2026年（令和8年）3月16日

国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
国立大学法人筑波大学

 宇宙航空研究開発機構（JAXA）は、国際宇宙ステーション（ISS）の利用成果最大化に向けた日米協力枠組み（Japan-U.S. Open Platform Partnership Program: JP-US OP3）のもと、JAXAが開発した微小重力から1Gまでの人工重力環境下でマウスを飼育できる世界で唯一の装置（可変人工重力研究システム：MARS（注1））を用い、ISS「きぼう」日本実験棟で低重力ミッションを米国航空宇宙局（NASA）と共同実施しました。

 JAXA、筑波大学、東北大学、ハーバード大学などからなる国際研究チームは、「きぼう」に搭載されたMARSを用い、マウスを4種類の重力環境（微小重力、火星重力相当の0.33G、火星と地球の中間の重力相当の0.67G、地球重力相当の1G）下で約1か月間飼育しました。本研究では、姿勢保持に重要な抗重力筋であるヒラメ筋を対象に、遺伝子発現などの分子レベルの変化に加え、筋力および筋電図を含む機能的変化を統合的に解析しました。その結果、微小重力下で生じる筋量の低下（萎縮）は、重力レベルに応じてほぼ直線的に変化することが明らかになり、筋機能を含めた筋量・機能の維持には少なくとも0.67Gが必要であることが示されました。

 さらに、血液中成分の網羅的解析から、血液指標についても重力に依存した変化が存在することが明らかとなり、重力環境の違いを反映する11種類のバイオマーカー（注2）候補を同定しました。これらの結果は、血液検査という低侵襲な手法を用いて、生体がどの程度の重力影響を受けているかを推定できる可能性を示唆しています。

 本研究成果は、米国科学振興協会（AAAS）が提供するオープンアクセス・ジャーナル『Science Advances』誌に2026年3月14日（日本時間）に掲載されました。

 米国が中心となった有人月探査「アルテミス計画」が進められ、人類が再び月を目指す新時代の幕が開けようとしています。人類が宇宙に進出する際に克服しなければならない問題の一つが、宇宙空間や月面における重力負荷の低下による生体への影響です。これまでの研究で、骨格筋（筋肉）の研究は進んでいましたが、重力の応答に直線性があるのか、また、簡便に評価できる血液との関連など、微小重力と1Gの間の重力環境（パーシャルG（注3））でどのような規則性があるかは分かっていませんでした。

 本研究は、重力を定量的なパラメータとして生体応答を体系的に理解した世界初の成果であり、月や火星を含む将来の長期有人探査における医学的リスク評価および対策立案に重要な科学的基盤を提供するものです。

責任著者
宇宙航空研究開発機構（JAXA）有人宇宙技術部門 宇宙環境利用推進センター
芝 大 研究開発マネージャ

筑波大学 医学医療系/トランスボーダー医学研究センター 宇宙医学部門 再生医学分野
藤田 諒 准教授

筑波大学医学医療系/トランスボーダー医学研究センター 宇宙医学部門 遺伝子改変マウス分野
高橋 智 教授

 重力は、生物の身体機能を維持するうえで基本的かつ重要な環境要因です。心臓血管系、免疫系、平衡感覚系など多くの生体機能が重力の影響を受けますが、特に骨格筋は重力の変化に非常に敏感な組織です。宇宙飛行士では、宇宙滞在中に筋肉量の減少（筋萎縮）や筋力低下が生じることが知られており、これが長期宇宙滞在における大きな医学的課題となっています。
 筋肉は「遅筋」と「速筋」と呼ばれる異なるタイプの筋線維（注4）から構成され、それぞれ収縮速度やエネルギーの使い方が異なります。地上では姿勢維持などに関わる遅筋が重力に抗して常に働いていますが、微小重力環境ではその活動が低下するため、遅筋が減少し、より速筋的な性質へと変化する「筋線維タイプ変換」が起こります。この変化は、単に筋肉の量が減るだけでなく、持久力や機能の低下にもつながることが分かっています。
 これまで、地上の模擬実験や短期宇宙実験により、微小重力が筋肉の量と質に影響を及ぼすことは明らかになっていました。しかし、「どの程度の重力があれば筋萎縮や筋線維タイプの変化を防げるのか」という重力の“閾値”については十分な知見がありませんでした。特に、筋肉量の維持、筋線維タイプの維持、そして筋機能の維持が同じ重力レベルで達成できるのかどうかは未解明のままでした。その背景には、動物個体レベルで重力の影響を正確に評価するには実際の宇宙環境での飼育が不可欠であり、大規模な装置や人的・技術的基盤が必要となるという制約があります。
 この課題を解決するためには、宇宙という微小重力環境下で、異なる重力レベルを精密に再現し比較できる実験系が必要です。そこで本研究では、国際宇宙ステーションの「きぼう」日本実験棟に搭載された可変人工重力研究システムを活用し、4種類の重力環境（微小重力、0.33G、0.67G、1G）でマウスを宇宙空間で飼育し、筋肉の変化を解析しました。これにより、筋肉が重力をどのように感知し、どの重力レベルでどの機能が保たれるのかを明らかにすることを目指しました。また、異なる重力環境が全身状態に及ぼす影響を把握するため、血中マーカーの探索も併せて行いました。

 本研究では、JAXAが開発した可変人工重力装置「MARS」を用い、「きぼう」内で、マウスを微小重力、0.33G、0.67G、1Gの4条件で1か月間飼育し、帰還後に筋肉の量、組織構造、筋線維タイプ、筋機能、遺伝子発現、さらに血液中の代謝物を総合的に解析しました。
 その結果、重力に特に敏感なヒラメ筋において、筋線維の太さ（筋量）は0.33Gでも大きく低下しないことが確認されました。一方で、宇宙環境で起こる「遅筋から速筋への筋線維タイプの変化」は0.33Gでは防ぎきれず、0.67Gで抑制されることが分かりました。詳しく調べたところ、微小重力や0.33Gでは持久的な性質をもつ遅筋線維が減少し、筋肉の性質が速筋寄りへと変わり始めていましたが、0.67Gではこの変化がほぼ防がれていました。さらに、握力測定や筋肉の電気的特性評価（筋肉の内部構造や機能状態を反映する指標）から、筋肉の働き（筋機能）を維持するためには0.67Gが必要であることが明らかになりました。つまり、筋量の維持に必要な重力レベルよりも、筋機能を保つためにはより高い重力が求められることが実証されました。遺伝子レベルの解析では、微小重力や0.33G条件下で、筋萎縮や速筋化に関連する遺伝子群が活性化している一方、0.67Gではそれらの変化が抑えられていました。これは、重力が筋肉の性質を決める遺伝子制御にも直接影響していることを示しています。
 これらの結果から、筋萎縮の抑制、筋線維タイプの維持、筋機能の維持は、それぞれ異なる重力に対する反応性をもつことが明らかになりました。

 加えて、血液中の代謝物（注5）を解析した結果、重力レベルに応じて変動する分子が複数同定されました。これらはエネルギー代謝やアミノ酸代謝に関わる分子で、全身の重力応答を血液検査で把握できる可能性を示しています。

 本研究チームは今回明らかになった重力レベルごとの筋肉応答の違いを分子レベルで解明し、筋萎縮や筋機能低下を防ぐ新たな対策法の開発につなげていきます。また、同定された血中代謝物の有用性を検証し、宇宙滞在中や地上における筋肉の健康状態を非侵襲的に評価できる指標の確立を目指します。これらの成果は、将来の月・火星探査だけでなく、加齢や疾患に伴う筋力低下の理解と予防にも貢献することが期待されます。

 本研究は、宇宙航空研究開発機構（JAXA）重点課題（14YPTK-005512）およびJAXA国際重力研究プロジェクト（21YT000361、22YT000101、23YT000129、24YT000154）、文部科学省 新学術領域研究費（18H04965）、日本学術振興会（JSPS） 学術変革領域研究（A）（25H01367、25H01370）の支援を受けて実施されました。また本研究の一部は、日本医療研究開発機構（AMED）AMED-CREST（JP23gm171008h）、科学技術振興機構（JST）（JPMJPF2017）の支援を受けています。さらに、米国のNASA（80NSSC19K0534、80NSSC20K1501、80NSSC20K1519）および米国国立衛生研究所（NIH）（T32GM144273）からも支援を受けました。