PI-IBSマウスにおけるリファキシミンによる腸内細菌叢の変調
公開日：2023年1月19日
PI-IBSマウスにおけるリファキシミンによる腸内細菌叢の変調
https://bmcmicrobiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12866-023-02772-6
Shengyan Zhang, Gaichao Hong, ...Xiaohua Hou 著者を表示する。
BMC Microbiology Volume 23, Article number: 22 (2023) この記事を引用する
詳細
概要
背景
Rifaximinは過敏性腸症候群（IBS）治療への応用が進んでいる。リファキシミンの作用が腸管セグメントの違い、特にリファキシミンが主に作用する小腸の微生物叢に違いがあるかどうかは、これまで確認されていない。
研究方法
本研究では、Trichinella spiralis 感染を用いて感染後過敏性腸症候群（PI-IBS）を誘発し、大腸膨満（CRD）に対する腹部撤退反射（AWR）テストによってマウスの内臓感受性を測定した。PI-IBSマウスの回腸、大腸粘膜および糞便微生物叢の構成に及ぼすリファキシミンの影響を比較検討した。
結果
リファキシミンはPI-IBSマウスにおいてAWRスコアを有意に低下させ、疼痛閾値を増加させた。この効果は回腸粘膜微生物叢の相対存在量の変化と関連していた。Rifaximinは、Shannon microbial diversity indexで評価した回腸粘膜微生物叢のα多様性を明らかに減少させることができた。一方、β多様性と門、科、属レベルの微生物叢の相対存在度の分析から、リファキシミンは回腸粘膜の微生物叢構造を改善することが示された。しかし、大腸粘膜と糞便の微生物叢については、リファキシミンのこの効果は明らかではなかった。リファキシミンは、異なる腸管セグメント間の属の相関を再構築することができた。
結論
リファキシミンはPI-IBSマウスにおいて内臓知覚過敏を改善した。リファキシミンは主に回腸粘膜微生物叢に影響を与え、IBSに対する改善効果は回腸微生物叢の構造の改善と密接に関係している可能性が示唆された。
ピアレビュー報告
はじめに
IBSは、再発性の腹痛と排便習慣の変化を特徴とする慢性消化器疾患である[1]。近年、心理的要因に加えて、小腸細菌過剰増殖（SIBO）、腸内細菌異常症、消化管感染歴などの消化管の病的変化もIBS症状の発生・進展に重要な役割を果たすことが研究で明らかにされています[2,3,4]。そのため、IBSにおける腸内細菌叢に注目する研究がますます増えています[5,6,7,8]。
リファキシミンは、半合成のリファマイシン製剤です[9]。リファマイシンと比較して、ピリドイミダゾール環が追加されているため、吸収されにくくなっています[10]。そのため、リファキシミンの効果は消化管に限られる。さらに、胆汁溶解性が高いため、小腸で主に機能する。水分の多い大腸では、リファキシミンの薬効は極めて限定的である[9, 11]。生体内でのリファキシミンの代謝は比較的単純であり、薬物間相互作用を示さず [12] 、未変化体として糞便中に排泄される [13] 。リファキシミンは、細菌のRNA合成に重要な細菌DNA依存性RNAポリメラーゼのβサブユニットに結合することにより、グラム陽性菌やグラム陰性菌を含む好気性および嫌気性菌に対して幅広い抗菌活性を示す[14]。近年、IBSにおけるリファキシミンの有効性が十分に確認されています。便秘を伴わないIBS患者において、リファキシミンが腹部膨満感、腹痛、緩い便や水様便などの症状を効果的に緩和することが研究で示され [15]、2015年にFDAからIBS-Dの治療に承認されました [16, 17]。リファキシミンのメカニズムとして考えられる微生物叢の構造調節は広く認識されています[16, 18]。しかし、ほとんどの研究は、リファキシミンの糞便微生物叢への影響に焦点を当て、リファキシミンが小腸を含む腸の異なる部分の微生物叢に影響を与えるかどうか、どのように影響を与えるかは無視されている。さらに、粘膜と管腔（糞便）微生物組成の間には大きな違いがある[19]。リファキシミンのユニークな薬物動態特性および粘膜関連微生物叢と宿主上皮、免疫細胞および腸管神経系との密接な関係を考慮すると、異なる腸管セグメントからの粘膜微生物叢に対するリファキシミンの影響を探求することは特に重要である。
多くの研究により、Trichinella spiralis感染マウスがPI-IBSの臨床的特徴を包括的にシミュレートする動物モデルとして使用できることが確認されている[20,21,22]。本研究では、このモデルを用いて、回腸粘膜、結腸粘膜および糞便中の微生物叢組成のリファキシミン投与後の変化について説明することとなった。その結果、リファキシミンは腸管セグメントによって異なる影響を与えることがわかりました。大腸粘膜および糞便と比較して、リファキシミンは回腸粘膜の微生物叢に最も大きな影響を及ぼし、PI-IBSマウスの回腸の微生物異常症を改善し、正常マウスと同様の微生物叢構造に回復させることが可能であった。
材料と方法
PI-IBSモデルマウスの樹立
広東省医学動物実験センターから入手した雄性NIHスイスマウス（6-8週齢、No.SCXK2008-0002）を本研究で使用した。マウスは、中国武漢の同済医科大学の動物施設において、特定の病原体を含まない条件下で飼育された。マウスにはオートクレーブ滅菌したげっ歯類用飼料と滅菌水を与え、一定の温度（22-23℃）に保った。すべての動物は、同済医科大学動物実験倫理委員会で承認された手順の倫理と規制に従って飼育され、実験に使用された。T. spriralisは華中科技大学寄生虫学教室から提供された。幼虫の入手は、以前に記載した方法を用いた[23]。マウスを無作為に3つのグループ、すなわちコントロールグループ、PI-IBSグループ、およびリファキシミングループに分けた。PI-IBS群およびRifaximin群のマウスは、0.2 mlリン酸緩衝生理食塩水（PBS）中の350〜400匹のT. spiralis幼虫を経口投与して感染させた。対照マウスは0.2mlのPBSのみを投与した。8週間後にPI-IBSモデルを確立した。次に、前実験の結果に従って、リファキシミン群のマウスには250mg/kg/日のリファキシミン（シグマ・アルドリッチ社、米国、コーン油に溶解）を7日間連続して胃内投与し、一方、他の群のマウスには同量のコーン油を7日間胃内投与した。9週間後、すべてのマウスを頸椎脱臼により犠牲にし、組織を得た。
内臓感受性の評価
NIH Swissマウスの内臓感度は、操作が簡単で直感的な結果が得られることから、マウスの内臓感度の変化を評価する有効な指標となっているCRDに対するAWR試験により測定した［24］CRDおよびAWR半定量スコアは、既報の方法に従って実施した［25］。プラスチックバルーンを 20, 40, 60, 80 mmHg に膨張させ，各値で AWR スコアと閾値強度を記録した．CRDの閾値は腹壁の視覚的に明らかな収縮を誘発する最小膨張量と定義した．結果の信頼性を確保するため，2名の観察者がAWRの評点と最小膨張量を別々に記録し，各値について3回バルーンを膨張させた．
サンプル採取とDNA抽出
新鮮な糞便ペレットの単離は、CO2麻酔に続いて頸椎脱臼によりマウスを犠牲にする前に行った。その後、大腸（環状部の近位3cm）および回腸（回盲部接合部の近位3cm）組織を直ちに採取した。QIAamp DNA isolation kit（Qiagen, Valencia, CA, USA）を用いて、全菌体DNAを抽出した。16S RNA遺伝子V4領域をプライマー（Forward: 5'-AYTGGGYDTAAAGNG -3'; Reverse: 5'-TACNVGGTATCTAATCC-3' ）で増幅し、イルミナ MiSeqプラットフォーム（イルミナ、サンディエゴ、カリフォルニア）で配列決定を実施した。配列のトリミングは、以前の研究21で説明されたように行った。操作的分類単位（OTU）は、類似度97％の閾値でクラスタリングし、Silvaデータベースに従って分類学的に割り当てた。
バイオインフォマティクスによる解析。異なるグループにおける微生物相の多様性を評価するために、Shannon 指数を使用した。また、Unweighted Unifrac距離に基づいて、主座標分析（PCoA）を行い、各グループ間の微生物相の一般的な変化を推定した。
統計解析
CRDの各圧力におけるAWRスコアと16S rRNA配列決定による微生物データを、Kruskal-Wallis検定を用いて3群間で比較し、結果が有意（P < 0.05）である場合、多重比較の補正にボンフェローニ補正0.05/3をかけたウィルコクソン順位和検定を使用した。腸管セグメントの異なる微生物叢の相対存在量、回腸粘膜微生物叢と内臓感覚の相関は、ピアソン相関検定を用い、FDR法でp値を補正して解析した。その他の結果は平均値±SEMで示し、一元配置分散分析、最小有意差（LSD）検定またはDunnettのT3検定を用いて、適宜多重比較を行った。P < 0.05の値を統計的に有意であるとみなした。統計解析はSPSS version 19で行った。
結果
リファキシミンはPI-IBSマウスの内臓知覚過敏を改善することができた。
Fig.1に示すように、コントロール群と比較して、PI-IBS群のAWRスコアは、40mmHgの結腸膨張条件（P = 0.016, Fig.1A）および60mmHg（P = 0.004, Fig.1A）で明らかに増加し、痛み閾値は劇的に減少した（P = 0.032, Fig.1B）。これらの結果から、Trichinella spiralis感染マウスにおいて、高い内臓感受性を有するPI-IBSモデルの確立に成功したことが示された。リファキシミン投与後、投与したマウスのAWRスコアは、PI-IBS群と比較して40mmHg（P = 0.005、Fig. 1A）、60mmHg（P = 0.043、Fig. 1A）ともに有意に減少し、一方で疼痛閾値が増加した（P = 0.032、Fig. 1B）。
Fig.1
図1
内臓感覚に対するリファキシミンの効果。A AWRスコアの箱ひげ図；B CRD強度の痛み閾値。箱は四分位範囲を示し、線は箱内の中央値を示す。ひげは5分位と95分位の百分位を表し、n = 8匹/群。*p < 0.05
フルサイズ画像
リファキシミンはPI-IBSマウスの異なる腸管セグメントにおいて腸内細菌叢の多様性に影響を与えた。
Fig.2では、異なる腸管セグメントにおける腸内細菌叢の多様性をShannon indexに基づいて示しました。その結果、PI-IBS群における回腸粘膜微生物叢の多様性は、対照群に比べ有意に高かった（P = 0.017、Fig. 2A）。しかし、大腸粘膜（P = 0.097、図2B）および糞便（P = 0.79、図2C）では、PI-IBS群と対照群の微生物多様性の差は明らかでなかった。興味深いことに、リファキシミン投与は、PI-IBSマウスの回腸粘膜（P = 0.018, 図2A）および糞便（P = 0.0036, 図2C）の微生物叢多様性を減少させたが、大腸サンプルでは有意な変化が認められなかった（P = 0.081, 図2B）。サンプル間の微生物組成と多様性の違いを評価するために、重み付けされていないUniFrac距離に基づく主座標分析を行った。その結果、対照群と比較して、PI-IBS群の回腸粘膜（図2D）、大腸粘膜（図2E）、糞便微生物叢（図2F）はいずれも分離凝集していることがわかった。驚いたことに、PI-IBSマウスの回腸粘膜の微生物叢構造は、リファキシミン投与後にコントロール群と同様の状態に戻ったが（図2D）、大腸粘膜と糞便の微生物叢はそのような変化を示さなかった。
Fig.
図2
回腸、大腸、便のサンプルについて、リファキシミン治療群、PI-IBS群、健常対照群のαダイバーシティ（A-C）、βダイバーシティ（D-F）を比較したもの。箱は四分位範囲、線は箱の中の中央値を表す。ひげはそれぞれ最大値、最小値を表す。外れ値はドットで示した。*p < 0.05
フルサイズ画像
RifaximinはPI-IBSマウスの異なる腸管セグメントにおいて腸内細菌叢の構成に異なる影響を及ぼした
門、科、属の3つのレベルで細菌の存在量の違いを分析した。図3に示すように、門レベルでは、コントロール群に比べ、回腸粘膜（P = 0.053, Fig. 3D）、糞便（P = 0.51、Fig. 3D）はPI-IBS群で増加し、リファキシミン投与後に減少した（回腸粘膜、P = 0.061; 結腸粘膜、P = 0.067; 糞便、P = 0.043 ）。また、リファキシミン投与後、回腸粘膜ではCyanobacteriaの相対量が増加し、Acidobacteria、Chloroflexi、Nitrospiraeが減少することがわかった（Fig. 3A）。大腸粘膜では、ProteobateriaとDeferribacteresの相対量がリファキシミン処理後に減少した（Fig. 3B）。一方、糞便中の微生物群については、3群間に差はなかった（Fig. 3C）。ファミリーレベルでは、PI-IBSマウスでは回腸粘膜のLachnospiraceae, Brucellaceae, Comamonadaceaeがリファキシミン投与後に増加し、S24.7が減少した（Fig.3E）。大腸粘膜では、S24.7は増加したが、lachnospiraceae, brucellaceae, helicobacteraceaeの相対量がリファキシミン投与後に減少した（Fig.3F）。なお、糞便中の微生物相については、3群間で明らかな差は認められなかった（Fig.3G）。
Fig.3
図3
異なるグループ間の糞便微生物叢組成の変動。回腸、大腸および便サンプルにおける3群間の細菌門（A-C）およびファミリー（E-G）の相対的割合。D 3群の大腸と回腸におけるFirmicutesとBacteroidetesの比率。回腸（H）、大腸（I）、便（J）の各群における細菌属の存在比を示すヒートマップ。
フルサイズ画像
ヒートマップの解析の結果、大腸粘膜サンプルでは3属、便では5属、しかし驚くべきことに、回腸粘膜では34種がリファキシミン投与後に目に見えて変化していることが分かった。具体的には、回腸粘膜では、MicrocystisとAnabaenaの相対量が減少し、Triticum aestivum、Defluviicoccusなど32属がコントロールに比べてPI-IBS群で増加を示した（Fig.3H）。リファキシミン投与後、回腸粘膜では、これらの属の相対量はコントロール群と同程度に戻った（Fig.3H）。大腸粘膜では、PI-IBSマウスでは、リファキシミン投与によりAnaerovoraxの相対量が減少し、Chthoniobacterの相対量が増加した（Fig. 3I）。リファキシミン処理は、PI-IBS群の糞便中のThalassospiraとArenicellaの相対存在量の増加を逆転させ、Dyellaの相対存在量を明らかに増加させた（Fig.3J）。
リファキシミンはIBSマウスの異なる腸管セグメント間の微生物叢の関連性をリモデリングした
リファキシミンが異なる部位の微生物叢の関連性を変化させるかどうかを調べるために、回腸、大腸粘膜および糞便からの優勢属の相関を分析した。回腸粘膜と糞便はあまりにも離れているため、この2つの部位間の関連性は解析しなかった。Fig.4に示すように、回腸粘膜と大腸粘膜の優占種は対照群では88群、IBS群では46群しか有意な相関を示さなかったが、リファキシミン介入によりこの相関は強まり、65群が有意な相関を示した（Fig.4A)。大腸粘膜と回腸粘膜の優占種間の相関に対するリファキシミンの効果は、大腸粘膜と回腸粘膜の間ほど顕著ではなく、有意な相関はコントロール群で37、IBS群で33だったが、リファキシミン群では22となった（Fig. 4B）。さらに比較すると、IBS群の相関はコントロール群とは異なっており、リファキシミン介入によってこれらの相関がある程度再形成される可能性があることがわかった。Table S1に示すように、大腸粘膜と回腸粘膜の間には、IBS群では相関が有意でなく、リファキシミン治療後に強化された優勢属が3群存在した。大腸粘膜と糞便の優占種の比較でも同様の状況が観察された（表S2）。より一般的には、IBS群では対照群と比較して、異なる腸管セグメントの属の間に新たな相関が見られ、この異常な相関はリファキシミン治療により解消された。
図4
図4
回腸粘膜優占属と大腸粘膜優占属の相関（A）。大腸粘膜優占種と糞便優占種の相関(B)。回腸粘膜優占属（C）、リファキシミン介入後に有意な変化を示した属（D）、内臓知覚過敏の相関。*p < 0.05, **p < 0.01
フルサイズ画像
リファキシミンによる腸内細菌叢の変化と内臓過敏症状の改善との関連をさらに検討するため、回腸粘膜で相対存在量が最も多い39属とリファキシミン介入後に有意な変化を示した34属を選び出しました。そして、疼痛閾値およびAWRスコアとの相関を検討した。その結果、Rikenellaの相対存在量と疼痛閾値の間に有意な正の相関が認められた（図4C）。AWRスコアについては、10属のうち8属が回腸粘膜支配属であり（Fig. 4C）、そのうち2属がリファキシミン介入後に有意に変化した属であった（Fig. 4D）。これらのうち、AWRスコアと有意な負の相関を示したMarinicella属を除く9属は、すべて対応するAWRスコアと正の相関を示した。興味深いことに、内臓過敏症状と相関を示したBacteroides, Blautia, Odoribacter, Parabacteroides, Clostridium.sensu.stricto.1, Rikenella, Anaerotruncus, Marinicellaはコントロール群と比較して他の腸管セグメントの微生物叢との相関に大きな変化が見られ、これらの相関変化はリファキシミン投与後完全に修正されることが確認された。
考察
本研究では、Trichinella spiralis感染後のPI-IBSモデルを構築した。その結果、リファキシミンがPI-IBSマウスの内臓知覚過敏を有意に改善することを見出した。回腸、大腸粘膜および糞便中の微生物叢の解析を通じて、リファキシミンは腸管セグメントの異なる微生物叢に異なる影響を与えることを見出し、中でも回腸粘膜微生物叢に対するリファキシミンの効果が最も明らかであった。回腸粘膜微生物叢とIBSの内臓知覚過敏症状との間に相関を見出した。リファキシミンはPI-IBSの回腸粘膜微生物叢と異なる腸管セグメント間の微生物叢の関連性を対照群と同様の組成にリモデルし、これがIBS症状改善の理由の一つと考えられる。
IBSの一般的な病態生理として内臓過敏症は、主に痛みの感覚閾値の低下として現れ、IBS症状の発生と発症に密接に関係していた[26]。我々は、リファキシミンがPI-IBSマウスのAWRスコアを著しく低下させて痛みの閾値を上昇させることを観察し、腸のマイクロバイオータと内臓過敏症の発症に密接な関連があることを注目に値する[8、26]とした。リファキシミンに関するこれまでの研究では、通常、糞便を主なサンプル源としており、粘膜と糞便の微生物叢に違いがあることを無視していた。さらに、リファキシミンの薬物利用率が異なること、腸管部位によって微生物組成が異なることから、リファキシミンは腸管部位によって微生物叢に異なる影響を及ぼすと考えるのが妥当であった［27, 28］。
その結果、PI-IBSの回腸粘膜では細菌の多様性が増加し、大腸粘膜や糞便サンプルでは多様性は有意に増加しないことがわかった。このモデルでは、PI-IBSの回腸粘膜微生物叢のα多様性が増加したが、別の研究では、IBS群では回腸粘膜微生物叢の多様性が減少していた[16]。注目すべきは、このIBSモデルが感染症に伴うIBSモデルではなく、慢性的な水分の離脱や繰り返しの拘束ストレスによって誘導されたものであることである。このモデル化の方法の違いが、回腸粘膜微生物叢の全く正反対の特性の理由であるかどうかは、さらなる研究が必要であった。今回の実験では、リファキシミンは主に小腸で作用し、その広域抗菌作用により回腸粘膜微生物叢の多様性を低下させることが確認された。しかし、大腸ではリファキシミンの薬物利用率が低いため、大腸粘膜微生物叢の多様性の変化は明らかでなかった。また、リファキシミンは糞便微生物叢の多様性に対しても明らかな阻害効果を示したが、これは糞便微生物叢が腸の様々な部位から由来する可能性があり、リファキシミンが活性を示す部位が含まれている可能性があるためであると考えられた。我々の実験の結果と同様に、下痢優位のIBS患者に対する臨床試験研究でも、リファキシミン治療後に糞便微生物叢のシャノン多様性と豊かさがわずかに減少することが見出された[29]。この研究では、微生物叢の多様性の変化は短期的なものであることに注目する必要がある。リファキシミンがどの程度の期間、微生物叢の多様性の変化を維持できるのか、また、腸管セグメントの違いによって影響の持続期間が異なるのかについては、より詳細な研究によって明らかにする必要があると思われる。
サンプル間の多様性（β diversity）を解析した結果、PI-IBSマウスの回腸粘膜において、リファキシミンは対照群と非常に類似した細菌構造を回復させることがわかった。これまでの研究で、小腸の微生物組成の変化がIBSの基礎的なメカニズムの一つである可能性が示唆されていました[30]。したがって、リファキシミンがPI-IBSマウスの回腸微生物異常に改善することは、IBSの症状を緩和するのに役立つ可能性がある。大腸および便サンプルにおいて、PI-IBSマウスのリファキシミン処理後に新たに形成された微生物コロニーは、対照とは全く異なる組成特性を示したことから、PI-IBSマウスの腸内細菌叢に対するリファキシミンの効果は、腸のセグメントごとに異なることも示唆された。リファキシミンのIBS改善効果は主に回腸に反映され、大腸粘膜微生物叢の調節はIBS症状の改善とはあまり関係がないのかもしれない。
そこで、再び門、科、属のレベルで微生物相の異なる部分を分析したところ、リファキシミンはPI-IBSマウスの異なる腸管セグメントにおいて微生物相の相対存在比を変化させる可能性があることを見出した。門レベルでは、F/B比の変化を観察した。PI-IBSマウスでは回腸、大腸粘膜、糞便でF/B ratioの増加が認められ、リファキシミンにより減少させることができた。F/B比の変化は一般に腸内細菌症の兆候と考えられており、その増加は腸管粘膜透過性の上昇や軽度の炎症と関連している可能性がある[31]。これまでの研究で、腸内細菌の異常とわずかな腸の炎症活性が内臓感覚を変化させることが確認されていた[32]。PI-IBSマウスでリファキシミン投与後にF/B比が低下したことは、微生物叢の乱れが改善され、腸の炎症が緩和されたことを示し、それが内臓知覚過敏の改善要因の一つである可能性が考えられた。ファミリーレベルでは、回腸粘膜のLachnospiraceaeの存在量がPI-IBSマウスで減少し、リファキシミン投与後に増加することを見いだした。以前の研究では、IBS患者のうつ病の程度はLachnospiraceaeの相対的存在量と負の相関があることが示唆されていた[33]。また、別の研究では、GHT（Gut-directed hypnotherapy）後にLachnospiraceaeの相対存在量が減少することが確認された[34]。IBS患者の不安やうつ病のリスクは健常者の3倍であり[35]、脳機能の異常や病的変化も確認された[36]。PI-IBSマウスにおけるリファキシミンのLachnospiraceaeの相対的存在量に対する効果は、脳と腸の機能不全に対する調節作用を反映している可能性があり、内臓過敏症を軽減する理由の一つにもなっている可能性がある。リファキシミン投与後、大腸粘膜および糞便中のLachnospiraceaeの相対存在量の変化は回腸粘膜のそれと同様ではなかったが、これは腸管セグメントの違いによるリファキシミンの抗菌作用の違いによるものであると考えられることは注目に値する。小腸の胆汁環境ではリファキシミンの溶解度が70-120倍に増加することが研究で示されており［37］、粒子径を小さくして細菌細胞への侵入を容易にするのに役立つと考えられている。また、in vitroで小腸液環境をシミュレートした別の研究でも、胆汁酸を含む溶液中ではリファキシミンが主なSIBO病原体である大腸菌、クレブシエラ属、エンテロバクター属、フェカリスに対してより強い抗菌効果を示すことが証明されています[38]。これらの結果は、IBSに対するリファキシミンの改善効果が腸内部位の違いに密接に関係している可能性を改めて証明するものであった。
群間で属レベルで明らかな差があった微生物叢を解析した（P < 0.05）。その結果、回腸粘膜の微生物叢の違いが最も明らかであった。対照群に比べ、PI-IBS群では回腸粘膜で34種の属の相対量が変化し、大腸粘膜と糞便ではそれぞれ3種と5種しか変化しなかった。この差は、PI-IBSがマウスの回腸微生物叢の構成に最も大きな影響を与えることをさらに証明した。興味深いことに、対照群と比較して、PI-IBSマウスの回腸微生物叢の変化のほとんどは、微生物叢の相対的存在度の増加であった。この変化が生理的な意味を持つかどうかは、より詳細な研究によって確認する必要がある。
微生物叢の相対的存在量の変化は、異なる細菌間の相互作用と関連していた。研究により、微生物叢の組成および／または活性、ならびに短鎖脂肪酸（SCFA）などの細菌代謝物の変化は、宿主免疫系を活性化し、サイトカイン産生を促進し、腸管の物理的および化学的環境に影響を与え、腸管内の微生物叢のコロニー形成に影響を与え得ることが明らかにされていた[39]。しかし、空間的に離れた異なる腸管セグメントの微生物叢の間に相互作用が存在するかどうかは明らかでなかった。本研究では、リファキシミンが回腸粘膜と大腸粘膜のIBSによる相関を再形成することを見出したが、大腸粘膜と糞便の微生物叢を比較するとその効果は明らかではなかった。本研究では、さらに回腸粘膜微生物叢とAWRスコアの間に正の相関があることを示し、これらの属が内臓知覚過敏の有害因子となる可能性が示唆された。その中で、Bacteroides [39, 40] , Blautia [41] , Odoribacter [5] , Parabacteroides [40] , Clostridum.sensu.stricto.1 [7] の相対量がIBS患者において増加することが示された。また、興味深いことに、Marinicella属の相対的存在量とAWRスコアの間に負の相関が見られ、腸内細菌叢が内臓過敏症の予防因子にもなっている可能性が示唆された。また、IBS症状と相関を示したこれらの属は、対照群と比較して他の腸管セグメントの微生物叢との相関に有意な変化を示し、これらの相関の変化はリファキシミン投与後に完全に補正されたことが特筆される。これらの結果は、異なる腸管セグメントの微生物叢が互いに影響し合っているのではないかという可能な仮説を提供するものである。リファキシミンは回腸の関連菌の存在量に影響を与えることで大腸の微生物叢の構造を変化させ、それがさらにIBS症状の発生につながるというものであった。これらの異常な相関関係がIBS症状の出現に関係しているのか、またリファキシミンによるその是正が治療作用のメカニズムの一つであるのか、より詳細な検討が必要である。
また、本研究にはいくつかの限界があった。微生物叢の構造の変化に伴って起こりうる微生物叢の機能の変化についての解析と予測は行わなかった。実験デザインの面では、グループ間に有意差があるため、グループ内の介入の影響を評価するための事前・事後対照をデザインしませんでした。そして、本研究ではリファキシミン介入前後の小腸内細菌の総量を解析していないため、SIBOの有無やリファキシミンの効果の可能性を判断することができなかった。
結論として、リファキシミンはPI-IBSマウスの内臓知覚過敏を劇的に改善させることができた。リファキシミンは主に回腸粘膜微生物叢に作用し、IBSに対する改善効果は回腸微生物叢構造の改善と密接に関係している可能性がある。
データ・資料の入手方法
RNA配列（アクセッション番号：CRA007438）は、Genome Sequence Archive at the BIG Submission (BIG Sub: https://ngdc.cncb.ac.cn/gsub/)で入手可能。本研究で使用・解析したデータセットは、対応する著者から要請があれば入手可能である。
略語
IBS-D:
下痢を主症状とする過敏性腸症候群
SIBO。
小腸内細菌過繁殖
HC:
ヘルシーコントロール
PI-IBS
感染後過敏性腸症候群
AWR
腹部撤退反射
参考文献
Drossman DA. 機能性胃腸障害：歴史、病態生理、臨床的特徴、およびRome IV。Gastroenterology. 2016;150(6):1262-79.
論文
Google Scholar
Achufusi TGO, Sharma A, Zamora EA, Manocha D. 小腸菌過繁殖：診断、予防、治療法の包括的レビュー. Cureus. 2020;12(6):e8860.
Google Scholar
ゴーシャルUC、ラーマンMM. 熱帯・亜熱帯地域における感染後過敏性腸症候群。ビブリオコレラは、このよく知られた症状の新しい原因である。Indian J Gastroenterol. 2019;38(2):87-94.
論文
Google Scholar
Saffouri GB, Shields-Cutler RR, Chen J, Yang Y, Lekatz HR, Hale VL, Cho JM, Battaglioli EJ, Bhattarai Y, Thompson KJ, et al. 小腸の微生物ディスバイオージスが機能性胃腸障害に伴う症状の根幹をなしていること。Nat Commun. 2019;10(1):2012.
論文
Google Scholar
Pittayanon R, Lau JT, Yuan Y, Leontiadis GI, Tse F, Surette M, Moayyedi P. Gut microbiota in patients with irritable bowel syndrome-a systematic review.過敏性腸症候群の患者における腸内細菌相。Gastroenterology. 2019;157(1):97-108.
論文
Google Scholar
Zhuang X, Xiong L, Li L, Li M, Chen M. Alterations of gut microbiota in patients with irritable bowel syndrome: a systematic review and meta-analysis. J Gastroenterol Hepatol. 2017;32(1):28-38.
論文
Google Scholar
Zhu S, Liu S, Li H, Zhang Z, Zhang Q, Chen L, Zhao Y, Chen Y, Gu J, Min L, et al. Identification of gut microbiota and metabolites signature in patients with irritable bowel syndrome.過敏性腸症候群の患者における腸内細菌叢と代謝産物のシグネチャーの特定。Front Cell Infect Microbiol. 2019;9:346.
論文
キャス
Google Scholar
カナキス A、ハルーン M、ウェーバー HC. 過敏性腸症候群と腸内細菌叢。Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes。2020;27(1):28-35.
記事
Googleスカラー
Bruzzese E, Pesce M, Sarnelli G, Guarino A. 下痢優位の過敏性腸症候群の治療に対するリファキシミンの薬物動態学的薬剤評価。Expert Opin Drug Metab Toxicol. 2018;14(7):753-60.
論文
キャス
グーグルスカラー
Steffen R. Rifaximin: a nonabsorbed antimicrobial as a new tool for treatment of travelers' diarrhea.（リファキシミン：旅行者下痢症の新たな治療手段としての非吸収性抗菌薬）。J Travel Med. 2001;8(Suppl 2):S34-39.
DuPont HL. Rifaximin: an antibiotic with important biologic effects. ミニ・レヴ・メッド・ケム。2015;16(3):200-5.
論文
キャス
グーグルスカラー
Pimentel M. SIBOおよびIBSの治療薬としてのリファキシミンのレビュー。専門家の意見Investig Drugs。2009;18(3):349-58.
記事
CAS
Google Scholar
Jiang ZD, Ke S, Palazzini E, Riopel L, Dupont H. 経口投与したリファキシミンのin vitro活性と糞便中濃度。Antimicrob Agents Chemother. 2000;44(8):2205-6.
論文
CAS
Google Scholar
ベーカーDE．リファキシミン：非吸収性経口抗生物質。Rev Gastroenterol Disord。2005;5(1):19-30.
Googleのスカラー
Pimentel M, Lembo A, Chey WD, Zakko S, Ringel Y, Yu J, Mareya SM, Shaw AL, Bortey E, Forbes WP.過敏性疾患患者に対するリファキシミン療法。便秘を伴わない過敏性腸症候群の患者に対するリファキシミン療法。N Engl J Med. 2011;364(1):22-32.
論文
CAS
Google Scholar
Xu D, Gao J, Gillilland M 3rd, Wu X, Song I, Kao JY, Owyang C. Rifaximinは腸内細菌を変化させ、ストレスによる腸の炎症と内臓の痛覚過敏をラットに予防する。Gastroenterology. 2014;146(2):484-496.e484.
論文紹介
キャス
Google Scholar
ウェーバーHC. 下痢が優位な過敏性腸症候群の新しい治療オプション。Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes. 2017;24(1):25-30.
キャス
グーグルスカラー
Pimentel M.総説：下痢を伴う過敏性腸症候群の管理におけるリファキシミンの潜在的な作用機序。Aliment Pharmacol Ther. 2016;43（サプル1）:37-49。
論文
キャス
Google Scholar
Rangel I, Sundin J, Fuentes S, Repsilber D, de Vos WM, Brummer RJ. 過敏性腸症候群患者と健常者における糞便関連微生物叢と粘膜関連微生物叢の関係。Aliment Pharmacol Ther. 2015;42(10):1211-21.
論文
キャス
Google Scholar
Fu Y, Wang W, Tong J, Pan Q, Long Y, Qian W, Hou X. Th17: a new participant in gut dysfunction in mice infected with Trichinella spiralis.（Th17：トリコネラ・スパイラルスに感染したマウスの腸機能障害への新たな参加者）。Mediators Inflamm. 2009;2009:517052.
論文
Google Scholar
Kraneveld AD, Rijnierse A, Nijkamp FP, Garssen J. 炎症性腸疾患および過敏性腸症候群における神経-免疫相互作用：将来の治療標的。Eur J Pharmacol. 2008;585(2–3):361–74.
論文
CAS
Google Scholar
バーバラG、バランスBA、コリンズSM. マウスの急性線虫感染後の持続的な腸管神経筋機能障害。Gastroenterology. 1997;113(4):1224-32.
論文
CAS
Google Scholar
トリコネラ（Trichinella spiralis）幼虫の炭水化物および脂質とそのin vitroでの利用。J Parasitol. 1969;55(1):51-8.
記事
CAS
Google Scholar
Qi QQ, Chen FX, Zhao DY, Li LX, Wang P, Li YQ, Zuo XL. 過敏性腸症候群モデルマウスにおけるN-methyl-D-aspartate受容体を介した内臓知覚過敏症。J Dig Dis. 2016;17(7):448-57.
論文
キャス
グーグル・スカラー
Zhao Q, Yang WR, Wang XH, Li GQ, Xu LQ, Cui X, Liu Y, Zuo XL. 酪酸菌は、TNBS誘発過敏性腸症候群の腸管低悪性度炎症を、層状突起樹状細胞の機能状態を調節することにより緩和する。World J Gastroenterol. 2019;25(36):5469-82.
論文
キャス
グーグルスカラー
Deiteren A, de Wit A, van der Linden L, De Man JG, Pelckmans PA, De Winter BY. 過敏性腸症候群と内臓過敏症：危険因子と病態生理学的メカニズム。Acta Gastroenterol Belg. 2016;79(1):29-38.
Maharshak N, Ringel Y, Katibian D, Lundqvist A, Sartor RB, Carroll IM, Ringel-Kulka T. Fecal and mucosa-associated intestinal microbiota in patients with diarrhea-predominant irritable bowel syndrome.下痢を主症状とする過敏性腸症候群患者の糞便および粘膜関連腸内細菌叢. Dig Dis Sci. 2018;63(7):1890-9.
論文
キャス
グーグルスカラー
Chung CS、Chang PF、Liao CH、Lee TH、Chen Y、Lee YC、Wu MS、Wang HP、Ni YH. 過敏性腸症候群患者と健常者の小腸および糞便中の微生物叢の相違。Scand J Gastroenterol. 2016;51(4):410-9.
論文
キャス
グーグル・スカラー
Fodor AA, Pimentel M, Chey WD, Lembo A, Golden PL, Israel RJ, Carroll IM. リファキシミンは、下痢を主徴とする過敏性腸症候群患者の腸内細菌叢における複数の分類群の控えめで一過性の減少と関連している。Gut Microbes. 2019;10(1):22-33.
論文
キャス
グーグル・スカラー
バイW、イシャクN、ボリンTD、ダンコムVM、レオダンSM。腸内常在菌の過繁殖と過敏性腸症候群。World J Gastroenterol. 2014;20(10):2449-55.
論文
Google Scholar
Magne F, Gotteland M, Gauthier L, Zazueta A, Pesoa S, Navarrete P, Balamurugan R. The Firmicutes/Bacteroidetes Ratio.腸内細菌叢の関連マーカー。肥満患者における腸内細菌叢の関連マーカー？Nutrients. 2020;12(5):1474.
論文
CAS
Google Scholar
デュポンHL. 総説：過敏性腸症候群における腸内細菌叢の役割の証拠と治療標的への影響の可能性。Aliment Pharmacol Ther. 2014;39(10):1033-42.
論文
キャス
Google Scholar
Peter J, Fournier C, Durdevic M, Knoblich L, Keip B, Dejaco C, Trauner M, Moser G. A microbial signature of psychological distress in irritable bowel syndrome.過敏性腸症候群における心理的苦痛の微生物学的特徴。Psychosom Med. 2018;80(8):698-709.
論文
Google Scholar
Peter J, Fournier C, Keip B, Rittershaus N, Stephanou-Rieser N, Durdevic M, Dejaco C, Michalski M, Moser G. 腸管指向性催眠療法前後の過敏性腸症候群の腸内細菌叢. Int J Mol Sci. 2018;19(11):3619.
論文
Google Scholar
Zamani M, Alizadeh-Tabari S, Zamani V. Systematic review with meta-analysis: the prevalence of anxiety and depression in patients with irritable bowel syndrome. Aliment Pharmacol Ther. 2019;50(2):132-43.
論文
Google Scholar
Lee IS, Wang H, Chae Y, Preissl H, Enck P. Functional neuroimaging studies in functional dyspepsia patients: a systematic review.機能性ディスペプシア患者における機能的神経画像研究。Neurogastroenterol Motil. 2016;28(6):793-805.
論文
Google Scholar
Darkoh C, Lichtenberger LM, Ajami N, Dial EJ, Jiang ZD, DuPont HL. 胆汁酸はリファキシミンの抗菌効果を向上させる。Antimicrob Agents Chemother. 2010;54(9):3618-24.
論文
CAS
Google Scholar
Pistiki A, Galani I, Pyleris E, Barbatzas C, Pimentel M, Giamarellos-Bourboulis EJ. 小腸菌過繁殖患者からの分離菌に対するリファキシミンのin vitro活性。Int J Antimicrob Agents. 2014;43(3):236-41.
論文
キャス
Google Scholar
Distrutti E, Monaldi L, Ricci P, Fiorucci S. 過敏性腸症候群における腸内細菌叢の役割: 新しい治療戦略。World J Gastroenterol. 2016;22(7):2219-41.
論文
キャス
Google Scholar
Touw K, Ringus DL, Hubert N, Wang Y, Leone VA, Nadimpalli A, Theriault BR, Huang YE, Tune JD, Herring PB, et al. Mutual reinforcement of pathophysiological host-microbe interactions in intestinal stasis model（腸内停滞モデルにおける病態生理学的ホスト-微生物相互作用の相互強化）. Physiol Rep. 2017;5(6):e13182.
論文
Google Scholar
Brunkwall L, Ericson U, Nilsson PM, Orho-Melander M, Ohlsson B. Self-reported bowel symptoms are associated with differences in overall gut microbiota composition and enrichment of Blautia in a population-based cohort.自己申告の腸症状は、集団ベースのコホートにおける腸内細菌叢全体の組成およびBlautiaの濃縮の差異と関連している。J Gastroenterol Hepatol. 2021;36(1):174-80.
論文
CAS
Google Scholar
参考文献のダウンロード
謝辞
武漢連合病院より実験器具の提供を受けた。また、同済医科大学から実験動物の飼育環境を提供していただいたことに感謝する。最後に、本論文の基礎となる中国国家自然科学基金に感謝します。
資金提供
本研究は、中国国家自然科学基金会（NSFC）、中国（No：81800480、81800465）からの助成金によって行われた。
著者情報
著者ノート
この研究には、Shengyan ZhangとGaichao Hongが同様に貢献した。
著者および所属
華中科技大学同済医学院連合病院消化器科，武漢，〒430022
張勝衍、洪凱兆、李剛平、銭韋、金瑜、侯小華
寄稿
Shengyan Zhang と Gaichao Hong は実験記録データの収集、データ分析、原稿作成に等しく貢献し、Gangping Li はデータ統計に協力した。Wei Qianはデータの入力と分類をサポートした。Xiaohua Houは重要な知的内容の原稿の修正に貢献した。Yu Jinは研究の設計と監督を行い、助成金を得た。著者は最終原稿を読み、承認した。
対応する著者
Yu Jinにご連絡ください。
倫理的宣言
利益相反
著者は、競合する利益を宣言していない。
倫理的承認と参加への同意
雄のNIH Swissマウスは広東省医学動物実験センターから入手した（No.SCXK2008-0002）。すべての動物実験は、同済医科大学動物実験倫理委員会に基づき審査・承認された。(倫理承認参照番号:2019S 3581)。すべての方法は、関連するガイドラインおよび規制に従って実施された。本研究は、ARRIVEガイドラインに準拠して実施された。
論文発表の同意
研究参加者の特定につながる情報・画像がないため、本論文では該当しない。
利益相反
著者らは、本論文の研究、著者、出版に関して潜在的な利益相反がないことを宣言した。
追加情報
出版社からのコメント
Springer Natureは、出版された地図の管轄権や所属機関に関して中立的な立場を維持しています。
補足情報
追加ファイル 1: 表S1.
大腸粘膜と回腸粘膜間の優勢菌属の相関解析。表S2. 大腸粘膜と糞便間の優占菌属の相関解析。
権利と許可
この記事は、原著者と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、変更を加えたかどうかを示す限り、あらゆる媒体や形式での使用、共有、適応、配布、複製を許可するクリエイティブ・コモンズ 表示 4.0 国際ライセンスの下に提供されています。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、素材へのクレジット表示で別段の指示がない限り、記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれます。もし素材が記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれておらず、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には、著作権者から直接許諾を得る必要があります。このライセンスのコピーを見るには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/。クリエイティブ・コモンズ・パブリック・ドメインの献呈放棄（http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/）は、データへのクレジットラインに特に記載がない限り、この記事で利用可能になったデータに適用されます。
転載と許可
この記事について
CrossMarkで通貨と真偽を確認する
この記事の引用
Zhang, S., Hong, G., Li, G. et al. PI-IBSマウスにおけるリファキシミンによる異なる腸管セグメントにわたる微生物叢の調節. BMC Microbiol 23, 22 (2023). https://doi.org/10.1186/s12866-023-02772-6
引用をダウンロード
受領日
2022年6月25日
受理済
2023年1月12日
公開
2023年1月19日発行
DOI
https://doi.org/10.1186/s12866-023-02772-6
この記事が気に入ったらサポートをしてみませんか？