赤血球は高地でブドウ糖スポンジとして働き、糖尿病リスクを低下させる
新しい研究により、低酸素条件下で赤血球が大量のブドウ糖を吸収することが明らかになり、高地住民の糖尿病率が低い理由が説明された。この効果を模倣する薬剤は、糖尿病マウスの高血糖を完全に逆転させた。
科学者たちは、高地に住む人々が海抜ゼロメートル地点に住む人々よりも糖尿病の発症率が低い理由を説明し、低酸素条件下で赤血球がブドウ糖スポンジとして働くことを発見した。2026年に学術誌『Cell Metabolism』に掲載されたこの研究結果は、これまで注目されていなかったブドウ糖代謝のメカニズムを明らかにしている。
サンフランシスコのグラッドストーン研究所の研究者らは、赤血球が代謝を変化させて血流から糖分を吸収する仕組みを実証した。高地では、この適応により赤血球は全身の組織へ酸素をより効率的に運ぶ能力を高めるが、同時に血糖値を下げるという有益な副作用ももたらす。
「赤血球は、これまで評価されてこなかったブドウ糖代謝の隠れた区画を代表するものです」と、上席著者でグラッドストーン研究所の研究員でありカリフォルニア大学サンフランシスコ校の生化学教授であるイシャ・ジェイン氏は述べている。「この発見は、血糖コントロールを考えるまったく新しい方法への扉を開く可能性があります」
この研究は、高地での糖尿病発症率の低下という確立された観察結果に基づいている。米国で28万5,000人以上の成人を対象とした以前の研究では、高地（標高1,500〜3,500メートル）に住む人々は、食事、年齢、民族などの要因を調整した後でも、海抜ゼロメートル地点に住む人々よりも糖尿病になる可能性が有意に低いことが判明した。1920年代から1940年代にかけて、ハーバード疲労研究所は、チリのアンデス山脈の標高6,000メートルまでの高地に運ばれた健康なボランティアで耐糖能が改善することを観察した。
以前の実験で、研究者らは低酸素の空気を呼吸するマウスでは正常なマウスよりも血糖値が劇的に低下することに気づいた。低酸素状態のマウスに糖を与えると、その糖はほぼ即座に血流から消えた。「私たちは筋肉、脳、肝臓といった通常の容疑者をすべて調べましたが、これらの臓器のどれもが起きていることを説明できませんでした」と、ジェイン研究室の博士研究員で論文の筆頭著者であるヨランダ・マルティ＝マテオス氏は述べた。
チームはPET/CTイメージングを用いて、赤血球が行方不明だった「ブドウ糖の吸収源（グルコースシンク）」であることを明らかにした。低酸素条件下では、マウスは有意に多くの赤血球を産生するだけでなく、正常酸素下で産生された赤血球よりも各細胞がより多くのブドウ糖を取り込んだ。赤血球（RBC）数の操作は血糖値を直接変化させ、研究者らは低酸素誘導性の赤血球が主要なブドウ糖吸収源であると特定した。
研究者らは、低酸素条件下でブドウ糖が赤血球によって代謝され、細胞が組織に酸素を放出するのを助ける分子の産生に使われることを示した。この分子は酸素が不足しているときに過剰に必要となる。「私が最も驚いたのは、その効果の大きさでした」とコロラド大学アンシュッツ医学校のアンジェロ・ダレッサンドロ氏は述べた。「赤血球は通常、受動的な酸素運搬体と考えられています。しかし、赤血球が全身のブドウ糖消費のかなりの部分を占めていることがわかりました。特に低酸素状態では顕著です」
科学者らは、慢性的な低酸素の効果が、マウスが通常の酸素濃度に戻った後も数週間から数ヶ月間持続することを実証した。低酸素だけでも耐糖能を強力に改善し、その効果は通常の酸素濃度に戻った後も数週間持続することが判明した。
研究者らは、低酸素状態の空気の効果を模倣するために最近開発された薬剤「HypoxyStat」を試験した。HypoxyStatは、赤血球中のヘモグロビンが酸素をより強く結合するようにすることで酸素が組織に届くのを防ぐ経口薬である。この薬剤は糖尿病マウスモデルにおいて高血糖を完全に逆転させ、既存の薬剤よりも優れた効果を示した。この治療法は、糖尿病マウスにおける高脂肪食誘発性の高血糖を完全に消失させた。
「これは、ミトコンドリア病以外でのHypoxyStatの使用例としては最初の一つです」とジェイン氏は述べた。「赤血球をブドウ糖吸収源として動員するという、根本的に異なる方法で糖尿病治療を考える扉が開かれます」
研究者らは、今回の研究にはいくつかの限界があることを認めている。若い雄マウスのみを対象としており、一般化には限界がある。年齢と性別は赤血球の産生に大きな影響を与えるため、これらの所見が雌や高齢者にも当てはまるかどうかを判断するにはさらなる研究が必要である。また、この研究は血糖値に対する感受性が高いことで知られる特定のマウス系統に焦点を当てた。
研究者らは、ブドウ糖輸送体のアップレギュレーションが低酸素誘導性の赤血球に特異的であることを証明したが、その分子メカニズムは解明されなかった。
これらの発見は、糖尿病だけでなく、運動生理学や外傷後の病的低酸素症にも応用できる可能性がある。外傷は若年層の死亡原因の主要なものの一つであり、赤血球レベルの変化や代謝の変化がブドウ糖の利用可能性や筋肉のパフォーマンスに影響を与える可能性がある。
「これはほんの始まりにすぎません」とジェイン氏は述べた。「体全体が酸素の変化にどのように適応するのか、そしてこれらのメカニズムをさまざまな疾患の治療にどのように活用できるのかについては、まだ学ぶべきことがたくさんあります」