アルツハイマー病は進行性の脳疾患で、やがて患者から記憶し、意思疎通し、自立して生活する能力を奪います。2050年までに、その患者数は米国で約1,400万人に上り、その家族にも影響が及ぶと予測されています。経済的損失は1兆ドルに達し、心疾患とがんの治療費の推定合計を上回ります。
米国の主な死因のうち、アルツハイマー病は現在、予防も治療も、進行を遅らせることさえできない唯一の疾患です。私たちの最新の研究は、この病気の環境要因とその背後にあるメカニズムへの理解を深めることで、状況を変えようとしています。
私たちの研究結果から、発電所や自動車から排出され、肺や血液に入り込む微小粒子状物質による屋外大気汚染は、高齢女性の認知症リスクをほぼ2倍に高める可能性があると結論づけました。この結果が一般の人々にも当てはまるなら、周囲の大気中の微小粒子状物質による汚染が、認知症の約5件に1件の原因となっている可能性があります。
人を対象とする疫学調査と動物実験を組み合わせた初めてのこの研究は、世界各地で蓄積されている研究に加わり、大気汚染と認知症の関連を示しています。また、アルツハイマー病の重要なリスク遺伝子であるAPOE4が大気中の粒子と相互作用し、脳の老化を加速させることを示す初の科学的証拠も提示しています。
煙の向こうに見えるもの
これまでの研究により、南カリフォルニア大学では、大気汚染が心臓発作のリスクを高めることがすでに明らかになっています。この研究を基に、私たちはAirPollBrainグループを設立し、微小粒子状物質（粒子の直径が2.5マイクロメートル以下であることからPM2.5と呼ばれます）への曝露が、脳の老化にどのような影響を及ぼすのか、また影響を及ぼすのかどうかを調べています。
この研究では、大きく3つの問いに答えることを目指しました。第一に、屋外のPM2.5濃度が高い地域に住む高齢者は、認知機能障害、特に認知症のリスクが高いのかを調べました。また、アルツハイマー病の高リスク遺伝子APOE4を持つ人は、空気中のPM2.5への長期曝露によって生じる可能性のある損傷を受けやすいのかも調べました。
第三の問いは、ヒトのアルツハイマー病遺伝子を持つよう改変したマウスを粒子に曝露させ、条件を制御した実験でも同様の結果が見られるかどうかでした。マウスでも同じ影響が確認できれば、ヒトの脳で起きている現象の背後にあるメカニズムの解明につながる可能性があります。
APOE4は男性より女性のアルツハイマー病リスクを高めるため、私たちは高齢女性と雌マウスに焦点を当てました。
ヒトを対象とした研究
ヒトを対象とする疫学研究では、女性の健康イニシアチブ記憶研究、通称WHIMSの研究者と協力しました。この研究では、1990年代後半に、認知症も重大な認知機能障害もない65～79歳の女性を対象に、全米の高齢女性からなる大規模なグループを追跡しました。
EPAのモニタリングデータと大気質シミュレーションを組み合わせて数学モデルを構築し、1999年から2010年まで、対象女性が暮らしていた各地の毎日の屋外PM2.5濃度を推定しました。WHIMSでは参加者を綿密に追跡していたため、喫煙、運動、BMI、ホルモン療法、糖尿病や心疾患などの臨床的リスク要因といった、認知症リスクに影響しうる他の要因についても詳細な情報を集めることができました。これにより、こうした要因を考慮し、大気汚染への曝露の影響をより正確に切り分けることができました。
PM2.5濃度の高い環境に曝露した女性は、認知機能の低下が速く、認知症を発症するリスクも高いことが分かりました。PM2.5濃度が米国環境保護庁（EPA）の基準を超える地域に住む高齢女性は、全般的な認知機能が低下するリスクが81％高く、アルツハイマー病を含む認知症を発症する可能性が92％高くなっていました。PM2.5への長期曝露によるこの環境リスクは、APOE4遺伝子を持たず、遺伝的な基礎リスクのみを有する女性と比べて、APOE4遺伝子を2コピー持つ高齢女性では2～3倍高くなっていました。
マウスモデル
実験室での研究では、アルツハイマー病遺伝子を持つ雌マウスを、ナノサイズの大気汚染粒子に15週間曝露させました。大気中の粒子を採取する技術は、南カリフォルニア大学（USC）のヴィタービ工学部に所属する同僚、コンスタンティノス・シウタスが開発したもので、都市部を代表する大気サンプルとしてUSCキャンパスの端で大気中の粒子を採取します。
実験データから、この粒子状物質に継続的に曝露したマウスの脳には、ベータアミロイドと呼ばれるタンパク質の沈着がより多く蓄積することが分かりました。ヒトでは、ベータアミロイドは神経変性を引き起こす病理学的要因と考えられており、アルツハイマー病の発症を防いだり進行を遅らせたりする治療の主要な標的です。高齢女性を対象とした疫学的観察と同様に、こうした影響はアルツハイマー病になりやすいAPOE4を持つ雌マウスでより強く見られました。
今後の研究
今後の研究では、これらの知見が男性にも当てはまるか、また開発中の薬が大気汚染への曝露から身を守る可能性があるかを調べます。因果関係を確認し、大気汚染がどのように脳に入り込み、脳に害を及ぼすのかを理解するため、さらなる研究も必要です。
大気汚染への曝露による脳の老化は発達期から始まる可能性があるため、アルツハイマー病との関連で幼少期の大気汚染曝露についても調べたいと考えています。すでに肥満と糖尿病がアルツハイマー病のリスク要因であることは分かっています。また、高速道路の近くに住む子どもは、肥満になりやすいことも分かっており、同居する大人が喫煙者であれば、その影響はさらに強まります。
既存のマウスモデルに基づけば、発達期の大気汚染曝露はアルツハイマー病のリスクを高める可能性があると予測されます。これは科学的な謎を解くうえで重要な要素であり、さらに理解を深めたいと考えています。
大気汚染、公衆衛生、政策
大気汚染に国境はありません。そのため、私たちの研究は世界規模で影響を持ち、政策決定者や公衆衛生当局者はこれを真剣に受け止めるべきです。
大気浄化法は、環境保護庁に対し、国家大気環境基準の策定を義務づけています。この基準は、子どもや高齢者などの影響を受けやすい人々を守るため、十分な安全余裕を確保するものです。2012年、EPAは米国のPM2.5基準を厳格化しました。それでも2015年には、約2,400万人が、年間を通して粒子状物質の濃度が健康に有害な水準にある郡に住み、4,100万人以上が短期的な汚染濃度の急上昇が発生した郡に住んでいました。
近年の研究によると、米国では2000年から2012年にかけて認知症の有病率が低下しました。しかし、この傾向が大気汚染規制に関連しているのか、また近年の低いPM2.5濃度への曝露が、特に認知症リスクのある高齢の米国人にとって、依然として長期的な脅威となるのかは分かっていません。
PM2.5への長期曝露が実際に認知症リスクを高めるのであれば、公衆衛生機関は、大気汚染に関連するすでに大きな疾病負担と医療費を過小評価していることになります。たとえば、世界保健機関（WHO）によるPM2.5が引き起こす世界の疾病負担に関する最新評価には、認知症が含まれていません。インド、中国、その他多くの発展途上国では、大気汚染の濃度が米国よりはるかに高くなっています。
同様に、EPAは推定しています。大気浄化法による便益は1990年から2020年の間に約2兆米ドルに達し、その多くは死亡や疾病の減少によるものです。粒子状物質による汚染と認知症に関連があるなら、大気浄化法の便益はEPAの推定をさらに上回る可能性があります。
米国のアルツハイマー病対策国家計画は、2011年に成立した法律に基づいて策定され、2025年までにアルツハイマー病を予防するか、効果的に治療することを目指しています。EPAの業務を損なったり、大気浄化規制を緩和したりする措置は、意図しない結果を招き、この目標の達成を困難にすると私たちは考えています。
