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「水」から読み解く生命现象
－体内の「水」を知ることは、私たちを知ること－
医学部薬理学教室 安井正人教授
2017/11/17
私たちにとってなぜ
「水」は重要なのか？
体内に存在する「水」のふるまいにとことん着目して、生命现象を理解するために日夜研究を重ねているのが、信浓町キャンパスにある医学部薬理学教室を率いる安井正人教授です。
「私たちが饮んだ水は、吸収されたのちに血液から细胞へと渡り、唾液や涙、汗、尿へと役割を変えて変化して、最后には体外へと出ていきます。生命现象を考える上で、水は非常に大事な役割を担っているんですよ」と安井教授は语ります。
たとえば、病気の検査を考えます。糖尿病の検査では尿を採取して「血糖値」を测りますし、がんの検査をするときは“バイオマーカー”という特定の疾患に反応する物质を血液や尿から测定します。これまでの医学では、尿や血液に溶けている特定の物质の「浓度」を见ることで、体の状态を调べてきました。しかしこの方法だと、别の病気について诊る场合は别の物质の浓度を再び测らねばなりません。また、见るべき“バイオマーカー”がまだ见つかっていない疾病の场合は、検査手法が确立されるまでなんの手出しもできなくなります。
そこで登场するのが、体内に存在する「水」です。液体に溶けている物质を「溶质」、溶かしている液体を「溶媒」ということを中学校の理科で习ったのは覚えているでしょうか。そもそも体内の「水」は溶媒としていろいろな溶质を溶かしこんでいます。これまでの医学では、この「溶质」に着目して病気の诊断などを行っていたわけです。しかしここ薬理学教室では、「溶媒」として体内で働く水に着目しています。
「水は物质を溶かしこむと、接している水分子との间で相互作用が起きて、水分子の状态（水素结合のパターン）が微小に変化します。この変化を详しく见る（科学的に测定?记述する）ことができれば、体に何が起こっているのかがわかるというわけです」と安井教授は话します。
水はどんな人でも共通して持っている溶媒だからこそ、その変化からさまざまな情报を得ることができるといいます。「ウォーターミラー?アプローチ」と呼んでいるこの手法が本当に実用化されたら、医学における検査の常识が変わるはず、と安井教授は断言します。
ありふれた「水」に
注目する理由
「大人だと体のおよそ7割が水だといわれますが、胎児だと9割にもなります。さらに羊水という水の中で10ヶ月かけて大きくなって、外の世界へと出てきます。诞生の直前までは水に満たされていた肺は、诞生直后に水がなくなりますよね。それによって呼吸をすることができるようになるわけです。生物学者のヘッケルがいうように、诞生の际にはまるで生物が海の中から陆に上がるようなダイナミックな変化が起こります。これが水に兴味関心を持つようになった出発点です」と安井教授は话します。
「胎児のときに肺を満たしていた水がなくなるメカニズムは、これまでは产道を通るときに圧迫されて肺から体外へと押し出されると考えられてきました。しかし実は『アクアポリン』というタンパク质が重要な役割を担っていることがわかってきています」と安井教授は力をこめます。
「临床は、モグラたたきのように症状が表れてから対処する日々です。そうではなく、モグラが地面の中をどう动いているか知りたいと思ったのです」。また、小児科医として「発达」という観点で病気を理解したいという思いが强くなっていきました。実际、临床现场で働く小児科医は、患者の年齢がほんの数年违うだけで、同じような病気でも薬の种类や対処法を変えねばなりません。発达に応じた対処の违いを専门的に勉强することは必须になりますが、中にはまだメカニズムが解明されていないものも多いのです。
研究者として「発达」と向き合う中で、安井教授は「水」と大きな関わりを持つことになります。たとえば、大人は大量の汗をかくとそのぶん尿を浓缩して体内の水分量をコントロールできますが、赤ちゃんは尿の浓缩をうまく行えないため脱水や热中症などの障害を起こしがちです。一方で、赤ちゃんは母乳やミルクという水分の形で栄养を摂取していることから、その仕组みは理にかなっている面もあります。安井教授はこの「発达の度合いにより体内の水分量に违いがある」「発达の违いで水循环の活発さが异なる」ということに何か意味があるのではないか、と考えるようになります。
さらには、体内を巡る「水」の通り道についての研究も始めます。
そこで、重要な働きをしているのが、水チャネル、即ちアクアポリンです。アクアポリンは、细胞表面で水だけを选択的に通す“水の通り道”としての役割を担うタンパク质です。これまでに见つかっている13种类のアクアポリンは、现れる部位や働きもそれぞれ异なっています。
「その中の1种类が、胎児の肺の中にある水を体内へ吸収する役割を担っていると考えられるようになりました。汗をかいたり唾液が出たり尿が浓缩されたり、私たちの体内ではアクアポリンを通じて実に大量の水がやり取りされています。もちろんわかっている事柄は氷山の一角で、まだまだわからないことだらけですけれどね」
こうして医学的な観点から「水」へ、とことん注目した研究を行うようになります。
「水」の违いを“みる”方法
体内をめぐる水の“违い”をどうやって観察しているのでしょう。水は酸素（翱）原子一つと水素（贬）原子二つが结合した水分子（贬2翱）からできていますが、この翱と贬が结合している部分は常に水分子に固有の振动をしています。水の状态（水素结合のパターン）の変化が、この振动のちょっとした変化を生み出し、赤外线を当てることでそれを测定できるといいます。
また、この手法では短い波长から长い波长までひと続きの情报（スペクトル）を一気に得ることができます。このデータを継続して蓄积していけば、测定后でもさまざまな情报について新たな解析を行うこともできます。
「今使われている『惭搁滨検査』では、体内の水が持っている贬原子の核スピン情报からガンや炎症を诊ています。がん组织の『水』から出てくる信号が正常な组织と违うから见分けがつくわけで、僕たちがやりたいことを実証していることに他なりません。しかし、この违いが原因と结果のどちらからくるのかは、まだわかりません。水のふるまいをもっと详细にとらえることで生体机能を基础から考えたい、という研究を地道に行っています」
一方、安井教授は、生体内の水の研究を进めるにあたり実际に「见る」ことにとても力を入れています。
「公司と力を合わせて、水を『见る』顕微镜を作りました。私たちの体内、细胞の中で交换されている水を见る顕微镜です。一つのアクアポリンを通じて1秒间に3×109个の水分子が行き来しています。その“通り道”が赤血球の细胞一つに30万个存在します。それだけダイナミックに水を循环させる必要があるということなのですが、この顕微镜では水をやり取りするスピードまで生きている状态でそのまま测ることができます」
さらには近年の技术革新の甲斐もあり、コンピュータによって计算时间が飞跃的に短くなったため、水分子がやり取りされる様子を颁骋で再现することもできるようになりました。
「研究を始めた10年ほど前は计算に3ヶ月ほどかかっていましたが、今ではスーパーコンピュータを使えば3日でできます。その分、もっと长い时间がかかる现象も解析できるようになりました。颁骋にして视覚的に伝えることができれば、どんな人にも何が起こっているのかわかりますよね」
さらなる「水」の可能性
－先に目指すもの
「复雑な状态を単纯化すると、见えなくなるものがある。もちろん方法论としては大変な作业になるのですが、システムを理解するにはシステムのまま见ていきたいのです。私たちの体を一つのシステムと考えたときに、全てを繋いでいるものは水ですね。だからこそ、水を详しく知りたい。キープレーヤーの役割がわかれば、体が変化するメカニズムが次々にわかる可能性を秘めています」と安井教授は力をこめます。
构成人数は20人ほどという薬理学教室ですが、その専门领域は多岐にわたります。农学、理学、薬学、数学……、医师は安井教授だけだといいます。さらに、研究を进める上では理工学部や公司との连携も行うなど、连携相手の幅広さも特徴的です。ここから、何か一つに特化した研究を进めているわけではなく、とにかく生命现象全体を全体のまま理解したい、将来の健康促进に繋げたい、という热意が见えてきます。
「医学部の研究者である以上、出口としては疾患の诊断や治疗、予防に繋げたいですね。このような生体情报が毎日ノーストレスで取れるようになったら、どれだけ日々の健康に贡献できるようになるでしょうか。匠のような医师に相谈しなくても、数字で出せれば定量化できる。これは、これまで感覚的なものに頼らざるを得なかった医疗教育の分野にも応用できるはずです」
超高齢化社会に突入し、健康维持は大きな社会问题にもなるでしょう。治疗だけでなく予防することに対する関心がさらに高まっていくのは间违いありませんし、早期発见よりも早くに手を打つ体调管理や健康増进といった“攻めの予防”は私たちにとって必要不可欠になるでしょう。私たちの研究は、そのようなことにも贡献できると考えています。
「诗人の大冈信さんが书いた诗に、『地表面の七割は水／人体の七割も水／われわれの最も深い感情も思想も／水が感じ 水が考へてゐるにちがひない』（「故郷の水へのメッセージ」より）というものがあります。この感覚に挑戦したい。私は医者?科学者としてこの4行を超えたいな、とチャレンジを続けています」
前を向く安井教授の挑戦は、さまざまな分野?组织を巻きこみながらさらに进んでいきます。
1989年慶應義塾大学医学部卒業。1989年聖路加国際病院小児科レジデント。1992年東京女子医科大学母子総合医療センター新生児室助手。1993年よりスウェーデンへ留学。1997年スウェーデン王国カロリンスカ研究所大学院博士課程修了、Doctor of Philosophy取得。1997年米国ジョンズ?ホプキンス大学医学部ポストドクトラルフェロー。1999年米国ジョンズ?ホプキンス大学医学部講師、2001年米国ジョンズ?ホプキンス大学医学部助教授。2006年より慶應義塾大学医学部薬理学教室教授、現在に至る。
※所属?职名等は取材时のものです。
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