宇宙での長期滞在でヒトは生化学的にどう変化する？　横市大が解析を実施

横浜市立大学(横市大)と宇宙航空研究開発機構(JAXA)の両者は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6人の宇宙飛行士から、宇宙飛行前、軌道上ISS滞在中、宇宙飛行後に採取した血清について、包括的な血清プロテオーム解析を行った結果、長期宇宙滞在ミッションに伴い変動するタンパク質を明らかにし、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ることができたと共同で発表した。

同成果は、横市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、同・井野洋子特任助教、同・中居佑介共同研究員、同・大平宇志共同研究員、横市大大学院医学研究科運動器病態学の熊谷研准教授、ライオンの江頭健二研究員らの共同研究チームによるもの。詳細は、プロテオミクスとその関連分野全般を幅広く扱う学術誌「Proteomics」に掲載された。

微小重力や宇宙放射線、さらにはISSという人工的な閉鎖環境がもたらす高濃度CO₂やストレスなど、宇宙飛行士が働く空間は非常に過酷な環境だ。ISSでの長期滞在の後に地球に帰還した宇宙飛行士は、自力では立てないほど筋力が衰えてしまうなど、身体への悪影響があることはよく知られている。

しかしまだ不明な点も多く、特に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、そのほとんどが解明されていないという。宇宙飛行がヒトの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、2030年代以降に計画されている火星への有人探査ミッションにおいて必要不可欠と考えられている。

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可能だ。そこで今回の研究では、宇宙飛行士から宇宙飛行前・軌道上ISS滞在中・宇宙飛行後の経時的な血清の採取を実施。そして、プロテオーム(特定の細胞・組織において、特定の条件下で発現しているすべてのタンパク質のこと)の解析技術を用いた網羅的な解析を行い、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を目指したという。これにより、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察したとのことだ。

6人の宇宙飛行士血清試料採取スケジュール。飛行前の3ポイント(Pre1、Pre2、Pre3)、ISS滞在中の4ポイント(F1、F2、F3、F4)、飛行後5ポイント(Post1、Post2、Post3、Post4、Post5)で採決が行われた。採血実施日は、宇宙飛行前・ISS滞在中は打ち上げ日(L)から数えた日数(d)、宇宙飛行後は地球への帰還日(R)から数えた日数(d)が、全宇宙飛行士の中央値[最小-最大]で示されている(出所:横市大プレスリリースPDF)

宇宙飛行前に比べて長期ISS滞在後に骨量減少傾向が示された6人の宇宙飛行士から、血清サンプルが宇宙飛行前(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ポイント採取された。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。

宇宙飛行士血清プロテオーム解析データを用いた主成分分析。(A)全行程。(B)ISS滞在直後(#F1:黄)とISS滞在後の地球帰還直前(#F4:赤)。(C)ISS滞在中(#F:赤)と地上(宇宙飛行前後、#Preと#Post:青)(出所:横市大プレスリリースPDF)

また詳細な解析の結果、ISS滞在直後(F1)に血清中量の減少が示されたタンパク質(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)の大半は、ISS滞在1か月後(F2)には宇宙飛行前(Pre)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確認された。その一方で、ISS滞在直後(F1)に血清中量の増加が示されたタンパク質(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(Post)に宇宙飛行前(Pre)のレベルまで減少したという。