Faecalibacterium prausnitziiの株とその抽出物は、糖尿病および糖尿病予備軍マウスにおいて血糖値、HbA1cを低下させ、血糖降下の副作用を引き起こすことなく耐糖能を改善した

2023年6月6日 15:12

https://drc.bmj.com/content/11/3/e003101

ジョン・カラッシー1
エミリー・ギャグノン1
ドーン・ローゼンバーグ1
Lawrence K Silbart2、
http://orcid.org/0000-0003-1714-1259Simon A McManus1
Dr Simon A McManus; simon@bactana.com 宛てにご連絡ください。
要旨
はじめに常在菌であるFaecalibacterium prausnitziiは、動物やヒトのマイクロバイオームの主要メンバーであり、いくつかの生理的プロセスにおいて重要な役割を担っています。過敏性腸症候群、クローン病、肥満、喘息、大うつ病、代謝性疾患など、多くの疾患とF. prausnitziiの生息数の減少を関連付ける研究が数多くなされています。また、F. prausnitziiは、糖尿病などのグルコース代謝の変化に関わるヒトの疾患とも相関があるとの研究結果もある。
研究デザインと方法本研究の目的は、F. prausnitziiの3つの系統に由来する組成物（FPZの造語）が、食事誘発性肥満の雄C57BL/6J糖尿病前および2型糖尿病マウスのグルコース代謝に及ぼす影響を調べることでした。これらの試験の主要評価項目は、長期投与による空腹時血糖値、耐糖能（ブドウ糖負荷試験で測定）、ヘモグロビンA1c（HbA1c）パーセントの変化の測定でした。生細胞FPZと殺細胞FPZおよび抽出物の両方を使用した2つのプラセボ対照試験が実施されました。さらに、非糖尿病マウスと2型糖尿病（T2D）既往マウスを用いた2つのプラセボ対照試験を実施しました。
結果糖尿病予備軍および糖尿病患者を対象とした両試験において、生きたFPZまたはFPZからの抽出物の経口投与は、対照マウスと比較して空腹時血糖値を下げ、耐糖能を改善することが明らかになりました。また、FPZを長期投与した試験では、コントロールマウスと比較してHbA1c値が低下した。さらに、非糖尿病マウスにFPZを投与した試験では、FPZの投与により低血糖を起こさないことが示された。
結論今回の試験結果から、FPZの異なる製剤を投与することで、コントロールの糖尿病前・糖尿病マウスと比較して、血糖値の低下、HbA1cの低下、グルコースレスポンスの向上が確認されました。FPZは、糖尿病前症およびT2Dを管理・改善するための経口投与プロバイオティクスまたはポストバイオティクスとして有望な候補である。
データの利用可能性に関する記述
本研究に関連するすべてのデータは、論文に含まれているか、補足情報としてアップロードされています。
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
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http://dx.doi.org/10.1136/bmjdrc-2022-003101
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このトピックで既に知られていること
Faecalibacterium prausnitziiのような常在菌の多さは、多くの疾患状態と負の相関を示すが、これらの生きたまたは殺された有益な細菌の投与が、糖尿病前症や2型糖尿病（T2D）の治療などの健康利益につながることを示す実験データは不足している。
本研究の成果
本研究は、常在菌であるF. prausnitziiの菌株またはその抽出物を投与することで、血糖値が正常なマウスにおいて低血糖を引き起こすことなく、糖尿病予備軍および糖尿病マウスにおいて空腹時血糖値を下げ、糖応答を改善し、HbA1c率を低下させることを示しています。
この研究が研究、実践、政策にどのような影響を与えるか
本研究は、F. prausnitziiまたはその抽出物から得られる製品が、糖尿病前症およびT2Dの治療薬として開発される可能性を明らかにするものである。
はじめに
2型糖尿病（T2D）および糖尿病予備軍は、世界的に健康上の懸念が高まっています。2019年には、世界中で推定5億8300万人が糖尿病を患い（世界の成人の約10％）、そのうち約90％をT2Dが占めています1 T2Dも1990年の世界第18位の死因から2017年には第9位に上昇しました2 T2Dの無症状の前兆であるプレ糖尿病は、8410万人の成人アメリカ人（30％以上）が患っていて、さらに2800万人がT2Dです（10%超）3。糖尿病予備軍は、インスリン抵抗性、すなわちインスリンシグナルを利用してグルコースを取り込む体の能力の低下により、健康な人と同じ量のグルコースを処理するために、より多くのインスリンが必要となることが特徴です。その結果、血糖値の上昇を招きます。
T2Dでは、インスリンの分泌がインスリン抵抗性を補うのに十分でなくなり、グルコース負荷試験（GTT）で測定することができます。グルコース負荷試験では、インスリン感受性が高い人に比べて、グルコース負荷後にグルコース値が急上昇し、負荷前のレベルに戻るまでに時間がかかります。インスリン抵抗性は、小血管疾患、4心血管系疾患、5非アルコール性脂肪肝疾患、6メタボリックシンドローム、7多嚢胞性卵巣症候群とも関連しています8。この健康危機に加え、糖尿病予備軍の最大70％が生涯で糖尿病を発症すると言われています9。10。糖尿病予備軍とT2Dが世界の公衆衛生システムに負荷を与え続ける中、糖尿病予備軍とT2Dをコントロールし予防するための新規治療法が緊急に必要とされています。血糖値の急激な上昇を抑え、上昇したグルコースレベルを下げる能力を持つ治療薬の研究は、ヒトと動物の両方でこの病気に取り組むための重要なステップとなります。
ここ数年、腸内細菌はT2Dを含む多くのヒト代謝疾患と関連しています11。血糖値の上昇は、正常範囲と異常範囲では、目、科、属、種、株のレベルで違いが見られ、細菌叢の違いとの関連が指摘されています。因果関係はまだ確立されていませんが、糞便移植によって微生物叢を変化させると、インスリン感受性とグルコース代謝の改善につながることを示す初期の証拠があります12 Faecalibacterium prausnitziiは、鳥や哺乳類の消化管に見られる自然発生の常在細菌です13。14 ヒトでは、F. prausnitziiは健康な腸のマイクロバイオームの3～5％を占め、過敏性腸疾患、クローン病、喘息、うつ病、代謝障害などの多くの疾患状態では存在量が少ないことが、多くのマイクロバイオーム解析で示されています15。16 腸内細菌叢におけるF. prausnitziiの減少は、血糖値の上昇やT2Dと相関しており17-28、F. prausnitziiの異なる株が健康な状態と疾患状態で存在する可能性があることが判明しています29 30 これらの観察から、F. prausnitziiの特定の株を投与することで糖代謝を調節し糖尿病バイオマーカーを改善できると考えています。本研究の目的は、F. prausnitzii31の特定の菌株の生菌および/または細菌抽出物（ポストバイオティクス）が、食事誘発性糖尿病前症またはT2Dマウスにおいてグルコース代謝に良い影響を与えるかどうかを検証することである。どちらの製剤にも利点があります。生細胞はマイクロバイオームに組み込まれ、エフェクター分子を長期的に排泄する可能性がある。しかし、F. prausnitziiは偏性嫌気性菌であるため、特に加工や投与時に嫌気性菌を生存させるためのコストを考えると、プロバイオティクスとしての開発の実現性は困難である。もしF. prausnitziiの培養物から得られる分子が生きたF. prausnitziiと同程度に有効であれば、これらの製品の連続投与はより実用的なアプローチとなる可能性があります。高脂肪食を摂取すると、血糖値上昇、糖尿病予備軍、最終的には非インスリン依存性II型糖尿病を発症する遺伝的素因を持つため、モデル系として雄のC57BL/6J食事誘発性肥満（DIO）マウスを選択した32。これらの研究の主要評価項目は、空腹時血糖値の変化、GTTによって測定される糖負荷、長期投与におけるパーセントHbA1cとした。
方法
FPZの生産
F. prausnitziiの独自菌株を、複合液体培地（FPZ培地）を用いて嫌気的条件下で培養した。Instagene Matrix（Biorad、カタログ番号7326030）を用いてDNA抽出を行い、Wizard SV PCR clean up kit（Promega、カタログ番号A9281）を用いて精製し、PCR（Promega、カタログ番号M7822）により16S遺伝子のV1-V4領域を増幅して塩基配列を決定しました。また、F. prausnitziiの純度を確認するために、形態観察および選択培地へのプレーティングを行った。生細胞製剤（FPZ-L）を製造するため、発酵生成物を直接凍結乾燥し、嫌気的条件下で保存した。コロニー形成単位（CFU）を決定するためにプレートカウントを実施した。シーケンスと固体培地での増殖は、上記のように純粋な培養物を確認するために使用されました。
マウスの飼育
研究は、UConn Health IACUCによって承認されたプロトコルに基づき、Jackson Laboratoriesから購入したC57BL/6J雄マウスで実施されました。すべてのマウスは、実験を開始する前に、少なくとも1週間、飼育環境に慣らすことができた。
すべてのマウスは、12時間の明暗サイクルを持つ温度制御された部屋に収容され、高脂肪食（Research Diets）または通常のチャウと水を自由摂取で与えた。すべてのマウスは、米国国立衛生研究所の「実験動物の飼育と使用のためのガイド」の推奨事項に従って世話された。マウスは、実験終了時にCO2吸入により安楽死させた。
パワーアップ
C57BL/6JおよびC57BL/6J DIOマウスを用いた以前の研究から得られた分散レベルを用いて、すべての試験でパワーリングを実施した32。この研究では、普通食のC57BL/6Jマウス（試験3および試験4で用いたマウスと同じ）のSDは8%、高脂肪食のC57BL/6Jマウス（試験1および試験2で用いたマウスと同じ）ではSD4%とされた。保守的であり、潜在的な余分な変動を考慮するために、SDを平均値の10％に設定した。すべての試験は、αを0.05、検出力を80%として、15%の差を統計的に検出するために、少なくとも1群あたり最小限のマウス数で実施された。
マウス試験
耐糖能の異なるマウスを対象に、T2Dマウス（試験1）、糖尿病予備軍マウス（試験2）、正常血糖マウス（試験3、4）を用いて、FPZ製剤の投与効果を検討するマウス試験を実施した。試験1と4では、生きたFPZ-LとポストバイオティクスFPZ-Sの両方を調査し、試験2と3では、序章で詳述したように、より反復投与に適したFPZ-Sのみを調査しました。
以下のように4つの独立した試験を実施しました：
試験1：生細胞および死細胞FPZ製剤による糖尿病マウスの治療
目的
T2Dマウスモデルを用いて、生細胞および死細胞FPZ製剤の投与により、プラセボ投与マウスと比較して空腹時血糖値、HbA1c値、グルコース反応に差が生じるかどうかを検討すること。
主要評価項目
本試験の主要評価項目は、FPZ-LまたはFPZ-Sを投与したマウスとプラセボを投与した対照マウスとの空腹時血糖値、GTTにおけるグルコース反応、およびHbA1c率の差です。
FPZ投与が肥満マウスのT2Dを改善できるかどうかを調べるため、27匹の雄のC57BL6/Jマウスを、試験前に少なくとも3ヶ月間、高脂肪食（リサーチダイエット、カタログ番号D12492）で維持しました。登録時、マウスは38週齢であった。マウスは、介入前の体重、空腹時グルコース値、HbA1cの割合に基づいて、3つのグループに分けられた。
治療マウスおよび対照群に、FPZ-L、FPZ-S、または対照として脱イオン水のいずれか（n=9）を14日間連続で経口投与した。処理剤は25 mg/mLの濃度で脱酸素脱イオン水に溶解し、0.2 mLの容量で投与し、各マウスは1日あたり5 mgの製品を経口摂取した。生細胞処理の場合、これは上述のCFUカウントに基づく1処理あたり107個の細胞に相当する。コントロールマウスは、等量の脱イオン水を受けた。治療開始前に、治療期間後の縦断的な比較を可能にするために、Bayer DCA 2000+血液分析器を用いてベースラインパーセントHbA1c値を採取した。マウスは毎日モニターし、週に1回体重を測定した。治療14日後、すべてのマウスを16時間絶食させ、その後、GTTを行った。血糖値の測定は、Accu-Chek Guide Me血糖値測定器を用いて記録された。グルコースは、1g/kgのマウス体重の濃度で投与された。血糖値の測定は、0分、20分、50分、90分、120分のタイムポイントで行われた。すべてのマウスをさらに16日間（合計30日間の治療）治療した後、パーセントHbA1c値を収集した。
試験2：C57BL/6J DIO糖尿病前駆症状マウスにFPZ-Sを3回繰り返し投与した場合
目的
糖尿病モデルマウスにおいて、FPZ-Sの反復投与により、プラセボ投与マウスと比較して空腹時血糖値およびGTT反応に差が生じるかどうかを検討する。
主要評価項目
本試験の主要アウトカムは、FPZ-Sを投与したマウスとプラセボを投与した対照マウスの空腹時血糖値および糖負荷反応の差である。
FPZ-S投与により、糖尿病前症に伴う血糖値上昇の改善および/またはT2D発症の予防が可能かどうかを評価するため、7週齢のC57BL/6J雄性マウス14匹を試験に登録した。治療開始前に、マウスは高脂肪食を自由摂取し、糖尿病予備軍を誘発させた。高脂肪食は試験期間中、継続した。マウスは、プラセボ投与群（コントロール）と殺細胞再構成凍結乾燥FPZ投与群（FPZ-S）の2群にランダムに振り分けられた。マウスは、毎日のハンドリングと水のガベージ投与により14日間馴化させた。馴化後、3ヶ月の試験期間中、7日間、10日間、15日間の治療期間中、治療（FPZ-S、n=7）または対照（対照、n=7）のいずれかの用量を毎日経口ガバージで投与した。投与群では、FPZ-Sを5 mg/mLの濃度で生理食塩水に溶解し、0.2 mLの容量で各マウスが1日あたり1 mgの製品を受け取るように投与された。対照マウスには同量の生理食塩水を投与した。各治療レジメンの最終日に、マウスを16時間絶食させ、試験1に記載されているようにGTTを実施した。
試験3：非DIOマウスへのFPZ-Sの投与
目的
正常血糖値のマウスにFPZ-Sを投与することで、空腹時血糖値およびグルコース反応に差が生じるかどうかを検討する。
主要評価項目
本試験の主要アウトカムは、FPZ-Sを投与したマウスとプラセボを投与した対照マウスの空腹時血糖値およびグルコース反応に差があることである。
FPZ-S投与が正常血糖値の動物に影響を与えるかどうかを調べるため、14匹の雄のC57BL6/Jマウスを14日間、標準的な餌で維持した。マウスをコントロール群（n=6）とFPZ-S治療群（n=8）に無作為に割り付けた。FPZ-Sまたはプラセボコントロールを、14日間連続で経口ガベージにより投与した。FPZ-Sは25mg/mLの濃度で脱イオン水に溶解し、0.2mLの容量で投与し、各マウスは1日あたり5mgの製品を投与した。投与14日後、マウスを16時間絶食させ、試験1に記載したようにGTTを実施した。
試験4：標準的なチャウ食に切り替えたDIOマウスのFPZによる治療
目的
T2D予備軍マウスにおいて、FPZ-LまたはFPZ-S製剤の投与により、プラセボ投与マウスと比較して空腹時血糖値およびパーセントHbA1cに差が生じるかどうかを検討する。
主要評価項目
本試験の主要アウトカムは、FPZ-LまたはFPZ-Sを投与したマウスとプラセボを投与した対照マウスの空腹時血糖値およびパーセントHbA1cの差である。
高脂肪食と普通食の移行期におけるFPZの効果を調べるため、23匹の雄C57BL/6Jマウスを46週間高脂肪食で維持し、その後30日間普通食に切り替えた。マウスは、コントロール群（n=8）、FPZ-L投与群（n=8）、FPZ-S投与群（n=7）からなる3群に分けられました。各群は、標準的なチャウ食の摂取を維持したまま28日間治療した。その後、マウスを16時間絶食させ、試験1に記載されているように空腹時血糖値を記録した。パーセントHbA1cレベルは、食事変更直前、治療開始直前、および1ヶ月の治療期間終了後に記録した。
統計解析
2群以上の研究（研究1および研究4）では、アルファ値0.05の一元配置分散分析が行われ、その後、以下に概説するように群間の個別比較検定が実施された。2群のみの研究（研究2、研究3）では、比較は対にならないt検定で行った。すべての比較は、p<0.05の値を統計的に有意とみなして実施された。
研究1
試験1では、FPZ-SまたはFPZ-Lとコントロールとの比較が行われた。比較は、GTTのタイムポイント0、20、50、90、120分（図1Aに示す）、曲線下面積（AUC）の合計（図1B）、および治療30日後のHbA1cパーセント（図2A）である。治療期間中の空腹時血糖値およびパーセントHbA1cの変化も、FPZ-SまたはFPZ-Lとコントロールとの間で比較した（それぞれ、オンライン補足表1および図2B）。FPZ-SとFPZ-Lの間でも同様の比較を行ったが、これら2群間の有意差はすべてのケースで確認されなかった。
補足資料
[bmjdrc-2022-003101supp001.pdf]
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図1
食事誘発性肥満マウスの耐糖能に対する生細胞または死細胞Faecalibacterium prausnitzii製剤（FPZ-LおよびFPZ-S）の影響。C57BL/6J DIO雄マウスに、38週齢でFPZ-S（n=9）またはFPZ-L（n=9）またはプラセボ（n=9）を14日間投与した。投与後、マウスを16時間絶食させ、その後グルコース負荷試験を行い、（A）血糖値を2時間かけて測定し、（B）全血糖曲線下面積（tAUC）を測定した。
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図2
食事誘発性肥満マウスのパーセントヘモグロビンA1c値に対するFPZ製剤の影響。(A）38週齢の雄マウスにFPZ-S（n=9）またはFPZ-L（n=9）またはプラセボ（n=9）を投与した30日後のパーセントHbA1c値。(B）異なる製剤のFPZを投与する前（34週目）と投与後（42週目）のパーセントHbA1cレベルの比較。
第2試験
試験2で実施された比較は、FPZ-Sとコントロールの間のものです。比較は、GTTアッセイを通して0、20、50、90、120分で、3つの別々のGTTにおける血糖曲線下面積の増分（iAUC）（それぞれ図3A-Cに示す）および各GTTの総AUC（図3D）である。
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図3
C57BL/6J食餌誘導肥満マウスの3相FPZ-S治療試験。雄マウスにFPZ-S（n=7）、または対照として生理食塩水を投与（Control、n=7）した後、16時間の絶食とブドウ糖負荷試験を行った。(A-C）血糖値およびベースライン増加AUC（iAUC）を示す。投与開始時のマウスの年齢および投与時間は以下の通りである： (A）フェーズA-11週齢マウス、治療7日目、（B）フェーズB-18週齢マウス、治療14日目、（C）フェーズC-23週齢マウス、治療10日目。(D)に示すように、FPZ-Sを3回投与するとtAUCは減少し、対照マウスではtAUCが増加したことから、FPZ-Sの反復投与がマウスの糖代謝に長期的に影響を及ぼしていると考えられる。AUC, 曲線下面積。
試験3
試験3では、FPZ-Sとコントロールの比較を行っています。比較は、GTTのタイムポイント0、20、50、90、120分と、このGTTからのAUCの合計で行っている（図4）。
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図4
FPZ-Sは、非糖尿病マウスにおいて低血糖を引き起こさない。FPZ-Sを14日間投与した8匹の非糖尿病マウスは、空腹時血糖値および糖負荷試験中の反応が対照マウスと同等で、グルコーススパイクおよび曲線下面積のいずれも統計的に差がないことがわかった。破線はマウスの正常血糖値の下限値（80mg/dL）を示しています。この値以下の血糖値は低血糖を示す。
試験4
本試験で実施した比較は、FPZ-SまたはFPZ-Lと対照との比較である。比較対象は、治療28日後の空腹時血糖値とパーセントHbA1cである（それぞれ、図5A,B）。FPZ-SとFPZ-Lの間でも同様の比較を行ったが、いずれも有意差は認められなかった。
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図5
FPZ製剤の投与は、既糖尿病マウスにおいて低血糖を引き起こさない。高脂肪食から標準的なチャウ食に切り替えた23匹の雄マウスにおいて、（A）空腹時血糖値および（B）パーセントHbA1cのレベルは、FPZの2製剤を28日間投与したマウスとコントロールとの間で有意に低下せず、FPZ治療は食事誘導肥満マウスの血糖値低下をもたらすものの、非糖尿病マウスの低血糖にはつながらないことを示しています。破線は、マウスの正常血糖値の下限値（80mg/dL）を示しています。この値を下回る血糖値は低血糖を示唆する。
試験結果
試験1：T2Dマウスに対する生細胞および死細胞FPZの効果
図1Aに示すように、FPZ-SおよびFPZ-L投与群はいずれも、対照マウスと比較して、投与14日後の空腹時血糖値が統計的に有意に低下した（p＜0.01）。グルコース投与後、いずれかの試験製剤をT2Dマウスに投与すると、図1Bに示すように、GTT後2時間の総血糖値（tAUC）がコントロールと比較して統計的に有意に低下した（p<0.05 FPZ-S, p<0.01 FPZ-L）。また、オンライン補足表1に示すように、対照マウスが治療期間中に血糖値の上昇（平均28mg/dLの上昇）を示したのに対し、すべての治療マウスはこの期間中に血糖値の低下を示した（FPZ-SおよびFPZ-Lでそれぞれ平均9および14mg/dL；いずれも対照と比較してp<0.01）。両治療群のマウスは、治療開始30日後にコントロールよりもパーセントHbA1cが低かったが（図2A）、この傾向は統計的に有意ではなかった。FPZを投与したマウスの両群は、治療中にパーセントHbA1cが減少し、対照群は増加を示し（図2B）、FPZ-Lと対照間の差は統計的に有意であった（p<0.05）。上記のいずれの治療群間の比較においても、FPZ-LとFPZ-Sの治療間に統計的に有意な差は認められませんでした。
試験2：糖尿病予備軍マウスへのFPZ-Sの反復投与による効果
本試験の第1段階では、FPZ-Sを7日間投与した11週齢の糖尿病予備軍C57BL/6J DIOマウス（空腹時血糖値100～200mg/dL）は、グルコースチャレンジ後2時間の血糖値スパイクがコントロールと比較して著しく低い（図3A、iAUC、p<0.05に示す）ことから、FPZ-Sが耐糖能を改善したことが示されました。第2段階では、T2D（空腹時グルコース＞200mg/dL）を発症した18週齢のマウスに対するFPZ-S処理の効果を試験し、図3Bに示す結果が得られた。第1段階で見られた結果と同様に、T2DマウスへのFPZ-S投与は、コントロールと比較して、GTT後2時間の血糖値スパイクを有意に低下させた（iAUC、p＜0.05）。また、FPZ-S投与マウスの血糖値はベースラインの空腹時レベルに戻ったが、コントロールマウスの血糖値は2時間後にも上昇したままであった。治療段階3は、図3Cに示すように、より進行したT2D（より高度に上昇した血糖値で表される）を有する23週齢のマウスに対して実施された。マウスは、FPZ-Sで10日間処置され、その後GTTが行われた。より進行したT2Dを有するこれらのDIOマウスでは、対照と比較して有意に低いグルコーススパイクが見られた（iAUC、p<0.01）。さらに、空腹時およびGTT後2時間の各時点で、コントロールと比較して有意に低い血糖値が認められ、FPZ-S投与マウスとコントロールマウスでは、血糖値のベースラインへの復帰が早かった。図3Dに示すように、FPZ-S投与マウスのtAUCを用いて測定した総血糖値は、コントロールに比べて34％低いことが判明しました（p<0.01）。
試験3：非糖尿病マウスに対するFPZ-Sの効果
血糖値が正常な健康なマウスに対するFPZ-Sの効果を検証するため、標準的な飼料で飼育されたC57BL/6J正常血糖値マウスを用いて試験を実施した。投与14日後にGTTを実施し、血糖値を測定した。図4に示すように、FPZ-Sを投与したマウスは、コントロールマウスと比較して空腹時血糖値が同等であり、コントロールマウスと比較してもGTT反応に差がなかった（パワーアップの度合いに応じて15％以下の差）。これらのマウスが血糖値の低下を示さなかったことは、FPZ-Sが他のいくつかの抗糖尿病治療薬とは異なり、健康なマウスのグルコース代謝を擾乱しないことを示している33。
試験4：既往糖尿病マウスに対するFPZ-SおよびFPZ-Lの効果
糖尿病治療は生活習慣や食生活の改善とセットで行うことが最も効果的であることから、空腹時血糖値が正常な既往糖尿病マウスにおいてFPZ-LやFPZ-Sが低血糖を引き起こさないことを確認するために、標準食に切り替えたDIOマウスの血糖値への影響を検証した。図5に示すように、投与28日後、両投与群のマウスはコントロールマウスと同等の空腹時血糖値およびパーセントHbA1cを有していた。これは、どちらのFPZ製剤も既往糖尿病マウスにおいて低血糖を引き起こさないことを示しています。
考察
本研究では、糖尿病前症およびT2Dにおける血糖値上昇を改善する可能性のある2つの製品、すなわちプロバイオティクス生細胞製品（FPZ-L）およびポストバイオティクス抽出物（FPZ-S）について検討しました。糖尿病前症およびT2Dは慢性疾患であるため、本研究の目的は、糖尿病前症およびT2Dマウスに対するFPZの効果を評価することであり、特に長期投与（30日間投与、試験1）したマウスの空腹時血糖値の変化、グルコース反応、HbA1c率の変化について検討することでした。
試験1では、T2DのマウスにFPZ-LまたはFPZ-Sのいずれかを投与したところ、図1に示すように、有意に空腹時血糖値が低下し、グルコースレスポンスが改善された。また、同試験において、図2Aに示すように、FPZ-SまたはFPZ-Lのいずれかの投与により、パーセントHbA1cが数値的に低下し、パーセントHbA1cはコントロールと比較していずれの投与でも低下することが確認されました（FPZ-Lでは有意（p<0.05）、FPZ-Sでは非有意（non-significant）。パーセントHbA1cは長期間の平均血糖値（マウスの赤血球の半減期は45日）34を反映するため、わずか28日後にパーセントHbA1cが低下する傾向は有望である。F. prausnitziiは偏性嫌気性菌であるため、加工や投与時に嫌気性菌を生存させるためのコストを考えると、プロバイオティクスとしての開発の可能性は困難である。
もし、F. prausnitziiの培養物から得られる分子が、生きたF. prausnitziiと同程度に有効であれば、これらの製品の連続投与は、より実用的な治療アプローチとなり得る。そこで、試験2では、糖尿病予備軍マウスにFPZ-Sを反復投与した場合の効果を検証しました。試験1と同様に、血糖値の低下とグルコース反応の改善が見られただけでなく、試験2のデータは、FPZ-Sの反復投与が長期的な効果をもたらすことを示唆しています。これは、対照マウスの空腹時血糖値およびGTT中のグルコーススパイクが経時的に上昇した（糖尿病予備軍からT2Dに進行）のに対し、23週齢のマウスではFPZ-S投与マウスの空腹時血糖値およびグルコーススパイクが低くなったことからも明らかである。このことは、異なる投与段階のマウスのGTT後のtAUCの解析からも支持され、FPZ-Sを繰り返し投与することでマウスの耐糖能に持続的に良い影響を与えることが示唆され（図3D）、生細胞プロバイオティクスの代替品として利用できる可能性がある。
また、糖尿病治療では、低血糖につながる血糖値を正常値より下げないことが重要です。試験3および4では、FPZ投与によりマウスの空腹時血糖値が正常範囲（下限値80mg/dL）以下に低下しないことを示し、FPZ投与が低血糖を引き起こさないことを証明しました。
本研究では、糖尿病前症およびT2Dを研究するための最も代表的なマウスモデルである雄のC57BL/6 DIOマウスを選びました。DIOモデルを使用する際の制限として、雄マウスしか使用できないことが挙げられますが、これは雄のみが糖尿病性疾患などの体重に関連した重大な合併症を発症するためです35。糖尿病前症、T2D、妊娠糖尿病、さらには1型糖尿病に対するFPZの幅広い可能性を評価するためには、インスリン値や他の糖尿病バイオマーカーの測定などのパラメータを追加した異なるモデルシステムを用いたさらなる試験が必要であると考えられます。今回の試験では、食事組成の影響は調査していませんが（血糖値上昇とインスリン抵抗性の表現型を作り出すためにDIOモデルを使用）、今後、高糖質食の動物におけるFPZの効果を評価する試験を実施する予定です。
糖尿病予備軍とT2Dは、世界の多くの国々で負担が増加している公衆衛生上の重要な問題です。現在の治療法では糖尿病予備軍やT2Dの増加を抑えることができないため、これらの疾患を予防・治療するための新規の低コスト治療薬の開発が急務となっています。さらに、現在の治療薬は、有効な場合もありますが、オフターゲット効果、低血糖のリスク、副作用、その他の治療を制限する副作用など、多くの欠点を有しています。しかし、メトホルミン患者の約20％が消化器系の副作用を経験し、患者のアドヒアランスが低下しています37。さらに重要なことは、メトホルミン単剤療法を受ける多くの患者が健康なHbA1cレベルに到達または維持できず、臨床現場での年間失敗率は最大17％です38。これらの患者は血糖値をコントロールするために2種類以上の抗糖尿病薬を必要とする場合が少なくありません。FPZが耐糖能の向上と血糖値の低下につながるメカニズムを解明するための今後の研究が必要である一方、増加する糖尿病予備軍やT2Dを治療するための新規治療薬の必要性もあります。
今回の研究では、FPZを毎日投与することにより、空腹時血糖値の有意な低下、HbA1c値のパーセント低下、グルコースレスポンスの有意な向上が確認されました。さらに、FPZを複数回投与する長期間の試験（試験2）では、血糖コントロールが長期間持続することが示されました。また、非糖尿病マウスおよび糖尿病既往マウスを用いた試験では、FPZによる治療は血糖値上昇の抑制にとどまり、低血糖を引き起こさないことが示されました。さらなる前臨床試験および臨床試験が必要ですが、FPZをプロバイオティクスまたはポストバイオティクスとして使用することで、既存の糖尿病予備軍やT2Dを予防または改善するための安全な選択肢を提供できると楽観視しています。
データの利用可能性に関する記述
本研究に関連するすべてのデータは、論文に含まれるか、または補足情報としてアップロードされています。
倫理に関する記述
出版に関する患者さんの同意
該当なし。
倫理的承認
該当なし。
謝辞
この原稿に有益なコメントをいただいたRyan Clauson博士に感謝します。
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補足資料
補足資料
このウェブ専用ファイルは、著者から提供された電子ファイルからBMJ Publishing Groupによって作成されたもので、内容の編集は行われていません。
データ補足1
脚注
寄稿者 JkとSAMはこの研究の保証人である。JKとSAMは、実験の構想および設計を行った。JK、EG、SAMは実験を実施した。JKとSAMは原稿を執筆した。JK、EG、LKS、SAMは原著論文の編集を行った。JK、DR、SAMは原稿を修正した。JK、DR、LKS、SAMは修正原稿を編集した。すべての著者が原稿を読み、承認した。
資金提供この研究は、Bactana Corp.（コネチカット州ファーミングトン）から資金提供を受けた。
競合利益 Bactana Corp.は、FPZ-SおよびFPZ-L（ID 8626）について、ペットおよび家畜用の有効成分として、カナダ保健省の獣医保健プログラムによる規制承認を取得しています。JKとSAMは、特許WO2022026873A1（2021年7月30日出願、2022年2月3日公開）の発明者である。JK、DR、SAMは、Bactana Corp.の従業員および株主です。
Provenance and peer review 委託ではなく、外部による査読を受けた。
補足資料本コンテンツは、著者から提供されたものです。BMJ Publishing Group Limited（BMJ）の審査を受けておらず、査読を受けていない可能性があります。議論されている意見や推奨事項は、あくまでも著者のものであり、BMJが承認したものではない。BMJは、本コンテンツに依拠することから生じるすべての責任および義務を否認します。コンテンツに翻訳されたものが含まれる場合、BMJは翻訳の正確性と信頼性（地域の規制、臨床ガイドライン、用語、医薬品名、医薬品用量を含むがこれに限らない）を保証せず、翻訳と翻案から生じるいかなるエラーおよび/または省略、その他について責任を負わない。
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