加齢は卵巣機能に多大な悪影響を及ぼす。
卵巣機能の変化は他の組織の加齢による劣化に先行し、中高年女性では不妊につながるため晩婚化した現代社会では大きな問題となっている。
抗酸化物質として有名なメラトニンは、抗酸化作用と抗炎症作用によるアンチエイジング効果をもつ。
メラトニンは血中濃度に比べて卵胞液での濃度が高く、卵母細胞、顆粒膜細胞、黄体細胞で合成される可能性が高いことから、加齢に伴う卵巣機能低下を阻害する最適な位置にあると考えられる。
また、女性の生殖寿命の終末期は内因性メラトニンレベルが著しく低下する時期と重なる。
今回のブログは、卵巣機能におけるメラトニンの生理的および分子的作用をまとめ、リンクの論文から得られた情報を統合し、加齢関連不妊の治療におけるメラトニンの役割についてまとめてみたい。
不妊症の問題を解決する一助になれば幸いだ。
Aging-Related Ovarian Failure and Infertility: Melatonin to the Rescue
正常な卵巣／卵母細胞の生理に必要な条件
活性酸素（フリーラジカルと同義語で使われることが多い）についてが語られるとき、その分子破壊的な性質が列挙されるが、活性酸素は必ずしも悪者ではなく、むしろ重要な細胞内事象を媒介するための必須シグナル分子の役割も担っている。
生殖器において活性酸素は卵胞の成長と卵子の成熟、排卵、精子による卵子の受精、発育中の胚の子宮への着床の成功、妊娠中の胎児の成長を調節する重要な正の機能的役割を担っている。
一次卵胞、二次卵胞、グラファイト卵胞で発生する活性酸素は、卵胞の成長、卵子の成熟、卵胞壁の劣化を助け、卵胞の破裂と卵子の脱落を可能にする。
これらのプロセスが最適に進行するには、フリーラジカル生成の度合いと、ラジカルスカベンジャーや酵素による分解による無力化との間の微妙なバランスが重要となる。
生殖を成功させるためには、生殖の全過程においてフリーラジカル生成と除去のバランスが絶妙に調整されていなければならない。
メラトニン：生殖機能を維持するためのレドックスメカニズム
メラトニンは、非常に機能的多様性をもつ抗酸化剤および抗炎症剤で、注目すべき点は、健康な女性から採取したグラーフ卵胞の卵胞液中メラトニンの濃度は血中濃度を上回り、ヒト卵胞液中のメラトニンの濃度は測定する季節に依存する可能性があること。
卵母細胞、顆粒膜細胞、黄体細胞はメラトニンを合成し、卵胞液中メラトニン濃度に寄与していると考えられる。
メラトニンの古典的な膜受容体であるMT1およびMT2は卵母細胞、顆粒膜細胞、黄体細胞などでみられる。メラトニンは受容体を介した機能に加えて、局所発生する活性酸素や活性窒素種（RNS）による酸化的損傷から卵巣のすべての構成要素を直接保護する。
前述のように、活性酸素は卵胞成熟、卵胞退縮、排卵、黄体形成、排卵前後の卵子の成熟など、卵巣の生殖プロセスにおいて不可欠なシグナル伝達物質として機能する。しかし、多くの毒素や加齢に伴う過剰な活性酸素の発生は卵子の健康を損なう分子を変異させ、遺伝的障害を持つ子孫や不妊をもたらす。
多くの研究でメラトニンがフリーラジカルを無力化する能力が確認されており、抗酸化物質であるビタミンCやEよりも効果的である。
ミトコンドリアに高濃度に蓄積する化学修飾ビタミンE（ミトE）と比較しても、メラトニンはリポポリサッカライドとペプチドグリカンという細菌由来のミトコンドリア毒素によるダメージから細胞を守る上で同等かそれ以上。
フリーラジカルから分子を守る類まれな高い効果から、ミトコンドリアを標的とした抗酸化物質として指定されている。
メラトニン生成物には、ミトコンドリアレベル、脂質が豊富な膜、細胞全体の酸化還元ホメオスタシス制御において機能する長い反応連鎖が存在する。
細胞には傷ついたDNAを修復する酵素があるが、これら再生プロセスはメラトニンによって強化される。
メラトニン代謝物には、複数の手段でフリーラジカルを中和し、酸化ストレスと細胞/ミトコンドリアの機能障害から保護するように働く。
また、メラトニンとその代謝物は、ダメージの大きいラジカルを破壊特性の少ない生成物に変換する酵素を活性化し、酸化促進酵素を阻害することでROS/RNSの形成を抑制する。
メラトニンによる脂質分解からの膜の保護は膜の粘性を決定し、脂質ラフト発達に影響を与えることで正常な細胞生理の維持に重要な利益をもたらす。
ガングリオシドに富む脂質ラフトを含む卵膜マイクロドメインは、排卵後の卵子において精子のドッキングと受精のための場所となる。
また、脂質ラフトは細胞質、核膜、ミトコンドリアマトリックスに存在する様々なタイプの生体分子凝縮体の相分離を支えるのに不可欠。これらの凝縮体は卵子生理機能に重要。
近年、女性の方が男性よりもメラトニンを多く生成できる予備能力/最大能力をわずかに持っていることが提唱されている。メラトニンが高齢者の長寿を維持し、病気の発症を遅らせる役割を果たすと考えられていることと、一般的に男性よりも女性の方が寿命が長いことを考慮すると、女性はメラトニン合成のための機能的予備力が高いためより高齢まで生存できると提唱されている。
生理的・生物的な卵巣老化とメラトニン
あらゆる臓器は加齢と共に老化の兆候を示し機能が低下するが、女性生殖器は老化の特徴を示す最初のシステム。
女性の生殖器官の加齢変化は一般的な全身の老化と同様で、卵巣老化は他の多くの変性過程と同様に卵巣細胞内で生成される酸化的に損傷した分子レベルによってかなりの程度決定される。
一般に卵巣老化は、生理的なものと病的なものの２種類に分類される。
生理的なものは卵巣で起こる複数の細胞変化が徐々に悪化し、最終的に排卵不全や閉経を引き起こす。一方、病的な場合は卵巣機能が正常より早く停止し、卵巣予備能の低下（DOR）、早発卵巣不全（POI）、あるいは体外受精-胚移植（IVF-ET）の場合、ホルモン治療に対する卵巣反応不良（POR）を伴う。
病的な卵巣老化を引き起こす病原因子は多岐にわたるが、その全てに酸化ストレスが含まれる。
生理的条件下では酸化的損傷を与える分子の生成と、防御機構が問題のあるプロセスを否定する能力との間に微妙な均衡が存在する。
しかし、酸化的なダメージが常に発生し、細胞や器官の劣化、すなわち老化を引き起こすため、この２つのプロセスが常に均衡しているわけではないことは明らか。
卵巣の老化を含め、組織劣化には活性酸素が大きな役割を果たし、RNSも関与している。
また、低グレードの慢性炎症も卵巣を含む老化と関連する。
炎症は酸化的損傷と同時に起こり、酸化的損傷をさらに悪化させる免疫系の活性化として結実する。
排卵の減少や閉経の進行に伴う明らかな変化は、循環夜間メラトニン濃度の低下、および卵巣細胞のミトコンドリアにおけるメラトニン産生の喪失と推定される事象と一致する。
ミトコンドリアは卵子の老化に中心的な役割を果たし、ミトコンドリアにおけるメラトニン減少はその機能に大きく影響する。病的細胞のミトコンドリアのメラトニン濃度は健康な細胞の約半分しかない。
老化した卵子におけるミトコンドリア機能障害は、卵子の発育障害、受精失敗、子宮着床、胚発育の失敗に寄与する。
テロメア（タンデムDNAの繰り返し配列）は、真核細胞のすべての線状染色体の延長線上にあるもので、ほとんどの細胞では細胞分裂のたびにテロメアは短くなる。
テロメアの長さは、メスが生殖能力を維持できる期間や寿命と密接な関係がある。
テロメアの長さは生殖機能の老化段階を予測するのに有用であると考えられており、テロメアが長いほど遅発性の閉経と相関がある。
特に、ヒト卵子のテロメアの長さは卵子の質を示すものであり、テロメアの長さが減少すると胚細胞の染色体数がハプロイドより少ないか多い、すなわち異数性になることから、テロメアはゲノムの安定性を保つ上で重要な役割を果たすという一般的結論に達している。
早発卵巣不全（POI）の女性では、卵巣顆粒膜細胞におけるテロメラーゼのレベルが低下している。
このように、一部の卵巣細胞においてテロメラーゼ活性が低下していたり、テロメアが正常値より短かったりすることは、生殖能力を損なう質の悪い卵子につながる。
メラトニン：卵巣の老化を遅らせる酸化還元ホメオスタシスの制御
メラトニンの卵巣保護作用は、受容体を介したプロセスと受容体非依存的なプロセスの両方によって媒介されている。
卵巣組織を加齢による劣化から守るためには、血液から抽出される松果体由来のメラトニンと、顆粒膜細胞や卵母細胞で局所的に作られるメラトニンの両方が正常に機能する必要があると考えられる。しかし、加齢に伴って血中および卵胞液中のメラトニン濃度が大幅に低下し、周辺組織が酸化的なダメージを受けやすくなり生殖機能の停止につながるため、この保護機能のかなりの部分が失われる。
酸化ストレスから身を守るために利用できるメラトニンが減少することに加え、老化した卵巣ではメラトニン受容体の数が減少するため抗酸化酵素の発現が制限される。
また、メラトニンの減少により卵巣は炎症を起こしやすくなる。
低レベル慢性炎症と蓄積された酸化的ダメージは最終的に卵子の成熟と排卵を妨げ、更年期障害の発症と生殖機能の停止につながる。
酸化ストレスの上昇と炎症の長期化は、卵巣の老化を加速させる遺伝子変異の頻度を増加させる一因となる
同時に、卵巣の周期や排卵をコントロールするホルモンのパターンも変化する。
卵巣の老化に関与する生理学的プロセスは、DNA損傷、突然変異の増加、減数分裂に伴う分子エラー、テロメアの短縮、ATP生成を減少させ同時に活性酸素形成を増加させるミトコンドリアの誤作動、細胞質タンパク質代謝の乱れなど、酸化ストレスの結果として生じる異分子の蓄積などが提案されている。
酸化ストレスが卵巣機能の衰退に大きな役割を果たすことを考慮すると、卵巣機能を維持し健康な卵子を保存するために多機能でミトコンドリアを標的とする抗酸化物質を投与することは良い選択と考えられ、その点でメラトニンはその目的に合致する。
卵子は高いエネルギーを必要とするため特にミトコンドリアが豊富で、その数は他のどの哺乳類の細胞よりも多い。
フリーラジカルの高い反応性と、多くの場合、その半減期が非常に短いことを考慮すると、卵母細胞のミトコンドリアは細胞損傷を防ぐために適切な内因性抗酸化防御機構を備えている。
酸化ストレスの高効率阻害剤であるメラトニンは、卵母細胞、特にミトコンドリアにおいて合成されることから、メラトニンは卵母細胞の酸化的変異を防ぐのに最適な位置に存在する。
しかし、加齢に伴い血中メラトニンは徐々に減少し、卵母細胞（および顆粒膜細胞）でのメラトニンの産生も低下するため、フリーラジカル発生が増加する時期に非常に脆弱な状況に置かれる。メラトニンが減少し、同時に卵巣での活性酸素の発生が増加することが、生殖不全や更年期障害の発症の一因であると推測できる。
メラトニンとSIRT3の相互作用は卵巣機能にとって明確な意味を持つ。
ヒトでは、肥満は受精成功のためのマイナス要因であり、体重増加は女性の生殖能力の低下に寄与すると考えられている。
NAD+（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）はSIRT３にとって必要な補因子であり、ミトコンドリアのレドックスホメオスタシスを制御するために必要。
肥満を促進する高脂肪食を雌マウスに与えると生殖能力が低下し、それに伴って卵巣全体と減数分裂II期の卵母細胞におけるNAD+レベルが著しく低下する。
肥満マウスにNAD+の前駆体であるニコチンアミドリボシドを補給すると、SIRT3の転写が上昇し、卵子を酸化ストレスから保護することも確認されている。
肥満マウスの生存卵子の維持にSIRT3/SOD2経路が不可欠であることが確認され、この軸を制御するメラトニンの重要性が改めて強調されている。
メラトニンは強力な内因性ラジカルスカベンジャーであり、全身の生物学的老化を遅らせる可能性が提案されている。
また、松果体の生理機能の変化も老化に関係することが示唆されている。
メラトニンはフリーラジカルを直接無力化する活性があることが記録されているが、それに加えて、活性酸素解毒酵素である神経グルタチオンペルオキシダーゼを刺激することも発見され、メラトニンが長寿を増進するという考えをさらに裏付けている。
マウス研究で興味深いのは、マウスの１日の摂取カロリーを制限すること（生殖器を含むすべての臓器の機能を維持し、寿命を大幅に延ばす）で、老化に伴うメラトニン減少を防ぐことができたことである。カロリー制限によって老化が大幅に遅延し、同時に松果体メラトニン合成が維持されたことから、カロリー制限による機能維持効果の少なくとも一部は、老化防止分子であるメラトニンのレベルが維持された結果である可能性が示唆された。
また、ラットの松果体を早期に摘出するとメラトニンの概日リズムが消失し、多臓器における酸化ストレスの蓄積が促進されたことから、メラトニンの概日リズム特性は加齢による衰えを遅らせ、長寿を増進する役割を担っている可能性がある。
また、遺伝子発現を調べたところ７７の卵巣遺伝子が加齢とともに減少していることが、コントロール群で確認されたが、メラトニン摂取マウスの卵巣では確認されなかった。さらに、分子経路解析の結果、メラトニンの添加によりリボソーム機能、正確なタンパク質合成、最適な遺伝子転写が維持され、卵巣生理の保存とこれらの臓器の老化遅延に一致する特徴が示された。
さらに、メラトニンを投与したマウスの卵巣では総抗酸化力が高いレベルで維持され、テロメアが長く、長寿促進遺伝子としてよく知られているSIRT1およびSIRT3遺伝子の発現が改善されたことが明らかになった。
女性の生殖能力を改善するメラトニンの効果について検討したデータでは、卵子の質が悪い（受精率最大５０％）不妊症の女性に、メラトニン（毎日就寝時に３mg）を３０日間投与。
治療期間終了後、直ちに全患者から卵子を回収しIVF-ETを行った。
治療期間が短く、メラトニンの投与量が少ないにもかかわらず、メラトニンを摂取した患者は、摂取しなかった被験者と比較して、受精率の向上と妊娠率の上昇の両方を示した。
より高用量のメラトニンを使用し、治療期間を長くすれば、不妊症の女性の受精率をさらに向上させることができると考えられる。
その後のいくつかの論文や臨床試験にまとめられた結果も、経口摂取されたメラトニンが女性の卵子の質と妊娠の結果を改善する能力に関する他の研究結果と一致している。
登録された臨床試験は無作為化二重盲検法で同じであり、３mgのメラトニンを１ヶ月間投与する（３２名）か、しない（３４名）かだった。
生殖補助医療の結果については、メラトニンを投与した女性は成熟したMII卵子の数が多く、胚の質（グレード１、２）も向上していた。
この試験で使用されたメラトニン量は、おそらく最も効果の低い量であり、より多くの量を使用すればさらに大きな生殖機能の向上が期待できるというのが研究者達の考えである。
メラトニンを毎日補充することは他の臓器の加齢による変化を遅らせることも示されており、卵巣液中のメラトニン濃度は血中よりも高いことから、卵巣生理を正常に保つために何らかの重要性を持っている可能性がある。
子宮内膜症とメラトニンの関連性を指摘するデータもあることから、全ての女性がメラトニンの摂取を検討しても良いのではないだろうか？