要旨

片頭痛は脳動脈の拡張を伴う神経血管疾患と考えられている． 一酸化窒素（NO）ドナーは脳動脈および頭蓋外動脈の拡張と片頭痛を誘発するが，NOにはcyclic guanosine monophosphate（cGMP）を介した血管拡張のほか，いくつかの作用機序がある． そこで，cGMPを加水分解するphosphodiesterase 5（PDE5）の選択的阻害剤であり，cGMPの増加によってのみ作用するsildenafil（バイアグラ®）が片頭痛および脳動脈の拡張を誘発するかどうかを検討した． 前兆のない片頭痛患者12名を対象とし，プラセボまたはsildenafil 100 mgを2日に分けて経口投与するプラセボ対照二重盲検クロスオーバー試験とした． 経頭蓋ドップラー超音波検査により中大脳動脈の血流速度（Vmca）を，SPECT（single photon emission computed tomography）およびキセノン133吸入により中大脳動脈領域の脳局所血流（rCBFmca）を記録し，脳血流量を測定した． 橈骨動脈および側頭動脈径は高周波超音波検査により測定した． 頭痛反応，頭蓋周囲筋の圧痛，血圧，心拍数は繰り返し測定した． その結果，片頭痛発作はシルデナフィルによって12人中10人が，プラセボによって12人中2人が誘発された（P = 0.01）． Vmca (P = 0.1) と rCBFmca (P = 0.93) はシルデナフィル投与後も変化しなかった． 側頭動脈径（P = 0.47）、橈骨動脈径（P = 0.87）、頭蓋周囲圧痛（P = 0.16）はシルデナフィルによる影響を受けなかった。 収縮期および拡張期血圧は変化しなかったが、心拍数はシルデナフィル投与後に平均62±2拍/分から74±3拍/分（P = 0.01）へと増加した。 片頭痛はcGMP依存的な機序で誘発される可能性があり，また，中大脳動脈の初期拡張を伴わずに誘発されることを初めて明らかにした． その結果，片頭痛はcGMP依存的なメカニズムで起こることが明らかになった． しかし、他の作用部位の可能性もあり、今後の解明が必要である。 シルデナフィルの臨床使用にあたっては、片頭痛の患者さんに片頭痛発作のリスクについて説明する必要があります。

はじめに

片頭痛の新しい原因メカニズムの探求は、有効な動物モデルが存在しないため、患者さんを対象とした研究に依存しています。 しかし、自然発作の研究は困難であり、発症後数時間しか経過していないことがほとんどである。 このため、異常所見の因果関係の解釈は複雑である。 3398>

Glyceryl trinitrate (GTN) は一酸化窒素 (NO) のプロドラッグで、片頭痛患者の約 80% に自然発作と区別のつかない片頭痛発作を誘発する (Thomsen et al., 1994)。 NOの産生を触媒する酵素である一酸化窒素合成酵素の阻害剤による自発的な片頭痛発作の治療は、患者の60％に有効である（Lassenら、1997年）。 動物実験では、GTNの注入は髄膜の炎症性変化に関連し、脳幹の三叉神経尾状核の即時型遺伝子c-fosの発現を増強する（Jonesら、2001；Reuterら、2001）。 したがって、NOは片頭痛発作を開始するだけでなく、発作中の痛みの伝播にも関与していると考えられる。

また、NOと神経伝達物質のカルシトニン遺伝子関連ペプチド (CGRP) の間のクロストークが証明されており、片頭痛発作時に放出されることが分かっている (Goadsby et al.,2001)。 1990）の環状ヌクレオチドレベルで、NOとCGRPの血管拡張作用がこのレベルで相互作用していることが示唆されている（Gray and Marshall, 1992; Wei et al.）

NOの主な作用は、細胞内の可溶性グアニル酸シクラーゼを活性化して、環状グアノシン一リン酸（cGMP）の生成を触媒することである。 しかし、NOは、イオンチャネルへの結合、ホスホキナーゼの活性化、およびおそらくヒドロキシルイオンなどのフリーラジカルの形成を介して侵害受容神経線維を直接活性化するなど、他の様々な作用を有する（GarthwaiteおよびBoulton、1995年）。

この疑問に答えるため、cGMPの分解を担う主要酵素であるホスホジエステラーゼ5（PDE5）の高選択的阻害剤、シルデナフィル（バイアグラ®）とプラセボの効果を比較する二重盲検クロスオーバー試験が行われました。 この酵素を阻害するとcGMPが蓄積されるため、シルデナフィルの作用はNOの作用の一つ（可溶性グアニル酸シクラーゼの活性化とcGMP生成の増加）を模倣するが、他の作用は模倣しないのである。 今回の研究は、この疑問に対する明確な回答を与えるとともに、予想外に、片頭痛における中大脳動脈の初期拡張の重要性に対する我々の見解を変えるものであった。

方法

患者および試験デザイン

この試験は、片頭痛患者に少なくとも1週間の間隔で2回、シルデナフィル（バイアグラ、Pfizer A/S, Ballerup, Denmark）100mgまたはプラセボを非透明のゼラチンカプセルで投与する二重盲検、無作為、プラセボ対照のクロスオーバー試験であった。 この研究に関与していない看護師が無作為化を行い、初日に患者の半数にシルデナフィル、残り半数にプラセボを投与した。 この研究は、コペンハーゲン郡の倫理委員会とデンマーク保健当局の承認を受け、ヘルシンキII宣言に従って実施された。 すべての患者はThe Danish Headache Centreから募集され、参加前にインフォームドコンセントを得た。 我々は、前兆のない片頭痛に罹患している12人の患者を含めることを目標とした。 発作頻度は6週間ごとに1〜3回であり、緊張型頭痛は月に6日以下であった。 体重は60kgから90kgで、避妊薬以外の薬を日常的に摂取していない健康な人たちであった。 合計17名の患者が対象となったが、5名の患者が最初の試験日の後に脱落し（男性2名、女性3名）、入れ替わったため、12名の患者が試験を完了した（女性12名）。 平均年齢は37.3±SEM、3.2歳、平均体重は69±2.8kgであった。 脱落者のうち3名は、試験初日に重度の片頭痛発作を誘発したため、試験の継続を希望しなかったが、2名はシルデナフィル投与後、1名はプラセボ投与後であった。 3398>

試験当日は30分の安静後にベースライン値を測定し、180分間静かな環境で仰臥位で観察・測定を行った。 SPECT（Single Photon Emission Computed Tomography）撮影はベースライン時，60分，120分に実施した。 経頭蓋ドップラー超音波検査（TCD），橈骨動脈径，側頭動脈径，血圧，心拍数，頭痛スコアをベースラインと15分毎に180分間測定した． 3398>

頭痛の記録

頭痛の強さは0から10までの口頭尺度で採点され、1は非常に軽い頭痛（圧迫感やズキズキ感を含む）、5は中程度の強さの頭痛、10は最悪の頭痛を表す（Iversenら、1989）。 3398>

Transcranial Doppler ultrasonography

TCD（2MHz, Multidop X Doppler; DWL, Sipplingen, Germany）により中大脳動脈の最大血流速（Vmca）の時間平均平均を両側で記録し、同時にend tidal CO2 (PetCO2) 測定も実施した。 30秒のインターバルでそれぞれ約4心周期からなる4回の測定の平均値を使用した。 Vmcaの測定のための定点は、中大脳動脈に沿って選ばれ、各個体の研究を通して使用された（Kruuse et al.、2000）。 中大脳動脈を測定に選んだのは、過去の方法論的研究（Thomsen and Iversen, 1993）で示されたように、後大脳動脈や前大脳動脈での測定よりも再現性が高く、測定時間枠が研究中に1セットの動脈での測定しか許されなかったためである。 小動脈の直径を測定するための利用可能な技術は存在しない。 前兆のない片頭痛患者のみを対象としたため、測定の再現性が低いという観点から、本研究では後大脳動脈は大きな関心事とはなっていない。

SPECT

CBFの測定は、キセノン133吸入とsingle photon emission computed tomography（SPECT）により、固定式環状NaI結晶と高速回転コリメータ装置を備えた脳専用カメラ（Ceraspect；DSI、Waltham、MA、米国）と、133Xe吸入の動的プロトコルによるKanno-Lassen algorithm（Kanno and Lassen，1979；Kruuseら…）を用いて行った。 2000). PeCO2 測定には Datex Normocap 200 (Dameca, Rødovre, Denmark) を、133Xe 投与には Ceretronic (Xenon Administration System XAS SM 32C; Randers, Denmark) を使用した。 中大脳動脈灌流域の平均域内CBF（rCBFmca）を左右それぞれ算出した． 左右を別々に分析しても変化がなかったため，左右のrCBFmcaの平均値を用いた． 3398>

Diameters of temporal and Radial arteries

我々は、高解像度超音波装置（Dermascan C; Cortex Technology, Hadsund, Denmark）（20 MHz, bandwidth 15 MHz）を用いて表在側頭動脈前頭枝の直径と遠位掌側手首しわ近位の橈骨動脈の直径を測定した（Nielsen et al.、1993）。 繰り返しの測定が同じ場所で行われ、日ごとの測定の再現性を確保するために、皮膚にマークを描いた。

圧痛スコア

頭蓋周囲筋の圧痛は、4点スケール（0-3）の総圧痛スコアリングシステム（Langemark and Olesen, 1987）に従って、8組の筋肉および腱の挿入部（咬筋、側頭筋、前頭筋、胸鎖乳突筋および僧帽筋、冠状突起および乳突突起、ならびに頚筋挿入部）の両側触診によって記録された。

Statistics

すべての値は平均±平均の標準誤差（SEM）で示され、P < 0.05は有意とみなされた。

サンプルサイズは、我々のグループが行った同様の過去の研究からの結果に基づいて選択し、NOドナー投与後に10人中8人、プラセボ投与後に10人中1人に片頭痛が引き起こされ、脳血行力学パラメータが少なくとも5〜10％変更した（Thomsenら…）。 1994). 主要評価項目は、通常の片頭痛発作と同様の片頭痛の誘発で、McNemar検定を用いて分析した。

圧痛と頭痛の合計スコアを時間に対してプロットし、曲線下の面積とピーク応答をWilcoxon順位和検定を用いて比較した。

治療間の反応（Vmca、CBF、rCBFmca、動脈径、血圧、心拍、PeCO2）の違いを分析する際には、算出した曲線下の面積を要約指標として選択し、値はpaired t testを用いて比較された。 各治療日の各変数の経時的変化は、時間と被験者を因子とする二元配置分散分析で分析し、分析は各単一変数について繰り返した（Statgraphics 3.3, Manogistics Inc, Rockville, MD, USA）＜3398＞＜2565＞プラセボ日、患者1名が検査中に片頭痛を起こし、90分に救援薬を服用しなければならならなかった。 3398>

Results

シルデナフィル100mgの投与は、前兆のない片頭痛に苦しむ12人の患者のうち10人に患者の通常の片頭痛発作と同様の症状を引き起こしました。 このうち9名は国際頭痛学会の前兆のない片頭痛の基準を満たし，1名はこの基準を完全に満たす前に片頭痛薬を服用していた（表1）。 プラセボ投与後、12人中2人に前兆のない片頭痛が誘発された。 したがって、シルデナフィルはプラセボに比べて有意に多くの片頭痛発作を誘発した（P = 0.01）。 すべての患者が、普段の片頭痛発作と同様の症状であったと回答している。 1人の患者は両日とも軽度の一過性の頭痛を報告し、1人は両日とも頭痛がなかったと報告した。 頭痛のピークに達するまでの時間の中央値は、シルデナフィル投与後4.5時間であった。 頭痛の強さは時間の経過とともにゆっくりと進行した。 最初の3時間の頭痛のピークスコアの中央値は、プラセボでは0（範囲0-8）、シルデナフィルでは1（範囲0-9）であった（P = 0.61）。 シルデナフィル投与後13時間の全観察期間において、頭痛のピークスコアの中央値はプラセボで0（範囲0-9）、シルデナフィルで6.5（範囲0-10）だった（P = 0.02） (Fig. 1B). 頭痛曲線下の面積は、プラセボとシルデナフィル治療間で有意に異なっていた（P < 0.005）。

9人の患者が片頭痛発作の治療のために薬を服用し、1人は発作中眠ろうとしていた。 1人を除くすべての患者は、ほとんどがトリプタンである通常の片頭痛治療によく反応した（表1）。 シルデナフィル投与後、1名がごく短時間の動悸を訴え、4名が鼻づまりを、9名が顔や体が温かく感じ、全例に客観的な顔面紅潮がみられました。 3398>

gCBF (P = 1.0) とrCBFmca (P = 0.93) は、シルデナフィルとプラセボの間で差がありませんでした。 ベースラインのrCBFmcaは、プラセボ投与日に49.1 ± 2.1 ml/100 g脳組織/分、49.4 ± 1.2ml/100g脳組織/分であった。シルデナフィル投与日には7 ml/100 g脳組織/分であった。 PeCO2（P = 0.18）およびVmca（P = 0.1）はプラセボとシルデナフィルの間で差がなく、ベースラインと比較して変化がなかった（P = PeCO2については両日とも0.4、VmcaについてはP = 0.57およびP = 0.82）(Fig. 2)． 実験室での3時間以内に片頭痛の基準を満たした患者は5人であった。 これらの患者のうち4人は、最初は片側の頭痛であったが、そのうち1人は45分以内に両側の頭痛に変化したと報告した。 VmcaとrCBFmcaは、片頭痛の前または最中に非頭痛側と比較して頭痛側で系統的な変化を示さなかった。

プラセボと比較して、シルデナフィル後に橈骨動脈径（P = 0.87）または側頭動脈径（P = 0.47）に有意な変化はみられなかった。

収縮期および拡張期血圧は変化しなかったが、心拍数はシルデナフィル投与後最初の1時間で平均62±2拍/分から74±3拍/分に増加した（P = 0.01）。

圧痛スコアは左右ともプラセボとシルデナフィルで違いはなく、総圧痛スコアでも差はなかった（P = 0.16）。 総圧痛スコアの中央値は、プラセボ投与日のベースラインで0（範囲0～17）、シルデナフィル投与日のベースラインで2（範囲0～24）であった。 3398>

考察

我々は10年以上にわたって、片頭痛の基礎生物学を理解し、この障害をもたらす症状に対する薬剤開発の新しいターゲットを開発するために、実験的に片頭痛を誘発する方法を模索してきた（Iversen 1995; Humphrey et al.2001）。 NOドナーであるGTNは、正常なボランティアに頭痛を、片頭痛患者に片頭痛を誘発する(Olesen et al., 1995)。 片頭痛患者では、中大脳動脈および側頭動脈の拡張に伴って、注入中に一時的に軽い頭痛が起こり、この頭痛は通常注入後すぐにベースラインに戻る。 しかし，GTN投与後5時間（中央値）で，通常の片頭痛発作に類似した頭痛と随伴症状が増加する． これらの片頭痛発作は、スマトリプタンによって自然発生的な片頭痛発作と同程度に緩和される。

他の片頭痛誘発物質であるヒスタミン、CGRP、ジピリダモールの投与後にも同様の中大脳動脈の即時拡張が認められ、片頭痛発作の誘発に因果関係があると考えられている（Olesenら、1995）。 しかし、本研究では、同様の中大脳動脈の初期拡張を伴わずに片頭痛が誘発されることが明らかにされた。 頭痛がピークに達するまでの時間の中央値はGTN投与後とほぼ等しく、動脈が有意に拡張していないにもかかわらず、同様の経路が活性化されていることが示唆される。 したがって、本研究は、NOのcGMP上昇作用が片頭痛の誘発に重要な役割を果たすと思われることを示している。 第一に、シルデナフィルはcGMPの分解を阻害する以外の作用はなく、第二に、片頭痛を引き起こす作用は少なくともGTNと同程度であった。 CGRPよりも有効であり、おそらくヒスタミンよりも有効であった（Lassenら、1996, 2002）。 しかし、今回の知見は、NOが他のメカニズムによっても片頭痛の誘発に関与している可能性を排除するものではないが、これを解明するためには、他の作用メカニズムを個別に調査するさらなる研究が必要であることに留意しなければならない。

Sildenafil は cGMP 分解酵素 PDE5 に対して非常に選択的な阻害剤である (Wallis, 1999)。 PDE5は、陰茎の血管平滑筋を含む、体中のいくつかの異なる部位に位置しています。 この後者の部位は、男性のインポテンツの治療薬としてシルデナフィルが使用されている根拠となっています。 一般的な脳動脈拡張に対するシルデナフィルの効果や、ヒトの脳動脈緊張の調節におけるPDE5の特定の役割を示す研究は、まだ発表されていない。 これは、酵素分析に十分なヒト組織の入手が困難であることと、選択的PDE5阻害剤の入手が困難であることが一因である。 3398>

予備的研究として，死後検査で得られたヒトの中大脳動脈，脳底動脈，髄膜動脈にPDE5A mRNAとPDE5A proteinが存在することを見出した（未発表）． これは、モルモットの脳底動脈にPDE5Aタンパク質が存在し、活性があるという知見と一致する（Kruuseら、2001年）。 また、PDE5は、最近、脳組織、主に小脳と海馬、および上頸神経節に存在することが報告されている（Giorgiら、1994；Loughneyら、1998；Giordanoら、． 3398>

シルデナフィル100mg摂取後の血漿濃度は1μg/mlで、約1時間後に最大となる（Jacksonら、1999）。 cGMPの細胞内増加とNOによる弛緩の促進は、シルデナフィルのこの血漿濃度よりかなり低いところで起こる（Jeremy他、1997；Ballard他、1998）。 研究デザインと対象患者数により、我々は以前、中大脳動脈の直径の6％の変化を検出することができた（Kruuseら、2000）。 驚いたことに、同程度の数の被験者を含む場合、シルデナフィルは現在使用されている用量では中大脳動脈を有意に拡張することができなかったのである。 従って、平滑筋細胞におけるcGMPの増加は、拡張反応には十分でない可能性がある。 これは、脳動脈におけるcGMP産生の基礎レベルが低いか、PDE5以外のcGMP分解ホスホジエステラーゼによって速やかに消去されるためであると考えられる。 あるいは、脳動脈のPDE5はシルデナフィルによって十分に阻害されないアイソフォームであるか、シルデナフィルが脳動脈の平滑筋細胞に十分に分布していない可能性もある。

動脈の拡張による疼痛誘発の閾値は不明であり、（ここで用いた方法では測定できない）わずかな拡張も重要である可能性を除外することは不可能である。 しかし、中大脳動脈の血流速度の通常の日内変動は16％、心拍から心拍への変動は10％であることが分かっており（Thomsen and Iversen, 1993）、これは頭痛とは関係がない。 これまでの研究で、この閾値以上の血流速度の初期変化は、頭痛の併発や後の片頭痛の発症と関連することが示されている（Thomsenら、1994；Lassenら、1995、2002）。 片頭痛誘発に関するこれまでの研究と同様の方法でシルデナフィルは中大脳動脈の径を大きく変化させなかったことから、片頭痛誘発におけるシルデナフィルの作用部位は血管周囲の感覚神経端末か脳幹を含むCNSのいずれかであると提案する。 これは、シルデナフィルが陰茎勃起刺激において血管平滑筋細胞のみならず感覚神経線維にも作用すること（Ballardら, 1998; Medinaら, 2000）、ラット脳の中枢NO-cGMP経路を調節すること（Satoら, 2001）を示したこれまでの研究とも矛盾しないようである。 cGMPの増加は、血管やおそらく神経組織において環状ヌクレオチド依存性プロテインキナーゼや環状ヌクレオチド依存性イオンチャネルを活性化する（Garthwaite and Boulton, 1995）。 これは、血管周囲の神経末端や感覚神経線維の過興奮を引き起こすかもしれないし、CNSでのインパルス伝達を促進するかもしれない。 しかし、そのメカニズムやCGRPなど他のシグナル分子の作用との相互作用の可能性を完全に理解するには、さらなる研究が必要である。

シルデナフィルの片頭痛発生作用が、脳静脈への作用によって引き起こされるという可能性は否定できない。 しかし、シルデナフィルの静脈への作用はわずかであることが分かっている（Jackson et al.1999; Wallis et al.1999）。 さらに、静脈洞への圧力を増加させるQueckenstedの操縦法を適用しても、片頭痛患者の片頭痛発作中の痛みは増加しなかったことから、片頭痛の痛みにおける静脈洞の拡張の役割を否定している (Daugaard et al., 1998).

Sildenafil が中枢痛ニューロンの反応性を高めることによって片頭痛を誘発するなら、感覚刺激に対する反応の増加を示すことが可能であるはずだ。 しかし、我々は頭痛発生初期に頭蓋周囲筋の圧痛に有意な増加を認めなかったことから、中枢神経系の一次的な感作を否定している。 したがって、我々は、血管周囲の感覚神経端末あるいは一次感覚神経細胞の感作および過剰興奮が片頭痛発生に関与しているという仮説を支持している。 3398>

今回の結果は、片頭痛のメカニズムを理解する上で重要なだけでなく、シルデナフィルの男性インポテンスへの臨床使用にも示唆を与えるものであった。 片頭痛患者の80％がシルデナフィルを治療用量で使用した後に片頭痛の発作を起こす可能性が高いため、片頭痛持ちの患者はシルデナフィル使用後に発作を起こす可能性が高いことを添付文書で警告すべきである。

結論として、本研究は中大脳動脈の初期拡張とは無関係に片頭痛を誘発する新しい生化学メカニズムを示唆した。 3398>

Acknowledgements

参加してくれた患者，L. Elkaer，K. Brunsgaard，O. Jonassenの技術援助，H. Dige-Petersenの機器使用に感謝する． Pfizer A/S, Denmarkはsildenafil錠剤を提供した。 3398>

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Gray DW, Marshall I. Human alpha-calcitonin gene-related peptide stimulates adenylate cyclase and guanylate cyclase and relaxes rat thoracic aorta by releasing nitric oxide.これは、ヒトのカルシトニン遺伝子関連ペプチドが、アデニル酸シクラーゼ、グアニル酸シクラーゼを刺激して一酸化窒素を分泌し、胸部の大動脈を弛緩させることを示す。

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