メラトニン、6-スルファトキシメラトニン、睡眠動態の統一モデル

A unified model of melatonin, 6-sulfatoxymelatonin, and sleep dynamics.

抄録

メラトニンの合成と排泄の主要な側面に関する生物物理学的モデルが開発され、血漿と唾液中のメラトニンと、その尿中代謝物である6-スルファトキシメラトニン（aMT6s）の実験的動態を予測できるようになった。この新しいモデルは、確立された覚醒動態モデルと結合され、光曝露と覚醒時間に基づいて睡眠と概日動態を予測する。この結合モデルにより、睡眠・覚醒・明暗周期にわたるメラトニンレベルが予測され、正常な睡眠と概日リズムのずれの条件下で、メラトニンに基づく概日リズムマーカー、例えば薄明覚醒（DLMO）やaMT6sのアクロフェーズの予測が可能になる。このモデルは、発表された10件の実験的研究から得られた群平均データに対して較正・検証され、メラトニンとaMT6sの主要な動態（放出タイミングや振幅、制御された照明や交代勤務に対する反応を含む）を定量的に再現することがわかった。

A biophysical model of the key aspects of melatonin synthesis and excretion has been developed, which is able to predict experimental dynamics of melatonin in plasma and saliva, and of its urinary metabolite 6-sulfatoxymelatonin (aMT6s). This new model is coupled to an established model of arousal dynamics, which predicts sleep and circadian dynamics based on light exposure and times of wakefulness. The combined model thus predicts melatonin levels over the sleep-wake/dark-light cycle and enables prediction of melatonin-based circadian phase markers, such as dim light melatonin onset (DLMO) and aMT6s acrophase under conditions of normal sleep and circadian misalignment. The model is calibrated and tested against group average data from 10 published experimental studies and is found to reproduce quantitatively the key dynamics of melatonin and aMT6s, including the timing of release and amplitude, as well as response to controlled lighting and shift work.