特定の食物繊維はin vitroでヒト腸内細菌叢の重金属による破壊を防ぐ

2024年1月3日 21:30

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フードリサーチ・インターナショナル
176巻 2024年1月 113858号
特定の食物繊維はin vitroでヒト腸内細菌叢の重金属破壊を防ぐ

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0963996923014060

著者リンクオーバーレイパネルを開くYony Román-Ochoa a b 1, Thaisa M. Cantu-Jungles a 1, Grethel Teresa Choque Delgado c, Nuseybe Bulut a, Teresa R. Tejada c, Harry R. Yucra c, Antonio E. Duran c, Bruce R. Hamaker a
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https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.113858
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要旨
重金属への曝露は、腸内細菌叢の組成および機能の破壊を含む、ヒトの健康への悪影響のために、関心が高まっている。食物繊維は腸内細菌叢にポジティブな影響を与え、重金属の悪影響の一部を緩和しうることが示されている。本研究では、フラクトオリゴ糖、ペクチン、レジスタントスターチ、小麦ふすまを含むさまざまな食物繊維の存在下および非存在下で、腸内細菌叢に対するさまざまな重金属（濃度の異なるAs、Cd、Hg）の影響を調べることを目的とした。重金属は食物繊維の種類によっては食物繊維の発酵結果を損なうが、食物繊維の存在は一般に、特にAsとCdについては、重金属による変化から腸内微生物群集を保護することが観察された。注目すべきことに、その保護効果は食物繊維の種類、重金属の種類と濃度によって異なり、全体的に他の食物繊維の種類よりも小麦ふすまやペクチンの方が強かった。この知見は、食物繊維が腸内細菌叢の健康に対する重金属曝露の悪影響を緩和する役割を果たすことを示唆しており、重金属曝露に関連する腸内細菌叢異常症を軽減するための食事介入法の開発に示唆を与える可能性がある。さらに、食物繊維の種類に特異的な結果は、腸内細菌叢に対する重金属毒性を緩和するための、エビデンスに基づいたプレバイオティック食物繊維の選択の重要性を強調している。

グラフィカル抄録

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はじめに
重金属は環境中に遍在しており、重金属への曝露はますます広まっている（Briffa et al.）食事は、ヒトが重金属に暴露される主な経路である。水や土壌に放出された重金属は、穀類、米、小麦、根菜類、キノコ類などの植物性食品や、魚類、甲殻類、軟体動物などの動物性食品に蓄積する可能性がある（Collado-López et al.）重金属の体内蓄積は、腸内細菌叢の組成や機能の変化など、ヒトの健康に悪影響を及ぼす可能性がある（Briffaら、2020、Giambòら、2021）。腸内細菌叢は、栄養吸収、免疫機能、代謝プロセスに影響を及ぼし、ヒトの健康において極めて重要な役割を果たしている（Sekirovら、2010）。腸内細菌叢のバランスが崩れた状態であるディスバイオーシスは、炎症性腸疾患、代謝障害、さらには精神疾患など、いくつかの健康状態と関連している（Cardingら、2015）。研究によると、重金属は腸内細菌叢の微妙なバランスを乱し、腸内細菌叢異常症と潜在的な健康被害をもたらす可能性がある（Bist & Choudhary, 2022）。

重金属の影響とは逆に、食物繊維の摂取は腸内細菌叢の構成と機能に大きな好影響を与える（Holscher, 2017）。プレバイオティック食物繊維とは、有益な腸内細菌の増殖と活性を促進する食品の難消化性炭水化物を指す（Gibsonら、2017）。これらの食物繊維は発酵の基質として作用し、短鎖脂肪酸の産生をもたらし、腸内微生物の組成をより健康的な状態に形成することができる（Gibson et al.、2017、Holscher、2017）。特定の物理化学的特徴は食物繊維によって大きく異なり、そのような特徴は腸内細菌叢の結果と密接に関連していることが以前に示された（Cantu-Junglesら、2021年、Deehanら、2020年、Tuncilら、2018年）。さらに、繊維の物理化学的パラメータは、ヒ素、カドミウム、クロム、鉛、水銀などの重金属と結合する能力にも関連しており、腸内細菌叢と重金属の相互作用を妨害する可能性がある（Zhang et al.）

腸内細菌叢における重金属と食物繊維の接点は、これまであまり研究されてこなかった分野である。しかし、予備的な知見では、食物繊維が腸内細菌に対する重金属の悪影響をいくらか緩和する可能性が示唆されている。米国の人口を対象とした評価では、食物繊維の摂取量は血中の重金属濃度と逆相関することが示された（Guoら、2022年）。マウスモデルでは、食物繊維がカドミウム（Liら、2016年）や鉛（Yaoら、2022年）などの重金属によって促進される腸内細菌叢の機能障害を緩和できることが研究で示されている。本研究では、異なる種類の食物繊維の存在下および非存在下で、ヒトの腸内細菌叢に対する異なる重金属の影響を調べることを目的とした。腸内細菌叢における重金属と食物繊維の相互作用を調べることにより、本研究は、腸内細菌叢に対する重金属曝露の悪影響を緩和する食物繊維の潜在的な利点に関する洞察を提供することを目的としている。

セクションの抜粋
材料
チコリ由来のフラクトオリゴ糖（FOS）および柑橘類の皮由来のペクチン（PEC）はSigma社から入手した（それぞれCAS番号F8052および9000-69-5）。生ジャガイモデンプン（加水分解に耐性のあるデンプン部分、RSを得るために使用）と小麦ふすま（WB）は、Bob's Red Mill社（オレゴン州Clackamas）から入手した。

上部消化管消化
小麦ふすま、生ポテトスターチおよびペクチンは、in vitro糞便発酵の前に上部消化管消化を受けた。上部消化管消化は、胃消化を模倣するために行われ、その後に小腸消化が続く。

特定の食物繊維の種類は、αおよびβ多様性における重金属シフトを緩和することができる。
各繊維試料内の群集構造に対する重金属の影響を、シャノン指数を用いてアルファ多様性を評価することで調べた（図1および表1）。食物繊維がない場合、重金属は添加した重金属の種類と濃度によって、α多様性の有意なシフトをもたらした。具体的には、Asは低濃度で、Cdは低濃度と高濃度で、Hgは低濃度で多様性を増加させたが、後者は高濃度で多様性を減少させた。

考察
腸内細菌叢はヒトの健康において重要な役割を果たしており、重金属曝露はその微妙なバランスを崩し、腸内細菌叢異常症を引き起こし、健康に影響を及ぼす可能性がある（Bist and Choudhary, 2022, Briffa et al.）逆に、食物繊維は腸の健康に不可欠な成分であり、有益な腸内細菌の増殖を促進することが示されており（Makki et al. 本研究では

結論
全体として、重金属は食物繊維発酵に何らかの障害を示したが、食物繊維は重金属よりも強い群集構造の決定因子であり、いくつかのケースでは腸内細菌叢に対する重金属毒性を防ぐことができた。注目すべきは、食物繊維の種類が重金属の影響を緩和する上で重要な因子であり、WBとペクチンはFOSやRSよりもこの点で効果的であることが判明した。における食物繊維の影響の程度を理解するために、今後の研究が推奨される。

CRediT著者貢献声明
ヨニー・ロマン-オチョア：. Thaisa M. Cantu-Jungles: . グレテル・テレサ・チョケ・デルガド：概念化、形式分析. ヌセイベ・ブルット：調査テレサ・R・テハダ： . ハリー・R・ユクラ：. アントニオ・E・デュラン構想、執筆 - レビューと編集. ブルース・R・ハマーカー：概念化、資金獲得、調査、方法論、プロジェクト管理、資源、監督、執筆 - 査読および編集。

利益相反宣言
著者らは、本論文で報告された研究に影響を及ぼすと思われる競合する金銭的利益や個人的関係はないことを宣言する。

謝辞
Whistler Center for Carbohydrate ResearchおよびUniversidad de Los Andes化学部に感謝する。本研究は、ペルーのUniversidad Nacional de San Agustín (UNSA)から提供されたArequipa Nexus Institute for Food, Energy, Water, and the Environmentの研究支援資金から支援された。

参考文献 (51)
T. Chen et al.
繊維利用能はプレボテラ優勢とバクテロイデス優勢の腸内細菌叢で異なる。
サイエンティフィック・リポーツ
(2017)
E.C. Deehan et al.
個別の食物繊維構造による精密なマイクロバイオーム調節は短鎖脂肪酸産生を指示する
細胞宿主と微生物
(2020)
M.T.カーテルほか
水溶液中の重金属イオンのペクチン結合の評価
ケモスフィア
(1999)
H.E.レイラバドロら.
ヒトの健康におけるFaecalibacterium prausnitziiの重要な役割：概要
微生物病原学
(2020)
K. Makki et al.
食物繊維が宿主の健康と疾患における腸内細菌叢に及ぼす影響
K. Mathivanan et al.
汚染環境における金属毒性に対処するための細菌の適応戦略-総説
生態毒性学と環境安全
(2021)
S. Miquel et al.
Faecalibacterium prausnitziiとヒト腸の健康
微生物学における最新オピニオン
(2013)
S. Mishra et al.
全粒ロールオーツ麦中のデンプン画分の消化率
穀物科学ジャーナル
(2009)
P.K. Rai et al.
食用作物中の重金属：健康リスク、運命、メカニズム、および管理
環境インターナショナル
(2019)
Y. Román-Ochoa et al.
ペルーのアレキパ地域における穀物および穀物を主原料とする加工食品の重金属汚染と健康リスク評価
ケモスフィア
(2021)
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特定の食物繊維はin vitroでヒト腸内細菌叢の重金属による破壊を防ぐ

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38163737/

Yony Román-Ochoaら、Food Res Int.
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引用

要旨
重金属への曝露は、腸内細菌叢の組成および機能の破壊を含め、ヒトの健康への悪影響のために懸念が高まっている。食物繊維は腸内細菌叢にポジティブな影響を与え、重金属の悪影響の一部を緩和しうることが示されている。本研究では、フラクトオリゴ糖、ペクチン、レジスタントスターチ、小麦ふすまを含むさまざまな食物繊維の存在下と非存在下で、腸内細菌叢に対するさまざまな重金属（濃度の異なるAs、Cd、Hg）の影響を調べることを目的とした。重金属は食物繊維の種類によっては食物繊維の発酵結果を損なうが、食物繊維の存在は一般に、特にAsとCdについては、重金属による変化から腸内微生物群集を保護することが観察された。注目すべきことに、その保護効果は食物繊維の種類、重金属の種類と濃度によって異なり、全体的に他の食物繊維の種類よりも小麦ふすまやペクチンの方が強かった。この知見は、食物繊維が腸内細菌叢の健康に対する重金属曝露の悪影響を緩和する役割を果たすことを示唆しており、重金属曝露に関連する腸内細菌叢異常症を軽減するための食事介入法の開発に示唆を与える可能性がある。さらに、食物繊維の種類に特異的な結果は、腸内細菌叢に対する重金属毒性を緩和するための、エビデンスに基づいたプレバイオティック食物繊維の選択の重要性を強調している。

キーワードヒ素；カドミウム；in vitro糞便発酵；水銀；ペクチン；プレバイオティクス；短鎖脂肪酸；小麦ふすま。

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著者らは、本論文で報告された研究に影響を及ぼすと思われる既知の競合する金銭的利益または個人的関係がないことを宣言する。

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