腸内細菌と神経ミトコンドリアとの相互作用： 腸から脳への情報伝達経路の新しい視点

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.798917/full

ジョージ・ツィアミス
ギリシャ、パトラス大学
レビューで紹介されました
張欣
中国・寧波大学
ビン・グー
中国・広東省人民病院
目次
アブストラクト
はじめに
ミトコンドリアは細菌と密接な関係にある
腸内細菌叢が腸管上皮と消化管神経を介して脳機能を直接制御することを発見
腸内細菌がミトコンドリア経路を通じて脳の生理・病態機能を遠隔制御する
ミトコンドリアは腸内細菌と神経伝達物質と脳のコミュニケーションに重要な役割を担っている
ミトコンドリアは脳から腸への信号伝達に重要な役割を担っている
結論
データの利用可能性に関する声明
著者からの寄稿
ファンディング
利益相反行為について
出版社ノート
謝辞
参考文献
エクスポートの引用
エンドノート
リファレンス・マネージャー
シンプルなTEXTファイル
ビブテックス
アップデートを確認する
こんな人も見ています
腸内細菌とヒトの受容体の相互作用のシステムバイオロジー： 抗炎症プロバイオティクスを目指して
Lokanand Koduru、Meiyappan Lakshmanan、Shawn Hoon、Dong-Yup Lee、Yuan Kun Lee、Dave Siak-Wei Ow
2021年、中国・揚州市で発生したCOVID-19の疫学的特徴について
張裕東、陳鼎、胡磊、沈亮、呉仁源、曹福明、徐建強、王亮
重症慢性心不全患者における腸内細菌叢の変化について
孫偉樹、杜徳炳、傅同澤、韓英、李鵬、朱洪
エディトリアル システム微生物学の洞察：2021年
Qi Zhao、George Tsiamis
表面増強ラマン分光スペクトルの機械学習解析による臨床的に重要な病原体の迅速な識別
Jia-Wei Tang, Jia-Qi Li, Xiao-Cong Yin, Wen-Wen Xu, Ya-Cheng Pan, Qing-Hua Liu, Bing Gu, Xiao Zhang, Liang Wang
PERSPECTIVE記事
Front. Microbiol.、2022年2月24日
セックシステムズ マイクロバイオロジー
第13巻～2022年｜https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.798917
この記事は、「研究テーマ」の一部です。
システム微生物学の洞察：2021年
12件の記事一覧を見る
腸内細菌と神経ミトコンドリアとの相互作用： 腸から脳への情報伝達経路の新しい視点
Yao Zhu1、Ying Li2、Qiang Zhang1、Yuanjian Song1、Liang Wang3,4*、Zuobin Zhu1* の各氏。
1徐州医科大学遺伝学科遺伝基礎・臨床応用重点実験室医学遺伝学・変換工学研究センター（中国・徐州市
2徐州医科大学医療技術学院（中国・徐州市
3徐州医科大学医療情報工学部バイオインフォマティクス学科（中国・徐州市
4徐州医科大学薬学院新薬研究・臨床薬学重点実験室（中国・徐州市
神経疾患は、神経のミトコンドリア機能異常やマイクロバイオーム組成の変化と関連していることが多くの研究で示されている。ミトコンドリアは細菌を祖先とする内共生から誕生したため、ミトコンドリアと細菌は類似したゲノム特性、類似した生理活性物質、類似したエネルギー代謝経路を持つ。したがって、腸内細菌と神経ミトコンドリアとの相互作用を合理化する必要がある。近年の研究により、神経ミトコンドリア機能不全が複数の神経疾患の発症・進展に関わる重要な発症因子であることが明らかになり、その中で腸内細菌叢組成の変化が無視できない役割を果たしていることがますます注目されている。ここでは、腸から脳への伝達経路としての腸内細菌叢と神経ミトコンドリアの相互作用という新しい視点を提案し、腸-脳軸制御の視野を広げ、応答性神経疾患の治療と予防に関する新たな研究方向を提供することができるだろう。
はじめに
人体は、自らの細胞と常在微生物からなる超生物である。長期的な共進化の過程で、ヒトの腸内微生物と宿主は常に選択と適応を繰り返し、現在では密接な共生関係をもたらしています（Moeller et al.、2016）。微生物相は口腔、膣、気道、皮膚など多くの身体部位に存在するが、全身的な健康との相互作用が最も広範囲に記録されていることから、本研究では腸内細菌相のみに焦点を当てた（van de Guchte et al.、2018）。その分布的な特殊性を考慮して、腸内細菌叢は主に宿主の消化器官との特定の相互作用を持つことが提案され、過去数十年の主な研究テーマとして機能した。近年、大量の研究により、腸内細菌叢と対応する細菌代謝物が、神経伝導（腸神経、迷走神経など）（Fullingら、2019）、視床下部-下垂体-副腎（HPA）軸（McNeillyら、2010）、腸内分泌および免疫応答（Fung、2020；Moraisら、2020）などのさまざまな経路を通じて脳を標的とできることが明らかになりました（図1）。しかし、これらのチャネルにおける具体的な制御機構は、まだほとんど明らかになっていない。

図1
図1. ミトコンドリアとバクテリアの相似性。
脳は、身体の中で最もエネルギーを消費する器官の一つである（Karbowski, 2007）。神経ミトコンドリアは、脳の恒常性を維持するためのエネルギーを供給できるだけでなく、認知機能の中心的な制御因子であり、神経幹細胞の運命決定因子でもあります（Khacho et al., 2016; Iwata et al., 2020）。ミトコンドリア機能不全が神経細胞の老化を促進し、複数の神経疾患の発症を促進することが広く報告されています（Nguyen et al.、2014）。それと並行して、腸内細菌叢の組成が脳の生理的・病理的機能の調節に重要な役割を果たすことが、多くの証拠によって確認されました。したがって、腸内細菌叢とミトコンドリアの共通祖先、類似メカニズム、類似目標、類似構造を考慮すると（Franco-Obregon and Gilbert, 2017）、神経ミトコンドリアは腸内細菌叢の直接的な標的であり、腸-脳相互作用を制御する重要なメディエーターとして機能するという可能性はないだろうか。
ミトコンドリアは細菌と密接な関係にある
Sagan（1967）において、ミトコンドリアはバクテリアから進化したという仮説が初めて提唱されました。現在、ミトコンドリアの祖先を生んだ細菌系統の性質を決定することは、まだ熱い議論となっている（図1）。ミトコンドリアが細菌門アルファプロテオバクテリアの中から生まれたことは多くの研究ですでに示されているが、ミトコンドリア内共生生物と現存するアルファプロテオバクテリアとの系統関係はまだ不明であり（Fan et al., 2020）、一方で、ミトコンドリアはリケッチア類に関連する祖先から進化したという考えを支持している研究もある（Andersson et al, 1998; Wang and Wu, 2015）．ミトコンドリアが細菌起源であることは事実であり、類似あるいは同じ代謝プロセスを仲介する多くのタンパク質を共有している（Karlbergら、2000）。それに加えて、キノロン系、アミノグリコシド系、ポプラ多糖類の抗生物質の使用は、細菌との構造の類似性からミトコンドリアの機能不全を誘発する可能性があります（Kalghatgi et al., 2013; Lleonart et al., 2017）。例えば、キノロンがmtDNAトポイソメラーゼ（Gootz et al.、1990）および細菌ジャイレース（Wolfson and Hooper、1985）を標的とすること、アミノグリコシドはミトコンドリア（Hutchin and Cortopassi, 1994）および細菌リボソーム（Davis、1987）両方を標的とします。可逆的に、ミトコンドリアを標的とする抗酸化物質は、効果的な抗生物質としても機能しうる（Nazarov et al.、2017）。これらの研究から、ミトコンドリアは細菌と密接な関係にあることが示唆され、腸内細菌叢とミトコンドリアの間で情報交換が行われている可能性が示されました。
腸内細菌叢は、腸管上皮や消化管神経を通じて脳機能を直接制御する
腸管上皮と消化管神経は、微生物と宿主の最初の相互作用の場である（図2）。さらに、腸内細菌叢が産生する多くの毒素は、ミトコンドリアの機能不全を引き起こす可能性がある。例えば、宿主が病原性細菌に感染した場合、腸内細菌叢が放出するリポ多糖などの毒素によってミトコンドリアが活性化し、ミトコンドリアの活性酸素種（ROS）の蓄積を誘導し、順次腸の炎症を媒介します（Mills et al., 2016）。さらに、ある種のクロストリジウムが分泌する毒素は、ミトコンドリアATP感受性カリウムチャネルを阻害し、ミトコンドリア膜の過分極、細胞アポトーシス、腸管上皮バリア破壊につながる可能性があります（Matarrese et al., 2007; Berger et al., 2016; Crakes et al., 2019）。腸管透過性が高まることで、ダメージを与える物質や病原体が腸管上皮や消化管神経に移行することが可能になりました。腸脳軸の重要なリンクである迷走神経は、その求心性神経を通じて微生物の代謝物を感知することができ、腸の情報を中枢神経系に伝達します（Bonaz et al., 2018; Yu et al.、2020）。さらに、ミトコンドリアは、損傷した細胞の放出内因性メッセンジャー（DAMPs）の重要な源であり、これらのミトコンドリアROSの放出は、神経炎症および神経変性疾患におけるシグナルの役割を有する（Hsieh and Yang, 2013）。DAMPsはまた、自然免疫系を活性化することができ（Taanman、1999）、自然免疫はさらに、中枢神経系（CNS；Liu et al.、2014）の完全性を脅かすさまざまな障害に反応する。

図2
図2. 腸内細菌叢あるいはその代謝物は、HPA軸、迷走神経、免疫経路を通じて脳機能を直接制御できる。
腸内細菌叢はミトコンドリア経路を通じて脳の生理・病態機能を遠隔操作する
腸内細菌が産生する代謝物が脳ミトコンドリアと直接相互作用することが実験的に明らかになりつつあり、腸から脳への情報伝達経路に関する新しい知見が得られている。具体的には、グラム陰性菌のリポ多糖による腸内感染は、自己免疫性CD8 + T細胞のミトコンドリア抗原提示（MitAP）を誘発し、脳内に侵入してドーパミンニューロンを攻撃し、線条体におけるドーパミン作動性軸索拡張の密度を急激に低下させ、マウスにおけるパーキンソン病（PD）などの運動障害に至る可能性があります（Mateoud et al., 2019）。病原性細菌によるミトコンドリアへの影響には、形態的および機能的な変化も含まれます。CNS感染を引き起こす可能性のあるListeria monocytogenesが分泌するListeriolysin O（LLO）は、細胞膜に挿入されてカルシウムの流入を引き起こし、間接的にミトコンドリアの分裂につながることがあります（Stavru et al.、2011）。胃や十二指腸の様々な部位で慢性胃炎を引き起こす重要な病原体であるヘリコバクター・ピロリは、神経系の炎症を引き起こし、アルツハイマー病（AD）の発生を促進する可能性もあります。しかし、ヘリコバクター・ピロリ感染と神経系の炎症やADとの関係については、未だ不明な点が多い。ヘリコバクター・ピロリ菌が分泌する毒素VacAは血液脳関門を通過して移動することが報告されており（Suzuki et al., 2019）、またミトコンドリア内膜に挿入されてカルシウムの流入を引き起こし、間接的にミトコンドリア分裂につながる可能性がある（Foo et al., 2010）。ミトコンドリア分裂のバランスの変化が、AD患者の脳組織における神経機能障害の重要なメカニズムである可能性が提唱されたため（Wang et al., 2009; Manczak and Reddy, 2012）、ヘリコバクター・ピロリが神経ミトコンドリアを標的とし、ミトコンドリアや神経細胞の機能障害がどのように進展していくかについて新たな知見を提供できるかもしれません。また、最近の研究では、ミトコンドリアの機能異常が、腸内細菌叢がうつ病の進行に及ぼす影響の重要なメディエーターとなりうることが示されました（Chen and Vitetta, 2020）。これらの研究は、細菌によって誘発される神経疾患の新たな標的としてミトコンドリアが果たす役割を支持するものでした。
また、腸内細菌が産生する様々な代謝産物を通じて、脳組織のミトコンドリア機能を遠隔的に制御できることを示唆するエビデンスが数多く存在する（図3）。腸内細菌叢が生成する短鎖脂肪酸（SCFA）は、高度に選択的な半透過性の血液脳関門を通過し（Luu and Visekruna, 2019; Melbye et al, 2019）、ミトコンドリアに直接入ってさらなる酸化的代謝を行うことができます（Chen and Vitetta, 2020）。さらに、プロピオン酸（PA）の補充は、多発性硬化症（MS）と脳萎縮の進行を延期することができる（Duschaら、2020）。PAは、有能な制御性T（Treg）細胞のミトコンドリア機能と形態を改善し、脳に直接入ることができるため、脳組織に対するPAの保護効果は、神経のミトコンドリア機能を改善することによって達成されるのではないかと合理的に推測される。腸内細菌叢（主に大腸菌）によって産生される葉酸は、ミトコンドリア呼吸を調節し、哺乳類ラパマイシン標的（mTOR）シグナル伝達経路を活性化することによって、神経系の初期発達に重要な役割を果たすと考えられる（Silva et al., 2017）。また、神経系疾患と密接に関連するリトコール酸の明確な誘導体であるイソアロリトコール酸（IsoalloLCA）は、ミトコンドリアROSの産生を誘導することができます（Hang et al.、2019）。腸内細菌叢の代謝物である4-（トリメチルアンモニオ）ペンタン酸バレレートおよび3-メチル-4-（トリメチルアンモニオ）ブタン酸は脳組織に入り、腸-脳コミュニケーションを仲介するようにミトコンドリア脂肪酸の酸化を抑制することができた（Hulme et al.、2020）。別の研究では、トリメチルアミン-N-オキシドは、マウスのミトコンドリア損傷とスーパーオキシド産生を増加させ、それによってマウスの海馬のニューロンの老化を加速し、老化関連の認知障害を引き起こして悪化させることもできることがわかった（Li et al., 2018）。したがって、腸内細菌叢の代謝物がミトコンドリアの生理活性を制御することで脳機能に影響を与える根本的な経路を明らかにし、腸内細菌叢が食事代謝を通じて神経細胞機能を制御する仕組みを明らかにすることは、理論的に大きな意義があると考えられます。これらの研究は、脳症の温故知新的な腸内治療のための新しい薬物ターゲットを提供する可能性があります。

図3
図3. 血液脳関門を介した腸内細菌叢と神経ミトコンドリアとの対話の模式図。腸内細菌叢から分泌された代謝物や活性の高い小分子が血液脳関門を通過し、mTORシグナル経路、ROSシグナル経路、免疫経路を通じてミトコンドリア機能を調節したり、神経ミトコンドリアに直接作用して脳機能に影響する。赤の矢印は増強、緑のT字の矢印は抑制を示す。
ミトコンドリアは腸内細菌叢、神経伝達物質、脳のコミュニケーションに重要な役割を果たす
腸内細菌が宿主の神経系に影響を与えるもう一つの戦略は、宿主の神経伝達物質レベル、例えばγ-アミノ酪酸（GABA）、セロトニン（5-HT）、ドーパミン（DA）の調節である。これらの神経伝達物質は、ミトコンドリア機能に密接に関わっていることが分かっています。例えば、GABAはミトコンドリア膜を通過し、クエン酸サイクル反応を制御することができます。GABAの分布様式は、その細胞質レベルの調節に重要な役割を果たすと考えられている。逆に、ミトコンドリア活性が上昇すると、GABA作動性シグナルが減少し、社会行動に欠陥が生じることがある（Kanellopoulos et al.、2020）。また、最近の研究では、5-HTがミトコンドリア生合成を促進し、神経細胞の有害な活性酸素の減少に関与し、細胞ストレスによる損傷から緩衝神経細胞を保護することが示されています（Fanibunda et al.、2019）。ドーパミンは、ミトコンドリア機能不全と関連することが報告されている。高濃度のドーパミンは、ミトコンドリア呼吸制御の低下と膜電位の喪失を通じて線条体ミトコンドリア機能障害を誘発し（Czerniczyniec et al., 2010）、ミトコンドリア複合体I阻害を促進して神経精神疾患につながる（Ben-Shachar et al, 2004; Brenner-Lavie et al, 2008）ことが実験的に示されている。これらの研究から、ミトコンドリアは腸内細菌-神経伝達物質-脳のコミュニケーションにおいても重要な役割を担っていることが示唆されました。
ミトコンドリアは脳から腸への信号伝達において重要な役割を果たす
相互に、ミトコンドリアは腸内細菌叢を制御することもできる。研究では、ミトコンドリアが病原体感染に対する自然免疫反応に重要な役割を果たすことが示されています（Lobet et al.、2015）。さらに、ミトコンドリアの機能不全は、腸上皮バリアの調節にも関与し、大腸菌の経上皮フラックスを可能にします（Wang et al.、2014年）。さらに、ミトコンドリア変異体は、腸内細菌叢の多様性と組成に影響を与えることができる（Evaldsonら、1980；Maら、2014；Yardeniら、2019）。さらに、神経細胞におけるミトコンドリアシャペロンHSP-60は、p38 MAPキナーゼシグナルを介して抗細菌免疫を制御する（Jeong et al., 2017）。臨床研究により、アルツハイマー病（AD; Haran et al., 2019; Sochocka et al., 2019）、パーキンソン病（PD; Brudek, 2019; Dumitrescu et al., 2021）、ハンチントン病（HD; Du et al., 2020; Wasser et al., 2020）などの神経変性疾患の患者の大部分が、腸の炎症を同時に患っていることが多いことが分かっています。最近の報告では、HDの原因となるタンパク質PolyQ40を線虫の神経細胞で人工的に発現させると、腸でミトコンドリアのフォールデッドタンパク応答が誘導されることがわかりました（Zhang et al.、2018）。これらの結果は、ミトコンドリアが脳と腸の間の信号伝達において重要な役割を担っていることをさらに示しています。別の研究では、5-HTが腸内のTuricibacter sanguinisのコロニー形成を制御でき、Turicibacter sanguinisが腸内の脂質およびコレステロール代謝を含む複数の経路の発現に影響を与えることがわかりました（Fung et al.、2019）。5-HTがミトコンドリア生合成を促進し、宿主ミトコンドリアが生成するROSのレベルが腸内フローラの多様性を制御できるという証拠（Fanibunda et al., 2019）と組み合わせると、ニューロン分泌5-HTは、腸内ミトコンドリアの機能を制御することによって腸内フローラを制御すると推論できる。これらの結果は、ミトコンドリアが腸と脳の双方向コミュニケーションを媒介することを示唆している。
まとめ
腸内環境の解明は、過去数十年にわたり、特に脳機能との生理的・病理的な相互関連性に関して革命的な進歩を遂げてきました。腸内細菌と中枢神経系の間のクロストークは、微生物-腸-脳軸として知られており、多くの研究によって解明されています。ミトコンドリアが腸内細菌叢の組成によって制御されること、ミトコンドリアが神経系の生理・病理状態と密接に関連していることは、数多くのエビデンスによって確認されています。また、腸内細菌がミトコンドリア経路を通じて脳の生理・病理機能を直接制御していること、あるいは神経系がミトコンドリア経路を通じて腸内細菌組成を制御していることに関する研究は少ないが、近年、徐々にその証拠が報告されてきていた。本観点では、ミトコンドリアと細菌が進化的に相同性を持つという既知の事実に基づき、腸内細菌と神経ミトコンドリアのクロストークに関する仮説的モデルを提案した。共生菌や病原性細菌は、神経細胞のミトコンドリア活性を制御する影響力を持つ。私たちは、脳と腸の間の重要なコミュニケーション手段の一つである血液脳関門を越えて、腸内細菌と対話するミトコンドリアの新しい役割を強調しました（図3）。この新しい視点は、脳と腸の相互作用メカニズムの理解を広げるだけでなく、腸内細菌叢-ミトコンドリア-脳のコミュニケーションを標的とした新しい治療戦略を提供し、様々な神経系疾患や消化器系疾患を治療できる可能性があり、将来の医療にも大きな影響を与える可能性があります。
データの利用可能性に関する声明
本研究で発表されたオリジナルの貢献は、論文/補足資料に含まれています。さらなるお問い合わせは、対応する著者にお願いします。
著者による貢献
YZは統計解析を行った。ZZ、LW、YL、QZ、YSは原稿を執筆した。すべての著者が論文に貢献し、提出されたバージョンを承認した。
資金提供
本研究は、中国国家自然科学基金（81902040、81701390）、江蘇省大学院研究実践革新プロジェクト（KYCX20-2464、KYCX21-2642）、江蘇省自然科学基金（BK20170250）、徐州科学技術革新プロジェクト（KC19057）から支援を受けた。徐州医科大学の融合革新プロジェクト（XYRHCX）。LWは、中国国家自然科学基金（第31900022号、第32171281号）、江蘇省自然科学基金（BK20180997号）、徐州医科大学青年科学技術革新チーム（TD2001号）、江蘇青嵐プロジェクト（2020）の財政支援に感謝します。
利益相反について
著者らは、本研究が潜在的な利益相反と解釈され得る商業的または金銭的関係がない状態で行われたことを宣言する。
出版社ノート
本記事で表明されたすべての主張は、あくまでも著者のものであり、必ずしも所属団体、出版社、編集者、査読者のものを代表するものではありません。この記事で評価される可能性のある製品、またはその製造元が主張する可能性のある主張は、出版社によって保証または承認されるものではありません。
謝辞
有意義な議論をしてくださったShi Huang教授に感謝します。
参考文献
Andersson, S. G., Zomorodipour, A., Andersson, J. O., Sicheritz-Ponten, T., Alsmark, U. C., Podowski, R. M., et al. (1998). Rickettsia prowazekiiのゲノム配列とミトコンドリアの起源(The genome sequence of Rickettsia prowazekii and the origin of mitochondria). Nature 396, 133-140.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Ben-Shachar, D., Zuk, R., Gazawi, H., and Ljubuncic, P. (2004). ドーパミンの毒性にはミトコンドリア複合体iの阻害が関与する：ドーパミンに関連する神経精神疾患への示唆。Biochem. Pharmacol. 67, 1965-1974. doi: 10.1016/j.bcp.2004.02.015
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Berger, E., Rath, E., Yuan, D., Waldschmitt, N., Khaloian, S., Allgauer, M., et al. (2016). ミトコンドリア機能は腸管上皮の幹と増殖を制御する。Nat. Commun. 7:13171. doi: 10.1038/ncomms13171.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
ボナズ、B.、バザン、T.、ペリシエ、S. (2018). 微生物叢-腸-脳軸の界面にある迷走神経。Front. Neurosci. 12:49. doi: 10.3389/fnins.2018.00049.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Brenner-Lavie, H., Klein, E., Zuk, R., Gazawi, H., Ljubuncic, P., and Ben-Shachar, D. (2008). ドーパミンは、生存中のSH-SY5Y細胞において、おそらく複合体Iとの相互作用を介してミトコンドリア機能を調節する：統合失調症におけるドーパミン病態との関連性. Biochim. Biophys. Acta 1777, 173-185. doi: 10.1016/j.bbabio.2007.10.006
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Brudek, T. (2019). 炎症性腸疾患とパーキンソン病。J. Parkinsons Dis. 9, S331-S344.
グーグル・スカラー
Chen, J., and Vitetta, L. (2020). ミトコンドリアは、腸内細菌叢とうつ病を結びつける潜在的な重要メディエーターとなり得る。J. Cell. Biochem. 121, 17-24. doi: 10.1002/jcb.29311
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Crakes, K. R., Santos Rocha, C., Grishina, I., Hirao, L. A., Napoli, E., Gaulke, C. A., et al. (2019). PPARαを標的としたミトコンドリア生体エネルギーは、SIV感染時の宿主と微生物の交差点における腸管バリアの修復を媒介する。Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 3, 24819-24829. doi: 10.1073/pnas.1908977116
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Czerniczyniec, A., Bustamante, J., and Lores-Arnaiz, S. (2010). ドーパミンは線条体ミトコンドリアにおける酸素消費量とミトコンドリア膜電位を変化させる。Mol. Cell. Biochem. 341, 251-257. doi: 10.1007/s11010-010-0456-z
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Davis, B. D. (1987). アミノグリコシドの殺菌作用のメカニズム。Microbiol. Rev. 51, 341-350.
Google Scholar
Du, G., Dong, W., Yang, Q., Yu, X., Ma, J., Gu, W., et al. (2020). ハンチントン病患者における炎症反応に関連する腸内細菌叢の変化。Front. Immunol. 11:603594. doi: 10.3389/fimmu.2020.603594.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Dumitrescu, L., Marta, D., Danau, A., Lefter, A., Tulba, D., Cozma, L., et al. (2021). 腸の炎症と腸管バリア透過性の血清および糞便マーカーは、パーキンソン病で上昇する。Front. Neurosci. 15:689723. doi: 10.3389/fnins.2021.689723.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Duscha, A., Gisevius, B., Hirschberg, S., Yissachar, N., Stangl, G. I., Eilers, E., et al. (2020). プロピオン酸は免疫調節機構によって多発性硬化症の病態を形成する。Cell 180, 1067-1080.e16. doi: 10.1016/j.cell.2020.02.035
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Evaldson, G., Carlstrom, G., Lagrelius, A., Malmborg, A. S., and Nord, C. E. (1980). 膜早期破裂の妊婦における微生物学的所見(Microbiological findings in pregnant women with premature rupture of the membranes. Med. Microbiol. Immunol. 168, 283-297. doi: 10.1007/BF02121812
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Fan, L., Wu, D., Goremykin, V., Xiao, J., Xu, Y., Garg, S., et al. (2020). 系統的なタクソンサンプリングを用いた系統解析により、ミトコンドリアはアルファプロテオバクテリア内で分岐することが示された。Nat. Ecol. Evol. 4, 1213-1219. doi: 10.1038/s41559-020-1239-x
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Fanibunda, S. E., Deb, S., Maniyadath, B., Tiwari, P., Ghai, U., Gupta, S., et al. (2019). セロトニンは、5-HT2A受容体とSIRT1-PGC-1α軸を介して、齧歯類皮質ニューロンのミトコンドリア生合成と機能を制御する。Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 116:11028. doi: 10.1073/pnas.1821332116
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Foo, J. H., Culvenor, J. G., Ferrero, R. L., Kwok, T., Lithgow, T., and Gabriel, K. (2010). Helicobacter pylori VacA toxinのp33およびp55サブユニットは、いずれも哺乳類ミトコンドリアに標的化される。J. Mol. Biol.401、792-798。
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Franco-Obregon, A., and Gilbert, J. A. (2017). マイクロバイオームとミトコンドリアのつながり：共通の祖先、共通のメカニズム、共通の目標. mSystems 2:e00018-17. doi: 10.1128/mSystems.00018-17.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
フリング，C.，ディナン，T.G.，クライアン，J.F.（2019）．腸内微生物から脳へのシグナル伝達：迷走神経で何が起こるか。ニューロン 101, 998-1002. doi: 10.1016/j.neuron.2019.02.008.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Fung, T. C. (2020). 腸-脳コミュニケーションの中心的メディエーターとしての微生物-免疫軸。ニューロバイオール（Neurobiol. Dis. 136:104714. doi: 10.1016/j.nbd.2019.104714.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Fung, T. C., Vuong, H. E., Luna, C. D. G., Pronovost, G. N., Aleksandrova, A. A., Riley, N. G., et al. (2019). 腸内セロトニンとフルオキセチン曝露は、腸内の細菌コロニー形成を調節する。Nat. Microbiol. 4, 2064-2073. doi: 10.1038/s41564-019-0540-4
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Gootz, T. D., Barrett, J. F., and Sutcliffe, J. A. (1990). 真核生物のトポイソメラーゼおよび関連試験系に対するキノロン系抗菌剤の阻害効果。Antimicrob. Agents Chemother. 34, 8-12. doi: 10.1128/AAC.34.1.8
PubMedアブストラクト｜クロスリファレンス全文｜Google Scholar
Hang, S., Paik, D., Yao, L., Kim, E., Trinath, J., Lu, J., et al. (2019). 胆汁酸代謝産物は、TH17およびTreg細胞の分化を制御する。ネイチャー576, 143-148.
グーグル スカラー
Haran, J. P., Bhattarai, S. K., Foley, S. E., Dutta, P., Ward, D. V., Bucci, V., et al. (2019). アルツハイマー病のマイクロバイオームは、抗炎症性P-糖タンパク質経路の調節障害と関連している。 mBio 10:e00632-19. doi: 10.1128/mBio.00632-19.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Hsieh, H. L., and Yang, C. M. (2013). 神経炎症と神経変性疾患における酸化還元シグナル伝達の役割(Role of redox signaling in neuroinflammation and neurodegenerative diseases. Biomed. Res. Int. 2013:484613. doi: 10.1155/2013/484613.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Hulme, H., Meikle, L. M., Strittmatter, N., van der Hooft, J. J., Swales, J., Bragg, R. A., et al. (2020). 腸脳軸コミュニケーションの未知なるメディエーターとしての微生物由来カルニチン模倣体。サイエンス・アドバンス 6:eaax6328. doi: 10.1126/sciadv.aax6328
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Hutchin, T., and Cortopassi, G. (1994). アミノグリコシド系耳毒性の分子・細胞機構を提案した。Antimicrob. Agents Chemother. 38, 2517-2520. doi: 10.1128/AAC.38.11.2517
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Iwata, R., Casimir, P., and Vanderhaeghen, P. (2020). ポストミトーシス細胞におけるミトコンドリアダイナミクスが神経新生を制御する。サイエンス 369, 858-862. doi: 10.1126/science.aba9760
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Jeong, D. E., Lee, D., Hwang, S. Y., Lee, Y., Lee, J. E., Seo, M., et al. (2017). ミトコンドリアシャペロンHSP-60はp38 MAPキナーゼシグナルを介して抗細菌免疫を制御する。EMBO J. 36, 1046-1065. doi: 10.15252/embj.201694781.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Kalghatgi, S., Spina, C. S., Costello, J. C., Liesa, M., Morones-Ramirez, J. R., Slomovic, S., et al. (2013). 殺菌性抗生物質が哺乳類細胞のミトコンドリア機能障害と酸化的損傷を誘発する。Sci. Transl. Med. 5:192ra185. doi: 10.1126/scitranslmed.3006055.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Kanellopoulos, A. K., Mariano, V., Spinazzi, M., Woo, Y. J., McLean, C., Pech, U., et al. (2020). アララールはGABAを亢進したミトコンドリアに隔離し、社会的行動障害を引き起こす。Cell 180, 1178-1197.e20 doi: 10.1016/j.cell.2020.02.044
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Karbowski, J. (2007). グローバルおよびリージョナルな脳代謝のスケーリングとその機能的帰結。BMC Biol.5:18。
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Karlberg, O., Canback, B., Kurland, C. G., and Andersson, S. G. (2000). 酵母のミトコンドリアプロテオームの二重の起源。Yeast 17, 170-187. doi: 10.1002/1097-0061(20000930)17:3<170::AID-YEA25>3.0.CO;2-V
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Khacho, M., Clark, A., Svoboda, D. S., Azzi, J., MacLaurin, J. G., Meghaizel, C., et al. (2016). ミトコンドリア動態は、核内転写プログラムを制御することにより、幹細胞のアイデンティティと運命決定に影響を与える。セルステムセル。19, 232-247. doi: 10.1016/j.stem.2016.04.015.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Li, D., Ke, Y., Zhan, R., Liu, C., Zhao, M., Zeng, A., et al. (2018). トリメチルアミン-N-オキシドは、マウスの脳の老化と認知機能障害を促進する。Aging Cell 17:e12768. doi: 10.1111/acel.12768.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Liu, H. Y., Chen, C. Y., and Hsueh, Y. P. (2014). 自然免疫応答は形態形成と変性を制御する：神経細胞におけるToll様受容体とSarm1の役割。ニューロサイエンス（Neurosci. ブル. 30, 645-654. doi: 10.1007/s12264-014-1445-5
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Lleonart, M. E., Grodzicki, R., Graifer, D. M., and Lyakhovich, A. (2017). ミトコンドリア機能障害と潜在的な抗がん剤治療. Med. Res. Rev. 37, 1275-1298. doi: 10.1002/med.21459.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Lobet, E., Letesson, J. J., and Arnould, T. (2015). ミトコンドリア：バクテリアの標的。Biochem. Pharmacol. 94, 173-185. doi: 10.1016/j.bcp.2015.02.007.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Luu, M., and Visekruna, A. (2019). 短鎖脂肪酸：T細胞の免疫代謝を調節する細菌メッセンジャー。Eur. J. Immunol. 49, 842-848. doi: 10.1002/eji.201848009.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Ma, J., Coarfa, C., Qin, X., Bonnen, P. E., Milosavljevic, A., Versalovic, J., et al. (2014). mtDNAハプログループと一塩基多型の構造ヒト微生物叢. BMC Genomics 15:257. doi: 10.1186/1471-2164-15-257.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Manczak, M., and Reddy, P. H. (2012). アルツハイマー病神経細胞におけるミトコンドリア分裂タンパク質Drp1と高リン酸化タウの異常な相互作用：ミトコンドリア機能障害と神経細胞損傷への示唆。Hum. Mol. Genet. 21, 2538-2547. doi: 10.1093/hmg/dds072
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Matarrese, P., Falzano, L., Fabbri, A., Gambardella, L., Frank, C., Geny, B., et al. (2007). Clostridium difficile toxin Bは、ミトコンドリアをスリム化することにより、上皮細胞のアポトーシスを引き起こす。ATP感受性のミトコンドリアポタシウムチャネルが関与している。J. Biol. Chem. 282, 9029-9041. doi: 10.1074/jbc.M607614200
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Matheoud, D., Cannon, T., Voisin, A., Penttinen, A. M., Ramet, L., Fahmy, A. M., et al. (2019). 腸内感染がPink1(-/-)マウスのパーキンソン病様症状の引き金となる。ネイチャー 571, 565-569. doi: 10.1038/s41586-019-1405-y
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
McNeilly, A. D., Macfarlane, D. P., O'Flaherty, E., Livingstone, D. E., Mitic, T., McConnell, K. M., et al. (2010). 胆汁酸は閉塞性黄疸におけるグルココルチコイド代謝と視床下部-下垂体-副腎軸を変調させる。J. Hepatol. 52, 705-711. doi: 10.1016/j.j.jhep.2009.10.037
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Melbye, P., Olsson, A., Hansen, T. H., Sondergaard, H. B., and Bang Oturai, A. (2019). 多発性硬化症における短鎖脂肪酸と腸内細菌叢. Acta Neurol. Scand. 139, 208-219. doi: 10.1111/ane.13045.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Mills, E. L., Kelly, B., Logan, A., Costa, A. S. H., Varma, M., Bryant, C. E., et al. (2016). コハク酸デヒドロゲナーゼは、炎症性マクロファージを駆動するためのミトコンドリアの代謝的再利用をサポートする。Cell 167, 457-470.e13. doi: 10.1016/j.cell.2016.08.064
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Moeller, A. H., Caro-Quintero, A., Mjungu, D., Georgiev, A. V., Lonsdorf, E. V., Muller, M. N., et al. (2016). ヒト科動物との腸内細菌叢の共棲。サイエンス 353, 380-382. doi: 10.1126/science.aaf3951
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
モライス、L.H.、およびシュライバー、HLt、およびマズマニアン、S.K.（2020）. 行動と脳疾患における腸内細菌叢-脳軸。Nat. Rev. Microbiol. 19, 241-255 doi: 10.1038/s41579-020-00460-0
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Nazarov, P. A., Osterman, I. A., Tokarchuk, A. V., Karakozova, M. V., Korshunova, G. A., Lyamzaev, K. G., et al. (2017). ミトコンドリアをターゲットにした、効果の高い抗生物質としての酸化防止剤。Sci. Rep. 7:1394. doi: 10.1038/s41598-017-00802-8.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Nguyen, T. T., Oh, S. S., Weaver, D., Lewandowska, A., Maxfield, D., Schuler, M. H., et al. (2014). Miro1指向性ミトコンドリア運動の喪失は、ニューロン疾患の新規マウスモデルをもたらす。Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111, E3631-E3640. doi: 10.1073/pnas.1402449111
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
サガン、L. (1967). 分裂する細胞の起源について。J. Theor. Biol. 14, 255-274.
グーグル・スカラー
Silva, E., Rosario, F. J., Powell, T. L., and Jansson, T. (2017). Mechanistic target of rapamycinは、葉酸の利用可能性と細胞機能を結びつける新しい分子機構である。J. Nutr. 147, 1237-1242. doi: 10.3945/jn.117.248823
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Sochocka, M., Donskow-Lysoniewska, K., Diniz, B. S., Kurpas, D., Brzozowska, E., and Leszek, J. (2019). 腸内細菌叢の変化とアルツハイマー病の炎症駆動型病態-a critical review. モル. Neurobiol. 56, 1841-1851. doi: 10.1007/s12035-018-1188-4
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Stavru, F., Bouillaud, F., Sartori, A., Ricquier, D., and Cossart, P. (2011). Listeria monocytogenesは、感染時にミトコンドリアのダイナミクスを一過性に変化させる。Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 3612-3617. doi: 10.1073/pnas.1100126108
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
鈴木 浩之、安宅 圭一、浅川 敦、Cheng, K. C.、牛飼 真、岩井 浩之、他（2019）．Helicobacter pylori vacuolating cytotoxin Aは、マウスの視床下部ウロコルチン1を介して食欲不振と不安を引き起こす。サイエンス・レップ 9:6011. doi: 10.1038/s41598-019-42163-4
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
タアンマン、J. W. (1999). ミトコンドリアゲノム：構造、転写、翻訳、複製。バイオチム．Biophys．Acta. 1410, 103-123. doi: 10.1016/s0005-2728(98)00161-3
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
van de Guchte, M., Blottiere, H. M., and Dore, J. (2018). ホロビオンツとしてのヒト：予防と治療への示唆。マイクロバイオーム 6:81. doi: 10.1186/s40168-018-0466-8
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Wang, A., Keita, A. V., Phan, V., McKay, C. M., Schoultz, I., Lee, J., et al. (2014). ミトコンドリア由来の活性酸素種をターゲットにして、上皮バリア機能不全と大腸炎を軽減する。Am. J. Pathol. 184, 2516-2527. doi: 10.1016/j.ajpath.2014.05.019
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Wang, X., Su, B., Lee, H. G., Li, X., Perry, G., Smith, M. A., et al. (2009). アルツハイマー病におけるミトコンドリアの分裂と融合のバランス障害。J. Neurosci. 29, 9090-9103. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1357-09.2009
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Wang, Z., and Wu, M. (2015). An integrated phylogenomic approach towards pinpointing the origin of mitochondria. サイ・レップ 5:7949. doi: 10.1038/srep07949.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Wasser, C. I., Mercieca, E. C., Kong, G., Hannan, A. J., McKeown, S. J., Glikmann-Johnston, Y., et al. (2020). ハンチントン病における腸内細菌異常症：腸内細菌叢、認知パフォーマンス、臨床転帰の関連性。Brain Commun. 2:fcaa110. doi: 10.1093/braincomms/fcaa110
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Wolfson, J. S., and Hooper, D. C. (1985). フルオロキノロン：構造、作用と耐性のメカニズム、およびin vitroでの活性のスペクトル。Antimicrob. Agents Chemother. 28, 581-586. doi: 10.1128/AAC.28.4.581
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Yardeni, T., Tanes, C. E., Bittinger, K., Mattei, L. M., Schaefer, P. M., Singh, L. N., et al. (2019). 宿主ミトコンドリアは腸内細菌叢の多様性に影響を与える：ROSの役割。Sci. Signal. 12:eaaw3159 doi: 10.1126/scisignal.aaw3159
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Yu, C. D., Xu, Q. J., and Chang, R. B. (2020). 迷走神経感覚ニューロンと腸-脳間シグナル伝達。Curr. Opin. Neurobiol. 62, 133-140. doi: 10.1016/j.conb.2020.03.006.
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
Zhang, Q., Wu, X., Chen, P., Liu, L., Xin, N., Tian, Y., et al. (2018). ミトコンドリアのアンフォールドタンパク質応答は、レトロマー依存性Wntシグナルによって細胞非自律的に媒介される。セル 174, 870-883. doi: 10.1016/j.cell.2018.06.029
PubMed Abstract｜CrossRef Full Text｜Google Scholar
キーワード：腸内細菌叢、ミトコンドリア、微生物叢-腸-脳軸、脳、腸
引用元 Zhu Y, Li Y, Zhang Q, Song Y, Wang L and Zhu Z (2022) Interactions Between Intestinal Microbiota and Neural Mitochondria： 腸から脳への伝達経路に関する新たな視点(A New Perspective on Communicating Pathway From Gut to Brain). Front. Microbiol. 13:798917. doi: 10.3389/fmicb.2022.798917
Received（受理）された： 2021 年 10 月 20 日; 受理された： 2022 年 2 月 03 日；
発行：2022年2月24日
編集者
ジョージ・ツィアミス（ギリシャ・パトラス大学
レビューした人
Xin Zhang, 寧波大学, 中国
中国・広東省人民病院 Bing Gu氏
Copyright © 2022 Zhu, Li, Zhang, Song, Wang and Zhu. これは、クリエイティブ・コモンズ表示ライセンス（CC BY）の条件の下で配布されるオープンアクセス記事です。原著者および著作権者のクレジットを記載し、本誌の原著を引用することを条件に、学術的に認められた慣習に従って、他のフォーラムでの使用、配布、複製が許可されます。本規約を遵守しない使用、配布、複製は許可されません。
*Correspondence： Zuobin Zhu, zhuzuobin@xzhmu.edu.cn; Liang Wang, healthscience@foxmail.com
免責事項：本記事で表明されたすべての主張は、あくまでも著者のものであり、必ずしも所属団体、出版社、編集者、査読者のものを代表するものではありません。この記事で評価される可能性のある製品、またはその製造元が主張する可能性のある主張は、出版社によって保証または支持されるものではありません。
こんな人も見ています
腸内細菌とヒトの受容体の相互作用のシステムバイオロジー： 抗炎症プロバイオティクスを目指して
Lokanand Koduru、Meiyappan Lakshmanan、Shawn Hoon、Dong-Yup Lee、Yuan Kun Lee、Dave Siak-Wei Ow
2021年、中国・揚州市で発生したCOVID-19の疫学的特徴について
張裕東、陳鼎、胡磊、沈亮、呉仁源、曹福明、徐建強、王亮
重症慢性心不全患者における腸内細菌叢の変化について
孫偉樹、杜徳炳、傅同澤、韓英、李鵬、朱洪
エディトリアル システム微生物学の洞察：2021年
Qi Zhao、George Tsiamis
表面増強ラマン分光スペクトルの機械学習解析による臨床的に重要な病原体の迅速な識別
Jia-Wei Tang, Jia-Qi Li, Xiao-Cong Yin, Wen-Wen Xu, Ya-Cheng Pan, Qing-Hua Liu, Bing Gu, Xiao Zhang, Liang Wang
ダウンロード
フッター
ガイドライン
エクスプロア
アウトリーチ
接続
フォローする
© 2023 Frontiers Media S.A. All rights reserved.
プライバシーポリシー|ご利用規約