これまで、これほど精密な測定は、数時間にわたって毎時間サンプルを採取する、費用と手間のかかる工程を経てのみ可能でした。「TimeSignature」と呼ばれる新たな検査では、採血はわずか2回で済みます。
「これは、朝型か夜型かを判別するよりもはるかに精密で高度な測定です」と、筆頭著者であるノースウェスタン大学フェインバーグ医学部予防医学（生物統計学）助教授のローズマリー・ブラウン氏は述べています。「人の生体時計を1.5時間以内の精度で評価することができます。
「血液検査から体内の概日時刻を把握しようとしたグループは様々ありましたが、TimeSignatureほど正確で使いやすいものはありませんでした」とブラウン氏は述べています。
同期と非同期
体内のほぼすべての組織や器官系の働きは、睡眠と覚醒のサイクルなどの概日リズムを司る体内の生物時計によって統御されています。体内時計が外部の時刻と同期している人もいれば、同期しておらず、ずれていると見なされる人もいます。
『米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences）』で報告されているとおり、Proceedings of the National Academy of Sciencesに掲載された今回の新たな検査により、研究者は、心臓病、糖尿病、アルツハイマー病などさまざまな疾患における概日時計のずれの影響を、容易に調べられるようになります。これは初めての試みです。
この血液検査が臨床で利用可能になれば、個人の体内生物時計を測定できるようになり、その人の体にとって最も効果的な時間に投薬量を調整する指針としても役立つようになります。
ソフトウェアとアルゴリズムは、他の研究者が人体の生理的時刻を評価できるよう無償で提供されています。ノースウェスタン大学は、この血液検査について特許出願を行っています。
「これは個別化医療の不可欠な一部です。投与に最適な時間が定められている薬は非常に多いのです。」
「これは個別化医療の不可欠な一部です」と、共同著者であり神経学の睡眠医学部長兼神経学教授であるフィリス・ジー氏は述べています。「投与に最適な時間が定められている薬は非常に多いのです。
「体内の時刻を知ることは、最も効果的な恩恵を得るために極めて重要です。血圧降下剤や化学療法、放射線治療を受ける最適な時間は、人によって異なる場合があります」とジー氏は述べています。
この検査では、血液中の40種類の異なる遺伝子発現マーカーを測定し、患者が十分に眠れたか、一晩中起きていたかにかかわらず、一日のいつでも受けることができます。ブラウン氏らが開発したアルゴリズムは、被験者の血液を2時間ごとに採取し、一日の特定の時間帯に遺伝子の発現が高いか低いかを調べることに基づいています。科学者らはさらに、他の4つの施設で実施された研究の遺伝子発現データも活用しました。
「タイミングがすべて」
科学者らは次に、これらの遺伝子発現測定値のパターンに基づいて時刻を予測するようコンピュータを訓練するための機械学習手法を開発しました。研究者が測定した約2万個の遺伝子のうち、最も強いシグナルを示したのがこの40個でした。
「タイミングがすべてです」と、共同著者で神経生物学教授のラヴィ・アラダ氏は述べています。「体内時計に乱れがあると、さまざまな疾患にかかりやすくなることが分かっています。ほぼすべての組織や器官系が概日リズムによって支配されています。
「これまで私たちには、健康な人や疾患のある人の体内時計を臨床的に実行可能な方法で評価する手段がありませんでした。今では、時計の乱れが各種疾患と相関するかどうかを確認でき、さらに重要なことに、誰が病気になるかを予測できるようになるかもしれません。」
内分泌・代謝・分子医学部長である科学者のジョー・バス氏による前臨床研究では、概日リズムのずれと糖尿病、肥満、うつ病、心臓病、喘息との関連がこれまでに特定されています。
修正可能なリスク
今後、ジー氏は、外部の時刻と同期していない人々の概日時計を整えることで、健康増進や疾患の治療を実現したいと考えています。
「概日リズムのタイミングは、認知機能の健康を改善するための修正可能なリスク要因ですが、それを測定できなければ、正しい診断が下されたかどうかを判断するのは困難です」とジー氏は述べています。「今では、脂質値と同じように測定できるようになりました。」
本研究は、ジェームズ・S・マクドネル財団、米国国防高等研究計画局、ノースウェスタン大学概日リズム・睡眠医学センターの支援を受けて実施されました。
