はじめに

腱障害は日常生活に大きな支障をきたす状態で、プライマリケアにおける筋骨格系の診療相談の最大30％を占めます。 腱板腱障害は臨床上大きな負担となり、肩の機能を損ない、仕事に支障をきたすことも少なくありません。 その病態は複雑で多様です。コラーゲン線維の配列、局所の細胞密度、組織構造の変化に加え、軟骨化生、骨化、新生血管形成、脂肪浸潤もみられます。

治療成績は患者によって大きく異なり、治療法も保存的介入から外科的修復まで幅広くあります。 現在の分類体系は、主に症状の発現時期、臨床所見、断裂の大きさや形態に基づいています。 しかし、これらの基準では治療反応の違いを説明したり、個々に適した治療方針の決定を導いたりするには限界があります。

そこで本研究では、腱板腱症を分子レベルで特徴づけ、腱症の病理学的分類を明らかにするとともに、より個別化された治療戦略への応用可能性を検討することを目的とした。

方法

手術を受けた患者126人から病変のある肩腱を採取し、比較対象として、膝の靱帯手術を受けた患者28人から健康なハムストリング腱を採取しました。 各患者の肩の可動域、痛み、機能スコア（Oxford Shoulder Scoreを使用）、MRI画像、血液検査の結果を記録しました。また、手術中に腱が赤く炎症を起こしているように見えたか、白く見えたかも記録しました。 さらに、それぞれの腱で数千個の遺伝子の活動を調べました。

隠れたパターンを見つけるコンピュータープログラムを使い、著者らは病変のある腱を2つのグループに分類しました。一方は低酸素の兆候があるグループ、もう一方は炎症の兆候があるグループです。 赤色を呈する腱の多くが炎症グループに分類されたため、著者らは腱の色に基づいてこのグループをさらに分けました。 その結果、腱障害は新たに3つの分類に分けられました。低酸素（低酸素状態）を伴う白色腱（Hw）、炎症を伴う白色腱（Iw）、炎症を伴う赤色腱（Ir）です。 続いて著者らは、遺伝子の活動、顕微鏡で見た組織、MRI所見、血液検査、肩の機能を用いて、3つのサブタイプを比較しました。

次に、ヒトの各サブタイプに似た腱損傷のラットモデルを探しました。 研究者らは、ラットのレボフロキサシン誘発性腱症はIrサブタイプに最も近く、コラゲナーゼ誘発性腱症はHwサブタイプにより近いことを見いだしました。 続いて、どちらのラットモデルにもステロイドまたは生理食塩水を注射し、治癒の程度、腱の構造、トレッドミルでの走行能力を比較しました。 臨床現場をより忠実に再現するため、腱修復術後にも同じ実験を繰り返しました。

最後に、研究に参加した患者は全員、手術中にステロイド注射を受けていました。 研究者らは、3つの腱症分類ごとに、6か月後と24か月後の肩関節の可動性、痛み、機能を比較しました。

結果

サブタイプの特定

解析対象となった腱板疾患の腱126本では、棘上筋腱断裂の平均長は1.39 ± 0.94 cm、平均幅は1.27 ± 0.58 cmでした。正常なハムストリング腱28本と比較しています。 RNAシーケンシングのデータから、疾患のある腱と正常な腱には明確な違いがあることが示されました。 コンセンサスクラスタリングの結果、著者らは腱の分子サブタイプを2つ特定しました。

• サブタイプH：低酸素関連経路の亢進。
• サブタイプI：炎症関連経路の活性亢進。

関節鏡視下での腱の色調が、両者を最もよく区別する臨床所見でした。 赤色で充血した腱の94.7%はサブタイプIであった一方、白色で充血のない腱の73.5%はサブタイプHでした。そこで著者らは、トランスクリプトームプロファイルと充血の有無を組み合わせ、腱症を3つの異なる分類に定義しました。

• Hw： 白色を呈するH（n = 36）
• Iw: 白色の外観を呈するI（n = 13）
• Ir: 赤色を呈するI（n = 18）

Tang, C., Wang, Z., Xie, Y. et al. 精密治療に向けた腱症の異なるサブタイプの分類。 Nat Commun 15, 9460 (2024).

出典： Tangら、Nat Commun. （2024年）

臨床所見、血液所見、組織学的所見

年齢、性別、身長、体重、疾患経過にサブタイプ間で差は認められなかった。 Irでは、腱および滑膜の充血の割合が最も高かった。 Irは機能も最も低かった：

• 機能：Oxford Shoulder Scoreが最も低く、前方挙上、外転、外旋もHwより不良だった。 ただし、疼痛（VAS）に差はなかった。
• 画像所見：Goutallier分類の最高グレードであり、脂肪浸潤が強く、それに伴って構造的損傷も大きいことを示す。
• 血液検査：Hw群よりDダイマー、PT、INRが高値で、過凝固状態または血栓症を示唆する可能性があります。 Hw群はIr群よりアルブミン、β-ヒドロキシ酪酸、グリシルプロリンジペプチジルアミノペプチダーゼが高値でした。 また、Hw群はIw群よりリンが高値で、Iw群はIr群より間接ビリルビンが高値でした。
• 組織学： Irは血管化（「静脈」）スコアが最も高かった。 HwはGAG含有量がより多かった。

分子メカニズム

遺伝子セット変動解析では、Hwで血管新生が低下し、Irで大幅に亢進していることが示されました。 一方、Hwでは低酸素、解糖系、ならびに軟骨細胞および軟骨の発生経路が亢進しており、「低酸素性萎縮サブタイプ」と名付けられました。 IwとIrでは、いずれも炎症経路が亢進しており、その程度はIrで最も高くなっていました。 Iwは「中間炎症性増殖サブタイプ」、Irは「高炎症性増殖サブタイプ」と名付けられました。

Tang, C., Wang, Z., Xie, Y. et al. 精密治療に向けた腱症の異なるサブタイプの分類。 Nat Commun 15, 9460 (2024).

出典： Tangら、Nat Commun. （2024年）

動物モデル

レボフロキサシン投与ラットモデルはヒトのIrに、コラゲナーゼモデルはHwに類似していた。 糖質コルチコイドは、レボフロキサシン（Ir様）モデルでのみ、組織学的所見、コラーゲン線維径、トレッドミル運動成績、炎症関連シグネチャーを改善した。 コラゲナーゼ（Hw様）モデルでは有害な影響を及ぼした。

グルココルチコイドの臨床データ

術中のグルココルチコイド注射後、Ir患者はHw患者と比べ、6か月後と24か月後の両方で前方挙上と外転がより改善しました。 また、6か月後にはOSSの「髪をとかす」項目でも、より大きな改善がみられました。 このことから、グルココルチコイドは主に炎症が強いIrサブタイプに有効であることが示唆されます。

制限事項

対応する健常な棘上筋対照群はなく、動物モデルもヒトのサブタイプを部分的にしか再現していません。 患者の53.7%をHwが占めており、これが先行研究でグルココルチコイドの結果が一致しなかった理由の一つかもしれません。

質問と感想

この結果から、Ir腱症サブグループに分類された患者は、グルココルチコイド注射後により大きな改善が得られる可能性が示唆されます。 初回評価時、Irサブタイプは機能が最も低く、OSSも最低でした。また、Hwと比べて前方挙上、外転、外旋が有意に制限されていました。 このような臨床像は、炎症と充血が強いサブタイプを示している可能性があります。ただし、臨床像だけで患者を分類できるほど特異的ではないと考えられます。

構造レベルでは、動物モデルにおけるグルココルチコイド治療は、炎症関連経路の抑制など、有望な効果を示しました。 これらの知見から、炎症性腱障害の特徴を示す患者に対し、グルココルチコイドが治療選択肢となる可能性が示唆されます。 ただし、臨床的な有効性は依然として不明です。 このような場合、活動内容の調整、症状を誘発する活動の一時的な回避、適応がある場合のNSAIDsの使用など、症状管理の方法も患者個々の状態に応じて検討できます。

興味深いことに、サブグループ間で罹病期間に有意差は認められませんでした。このことから、これらの分子プロファイルは腱症の進行段階を単純に反映しているわけではない可能性が示唆されます。 Ir、Iw、Hwの腱症分類サブタイプ間でも、痛みの強さに有意差は認められませんでした。痛みの程度は、腱の病態を直接反映するとは限らないことが示唆されます。

最近発表されたシステマティックレビューでは、腱障害に関連する痛みのメカニズムがさらに詳しく検討されています。 機械的負荷の変換、末梢の神経・免疫・血管系の相互作用、中枢神経系（CNS）がどのように関与するかを解説しています。 こうしたメカニズムの相互作用は、患者によって痛みの感じ方が異なる理由を説明できる可能性があります。また、腱障害をより精密に分類することで、個別化治療の指針を得られるかどうか、さらに検討する必要性も示しています。

オタクな話をしよう

方法に記載されているように、著者らはまず各患者のベースラインデータとして、肩関節可動域、OSS、MRI、血液検査、関節鏡所見、腱のRNA-seqデータ、および組織学的所見を収集しました。 トランスクリプトームのNMFコンセンサスクラスタリングにより、H（低酸素）とI（炎症）の2つの分子サブタイプが特定されました。 関節鏡視下での腱の色を加えると、サブタイプIはIwとIrに分かれ、腱症は次の3つに分類されました。 Hw、Iw、Ir。

ここでは、まず差次的遺伝子発現から、各サブタイプのトランスクリプトームおよび組織学的特徴を見ていきます。 ヒートマップ（図F）は、各サブタイプで発現が上昇している上位100遺伝子の相対的な発現量を示しており、赤は発現量が高いこと、青は低いことを表します。 Hwは低酸素応答遺伝子、Iwは筋収縮関連遺伝子、Irはケモカイン経路関連遺伝子によって特徴づけられます。

Tang, C., Wang, Z., Xie, Y. et al. 精密治療に向けた腱症の異なるサブタイプの分類。 Nat Commun 15, 9460 (2024).

出典： Tangら、Nat Commun. （2024年）

Hwでは、HIF経路の遺伝子（EGLN3、ALDOC、ENO1、ENO2）が発現上昇しており、嫌気性代謝への移行と一致しています。一方、血管新生関連遺伝子（FLT1、ANGPT1、ANGPT2）は発現低下しており、これが「低酸素性萎縮」と呼ばれる所以です。 GAG生合成関連遺伝子も発現上昇しており、特にCHSY1とCHPF（コンドロイチン合成）が顕著です。 これは、サフラニンO染色でGAG含有量が高かったこととも一致しており、著者らは軟骨形成性リモデリングの可能性を示すものと解釈しています。

対照的に、IwおよびIrでは、ケモカイン遺伝子（CCL11、XCL2、CCR4、CXCR1など）、遊走関連遺伝子（GNGT2、ITK、PRKCB、RAC2）、ならびにT細胞受容体構成要素（CD3D、CD3E、CD247、CD4）やシグナル伝達分子（LCK、LCP2、BTK）を含む免疫関連遺伝子の発現上昇が認められる。 これは免疫応答と免疫細胞浸潤に一致する所見であり、Irで最も顕著で、血管新生の亢進も認められる。

Tang, C., Wang, Z., Xie, Y. et al. 精密治療に向けた腱症の異なるサブタイプの分類。 Nat Commun 15, 9460 (2024).

出典： Tangら、Nat Commun. （2024年）

最後に、グルココルチコイド治療により、ヒトのIrに最も近いラットのレボフロキサシンモデルで、炎症関連シグネチャーが低下した。 ヒートマップでは、治療後に炎症促進性経路（慢性炎症反応、肥満細胞の走化性、T細胞および白血球の増殖）のスコアが低下している。 Hwに類似するコラゲナーゼモデルでは、同程度の低下は認められない。 L：レボフロキサシンモデル、L-GCs：グルココルチコイド併用レボフロキサシンモデル、C：コラゲナーゼモデル、C-GCs：グルココルチコイド併用コラゲナーゼモデル。

Tang, C., Wang, Z., Xie, Y. et al. 精密治療に向けた腱症の異なるサブタイプの分類。 Nat Commun 15, 9460 (2024).

出典： Tangら、Nat Commun. （2024年）

持ち帰りメッセージ

• 腱障害は単一の疾患ではありません。 トランスクリプトーム解析と関節鏡下での腱の色調から、生物学的特徴の異なる3つの腱板サブタイプが明らかになりました： Hw（低酸素性萎縮型）、Iw（中間型・炎症性増殖型）、Ir（高度炎症性増殖型）。
• これは最も重度の臨床表現型です。 炎症と血管新生が最も顕著で、肩機能が最も低く、Goutallier分類のステージも最も高いほか、血液凝固能亢進の可能性もあります。 腱障害の分類間で疼痛強度と罹病期間に差はなかったため、どちらも腱の病態を判断する信頼できる指標ではありません。
• グルココルチコイドが有効なのは、一部の患者に限られる可能性があります。 ラットでは、グルココルチコイドによりIr様モデルでのみ炎症関連の特徴が抑制され、腱構造が改善しました。一方、Hw様モデルでは有害な影響が見られました。 患者では、術中注射後、HwよりIrのほうが改善しました。 全患者が注射を受けており、対照群もなかったため、これらの結果はサブタイプごとの有効性を証明するものではなく、その可能性を示唆するにとどまります。
• 臨床的意義。 コホートの半数超をHwが占めていたため、一律のアプローチが文献で報告されているグルココルチコイドの相反する結果の一因かもしれません。 サブタイプに応じた治療は有望な方向性ですが、前向きな検証研究と、腱障害の分類サブタイプを特定する実用的かつ非侵襲的な方法が引き続き必要です。

腱障害についてもっと学びたいですか？ 腱の世界的権威、Jill Cookを迎えたPhysiotutorsのポッドキャストをぜひお聴きください。

参考

Tang, C., Wang, Z., Xie, Y. et al. 精密治療に向けた腱障害の異なるサブタイプの分類。 Nat Commun 15, 9460 (2024).