アンチエイジングは宇宙に注目 ISSは最先端?
年を取れば人は老化する。だがそうした変化が、別の原因でも引き起こされることはあまり知られていない。宇宙旅行だ。
このたび、学術誌「Cell」とその姉妹誌である「Cell Reports」「iScience」「Cell Systems」「Patterns」の5誌が連携し、「宇宙飛行の生物学」というテーマの下、一挙に29編の論文を2020年11月25日付で発表した。
研究に参加した科学者は総勢200人以上。宇宙滞在の経験者全員の1割以上にあたる56人の宇宙飛行士を対象に、宇宙滞在がもたらす生物学的な影響を調査した。結果、宇宙での暮らしが、人間や動物の遺伝子、ミトコンドリアの機能、細胞内の化学的バランスを乱し、健康に様々な影響を引き起こすことなどが報告された。
「宇宙は地球上とはまったく異なる極限の環境なので、その影響は全身に及びます」と、複数の研究に参加した米コロラド州立大学の放射線科医スーザン・ベイリー氏は話す。
宇宙滞在が健康に及ぼす影響はいくつかの点で、がんや骨粗しょう症といった加齢に関連する疾患と似ている。このことは、火星の有人探査など長期にわたるミッションでは大きな問題となる。一方で宇宙という独特の環境は、老化の生理学を研究する絶好の機会を提供してくれる。
宇宙空間では、心臓、血管、骨、筋肉が、自然な老化の10倍以上の速さで衰えると推定されている。つまり、老化のプロセスを研究したい科学者は、研究対象が地球上で自然に老いるのを待たなくても、国際宇宙ステーション(ISS)で実験すれば、健康への影響を早回しで調べることができるのだ。
ただし、宇宙滞在が引き起こす変化は老化と完全に同じではない。そのうえ、変化の多くは地球に帰還すると元に戻る。科学者たちはその点を強調するが、それでも両者の比較は有用だ。宇宙での生活は、慢性的な過程としての老化を理解するのに役立つだけでなく、私たちを老いから守る新しい方法を教えてくれるかもしれない。
宇宙環境が生体にもたらす様々な影響
地球の重力と条件の下で進化してきた私たちは、地球以外の環境で生きるようには最適化されていない。宇宙滞在が与える影響は細胞の種類によって異なると、ISS米国国立研究所の暫定チーフサイエンティスト、マイケル・ロバーツ氏は説明する。宇宙では体が最適に機能するためのバランスがリセットされ、細胞の反応のしかたが変わってしまう。
微小重力下では、心臓や骨や筋肉は地球上ほど懸命に働く必要がないため、やがて機能が低下してしまう。液体の流れ方も変わってくるので、脳組織のように液体で満たされた組織は変形する可能性がある。また、地球大気圏外では強い放射線によりDNAが損傷し、がんのリスクが高まる懸念がある。ISS内のわずかに高い二酸化炭素濃度も、宇宙飛行士の生理機能を狂わせるおそれがある。
宇宙飛行が人体に与える影響の研究は、以前からも行われていた。なかでも代表的なものが、米航空宇宙局(NASA)の宇宙飛行士であるスコット・ケリー氏とマーク・ケリー氏を被験者として、広範囲に及ぶ健康観察を行った研究だ。この双子研究には10の研究チームが参加し、宇宙に1年間滞在したスコット氏の分子的・生理学的変化をモニターし、地球上に残った一卵性双生児の兄弟であるマーク氏のデータと比較した。
研究チームは、ケリー兄弟から採取した300以上の生物学的サンプルから、2人の間で遺伝子の発現、マイクロバイオーム(体内の微生物の集団)、認知機能、血管系などの変化に差があることを明らかにした。
なかでも、スコット氏の「テロメア」の長さが変化したというベイリー氏の発見は衝撃的だった。テロメアは染色体の末端にあり、染色体を損傷から守る役割を果たしている部分だ。テロメアの長さは、食事から生活習慣、精神的な幸福度に至るまで生活のあらゆる側面に影響され、加齢とともに短くなるため、老化や健康状態を示す良い指標になるとベイリー氏は説明する。
宇宙滞在中のスコット氏のテロメアは、科学者の予想に反して全体的に長くなっていたが、地球に帰還すると急速に縮んでいき、最終的には出発前よりも短くなった。
これについてベイリー氏は、「短いテロメアは心臓血管疾患、長いテロメアはがんと関連しているので、どちらが良いというものではありません」と話す。
筋肉の減少を防ぐ薬
ケリー兄弟の双子研究は被験者が1組だけだったのに対し、今回の研究では、宇宙で数カ月過ごした数十人の宇宙飛行士を調べることで、テロメアの変化をはじめとする双子研究の知見が確認された。また、一連の生理学的変化を記録し、それらを引き起こすメカニズムを突き止めるべく、特定のたんぱく質や遺伝子が原因となった可能性が探られた。
血液量の減少や、心臓や肺の変化など、宇宙滞在が引き起こす変化の一部は、軌道上で一定期間過ごしているうちに安定するようだ。しかし、宇宙飛行士がISSに滞在した期間は十分に長いとは言えず、こうした体の変化が最終的に一つの安定した状態に落ち着くとは断言できない。
宇宙は、加齢に関連する薬の候補をテストするのに適した環境でもある。4月21日に学術誌「PLOS ONE」に発表された最近の研究では、米製薬大手イーライリリーの研究チームが、ISSで飼育されているマウスの筋肉の減少を、ある抗体薬で防げるかどうかをテストした(同社が開発した新型コロナ抗体薬は最近、米食品医薬品局(FDA)から緊急使用許可を取得している)。
研究チームは、宇宙飛行士と同じく宇宙で暮らすマウスの筋肉も、萎縮したり弱くなったりすることを確認した。しかし、抗体薬を注射されたマウスの筋肉は保たれた。このような薬は、長期のミッションで微小重力が宇宙飛行士の体に及ぼす悪影響を打ち消したり、地球上でも筋萎縮の治療薬として使われたりする可能性がある。
生体機能チップで実験
科学者たちは、実験動物よりもうまく人の体の反応を再現できる道具を使うようになりつつある。生体機能チップだ。チップはUSBメモリーほどの大きさで、人体の縮図のようにふるまうように、中で細胞や組織を培養できる。
18年にISSで初めて生体機能チップを使った実験が行われた際に、共同実験チームを率いた人物が米カリフォルニア大学サンフランシスコ校の免疫学者ソーニャ・シュレプファー氏だ。氏は免疫系の老化に注目し、衰えた免疫系を若返らせることができるかどうかを研究している。
宇宙での暮らしが老化を早めるのであれば、宇宙から細胞を持ち帰ることで老化の進行を止めたり逆戻りさせたりできるかもしれないと、シュレプファー氏は言う。「もし老化の進行が可逆的である理由を理解し、そのしくみを解明できれば、患者の老化を逆転させるスイッチを入れることができるでしょう」
スコット・ケリー宇宙飛行士のテロメアの長さは地球に帰還した後に短くなったし、遺伝子発現の変化や骨量の減少なども帰還後には消えている。
シュレプファー氏のチームは、生体機能チップでも同様の変化が観察された場合、そのきっかけとなる分子を探りたいと考えている。老化の逆転に関わるたんぱく質や遺伝子を特定することができれば、高齢者や免疫機能が低下している患者のための抗老化療法を開発する助けになるかもしれない。研究者たちは現在、21年3月にISSで始まる第2ラウンドの実験の準備を進めている。
宇宙とアンチエイジング
研究者たちは、宇宙という極限環境を利用して、人々をより健康にする創造的な解決策を追求している。新しい研究の取り組みとしては、幹細胞から骨芽細胞への分化を誘導して骨組織を補充する金属ナノ粒子治療薬や、放射線に強い微生物クマムシのたんぱく質をヒトの細胞内で働かせる研究などがある。
人間の宇宙への適応力を高めようとする努力から生まれたこれらの治療法は、地球上に住む大勢の人々を苦しめる加齢に関連した疾患の治療に利用できるようになる可能性がある。最終的には、宇宙への適応の研究とアンチエイジング治療の研究が、互いに発展を促す関係になるだろう。
人類にとって宇宙が魅力を失うことはなく、多くの宇宙飛行士が、危険な宇宙環境をものともせずに任務に励んでいる。
「宇宙飛行士の仕事は過酷ですが、彼らにとってはそれこそが情熱の対象であり喜びなのです」とベイリー氏は語る。「宇宙飛行士の努力が、彼ら自身のテロメアの長さの維持に役立つことを願ってやみません」
(文 SHI EN KIM、訳 三枝小夜子、日経ナショナル ジオグラフィック社)
[ナショナル ジオグラフィック ニュース 2020年9月8日付]
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