呼吸器疾患の解明と治療に向けた腸内細菌叢の活用

呼吸器疾患の解明と治療に向けた腸内細菌群の活用

https://www.news-medical.net/news/20221222/Using-the-gut-microbiome-to-understand-and-treat-respiratory-diseases.aspx

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ニディ・サハ（Nidhi Saha）氏（BDS
By Nidhi Saha, BDSDec 22 2022
Reviewed by Benedette Cuffari, M.Sc.
閉塞性睡眠時無呼吸症候群（OSA）、喘息、慢性閉塞性肺疾患（COPD）などの呼吸器疾患は、世界的に罹患率と死亡率に寄与し続けている。MDPIジャーナルMicroorganismsに掲載された最近の論文で、研究者は、これらの呼吸器疾患における腸内細菌群の役割と、体内のこれらの細菌種を調節することでこれらの状態を緩和する治療効果が得られる可能性について検討しています。

研究内容 喘息、慢性閉塞性肺疾患、閉塞性睡眠時無呼吸症候群における腸内細菌叢の役割。画像引用元：ImageFlow / Shutterstock.com

研究内容 喘息、慢性閉塞性肺疾患、閉塞性睡眠時無呼吸症候群におけるGut Bacteriomeの役割。画像引用元：ImageFlow / Shutterstock.com

研究内容について
腸や皮膚などの粘膜環境など、人体の様々な部位には、マイクロバイオームと総称される膨大な数の微生物が生息しています。マイクロバイオームは宿主の自然免疫系および適応免疫系の発達に不可欠であり、一方、免疫系は宿主-微生物共生の主要な機能を維持する役割を担っています。

これまでの研究で、OSA、喘息、COPDなどの呼吸器疾患は、おそらく遺伝要因と環境要因の複雑な相互作用によって生じることが報告されています。これらの同じ要因が腸内細菌叢の構成に影響を与えることが多いため、腸内細菌叢が慢性呼吸器疾患にどのように関与しているかを理解することが重要です。

肺-腸軸とは？
腸と肺は解剖学的に異なるものの、共通の微生物叢を有しており、そのコミュニケーションと複雑な経路を促進すると考えられています。

数多くの要因が腸内細菌叢の変化に寄与しており、同様に肺疾患の発症に悪影響を及ぼすことが知られています。例えば、いくつかの食事介入は、呼吸器系マイクロバイオームに影響を与え、その結果、この器官系内の免疫に影響を与える可能性があります。OSA に伴う不眠症も、個人の食欲を増進させることによって、腸内細菌叢に影響を及ぼす可能性がある。

COPDの最も一般的な危険因子であるタバコの喫煙も、腸内細菌叢を変化させる可能性があります。例えば、活発な喫煙者では、バクテロイデーテスがより多く存在し、ファーミキューテスはあまり存在しないことが分かっています。

大気汚染、特に微小粒子状物質（PM2.5）、窒素酸化物、硫黄酸化物、オゾン、重金属への暴露は、既存のCOPDを悪化させ、その発症に寄与する可能性があります。同様に、特定の環境化学物質への曝露も、腸内細菌叢に悪影響を及ぼし、最終的に腸内細菌叢の異常を引き起こす可能性があります。例えば、一酸化窒素への曝露は、クロストリジウム・レプタムやフェカリバクテリウム・プラウスニッツィの減少、ダイアリスター属、大腸菌、エンテロコッカス・フェカリス、プロテウス・ミラビリスの増加に関連しています。

また、呼吸器疾患の治療によく用いられるグルココルチコイドや抗生物質などの薬剤も、腸内細菌叢の異常を促進することが示されています。

腸内細菌は、免疫細胞と直接コミュニケーションをとることで、免疫反応をサポートすることができます。逆に、リポ多糖（LPS）や短鎖脂肪酸（SCFA）などの特定の細菌の代謝産物が全身に回ると、気道の炎症が起こり、既存の炎症性呼吸器疾患が悪化する可能性があります。

気管支喘息
喘息は、世界で3億人以上が罹患しており、主に気道の慢性的な過炎症による様々な症状が特徴です。先進国では感染率の低下に伴い、アレルギー疾患や自己免疫疾患が増加しているという衛生仮説に基づく先行研究では、腸内細菌がアトピー性喘息の発症に関与していることが示唆されています。

ある研究では、アトピーと喘息の既往がある乳児は、生後100日間にFaecalibacterium、Veillonella、Lachnospira、Rothiaのレベルが低下し、SCFAレベルも低下していることが観察されています。また、1歳児を対象とした別の研究では、Veillonellaの多さが5歳時の喘息の発症に直接関係していることがわかった。ただし、これは喘息の母親から生まれた子どもだけに当てはまることであった。これらの報告を総合すると、生後1年間の腸内細菌叢の変化が、子どもの喘息発症リスクに直接影響する可能性があることがわかる。

腸内細菌の異常は喘息の発症に関与している可能性がありますが、マイクロバイオームの構成と喘息の発症には大きな違いがあるため、これら2つの疾患の関係について確固たる結論を出すには限界があります。それでも、標準化されたマイクロバイオーム解析を適用した今後の研究により、喘息の発症における腸内細菌の役割についてより深く理解できるようになるかもしれません。

喘息における2型炎症の発症につながる腸内細菌異常の機序。短鎖脂肪酸（SCFA）の減少により、樹状細胞に作用する糞便中IgEが増加し、免疫グロブリン（Ig）のクラススイッチングが誘導される。IgE産生への切り替えは、ディスバイオーシス刺激下で不変性ナチュラルキラー（iNK）細胞が産生する高レベルのインターロイキン（IL）4およびIL13によっても刺激される。ディスバイオーシスは、CXCR2の発現によって、肥満細胞の腸へのホーミングに影響を与える。腸内マスト細胞の減少と血中濃度の上昇が、喘息で観察される炎症状態を刺激する。喘息における2型炎症の発症につながる腸内ディスバイオーシスの機序。短鎖脂肪酸（SCFAs）の減少により、樹状細胞に作用する糞便中IgEの増加を伴う免疫グロブリン（Ig）のクラススイッチングが誘発される。IgE産生への切り替えは、ディスバイオーシス刺激下で不変性ナチュラルキラー（iNK）細胞が産生する高レベルのインターロイキン（IL）4およびIL13によっても刺激される。ディスバイオーシスは、CXCR2の発現によって、肥満細胞の腸へのホーミングに影響を与える。腸のマスト細胞の減少と血中濃度の上昇は、喘息で観察される炎症状態を刺激する。

慢性閉塞性肺疾患(COPD)
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COPDは、一般的に気道、肺実質、血管系を侵す慢性かつ進行性の呼吸器疾患である。有害化学物質への曝露や喫煙歴など、COPDの発症に直接関与するいくつかの因子は、これらの患者の腸内細菌叢の構成に直接影響を与える可能性があります。

COPDと腸内細菌叢の関係を調査する大規模な研究は依然として不足しており、そのため、腸内細菌の異常がCOPDの進行にどのように影響するかを真に理解する研究者の能力は限定されています。

しかしながら、28名のCOPD患者を対象としたある研究では、対照群と比較して、COPD患者ではStreptococcus、Rothia、Intestinibacter、Romboutsiaが増加し、Bacteroides、Lachnospira、Roseburiaのレベルが減少していることが明らかにされました。

これらのCOPD患者におけるStreptococciとLachnospiraaeの存在量は、肺機能と逆相関していた。別の研究では、AcinetobacterとStenotrophomonasの増加は、COPD患者の肺機能低下と関連していた。

閉塞性睡眠時無呼吸症候群（OSA: Obstructive Sleep Apnea）
OSAは、睡眠中の上気道の連続的な閉鎖を特徴とする一般的な疾患で、睡眠パターンの変化や頻繁な低酸素血症を引き起こします。OSAの悪影響により、患者はさまざまな心血管疾患、代謝性疾患および神経疾患を発症するリスクが高まります。

これまで、OSAと腸内細菌叢の関係について調査した研究は限られている。2歳児を対象としたある研究では、いびきをかく子どもでは、いびきをかかない子どもに比べ、ファーミキューテス/バクテロイデス比が高く、微生物の多様性が減少していることが観察されました。同様に、OSAを持つ2歳から12歳の子供のコホートでは、微生物の多様性が低く、さらにこれらの患者ではプロテオバクテリアの存在量が高いことが観察された。

微生物を中心とした治療は、どのように呼吸器系疾患を改善することができるのでしょうか？
腸内細菌叢を調整するプロバイオティクス、プレバイオティクス、さまざまな食事、糞便微生物叢移植（FMT）が、特定の呼吸器疾患の軌道を改善するためにどのように利用できるのか、いくつかの研究が行われている。

経口サプリメント
いくつかのin vivoマウス研究では、特定の食事成分を取り入れることが肺の免疫反応にどのような影響を与えるかが評価されている。例えば、循環SCFAレベルを増加させる高繊維食は、アレルギー性気道疾患からマウスを保護し、一方、マウスの腸内にLactobacillus johnsoniiを接種すると、肺のTh2反応を減少させた。

さらに、Bifidobacterium lactis BB-12、ドコサヘキソン酸、ビタミンCとEを補給すると、大気汚染にさらされたマウスの肺の炎症が効果的に抑制されることがわかった。また、マウスにラクトバチルス・ラムノサスとビフィドバクテリウム・ブレーブのプロバイオティクスを補給したところ、気道の炎症と肺胞へのダメージが軽減されました。

また、様々な経口サプリメントの効果は、多くのヒト試験で評価されています。例えば、2歳から6歳の小児にビフィドバクテリウム・ロンガムBB536を補給すると、この集団でよく見られる上気道感染症（URTI）の期間が効果的に短縮されました。同様に、Lactobacillus plantarum DR7の12週間の補充は、鼻の症状、URTIの頻度、およびインターフェロンγ（IFN-γ）および腫瘍壊死因子α（TNF-α）を含む様々な炎症性マーカーの血漿濃度を有意に減少させた。

糞便微生物叢移植（FMT)
研究者たちは、特定の呼吸器疾患患者において腸内細菌叢を再確立する新しいアプローチとして、FMTを提案しています。実験では、FMTを行い、その後、高繊維質の食事を与えたマウスは、BacteroidaceaeとLachnospiraceaeの存在量が増加し、COPDに伴う重度の症状を引き起こす可能性が減少することが示されました。

LPS誘発肺損傷に対するFMTの影響を評価した別の研究では、急性肺損傷を起こした動物の肺において、炎症と酸化ストレスの軽減とともに、TLR4/NK-kBシグナルのダウンレギュレーションが観察された。同様の結果は、別の研究でも観察され、FMTは細菌感染後の無菌マウスの反応を改善した。

これらの観察にもかかわらず、FMTの安全性と呼吸器疾患に対するこの治療法に関連する利益を決定するために、さらなる研究が必要である。

雑誌掲載
Bikov, A., Dragonieri, S., Csoma, B.、他（2022年）。The role of Gut Bacteriome in asthma, chronic obstructive pulmonary disease and obstructive sleep apnoea（喘息、慢性閉塞性肺疾患、閉塞性睡眠時無呼吸症候群における腸内細菌群の役割）. マイクロオーガニズムズ. doi:10.3390/microorganisms10122457
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投稿者 メンズヘルスニュース｜医学研究ニュース｜病状ニュース｜ウィメンズヘルスニュース｜病気・感染症ニュース

タグ アシネトバクター, 大気汚染, 気道炎症, 喘息, バクテリア, 化学物質, 子供, 慢性, 慢性閉塞性肺疾患, クロストリジウム, 食事, 薬, ディスバイオシス, 腸球菌, 脂肪酸, 便性微生物叢移植, 周波数, 遺伝子, 衛生, 衛生仮説, 低酸素症, 免疫系, in vivo, 炎症, 不眠,インターフェロン, ラクトバシル, 肺疾患, 肺, メタボライト, マイクロバイオーム, 死亡率, 壊死, 一酸化窒素, 閉塞性睡眠時無呼吸症候群, 酸化ストレス, オゾン, 汚染, プレバイオティクス, プロバイオティクス, 研究, 呼吸器, 呼吸器管感染, 短鎖脂肪酸, 皮膚, 睡眠, 睡眠時無呼吸, 喫煙,ストレス, 硫黄, 補足, タバコ, 腫瘍, 腫瘍壊死因子, 血管組織, ビタミン類

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ニディ・サハ
執筆者

Nidhi Saha
私は、医療コンテンツのライターとエディタです。私の関心は、公衆衛生意識と医療コミュニケーションにある。私は臨床歯科医として、インドの医療出版社でコンサルタント研究ライターとして働いています。様々な医療分野に関連する新しい治療法に関する知識を更新することに常に努めています。また、校正を手伝い、公認の医学雑誌に原稿を掲載した経験もあります。余暇にはスケッチや読書、音楽を聴くのが好きです。

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最終更新日 土曜日 28 1月 2023

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