連していることを示している。

これらの関連性は、COVID-19患者の肺における重度の血管内皮障害と肺胞毛細血管における広範な微小血栓に関する以前の報告と一致。さらには、新型コロナウイルス()が、血管内皮の損傷に続いて血管の炎症を引き起こし、微小血栓を形成するとともに、血小板を直接的に活性化しうるという報告とも一致していると考えられた。

経時的モニタリングで重症度別患者群ごとに異なる予後パターンが判明

最後に、COVID-19患者の循環血小板凝集塊の出現頻度を経時的にモニタリングすることで、COVID-19患者の病態を調べた。その結果、軽症患者群の循環血小板凝集塊の出現頻度は、発症後9~12日目にピークを迎え、その後1週間かけて徐々に低下し、16日目には軽症患者全員が退院した。同様に、中等症患者群の循環血小板凝集塊の出現頻度は、発症後13~16日目にピークを迎え、その後2週間かけて徐々に減少し、28日目には中等症患者全員が退院。一方、重症患者群の循環血小板凝集塊の出現頻度は、発症後1週間でピークに達した後、3週間にわたってプラトー状態を示し、その後、死亡または慢性期病院への転院となった。

ここで重要なことは、どの患者群も発症後3~4日は循環血小板凝集塊の出現頻度が中程度だが、次の3~4日でそれが異なり始め、患者群ごとに異なる予後パターンを経る一方で、退院のタイミングはすべての予後パターンで循環血小板凝集塊の出現頻度が低下するという点で一致していることだ。また、血栓症を発症した患者は、軽症・中等症の患者や一部の重症患者よりも長く入院することが判明した。

さらに、最初の2つの期間(発症1~9日目、発症10~18日目)の呼吸状態と循環血小板凝集塊の出現頻度との間に強い相関関係があることから、循環血小板凝集塊がCOVID-19患者の呼吸状態を示す良い指標であることがわかった。最後の期間(COVID-19発症後19日目以降)の循環血小板凝集塊の出現頻度の双峰分布は、レベル2および3(酸素投与が必要)の患者がレベル1(酸素投与なし)に下がって退院した(回復に至った)か、レベル4(人工呼吸器やECMOが必要)の患者が呼吸器管理を必要としたまま(入院生活を長期に続けた)のいずれかであったことを示した。

研究手法は広範囲の微小血栓形成の前駆体を検出できることを示唆

今回の研究で得られた知見は、死後の病理解剖でしか確認できない微小血栓形成の潜在的なリスクを評価する上で、循環血小板凝集塊の出現頻度と分布を測定することが、COVID-19の診断および治療の有効なアプローチになり得ることを示唆している。実際に、COVID-19による肺炎で死亡した患者の主な死因は、微小血栓による重度の毛細血管のうっ血を伴うびまん性肺胞損傷による呼吸不全であったことを示す剖検報告が多数存在している。循環血小板凝集塊の出現頻度と酸素投与の重症度、さらには経皮的酸素飽和度(SpO2)値との間にも強い相関関係があることから、同研究での手法が広範囲の微小血栓形成の前駆体を検出できることが示唆された。

「血栓症と診断されなかったCOVID-19患者が、CTやMRIなどの医用画像診断装置では小さすぎて検出できなかった微小血栓を形成していた可能性がある。今後、循環血小板凝集塊の出現頻度と微小血管血栓症との関連性を直接検証するには、さらなる研究が必要だ。東京大学と株式会社CYBOは、2021年2月に共同研究契約を締結しており、今回の研究成果の実用化などを目指している」と、研究グループは述べている。

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