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長期宇宙滞在、ヒトの身体内で変化する血清タンパク質を明らかに-横浜市大ほか

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2024年02月07日 AM09:00

宇宙飛行士の健康リスクや宇宙滞在で引き起こされる生物学的な変化はほとんど未解明

横浜市立大学は1月30日、国際宇宙ステーション(ISS)での長期宇宙滞在ミッションに携わった宇宙飛行士の血清プロテオーム大規模解析を行い、長期間の軌道上ISS滞在が生体内に及ぼす影響や生体内適応メカニズムを理解するための新たな知見を得たと発表した。この研究は、同大先端医科学研究センタープロテオーム解析センターの木村弥生准教授、井野洋子特任助教、中居佑介共同研究員、大平宇志共同研究員、大学院医学研究科運動器病態学の熊谷研准教授、ライオン株式会社の江頭健二研究員、宇宙航空研究開発機構(JAXA)らの研究グループによるもの。研究成果は、「Proteomics」にオンライン掲載されている。


画像はリリースより
(詳細は▼関連リンクからご確認ください)

宇宙空間では、微小重力、宇宙放射線、高濃度二酸化炭素、閉鎖環境に伴うストレスなど、さまざまな要因によって健康な組織の機能が低下することがあり、ISSに滞在する多くの宇宙飛行士は、長期宇宙滞在ミッションに伴うさまざまなリスクに直面している。しかし、宇宙飛行士の身体内において誘発される生物学的適応に関連するメカニズムは、ほとんど解明されていない。従って、宇宙飛行がヒト体内に及ぼす影響を分子レベルで理解し、微小重力などへの適応反応を抑制する対策を講じることは、長期の宇宙飛行ののち、地球外惑星に着陸するミッションを成功させるためにも不可欠である。

血液は全身を循環し、さまざまな組織・細胞から分泌または放出されたタンパク質を多く含むため、血液中のタンパク質を網羅的に調べることで生体内の状態を推定することができる。そこで研究グループは、宇宙飛行士から宇宙飛行前、軌道上ISS滞在中、さらには宇宙飛行後と経時的に血清を採取し、プロテオーム解析技術による網羅的な解析により、長期宇宙滞在ミッションに伴う血清タンパク質の量的変動を明らかにすることで、長期宇宙滞在ミッションの影響を受けた生体内組織・細胞に生じるさまざまな変化に関連するタンパク質を検出できると考えた。

長期ISS滞在後に骨量減少傾向を示した宇宙飛行士6人のプロテオーム解析を実施

宇宙飛行前に比べて長期ISS滞在後に骨量減少傾向を示した6人の宇宙飛行士から、宇宙飛行前(3ポイント)、ISS滞在中(4ポイント)、宇宙飛行後(5ポイント)の計12ポイントで血清サンプルを採取し、包括的なプロテオーム解析を行った。その結果、合計72の血清サンプルからデータを取得し、溶血の影響により定量解析に利用できなかった2サンプルを除く合計70の血清サンプルのデータを用いた主成分分析から、血清プロテオームプロファイルは採血ポイントごとに異なることが明らかになった。

滞在による変化、帰還直後に回復するタンパク質と1か月程度継続するものが存在

また詳細な解析の結果、ISS滞在直後に血清中量の減少を示したタンパク質(細胞接着・細胞外マトリックス構成関連タンパク質を含む)のほとんどは、ISS滞在1か月後には宇宙飛行前のレベルにまで回復しており、このような減少反応の多くは一過性のものであることがわかった。一方で、ISS滞在直後に血清中量の増加を示したタンパク質(自然免疫応答関連タンパク質を多く含む)の多くは、宇宙飛行直後に宇宙飛行前のレベルまで減少した。これらタンパク質の量的変動は、打上げに伴うストレス応答や宇宙空間での微小重力などの宇宙環境ストレスに対する生体内組織・細胞の適応機構を反映している可能性があるが、その影響は一過性であると考えられた。

また長期宇宙滞在に伴い量的変動を示す血清タンパク質の中には、その影響が地球帰還直後に回復するタンパク質と、1か月程度継続するタンパク質が存在することが明らかになった。さらに骨代謝関連タンパク質(COL1A1、ALPL、SPP1、およびPOSTNなど)の血清レベルは、長期宇宙滞在ミッションにおける骨代謝状態を示す客観的指標として機能する可能性がある。

宇宙飛行士の健康リスク予測や、骨量減少・筋萎縮に関わるタンパク質探索にも活用

今回の研究は、長期宇宙滞在ミッションに伴う生体内適応メカニズムに関する新たな知見の発見につながり、宇宙飛行士の健康リスク増加を予測できる客観的指標の発見に貢献することが期待される。「今後は、研究成果を骨量減少や筋萎縮にかかわるタンパク質の探索にも活用し、臨床応用を目指す」と、研究グループは述べている。

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