筋肉を収縮させ、動かすことが神経損傷後の神経の回復と成長を促すことが、新たな動物実験で明らかになりました。

運動中、筋肉はマイオカインと呼ばれる化学物質を放出します。マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者は、マイオカインにさらされた運動ニューロンは、さらされていないものよりも4倍も成長することを発見しました。筋肉の収縮による物理的な力を模倣して神経を伸ばすことで、同様の成長結果が得られました。

運動ニューロンは、体を動かすのに役立つ神経です。環境からの刺激を感知する感覚ニューロンや、認知を司る皮質ニューロンとは異なります。

研究者は、この研究結果は、筋萎縮性側索硬化症（ALS　 ルー・ゲーリッグ病とも呼ばれる）の、運動ニューロンに影響を与える神経変性疾患に有望であると述べています。

「私たちの希望は、この筋肉から神経へのシグナル伝達を利用して、損傷や神経変性疾患後の神経再生を促進することですが、今回の研究は健康な組織のみを対象としているため、この効果が病気の組織で機能するかどうかはまだ示せていません」と、研究の上席著者であり、MITの機械工学助教授であるリトゥ・ラマン(Ritu Raman)氏は、本紙の取材に電子メールで答えました。

運動で誘発される筋肉の化学物質が神経細胞の成長を促進

神経は筋肉を制御することが知られていますが、最近の研究では、運動によって筋肉も神経の健康に影響を与えることが示されています。特に、脳や脊髄の外側にある末梢神経に影響を与えます。

マイオカインは、全身の細胞や組織とコミュニケーションをとり、さまざまな生物学的プロセスに影響を与える分子です。筋肉は主に運動中にマイオカインを生成しますが、他の細胞も身体活動中にこれらの分子を放出します。

11月10日付のAdvanced Healthcare Materials誌に掲載された新しい研究結果では、運動が神経の成長を促進する仕組みについて詳しく検証しています。研究チームは、光に反応して収縮する遺伝子組み換えマウスの筋肉を培養しました。筋肉はゲル状のマットの上に置かれ、5日間毎日30分間「運動」させました。研究チームは、運動させた筋肉の周囲の溶液（マイオカインやその他の分泌物が含まれていると考えられています）を採取し、それをニューロンに塗布しました。

「運動」溶液にさらされたニューロンは、神経成長のあらゆる測定基準において著しい増加を示しました。それらは4倍以上の長さに成長し、突起は1.5倍の距離に伸び、コントロールよりも2.9倍以上の面積を覆いました。

また、培養された筋肉の一部は自発的に収縮し、これは筋肉培養では一般的な行動です。研究者は、これらの収縮した筋肉から分泌されたマイオカインも神経細胞の成長を促進することを発見しましたが、運動した筋肉の溶液の方がより大きな効果がありました。このことは、より激しい筋肉の活動がより大きな神経細胞の成長を促進することを示唆しています。

この新しい研究は、チームのこれまでの研究結果を基にしています。2023年、研究者は筋肉と神経のコミュニケーションの理解において画期的な進歩を遂げました。手足に損傷を負ったマウスに、研究室で培養した筋肉移植片を使用し、筋肉の収縮だけで新しい神経と血管の成長が促進され、2週間以内に完全な運動機能が回復することを実証しました。この発見は、筋肉の活動が新しい神経接続の形成に重要な役割を果たしていることを示唆しています。

さらに分析を進めたところ、運動に似た筋肉の収縮を繰り返すことで、神経の成長、標的の発見、筋肉との結合を助ける細胞シグナルが活性化することが明らかになりました。

筋細胞刺激因子の不在下における神経の伸長

神経は筋肉に物理的に結合しているため、筋肉の収縮のたびに神経も動きます。そのため、研究チームは、運動中の物理的な力が神経に与える影響についても調査しました。

別のニューロン群を培養し、同じゲルマットを使用しました。このマットには小さな磁石が埋め込まれており、外部の磁石によってゲルが前後に揺さぶられるように作動します。これによりマットが振動し、実際の筋肉収縮時にニューロンが受ける力をシミュレートします。神経を1日30分、5日間運動させました。

マイオカインにさらされた神経と同様に、機械的に刺激された神経は、すべての成長指標において著しい増加を示しました。神経はほぼ3倍の長さに成長し、単一の突起は1.5倍の距離に伸び、コントロール群よりも3倍以上の面積を覆いました。

しかし、両方のタイプの刺激がニューロンの成長を促す一方で、遺伝子レベルで強い変化を引き起こしたのは生化学的シグナルだけでした。具体的には、ミオカインにさらされたニューロンは、神経の成長と成熟に関連する遺伝子活性の増加を示し、他の神経や筋肉とつながる能力を高めました。

意味合いと今後の方向性

マウス由来の組織とヒト組織では放出される分子の違いの可能性があるのではないかと研究者は指摘しており、今後の研究では、こうした違いを比較して理解を深める必要があると述べています。

「私たちの研究はマウスの細胞株を用いた試験管内での研究です」とラマン氏は述べ、現在、研究チームはマウスモデルを改良してヒト細胞を使用できるようにしているところだと付け加えました。

「筋から神経へのシグナル伝達が、外傷やALSなどの疾患後の神経再生を促進するのに利用できるかどうかを研究しています」と彼女は述べました。

「もし我々の発見がヒトのモデルに適用されるなら、筋肉組織に電極を直接埋め込むことで、治療的な筋肉刺激が達成できるでしょう」とラマン氏は付け加えました。

神経の成長と治癒は、外傷による神経損傷から、化学療法や代謝の問題による末梢神経障害に至るまで、さまざまな症状の治療に不可欠です。この研究には参加していないスポーツドクターで、Garage Gym Reviewsの認定パーソナルトレーナーであるマイケル・マーシ(Michael Masi)氏は本紙にこのように語りました。

研究結果に沿って、彼は、筋肉を完全に収縮させることは、神経修復を助ける生化学的および機械的な経路の両方を刺激すると指摘しました。しかし、彼は、この種の運動は常に適しているわけではないと警告しています。特に、炎症がある場合や神経がひどく損傷している場合など、治癒の急性期には適していないと警告しました。

このような場合、彼は2つのアプローチを推奨しています。患部に負担をかけずに身体の自然治癒プロセスを刺激する、影響を受けていない手足の運動による間接的な治癒、または患部に対する穏やかな、目的を絞った運動です。

マーシ氏は、この研究は神経の治癒を促進する筋細胞から放出される「外分泌効果」を示唆していると述べています。外分泌効果は、分泌された物質が、その物質が分泌された器官を助けることを意味します。

運動によって分泌されたマイオカインの効果を模倣するサプリメントや薬剤の開発の可能性について尋ねられたラマン氏は、マイオカインの組成が特定されれば、それを直接合成して治療薬として使用することが選択肢のひとつになると述べました。この発見は、運動療法だけに頼らずに神経損傷を治療する新たな道を開く可能性があります。

この研究結果は、筋肉の収縮が神経の健康に与えるポジティブな効果についての理解を深めるものです。この研究に関与していないイギリス在住の神経生理療法士、ギャビン・ウィリアムズ氏は大紀元にこのように語りました。

「長期的には、これらの洞察は神経学や、神経疾患の治療における理学療法や作業療法のアプローチに貴重な示唆を与える可能性があります」と彼は述べています。

（翻訳編集　呉安誠）