サンショウウオは、四肢全体を再生させるなど、再生能力で知られています。人間にはこの生物学的な技は不可能ですが、新たな研究により、これまで知られていなかった、進化の過程で受け継がれてきた人間の再生能力が明らかになりました。
私たちの体は、関節の損傷した軟骨や酷使された軟骨を修復する能力を保持している、と本日Science Advances誌に掲載された新たな研究は述べています。驚くべきことに、この治癒プロセスのメカニズムは、両生類や他の動物が失った四肢を再生するために用いるものと実質的に同じであると、研究は述べています。
これまで知られていなかったこの人間の能力を発見した科学者たちは、今回の発見が、変形性関節症を含む一般的な関節疾患や損傷を治療する強力な新たな治療法につながることを期待している。さらに根本的な点として、この治癒メカニズムは「関節の修復を促進し、ヒトの四肢再生の基盤を確立するために活用される可能性がある」と、著者らは論文に記している。
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アホロートル、ゼブラフィッシュ、ビチルフィッシュなど、一部の動物は体の様々な部位を再生することができます。特にアホロートルは、四肢、臓器、さらには脳の一部まで再生できるという点で特別な存在です。人間が四肢全体を再生できないことは目新しいことではありませんが、科学者たちは以前、人間は関節の損傷した軟骨や劣化した軟骨を自己修復できないと考えていました。この人間の明らかな限界をさらに理解するため、デューク大学医学部とルンド大学の科学者たちは、軟骨中のタンパク質が実際にどれくらいの期間持続するかを明らかにしようとしました。
「このことから、膝の軟骨タンパク質は、同年代の人々の股関節のタンパク質よりも一般的に若いということに気づきました」と、DUSM医学教授で今回の研究の共著者であるバージニア・クラウス氏はGizmodoに書いています。「若いというのは、加齢とともに自然に起こる構造の変化が少ないという意味です。そこで足首の軟骨も調べようと考え、実際に足首の軟骨を調べてみると、同じタンパク質がさらに若いことがわかりました」と彼女は述べ、「このようなことはこれまで観察されていませんでした」と付け加えました。
このこれまで知られていなかった能力は、プロテオミクスを用いて発見されました。プロテオミクスでは、科学者は少量のサンプルから数千種類のタンパク質を一度に調べることができます。これにより、クラウス氏らは、軟骨タンパク質の年齢が、それらが存在する体の部位と相関関係にあることを発見しました。コラーゲンを含む軟骨タンパク質は、足首では若く、膝では中年、股関節では老化していました。
これは注目すべき発見であり、四肢再生能力を持つ動物でも同様の現象が見られ、組織の修復は末端部分、つまり末端（足の先や尾など）の方が生産的になる傾向がある。
「付属肢の再生分野では、遠位組織は近位組織（つまり内部）に比べて再生能力が高いという概念があります」と、オーストリア・ウィーンの分子病理学研究所の博士研究員プラヤグ・ムラワラ氏はギズモードへのメールで述べた。
「マウスの指先の再生がその例です」と、今回の研究には関わっていないムラワラ氏は述べた。マウスの第1指の骨を切断しても再生は可能だが、第2指の骨を切断すると再生しないという。今回の論文は、「先行研究と一致する更なる証拠を提供することで、この仮説を裏付けている」。
興味深いことに、これは人間において、股関節と膝関節の治癒に足首よりも長い時間を要する理由、そして足首が重度の関節炎になりにくい理由を説明できるかもしれません。クラウス氏がギズモードに説明したように、股関節は関節置換術が必要になる可能性が2倍高く、「変形性関節症を患った足首が重篤な病状に進行することは極めて稀である」ことを示す証拠も存在すると彼女は述べています。
この再生プロセスは、マイクロRNAと呼ばれる分子によって制御されています。この分子は進化の過程で非常に有用であることが証明されており、多くの種類の動物に出現しています。クラウス氏によると、miRNAは「組織再生に不可欠な多数の遺伝子群」を制御しており、四肢全体を再生する能力を持つ動物ではより活発に活動しています。miRNAはヒトにも存在し、これは進化の過程で受け継がれた遺伝的遺物です。私たちはもはや四肢の再生にmiRNAを使うことはありませんが、今回の研究によると、損傷した軟骨の修復には役立っています。科学者たちが新たな論文で実証したように、miRNAの活性は体内の部位に依存し、膝や股関節に比べて足首での活性が高くなっています。
「サラマンダーの四肢の再生を制御する因子が、人間の四肢の関節組織の修復も制御している可能性があることを知り、大変興奮しました」と、DUSMの分子生理学者で本論文の筆頭著者であるミンフェン・シュー氏はプレスリリースで述べた。「私たちはこれを『内なるサラマンダー』能力と呼んでいます。」
クラウス氏は、これらの発見が将来、実際の治療に応用されることを「非常に期待している」と述べた。miRNAは非常に「薬化しやすい」ため、「関節に直接注入することで、関節損傷後の修復を促進し、変形性関節症を予防したり、発症してしまった変形性関節症の進行を遅らせたり、改善したりできる可能性がある」とクラウス氏は述べた。また、著者らが論文で指摘しているように、miRNAは、他の未同定の化合物と組み合わせることで、「将来、ヒトの四肢再生を試みるための『分子カクテル』として活用できるようになる可能性がある」。
アリゾナ州立大学生命科学部の生物学者で、今回の研究には関わっていないケンロー・クスミ氏は、ギズモードへのメールの中で、「miRNAの活性化によって、将来、医師が関節炎の治療として関節を再生できるようになるかどうかが『10億ドルの価値がある問題』だ」と述べた。
ケンタッキー大学の生物学者で、アホロートルの再生能力の専門家であるランダル・ヴォス氏は、この論文は「タンパク質の代謝とmiRNAの発現に関する非常に興味深いデータ」を提示しており、「ヒトの根底にある修復メカニズム」を示唆していると述べた。ヴォス氏もこの論文には関与していないが、ヒトで「提案されている」修復反応は、サンショウウオなどの生物が「損傷した関節の軟骨を丸ごと再生させる」ために用いる修復方法とは大きく異なると述べた。ヴォス氏は、どちらのケースでもmiRNAとの関連性は「興味深い」と述べ、「しかし、ヒトの組織修復とサンショウウオの再生におけるmiRNAの必要性については、まだ多くのことが分かっていない」と付け加え、「これらの研究結果を前進させるには機能研究が必要だ」と付け加えた。
「私たち人間は4億年前にアホロートルから進化の過程で分岐したにもかかわらず、人間とアホロートルの間に共通する経路が数多く存在するというのは驚くべき発見です」とムラワラ氏はギズモードに語った。「人間が再生できない理由を説明するにはまだ長い道のりがありますが、この研究は人間とサンショウウオの四肢に多くの類似点があることを示す説得力のある証拠を提供しています。」
ムラワラ氏は、この新しい論文は「意義深い」ものであり、この分野に必ず影響を与えるだろうと述べた。今後、これらの発見は、動物の遠位部に焦点を当て、なぜこれらの部位が近位部よりも再生しやすいのかを解明する研究者の意欲を高めるだろう。今後の大きな疑問は、「遠位環境の方が組織再生に適しているのか、遠位細胞の方が再生能力が高いのか、あるいはその両方なのか」だとムラワラ氏は述べた。これらの疑問やその他の疑問は、「いつかヒトの組織再生を促進できるかどうかの答えが見つかるだろう」と彼は述べた。
