宇宙航空研究開発機構（JAXA）の宇宙環境利用専門委員会の公募事業に採択

金沢大学環日本海域環境研究センターの鈴木信雄教授と理工研究域生命理工学系の小林功准教授，文教大学の平山順教授，立教大学の服部淳彦特任教授と丸山雄介助教，株式会社IDDK（以下，IDDK）を中心とした共同研究グループは，JAXAの宇宙環境利用専門委員会の公募事業（※1）に採択され，魚類のウロコ（※2）を人工衛星に搭載して，宇宙空間で誘発される骨密度低下，放射線障害，概日リズム障害を予防する治療薬の開発を目指します。




現在，国際宇宙ステーション（ISS）には，ヒトが1年程度の長期滞在が可能となり，月や火星への有人探査や民間人の宇宙旅行も実現可能になってきています。しかし，滞在期間が長くなれば，宇宙環境が人体に与える影響が大きく，さまざまな部位に障害が生じることが考えられます（図1）。そのため，その影響の評価とともに，予防・治療薬が必要となっています。そこで，2010年実施したFish ScalesのISSを用いた宇宙実験のサンプル調製の実績および研究成果を基にして，IDDKと連携した民間の人工衛星を用いた宇宙実験を3年後に計画しています。特に，われわれが注目している宇宙環境は，①微小重力，②宇宙放射線，および③地球上のものより極端に短い明暗周期です。鈴木教授を中心とする研究グループは，2010年にスペースシャトルアトランティス号を用いて実施した宇宙実験（Fish scales）において，①および②の影響を評価し，宇宙空間における人体への影響の原因の一つとして，"メラトニンの産生量の低下"を証明しています。これより，メラトニンは①および②の影響を予防・治療できる可能性があります。メラトニンは，①および②の防御作用に加えて，生体の恒常性維持機構である概日リズムを調節するホルモンであることから，宇宙空間で乱れた③概日リズムの光応答障害もメラトニンにより治療できる可能性が高いと考えました。そこで，この光応答障害モデルのゼブラフィッシュ（※3）のウロコを用いた実験を行います。

ISSは2030年に終了することがすでに決定されています。ISSに変わる宇宙環境利用として人工衛星が有望です。月や火星への人類の進出，宇宙における人類の居住を可能にするためのリスク評価およびそれを克服するため，人工衛星を用いた宇宙実験を計画し，宇宙空間で引き起こされる疾患の予防・治療薬の開発を行う予定です。
　
　
【研究の背景】
　
宇宙環境が人体に与える影響が大きく，さまざまな部位に障害が生じます（図1）。その影響を評価するとともに，予防・治療薬が必要となります。2030年に終了するISS後の月や火星への人類の進出，宇宙における人類の居住を可能にするためのリスク評価およびそれを克服するための予防・治療薬の開発が喫緊に求められています。そこでわれわれが注目している宇宙環境は，①微小重力，②宇宙放射線および③地球上のものより極端に短い明暗周期です。微小重力下では，地上とは異なり，人体はさまざまな影響を受けます。例えば，体液循環が変化し，約2Lの水分が頭部と胸部に移動してムーンフェイスになり（図1B），骨や筋肉は萎縮します（図1D）。骨の場合は，1ヶ月に約1パーセントの割合で骨量が減少し，尿からカルシウムが排出されます。したがって，腎臓結石のリスクが高まります（図1C）。宇宙には太陽フレアによる大量の宇宙放射線や，はるか銀河の超新星爆発による宇宙飛行船の壁をも突き抜ける高エネルギー重粒子線が降り注ぐ環境にさらされます。ISSは地球を90分に1周するため，45分の明暗周期が繰り返されます（図1A）。このような特殊な宇宙環境は，人体に非常に大きな影響を与えて，さまざまな疾病を引き起こします。
　
以上のことから，われわれは骨に注目し，魚のウロコを骨モデルとして用い，2010年に宇宙実験を実施しました。われわれが実施した宇宙実験において，①微小重力による骨量低下及び②宇宙放射線の影響を評価し，これらの影響をインドール化合物であるメラトニンにより予防・治療できる可能性を示しました（微小重力：Ikegame et al., J. Pineal Res., 2019; Hirayama et al., J. Pineal Res., 2023, 宇宙放射線：Furusawa et al., Mol. Med. Rep., 2020; Hirayama et al., J. Pineal Res., 2023）。さらに，メラトニンがキンギョのウロコの骨芽細胞で産生されることを見出したことから，そのメラトニンがトリプトファンから合成される時の律速酵素（aanat: arylalkylamine N‐acetyltransferase）の発現を調べました。その結果，微小重力（F-μg）下で培養したウロコにおけるaanat mRNAの発現量は，軌道上1g（F-1g）や地上（Ground）で培養したウロコよりも低く，地上で培養したウロコと微小重力下で培養したウロコにおける発現において有意差が認められました（図2）。したがって，宇宙空間における人体への影響の原因の一つとして，"メラトニンの産生量の低下"が挙げられます。また，われわれは，宇宙放射線により生じた細胞に対する傷害をメラトニンによりレスキューできることも確認しています（Furusawa et al., Mol. Med. Rep., 2020; Hirayama et al., J. Pineal Res., 2023）。加えて，メラトニンは光を利用して恒常性を維持する概日リズムを調節するホルモンであることから，宇宙空間で乱れた③概日リズムの光応答障害もメラトニンにより治療できる可能性が高いと考えられます。以上のことから，メラトニンは宇宙空間に滞在する時の有効な予防・治療薬になる可能性が高いといえます。