宇宙空間で起こる骨量減少がメラトニンにより抑制されることを、金沢大学、東京医科歯科大学、岡山大学らの共同研究グループが発見した。

 骨の成長や維持には刺激が必要であり、重力のない宇宙では骨からカルシウムが抜けて骨量が低下してしまう(骨吸収)。宇宙に長期滞在する宇宙飛行士の骨量低下問題を解決するため、本研究グループは、微小重力下での破骨細胞(骨を溶かす細胞)と骨芽細胞(骨をつくる細胞)の挙動解明に取り組んできた。

 今回、哺乳類の骨と同様のホルモン応答を示すキンギョのウロコを骨モデルとして、国際宇宙ステーション「きぼう」において宇宙実験を行った。まず、ウロコの骨芽細胞で、概日リズムを調節するホルモンであるメラトニンが作られること、宇宙空間ではメラトニンの合成に関与する酵素の発現が低下し、メラトニンが低下することを明らかにした。

 そこで、宇宙空間におけるメラトニンの作用を調べるため、メラトニンを添加した培地と無添加の培地でウロコを培養する比較実験を行った。その結果、メラトニン無添加の培地では、わずか3日間の培養でいくつもの破骨細胞が融合して多核化の活性型の破骨細胞になり、骨吸収が促進されることが分かった。さらに、骨芽細胞で骨吸収を促進する因子であるRanklの遺伝子発現が上昇し、骨吸収を抑制するホルモンであるカルシトニンの遺伝子発現が抑制されることも分かった。一方、メラトニンを添加した培地では、Ranklの発現が抑制され、カルシトニンの発現も正常だった。

 以上から、宇宙ではメラトニンが低下し、カルシトニンの分泌が抑制されることが、骨吸収を促進させる機構の一つであることが明らかとなった。逆に言えば、メラトニンはカルシトニンの分泌を刺激し、骨吸収を抑制する効果を持つと言える。本知見から将来、メラトニンが宇宙飛行士の骨量低下の予防・治療薬に活用されることが期待される。

論文情報:【Journal of Pineal Research】Melatonin is a potential drug for the prevention of bone loss during space flight

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