プロバイオティクスと常在菌の相互作用とビタミン、ミネラル、短鎖脂肪酸代謝への影響を探る

2024年6月18日 10:37

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プロバイオティクスと常在菌の相互作用とビタミン、ミネラル、短鎖脂肪酸代謝への影響を探る

https://link.springer.com/article/10.1186/s12934-024-02449-3

研究内容
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発行：2024年6月12日
第23巻、論文番号172、（2024年）
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論文

微生物細胞工場
目的と範囲
原稿提出
ルイス・G・ベルムデス・フマラン, ブノワ・シャサーン & フィリップ・ランジェラ
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要旨
プロバイオティクスや常在細菌が、基質代謝、エネルギー採取、腸内恒常性維持に関与し、ヒトの健康に免疫調節作用を及ぼす可能性があることを示す証拠が増えつつある。さらに最近の研究では、これらの微生物がビタミンやミネラルと相互作用し、短鎖脂肪酸（SCFA）などの重要な微生物代謝産物を産生しながら、腸内環境や代謝の健康を促進することが示唆されている。このような観点から、ビタミン、ミネラル、SCFA、および常在菌と微生物との相互作用の間の複雑なダイナミクスを探求する分野が盛んになっている。本総説では、常在菌／プロバイオティクスが腸の健康に影響を与えるメカニズムや、ビタミン、ミネラル、SCFAの吸収・代謝に及ぼす追加的な影響に関する主要な仮説のいくつかを要約する。我々の分析には、前臨床試験および臨床試験から得られた既存のエビデンスの包括的なレビューが含まれ、特に常在菌／プロバイオティクスと微量栄養素との潜在的相互作用に焦点を当てている。最後に、知識のギャップを強調し、この発展途上の分野における今後の研究の方向性を概説する。

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はじめに
プロバイオティクスは、「適切な量を投与することで、宿主に健康上の利益をもたらす生きた微生物」と定義される[1, 2]。プロバイオティクスの「適切な量」は菌株に依存し、広義にはヒト臨床試験で健康上の有益性が証明された量と定義される[3]。プロバイオティクス細菌は腸内環境に様々な影響を及ぼすが、その作用機序はまだ完全には解明されていない [4, 5]。したがって、プロバイオティクスは基質代謝、食物消化、エネルギー回収において重要な役割を果たしている［5］。プロバイオティクスはまた、腸管透過性を回復させ、炎症を減少させる能力を通じて、上皮バリアの完全性にも寄与している（図1）[6]。しかし、すべてのプロバイオティクスが同様の特性を示すわけではなく、これらの効果は細菌株特異的であるようだ [7, 8]。

図1
図1
プロバイオティクスの主な作用機序。この図はBiorender.comで作成し、Bermudez-Britoら[134]の許可を得て転載した)

フルサイズ画像
健康な個体では、腸内細菌叢と宿主免疫系はホメオスタシス（恒常性）の状態にある。この恒常性が乱れると腸内細菌叢が異常になり、炎症性腸疾患（IBD）、肥満、2型糖尿病、数種類のがんなど、多くのヒトの疾患で観察されている [9, 10]。さらに、最近のデータでは、腸内細菌叢の生体エネルギーと慢性代謝性疾患との関連性が示唆されており、腸内細菌叢に異常がある患者では共有エネルギー資源が不足していることが分かっている [11]。さらに、腸内細菌と疾患発症（あるいは逆に疾患予防）との因果関係が分子レベルで確立されている [10] 。

プロバイオティクスの利用は、単純な腸内細菌叢組成の調整以上の有益な可能性を示している。実際、プロバイオティクスは様々な疾患の治療や管理に有望視されている。例えば、IBDや過敏性腸症候群（IBS）などの消化器疾患では、プロバイオティクスは腸内細菌叢の多様性を改善し、腸管バリアを強化し、免疫反応を調節し、抗菌物質を産生する [12, 13]。肥満や2型糖尿病などの代謝障害では、プロバイオティクスはエネルギー代謝やインスリン感受性を改善し [14]、短鎖脂肪酸（SCFA）の産生を通じて炎症を抑える [15]。湿疹やアレルギー性鼻炎などのアレルギー症状では、プロバイオティクスは免疫反応を調整し、健康な腸内細菌叢を促進してアレルギー反応を抑える [16]。プロバイオティクスはまた、病原体と競合し抗菌化合物を産生することで、細菌性膣炎や尿路感染症などの泌尿生殖器感染症の予防にも役立つ［17］。新たな研究では、プロバイオティクスが腸脳軸やストレス反応メカニズムに影響を与えることで、精神衛生に良い影響を与える可能性が示唆されている。さらに、にきびや乾癬などの皮膚疾患では、プロバイオティクスが炎症を抑え、皮膚微生物叢のバランスを整える [18] 。こうした多様な機能により、様々な医療現場において健康を維持・回復するプロバイオティクスの治療的可能性が強調されている。

例えば、伝統的なプロバイオティクス細菌属として現在までに最もよく報告されているラクトバチルスとビフィドバクテリウムの選択菌株の有益な効果は、in vitroと前臨床試験および臨床試験の両方で報告されている [7, 19]。その上、ゲノム配列決定技術や培養法の科学的進歩により、Faecalibacterium prausnitzii、Christensenella minuta、Akkermansia muciniphilaなどの常在細菌株の単離や特性解析が可能になり、健康上の利点が期待され、次世代プロバイオティクス（NGP）や生きた生物治療薬（LBP）として開発される機会もある [19, 20]。これらのNGPのほとんどは、健康な人と病気の人の腸内細菌叢を比較することによって同定されている [21]。今日、伝統的なプロバイオティクスは機能性食品や食品サプリメントに利用されているのに対し、NGPは医薬品として、あるいは最近ではヨーロッパで新規食品として利用されている [22, 23]。常在菌とは別に、遺伝子組み換えや操作された細菌、例えば大腸菌（Escherichia coli Nissle 1917）や乳酸菌（LAB）などの第二のNGPに大きな関心が寄せられている。過去10年間で、このようなNGPを使用する際の主な課題、特に送達と消費に関する課題は回避されてきた[24]。

ヒトの腸内でのプロバイオティクス効果の根底にあるメカニズムを理解することは、健康な人と病気の人の両方におけるプロバイオティクス菌株の合理的な選択に貢献する可能性がある[9]。この観点から、乳酸菌やビフィズス菌などの食品用微生物は、ビタミンを合成し、腸内での栄養素（ミネラルなど）の吸収を高める能力を通じて、宿主の微量栄養素の状態を調節する上で重要な役割を果たす可能性がある [4, 10, 11, 19]。さらに、一部の細菌株は、アミノ酸、酵素、SCFAなどの様々な有益分子を産生する [25]。さらに、プロバイオティクスは、特にSCFAsやトリプトファン（trp）代謝産物の産生を通じて、宿主の免疫代謝を調節する役割を果たす可能性があり、これらの産生は、腸の炎症状態や宿主の代謝の健康に影響を及ぼす [26] 。実際、最近の研究では、アリール炭化水素受容体（AhR）など、trp代謝経路に関与する主要なタンパク質が、消化器疾患、炎症、悪性腫瘍の治療標的として同定されている [27]。特に、常在菌であるリモシラクトバチルス・ロイテリF6株は、マウスのAhR活性化を回復させることに成功しており [28]、AhRを活性化する新規NGPの開発が進められている [27]。

最後に、最近のデータから、プロバイオティクスは微量栄養素（ビタミンやミネラルなど）と相乗的に作用して、腸管免疫を高め、ヒトの健康を促進する可能性が示唆されている。プロバイオティクス・ビタミン・ミネラルの三者の相乗効果に関わる作用様式は複雑で、まだ完全には解明されていない。本総説では、腸内におけるプロバイオティクスの作用機序と、ビタミン・ミネラルの生物学的利用能と代謝に対する付加効果に関する主な仮説を要約する。前臨床試験と臨床試験から得られた現在のエビデンスを評価し、プロバイオティクスと微量栄養素の相乗効果に関する手がかりを提供するとともに、知識のギャップと必要とされる今後の研究の方向性を明らかにする。簡潔に述べると、i)宿主のエネルギー代謝におけるプロバイオティクスの活性、ii)プロバイオティクスのエネルギー代謝におけるビタミンとミネラルの役割、最後にiii)ヒトの健康に対するプロバイオティクス、ビタミン、ミネラルの相乗効果について説明し、議論する。

宿主のエネルギー代謝におけるプロバイオティクス
ヒトには発酵性繊維を分解するのに必要な酵素がないため、発酵性繊維は上部消化管（GIT）を通過し、盲腸と大腸で腸内細菌叢によって発酵される［30］。プロバイオティクスまたは常在菌の特定の菌株の中には、難消化性繊維を分解する能力を持つものがあり、複数の種類の有益な代謝産物を産生するが、その中でもSCFA（主に酢酸、プロピオン酸、酪酸）が最も豊富である［30,31,32,33］。これら3種類のSCFAは、それぞれ異なる組織分布と宿主生理への影響を持つ [34]：(i)大腸細菌が産生した酢酸塩は血液区画に入り、そこで組織や臓器から放出される内因性酢酸塩と混合される [30]、(ii)プロピオン酸塩は肝臓で糖新生の前駆体として作用し [30,34]、酪酸塩は大腸細胞でエネルギー源として優先的に利用される [30,34,35]。酪酸はアセチル-CoAに変換され、細胞のクレブスサイクルに入り、アデノシン三リン酸（ATP）の形でエネルギーを供給する [36, 37]。

SCFAはまた、腸管バリアの完全性を促進し、リーキーガット症候群を予防するなど、いくつかのメカニズムを通じて宿主の腸の健康を制御する上で中心的な役割を果たしている [38]。SCFAには抗炎症作用もあり、サイトカイン産生を調節することで免疫反応を制御している [39]。SCFAは、ペプチドYY（PYY）やGLP-1などのホルモンを刺激することで腸の運動性に影響を与え、バランスのとれた腸内細菌叢の維持を助ける。さらに、SCFAはムチンの産生を増加させ、腸の保護粘膜層を強化する可能性がある。ヒストン脱アセチル化酵素（HDAC）阻害剤としてのエピジェネティックな制御を通じて、SCFAは遺伝子発現と細胞プロセスに影響を与える。また、Gタンパク質共役型受容体（GPCR）とも相互作用し、免疫反応やホルモン分泌などの生理機能に影響を与える [42]。このような多面的な作用により、SCFAは腸内および全身の健康にとって極めて重要である。

そのため、プロバイオティクス細菌は、SCFAs産生におけるその役割を通じて、宿主のエネルギーバランスを調節する魅力的な選択肢として浮上してきた［43］。SCFAは主に細菌が必要とするために産生されるが、腸管上皮を通過して宿主に栄養源として利用されることもある［44］。さらに、SCFAを含むプロバイオティクスの代謝産物は、エネルギー摂取、貯蔵、消費、および食欲に影響を与えるシグナル伝達分子として作用する。さらに、腸内細菌叢と脳（すなわち腸脳軸）との間には、SCFAやその他の代謝産物を介したクロストークが確立されている［45、46］。このクロストークは、栄養シグナル伝達の調節とエネルギー恒常性の維持に役立っており、その機能不全が肥満の一因となっている可能性がある [47] 。

プロバイオティクスによる宿主のエネルギー代謝調節の鍵となるビタミンとミネラル
腸内細菌叢は食物の消化とエネルギー回収において極めて重要な役割を果たす一方で、ビタミンを産生し宿主に供給することもできる [5, 48,49,50,51] 。(i)管内乳酸の産生増加によるpH低下、(ii)ホルモンレベルの調節、(iii)腸内細菌叢の有益な変化、(iv)病原性細菌の腸管上皮細胞表面への接着を阻害し、利用可能な栄養素の競合を減少させる、などである（図2）[29]。

図2
図2
プロバイオティクスが腸内環境を最適化し、栄養吸収を向上させるメカニズム。この図はBiorender.comで作成した（Barkhidarianら[29]のテキストに基づく）。

フルサイズ画像
ビタミンB群は、栄養素からエネルギーを開裂してATPを形成する酵素の補酵素として必要な水溶性ビタミンである[5, 49]。食品関連LABやヒト腸内常在菌は、ほとんどのビタミンB群、例えば葉酸（B9）、リボフラビン（B2）、コバラミン（ビタミンB12）、チアミン（B1）、ピリドキシン（B6）をデノボで合成し、供給することができる [5, 52, 53]。LABにおけるビタミン生合成を担う遺伝子は、いくつかの種で同定されている [54]。例えば、コバラミンがラクトバチルス・ロイテリ（Lactobacillus reuteri）の異なる株で生産されることが判明している [55]。LABによるビタミン産生は、種特異的または菌株依存的な形質であるため、大きく異なる。しかしながら、この性質は菌種特異的ではなく、むしろ菌株特異的であることが研究で示されている［56,57,58,59］。例えば、LABやビフィズス菌の中には、葉酸産生プロバイオティック株であるビフィドバクテリウム・ロンガムB6株やATCC 15,708株、ラクトバチルス・アシドフィルスN1株やATCC 4356株、ラクトバチルス・デルブルエッキイssp. bulgaricus 448および449、Streptococcus thermophilus MCおよび573[60]、Lactobacillus sakei CRL 2209およびCRL 2210株[61]、Bifidobacterium catenulatum ATCC 27,539[62]。また、デノボSCFAおよび選択されたビタミンB群を産生・放出する4つのプロバイオティック細菌株のin vitroでの可能性を評価した研究によると、B. longum SP 07/3とB. bifidum MF 20/5は、in vitroでチアミンを合成することができたが、葉酸やリボフラビンを合成することはできなかった[52]。この2つのビフィズス菌株は、ラクトバチルス・ガセリPA 16/8とともに、プロピオン酸および酢酸を産生することもできた。同じ研究から、SCFAとビタミンBを産生する細菌は、宿主のATP産生を最適化できることが示唆された[52]。

ある細菌株が腸内でビタミンを合成することができれば、宿主の総ビタミン含量を増加させることができるという仮説が立てられている [48]。実際、選択された細菌株がビタミンの吸収を促進する能力は、前臨床試験や臨床試験で示されている。例えば、ビフィドバクテリウム・アドレッセンティスMB 239は葉酸レベルを増加させることが判明しており [63]、ビタミン産生LABはビタミン欠乏動物において葉酸 [64] とリボフラビンの両方の状態を改善した [65, 66]。さらに、胃バイパス術を受けた46人の肥満患者を対象とした無作為化二重盲検プラセボ対照試験では、7つの細菌株（Lacticaseibacillus casei、L. rhamnosus、Lactobacillus acidophilus、Lactobacillus bulgaricus、Streptococcus thermophilus、Bifidobacterium breve、B. longum）の7菌種とプレバイオティクス（フラクトオリゴ糖[FOS]）を併用したプロバイオティクスの補充は、プラセボと比較して4ヵ月目のビタミンD3およびB12値を改善したことが観察された[67]。プレバイオティックとは、宿主微生物によって選択的に利用され、健康上の利益をもたらす基質と定義されている[68]）。興味深いことに、これらの効果は一過性であり、9ヵ月の追跡調査では持続しなかったことから、プロバイオティクスの長期的な補充を考慮すべきことが示唆された［67］。別の無作為化試験では、24億個のL.アシドフィルス菌La-14を含むプロバイオティクス・カプセルを毎日摂取すると、対照群と比較して病的肥満患者のビタミンB12濃度が有意に上昇することが示された [69]。

さらに最近では、ビタミンD3とL. rhamnosus GGの相乗効果により、ビタミンD受容体の発現と上皮細胞の増殖が促進され、マウスを大腸炎から守ることが示された [70]。この前臨床研究は、ビタミンD3がプロバイオティクス菌株であるL. rhamnosus GGと相乗効果を発揮し、IBDにおける治療の可能性をもたらすことを示している。

さらに、MetaCardisコホート研究では、1,545人の肥満患者において、腸内細菌叢との関連におけるビオチンレベルが評価された [71]。この研究では、重度の肥満の被験者では、微生物叢がビオチンを生成する能力を失う可能性があることが示された。さらに重要なことは、マウスモデルにおいて、高脂肪食を与えたマウスにFOSとビオチンを補充することで、微生物の多様性、ビオチン、ビタミンB群レベルに相乗効果を発揮し、同時に体重増加と血糖値の低下を抑制することが明らかになったことである［71］。

プロバイオティクスの補給は、発酵食品中のミネラル濃度を高めることもでき [49]、これらの微生物がミネラルの吸収にも一役買っているという証拠もある [72]。シンバイオティクス、すなわちプロバイオティクスとプレバイオティクスの併用も、ミネラル吸収にさらなる効果をもたらすことが示されている [72]。このような背景から、プロバイオティクスの投与がミネラルの吸収に及ぼす影響を評価した研究も数多くある [73,74,75,76,77]。したがって、最近の研究では、ラクトバチルス属およびビフィドバクテリウム属は、鉄、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、セレンなどの主要ミネラルの生物学的接近性および生物学的利用能に有益な効果を有すると結論している［74］。動物実験では、ブロイラー用飼料にプロバイオティクスを添加すると、血清カルシウムと鉄の濃度が有意に上昇し、ニワトリの消化機能と生理状態が改善することが明らかになった [75, 76]。プレバイオティクスを用いた他の研究では、常在細菌の集団レベルを刺激することで、動物のミネラル吸収が増加することが示された [78] 。

ヒトでは、健常人を対象としたプロバイオティクス研究の系統的レビューにより、プロバイオティクスの摂取は小児、老人、閉経後の被験者のカルシウム濃度を改善し、小児では亜鉛の取り込みを促進する可能性があることが示された。しかし、鉄の吸収に関する結果は一致しなかった [29] 。亜鉛と鉄の欠乏に対するプロバイオティクスの補充効果に焦点を当てたいくつかの臨床試験では、相反する結果が示されたが [79]、40人の小児患者を対象とした無作為化パイロット試験では、ラクチプランタラム、アシドフィルス菌、ビフィドバクテリウム・インファンティス、ビフィドバクテリウム・ラクティスの選択された組み合わせは、少なくとも5週間投与すれば、カルシウム、亜鉛、鉄の濃度を高めるのに有効であることが示された [80]。2型糖尿病患者において、7株のプロバイオティクスを混合したサプリメントを8週間摂取させた無作為化比較試験（n = 58）では、血清カルシウム濃度がプラセボに対して有意に上昇した [73] 。

また、閉経後の女性を対象とした臨床試験では、プロバイオティクスの補充後にプラスの効果が観察され、この集団における骨代謝と骨量密度に有益な効果があることが示された。

これらのデータを総合すると、プロバイオティクスとビタミン、ミネラルの関係の正確な性質はまだ十分に解明されていないものの、これらは実際の治療の可能性を秘めていることが示唆される。

ヒトの健康に対するプロバイオティクス、ビタミン、ミネラルの相乗効果
プロバイオティクスが微量栄養素（すなわちビタミンやミネラル）と相乗的に作用して腸管免疫をサポートし、ヒトの健康を促進することを示唆する証拠が蓄積されている [29] 。腸内細菌叢が腸の健康の促進と維持に大きな役割を果たしていることは、現在では十分に立証されている [4, 10, 11, 19]。入手可能なデータは、ヒトの腸内細菌叢の組成を回復させることにより、プロバイオティクスが宿主の免疫に対して複数の効果を発揮することを示唆している [82]。そのため、プロバイオティクス細菌の免疫調節効果やその治療能力に対する関心は、過去10年間でかなり高まっている [19, 83]。例えば、プロバイオティクスは、有害な病原体と栄養分や付着部位を奪い合い、病原体の増殖を抑えることで腸内環境を改善する [84] 。また、乳酸、過酸化水素、抗菌ペプチドなどの抗菌物質を産生し、有害な細菌を抑制する [85, 86]。プロバイオティクスはまた、抗体産生を刺激し [87]、免疫細胞を活性化することで免疫反応を調節し、バランスのとれた免疫系を促進する [84]。さらに、粘液産生を誘導し [88] 、タイトジャンクションタンパク質 [88] の発現を制御することによって腸管バリア機能を改善し、透過性を低下させ、有害な細菌や毒素が血流に侵入するのを防ぐ。これらはすべて、腸の健康と宿主-微生物叢の適切な相互作用とバランスにとって重要な役割を果たす（図3）。

図3
図3
プロバイオティクスが微量栄養素（ビタミンやミネラル）と相乗的に作用して腸管免疫を刺激するメカニズムの提案。この図はBiorender.comで作成した。

フルサイズ画像
シグナル伝達経路を調整し、免疫細胞における遺伝子発現を制御するGタンパク質共役受容体［89］や、SCFA由来のアセチル基がサイトカイン遺伝子発現に影響を及ぼす腸管T細胞［90］に対するSCFAの作用を通じて、SCFAの免疫調節能を強調した研究もある。これらの知見に基づき、様々な自己免疫疾患における治療標的としてのSCFAの役割が浮かび上がってきた [90]。さらに、腸管免疫代謝に関する研究では、プロバイオティクスが宿主に炎症性反応 [83]または抗炎症性反応 [91]を引き起こす可能性があることが示されている。また、最近の臨床研究では、プロバイオティクスがヒトの自然免疫反応と適応免疫反応の両方に影響を与え、例えばインフルエンザウイルス[92]やSARS-CoV-2[93,94,95,96]に対するワクチン接種後の抗体産生を調節することが示されている。

ビタミンは、炎症促進分子と抗炎症分子の両方の産生を調節し、上皮バリアーを支え、腸内細菌叢のバランスと多様化を助けることにより、免疫系の正常な機能に寄与している [97, 98]。ビタミンの補給は、腸管免疫系に直接影響を与える場合もあれば、微生物の代謝産物の産生を通じて間接的に作用する場合もある [98]。例えば、ビタミンAとDはタイトジャンクションタンパク質の発現を調節し、粘膜免疫応答 [49] と抗菌ペプチドの産生 [99, 100]を刺激する；ビタミンB6と葉酸は免疫機能を改善する [101] ；ビタミンB12は腸内細菌叢に栄養を与える [102] ；ビタミンCとEは活性酸素種の形成を抑制する [103] 。腸内ホメオスタシスと腸内細菌叢と宿主間のシグナル伝達におけるビタミンD経路の重要性についてのエビデンスが増えつつある [104] 。高濃度では、ビタミンDは保護的な微生物叢の増殖を促進するが、低濃度では、バリアが透過し、有害な細菌が増殖し、炎症が増大する [105] 。

現在のところ、腸の健康におけるミネラルの役割に関するデータは少ないが、ビタミンと同様に、ミネラルも腸の生理機能に影響を与えるようである（図3）[29, 106]。例えば、亜鉛や鉄の補給は腸管バリア機能を改善し [107, 108]、亜鉛やセレンは免疫調節作用を示す [109, 110]。さらに、マグネシウムの欠乏は、インスリン抵抗性や2型糖尿病、肥満、その他の代謝性疾患の発症の基礎となる炎症性環境と関連している [111]。

腸内細菌叢と微量栄養素の相互作用は双方向性である。すなわち、微量栄養素は微生物叢の組成と機能に影響を与え、一方、微生物叢はビタミンやミネラルの生物学的利用能に影響を与える [79] 。したがって、ビタミンは微生物叢を介した代謝産物の産生を調節するのに役立つが、逆もまた真である。LGGのような細菌株は、腸内のビタミンBのホメオスタシスにおいて役割を果たすことが示されている [52] 。

ビタミンやプロバイオティクスの補給が免疫系に及ぼす影響は、様々な前臨床試験や臨床試験で検討されている。in vivoおよびin vitroのアプローチを用いたそのような研究の1つでは、レチノールまたはレチノイン酸のいずれかを投与することで、マウスの腸内細菌叢組成の変化が誘発され、ノロウイルスの複製が阻害されることが判明した [112] 。479人の成人健康ボランティアを対象とした無作為化比較試験では、L. gasseri PA 16/8、B. longum SP 07/3、B. bifidum MF 20/5を含むプロバイオティクスサプリメントとビタミン・ミネラルを少なくとも3ヵ月間（冬と春の2期間を含む）摂取することで、呼吸器感染症の発症率がプラセボに対して13.6％有意に減少し、風邪のエピソードがほぼ2日短縮し、症状の重症度が軽減したことが報告されている［113］。一方、下痢や呼吸器感染症のリスクがある乳児に鉄を補給すると、ビフィズス菌や乳酸菌の存在量が低下し、病原菌の相対的な割合が増加することで、腸内細菌叢に悪影響を及ぼした [114, 115]。

また、プロバイオティクスと微量栄養素が疲労と酸化ストレスの予防に有効であることも報告されている。例えば、心理的ストレス（知覚ストレス尺度スコアが21以上で定義される）を訴える242人の被験者を対象とした観察コホート研究では、L. gasseri PA 16/8、B. bifidum MF 20/5、B. longum SP 07/3、ビタミンA、ビタミンB群、マグネシウムを含む食品サプリメントの摂取により、ストレスと疲労が有意に軽減された。同様に、多嚢胞性卵巣症候群の女性60人を対象に、L.アシドフィルス菌、B.ビフィダム菌、L.ロイテリ菌、L.ファーメンタム菌を含むプロバイオティクスカプセルとビタミンDを12週間にわたって共同投与したところ、テストステロン、高感度C反応性タンパク質、マロンジアルデヒドの濃度を有意に低下させる一方で、メンタルヘルス（不安と抑うつ）に有益な効果がみられた [117]。

例えば、非ランダム化臨床試験において、プロバイオティクス株であるラクチプランタラム299vと鉄サプリメントを摂取した参加者は、プロバイオティクスを摂取しない場合よりも摂取した場合の方が、有意に鉄の吸収率が高かった [118]。

文献の系統的レビューでは、健康なヒトにおける微量栄養素の状態に対するプロバイオティクスの補給の効果について、利用可能なデータを有する14の研究が同定された［29］。2000年から2020年の間に発表されたこれらの研究は、異なる地理的地域で実施され、デザインも様々で、11件は無作為化されていた［29］。4つの異なる特許取得済みプロバイオティクス株（L. plantarum、L. acidophilus、B. infantis、B. lactis、Hyperbiotics PRO-Kids）を含むシンバイオティクスなど、いくつかのプロバイオティクス株の影響に関するデータがある一方で：米国特許8,007,777および7,150,623）およびプレバイオティクス（フラクトオリゴ糖、FOS）が、脂溶性ビタミン（AおよびE）およびカロテノイドのレベルに関する結論は出なかったが、選択された菌株（L. acidophilus La1[22]およびB. adolescentis MB 239[63]を含む）が葉酸およびビタミンB12の状態を改善する潜在的な役割が浮上した。しかし、健常人におけるこれらの良好な結果は、より大規模な臨床試験で検証される必要がある [29]。

表1は、腸の健康に与える影響について現在知られている主なプロバイオティクス菌株のいくつかを要約したもので、該当する場合は、ビタミン、ミネラル、SCFAの吸収と代謝に対する追加効果についても示している。
フルサイズの表
表1. 選択されたプロバイオティック菌株の腸の健康と宿主のエネルギー代謝に対する主な効果。

1VSL#3 = 8菌株から成る市販のプロバイオティクス混合物：乳酸菌4株（L. acidophilus、L. plantarum、L. casei、L. delbrueckii ssp. bulgaricus）、ビフィズス菌3株（B. breve、B. longum、B. infantis）、連鎖球菌1株（S. salivarius ssp. thermophilus）。

結論と今後の方向性
プロバイオティクス細菌は、SCFA、アミノ酸、ビタミン、酵素、免疫調節化合物の産生を通じて、宿主のエネルギー代謝と腸の健康において有望な役割を果たす。さらに、多くのプロバイオティクスは、細胞のクレブスサイクルに寄与するSCFAやビタミンB群を産生することにより、エネルギーの収穫を増加させる。

腸内におけるプロバイオティクスの多様な効果を示す証拠は増えつつあるが、選択されたプロバイオティクス菌株のエネルギー利用能を評価するためには、より多くのin vivo研究が必要である。さらに、現在の知見はほとんどが健康な一般集団に限定されており、欧州食品安全機関（EFSA）のような規制機関に対して説得力のある議論を展開するにはまだ不十分である。

また、プロバイオティクスの特性やその作用機序を、単一菌株戦略から改善していく研究も必要である。実際、プレシジョン・プロバイオティクスは、画一的なアプローチに代わる魅力的な選択肢であり、将来的には、各個人の特異的な特徴に基づいて、いくつかの病態を改善するためにプロバイオティクス菌株を個別化介入するために使用される可能性がある [133] 。特に、異なる菌株がどのように潜在的にビタミン産生を促進するかを理解することが、有望な研究分野となるであろう。注目すべきは、ほとんどのプロバイオティクス菌株はビタミンB群を産生することはできないが、腸内でのビタミン生合成に影響を及ぼす可能性があることで、トランスクリプトーム法を用いて、その代謝に関与する遺伝子の相対的発現を調べることができる。

相乗効果により、プロバイオティクスと微量栄養素は腸管免疫をサポートする上で重要な役割を果たしている。プロバイオティクスとビタミン、ミネラルの相乗作用は、今後の研究が期待される分野であり、このような相互作用をその場で説明するためには、十分にデザインされた臨床試験が必要である。プロバイオティクス、常在菌、宿主間の相互作用をよりよく理解することは、患者だけでなく健康な個人におけるプロバイオティクス、ビタミン、ミネラルの補給の最適化を推進することになる。そのためには、微生物学者、生理学者、バイオインフォマティシャン、医師を含む学際的なアプローチが必要である。

方法論
腸の健康促進におけるプロバイオティクス、ビタミン、ミネラルの相互作用に関する既存データを評価するため、この分野の専門家3名を招聘し、このテーマについてさまざまな側面から発表してもらった。プレゼンテーションは1日のバーチャル会議で行われ、各プレゼンテーションの後、パネル内で広範な議論が行われた。収集された情報とグループのコンセンサス・ステートメントは、この分野の関連文献のレビューとともに本原稿に組み込まれ、次にトピック・リーダーによって徹底的にレビューされた。

プロバイオティクス、ビタミン、ミネラル、微量栄養素、臨床試験を用いたPubMed検索により、議論された研究を選択した。この選択は文献番号41に記載されているように行われた：彼らはまず2772の抄録を同定した。重複を除去し（n = 320）、タイトルと抄録で研究をスクリーニングした結果、22件のヒト臨床試験が抽出され、最終的に組み入れ基準を満たさない論文を除外した結果、14件の論文が抽出された。

データの利用可能性
今回の研究では、データセットの作成および分析は行われなかった。

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謝辞
メディカルライティングのサポートは、P&G Healthの助成によりIleana StoicaとCarys Ampofoが行った。

資金提供
本原稿は、2022年2月2日に開催された円卓会議の成果に基づいている。会議および本書の作成はP&Gヘルスケアの後援によるものである。

著者情報
著者および所属
Commensals and Probiotics-Host Interactions Laboratory, Université Paris-Saclay, INRAE, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, AgroParisTech, 78350, France.

ルイス・G・ベルムデス・フマラン & フィリップ・ランジェラ

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ブノワ・シャサング

INSERM U1016、慢性炎症性疾患における粘膜微生物叢チーム、CNRS UMR 8104、パリ大学、パリ、フランス

ブノワ・シャサーン

貢献
L.G.B-H.、B.C.およびP.L.は、本研究の構想および設計を行い、データ解析を行い、原稿を執筆した。すべての著者が本原稿を読み、同意した。

著者
Luis G. Bermúdez-HumaránまたはPhilippe Langellaまで。

倫理宣言
倫理承認および参加同意
該当なし。

出版に関する同意
該当なし。

競合利益
LGBH、BC、PLは、P&Gからコンサルタント料や講演料を受け取っているため、金銭的な利害関係を公表している。

追加情報
出版社ノート
シュプリンガー・ネイチャーは、出版された地図の管轄権の主張および所属機関に関して中立を保つ。

権利と許可
オープンアクセスこの記事は、クリエイティブ・コモンズ表示4.0国際ライセンスの下でライセンスされています。このライセンスは、原著者および出典に適切なクレジットを与え、クリエイティブ・コモンズ・ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられた場合にその旨を示す限り、いかなる媒体または形式においても、使用、共有、翻案、配布、複製を許可するものです。この記事に掲載されている画像やその他の第三者の素材は、その素材へのクレジット表記に別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれています。この記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれていない素材で、あなたの意図する利用が法的規制によって許可されていない場合、あるいは許可された利用を超える場合は、著作権者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを閲覧するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/。クリエイティブ・コモンズ・パブリック・ドメインの権利放棄（http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/）は、データへのクレジット表記に別段の記載がない限り、この記事で利用可能となったデータに適用される。

転載と許可

この記事について
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この記事の引用
Bermúdez-Humarán, L.G., Chassaing, B. & Langella, P. Exploring the interaction and impact of probiotic and comm commensal bacteria on vitamins, minerals and short chain fatty acids metabolism. Microb Cell Fact 23, 172 (2024). https://doi.org/10.1186/s12934-024-02449-3

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受理
2024年2月16日

受理
2024年06月04日

掲載
2024年6月12日

DOI
https://doi.org/10.1186/s12934-024-02449-3

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