糞便微生物移植は筋萎縮性側索硬化症の呼吸不全を有意に改善した

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腸内微生物
第16巻 2024年 - 第1号
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糞便微生物移植は筋萎縮性側索硬化症の呼吸不全を有意に改善した

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19490976.2024.2353396

厳景祥,陳慧心,張燕,彭麗禾,王志凱,蘭暁陽, すべて表示
論文 2353396｜2023年11月07日受領、2024年5月06日受理、オンライン公開：2024年5月22日
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https://doi.org/10.1080/19490976.2024.2353396
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要旨
筋萎縮性側索硬化症（ALS）は進行性の神経変性疾患であり、呼吸不全を引き起こし、最終的には死に至る。しかし、ALSに対する有効な治療法は確立されていない。ここでは、気管切開と人工呼吸を必要とする日本ALS重症度分類グレード5の後期発症型古典的ALS患者2例に対する糞便微生物叢移植（FMT）の結果を報告する。両患者において、2回のFMT施行後に呼吸機能の有意な改善が観察され、機械的人工呼吸からの離脱につながった。筋力も改善し、起立や移動の補助が可能になった。その他の顕著な治療効果としては、嚥下機能の改善と筋攣縮の減少があった。メタゲノミクスおよびメタボローム解析により、FMT後に有益なバクテロイデス属種（バクテロイデス・スターコリス、バクテロイデス・ユニフォーミス、バクテロイデス・ヴァルガタス）およびフェーカリバクテリウム・プラウスニッツィが増加し、アルギニンの生合成に関与する代謝物のレベルが上昇し、分岐鎖アミノ酸の生合成に関与する代謝物のレベルが低下したことが明らかになった。これらの知見は、呼吸不全を伴うALSに対するレスキュー療法の可能性を示すとともに、ALS全般に関する新たな知見を提供するものである。

keywords: 筋萎縮性側索硬化症腸内細菌叢移植メタゲノムシークエンスノンターゲットメタボロミクス
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はじめに
筋萎縮性側索硬化症（ALS）は致死的で進行性の神経変性疾患であり、脳と脊髄の運動ニューロンの消失を特徴とする。ALS患者の生存期間の中央値は2～3年であり1、呼吸筋の衰弱や呼吸不全によって死亡することが多い。引用2 ALSの正確な病因や病態は不明なままであるが、遺伝子変異、ミトコンドリア機能障害、酸化ストレス、神経炎症、タンパク質の恒常性維持、グルタミン酸を介した興奮毒性などが関連していると考えられている。

最近の研究で、ALS患者と健常人との腸内細菌叢の相違が指摘されている。これらの相違には、Roseburia intestinalisやEubacterium rectaleなどの酪酸産生菌の減少、シアノバクテリアなどの潜在的に有害な細菌の増加、Citation5、Bacteroidales、Oscillibacter、Anaerostipes、Lachnospiraceaeなどの潜在的に保護的な微生物の不均衡が含まれる。Citation6 動物モデルは、ALSにおける腸内細菌叢の潜在的な役割をさらに補強している。例えば、Akkermansia muciniphilaはALSの症状を緩和するが、Ruminococcus torquesやParabacteroides distasonisは症状を悪化させる。Junらは、初期の微生物叢異常がALSの病態に関与している可能性を示唆している。

Citation9実臨床試験において、リルゾールは生存期間を6～19ヵ月延長することができるが、Citation10四肢や躯幹機能に有意差は認められなかった。Citation11さらに、エダラボンは特定の患者においてのみ疾患の進行を遅らせることができ、Citation12,Citation13長期成績はリルゾール単独の成績よりも顕著に優れているわけではなかった。Citation14気管切開を受けた患者に対する効果的な治療法はまだ確立されていない。

糞便微生物叢移植（FMT）は様々な神経疾患の治療に有望である。現在までに報告されているのは、1件の臨床試験Citation17と、四肢の症状進行の遅滞を対象とした1症例研究Citation18のみである。呼吸不全を有するALS患者に対するFMTの有効性に関する報告はない。

患者と方法
患者の臨床的特徴
症例1
症例1は71歳の男性で、6ヶ月間の食欲不振、20kgの体重減少の病歴があり、3ヶ月間で四肢の脱力が進行した。2ヵ月前から呼吸困難、嚥下困難、ろれつが回らなくなった。

入院6ヵ月前に、風邪と発熱のため抗生物質を7日間経口服用し、抗生物質中止後に四肢脱力が出現したが、嚥下障害や呼吸困難は出現しなかった。その後、発熱や感染症はみられず、抗生物質は使用しなかった。患者の状態は徐々に進行した。

入院3ヵ月前に四肢脱力が悪化し、体重は20kg減少した。入院2ヵ月前から呼吸困難、嚥下障害、ろれつが回らなくなり、水を飲むと咳き込むようになった。入院2週間前にII型呼吸不全のため、気管内挿管と人工呼吸を行った。

当院に転院時、発熱はなく、体温36.8℃、白血球値7.88×10^9/L、好中球率93.9％、リンパ球率3.7％、CRP値1.092mg/dL、インターロイキン-6（IL-6）値2.7pg/mLであった。身体所見では、上肢の筋力は2～4級、下肢の筋力は3～4級であった。筋萎縮と反射異常は、上肢（肘窩、頸部、胸部、腰部）と下肢の運動ニューロン（頸部、胸部、腰部）に限局していた。筋電図（EMG）では、上肢と右運動軸索の両方に著しい障害が認められ、わずかな知覚神経の振幅低下と前角細胞の損傷がみられた。改訂El Escorial基準（引用文献19）および日本ALS重症度分類（引用文献12）によると、患者は後期発症の古典的ALS、グレード5と診断された。

入院後、ピペラシリンナトリウムとタゾバクタムを11日間（6月22日～7月3日）静脈内注射し、FMTの3週間前に抗生物質を中止した。

リルゾール、エダラボン、ブチルフタリドを2週間投与したが、顕著な改善はみられなかった。FMT前、呼吸パラメータは同期化間欠的強制換気-容積制御モードであった： FiO2＝35％、潮容積（TV）＝450mL、呼気終末陽圧（PEEP）＝5cmH2O、呼吸数（RR）＝15/分。

症例2
症例2は76歳の男性で、6ヵ月前から四肢の脱力と食欲低下が進行し、過去3ヵ月で15kgの体重減少がみられた。過去2ヵ月間に呼吸困難、嚥下困難、窒息がみられた。経過中に全身性の感染症や特異的な投薬は経験していない。

患者の呼吸困難は悪化し、入院に至った。入院時、患者の体温は36.7℃、白血球数は11.66×10^9/L、好中球率は92.5％、リンパ球率は5.2％、CRP値は13.3mg/dL、IL-6値は148.4pg/mL、血液ガス分析はII型呼吸不全（PO2 53mmHg、PCO2 72mmHg）を示した。胸部コンピューター断層撮影では、両肺に多発性の粘液血栓が認められ、臍帯影を伴っていた。肺感染による呼吸不全を考慮し、気管内挿管、機械的換気、抗生物質の投与を行った。理学所見では、四肢筋力レベル4、筋萎縮、下部運動ニューロン（肘窩、頸部、胸部、腰部）および上部運動ニューロン（頸部、胸部）の反射異常が認められた。筋電図は広範な神経原性障害を示した。改訂El Escorial基準と日本ALS重症度分類によると、患者は後期発症の古典的ALS、グレード5と診断された。

セフォペラゾン・スルバクタムナトリウムを28日間、セフロキシムナトリウムを3日間静脈内投与した。すべての抗生物質はFMT治療の2週間前に中止された。エダラボンとブチルフタリドを3週間投与したが、病状は改善しなかった。FMT前の呼吸パラメータは容量制御換気モード（FiO2＝50％、TV＝450mL、RR＝14/分、PEEP＝4cmH2O）であった。

FMT手順
ドナーの選択基準は、われわれの以前のプロトコールに基づくものであり、両患者は同じ資格を有するドナー（28歳女性）からFMTを受けた。治療当日、ドナーは約150〜200gの新鮮な糞便を提供し、それを1時間以内に微生物学研究室に移送した。我々の糞便微生物叢調製プロトコールに従って、糞便を約500mlの生理食塩水に溶解した。この混合物をホモジナイズし、撹拌し、糞便前処理装置を用いて多段ろ過を行い、300mlの糞便懸濁液を得た。

両患者ともFMTを2回受けた。症例1では、2回のFMT治療の間隔は約4週間であった。評価はFMT前、1回目のFMTから4週間後、2回目のFMTから6週間後に行われた。ケース2では、2回のFMT治療の間隔は約5週間であった。評価はFMT前、1回目のFMTから4週間後、2回目のFMTから3ヵ月後に行われた。

FMTの前に、患者はリン酸ナトリウム経口溶液による腸管前処置を受けた。FMTは通常の大腸内視鏡検査後にベッドサイドで行われた。標準的な大腸内視鏡検査の後、内視鏡の生検チャンネルから内視鏡用スプレーチューブを挿入し、その先端を回腸末端に位置させた。シリンジを用いて300mlの糞便懸濁液をゆっくりと注入した。患者は術後2時間は仰臥位または右側臥位をとり、2時間後には通常の飲食を再開した。FMTの手順は両患者とも同じであった

アウトカム評価
主要評価基準は改訂ALS機能評価スケール（ALSFRS-R）であった。引用21 副次的評価基準はメタゲノミクスおよび非標的メタボロミクスの変化であった。補助的評価ツールとして、評価ビデオと図を使用した。

サンプル採取
1回目のFMT前、1回目のFMT後、2回目のFMT後に採取した糞便サンプルをそれぞれF0、F1、F2とした。症例1では、F0は1回目のFMTの1日前、F1は1回目のFMTの4週間後、F2は2回目のFMTの6週間後に採取した。ケース2では、F0は1回目のFMTの1日前、F1は1回目のFMTの5週間後、F2は2回目のFMTの3ヵ月後に採取した。

糞便サンプルは治療当日にドナーから採取した。症例1では、1回目のFMTのドナーの糞便サンプルをDonor1-F1とし、2回目の治療のものをDonor1-F2とした。ケース2については、1回目のFMTのためのドナーの糞便サンプルはDonor2-F1とラベル付けされ、2回目の治療のためのサンプルはDonor2-F2とラベル付けされた。

糞便サンプルは採取後2時間以内に研究室に運ばれ、直ちに分注され、長期保存のため-80℃で保存された。

メタゲノム配列決定
いずれの場合も、FMT前後に採取した糞便サンプル（F0、F1、F2）およびドナーの糞便サンプル（Donor1-F1、Donor1-F2、Donor2-F1、Donor2-F2）からDNAを抽出した。DNA ライブラリーは、Illumina NEBNext® UltraTM DNA Library Prep Kit（NEB、米国、カタログ番号：E7370L）を用いて、製造元の指示に従って調製した。ライブラリーの品質はAgilent 5400システム（Agilent、米国）を用いて評価し、定量はqPCR（1.5 nM）を用いて行った。メタゲノム配列決定は、PE150シーケンサー（Novogene Co.）

メタゲノムシーケンスデータは、まずFastpソフトウェアV0.23.2を用いて品質管理を行った。その後、BWA V0.7.17およびSamtoolsソフトウェアV1.9を用いてシーケンスデータから宿主遺伝子を除去した。処理されたシーケンスデータは、Metaphlan V3.0.14を用いて、種レベルのアノテーションのためにChocophlanデータベース（Chocophlan, Version MPa_V30_Chocophlan_201901）にアライメントされた。データの視覚的解析はRソフトウェアV4.1.2を用いて行った。アルファ多様性はシャノン指標を用いて、ベータ多様性は重み付けUniFrac分析から得られた距離行列を用いて算出した。次元削減と可視化のために主座標分析（PCoA）を行った。可視化のために、門レベルおよび種レベルの微生物量の上位20種を選択した。

次に、HMP Unified Metabolic Analysis Network 3 (HUMAnN3)を使用して、さらに機能プロファイルを作成しました。

非標的メタボローム解析
FMT前後に採取した糞便サンプル（F0、F1、F2）およびドナー糞便サンプル（Donor1-F1、Donor1-F2、Donor2-F1、Donor2-F2）について、液体クロマトグラフィー質量分析技術を用いて非標的メタボロミクス解析を行った。クロマトグラフィー分離は、Vanquish UHPLCクロマトグラフのHypersil Goldカラム（100×2.1 mm、1.9 μm）を用いて行った。質量分析検出はQ Exactive™ HF-X装置（Thermo Fisher Scientific, Massachusetts, USA）を用いて行った。データファイル（.raw）はCD 3.1検索ソフトウェアにインポートされ、ピーク抽出、ピーク面積定量、データベース照合、標準化などの処理が行われ、代謝物の同定と相対定量が行われました。非標的メタボロミクスはNovogene Co. (Ltd.（中国、北京）で実施した。

陽イオンモードと陰イオンモードの両方で検出された代謝物を統合しました。2回目のFMT（F2 vs. F0）の前後での差に基づいて、上位100のアップレギュレートおよびダウンレギュレート代謝物を選択した。主要代謝物に関連するKyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）パスウェイの濃縮解析は、MetaboAnalyst 5.0の濃縮解析ツールを用いて行った。

結果
FMT後の臨床的改善
症例1
症例1では、患者は入院32日目に最初のFMTを受けた。FMT前、患者は機械的人工呼吸（同期間欠的強制換気-容量制御モード、FiO2＝35％、TV＝450mL、PEEP＝5cmH2O、RR＝15/分）および経腸栄養を受けていた。患者は物を持ったり、座ったり、自立して立つことができなかった（補足資料ビデオ1）。1回目のFMTから5日後、最大6時間の離床を開始し、10日目には酸素濃度3～5L/minの非侵襲的換気（NIV）を開始し、経鼻胃管栄養から経口摂取に移行した。4週間後、補助酸素は不要となり、窒息することなく経口摂取できるようになったが、四肢の筋力は変化していない（補足資料ビデオ2）。その後、患者は2回目のFMTを受け、退院した（補足資料図S1a）。

2回目のFMTから6週間後、再入院すると、NIVを利用し、1日1時間の自発呼吸に耐えられるようになり、経口摂取量は初回入院時より50％増加し、大腿周囲径は5～9cm増加した。筋力もわずかに改善し、介助があれば立てるようになった（補足資料ビデオ3）。治療前のALSFRS-Rスコアは15点、1回目と2回目のFMT後のスコアはそれぞれ18点、20点であった（表1）。

表1. FMT前後のALS機能評価スケールのスコア。

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症例2
症例2では、患者は47日目に1回目のFMTを受けた。最初のFMTから10日後、換気の改善は明らかであった：FiO2は40％に減少し、PEEPは3cmH2Oに減少した。FMTから2週間後、患者は1日3回、1回20分間の人工呼吸から離脱した。FMTから4週間後、離床時間は1日18時間に延長された。胃瘻チューブは経鼻胃管に交換され、患者は流動食（約50～100mL）の経口摂取を開始した。その後、患者は自立して座ることができるようになった（補足資料図S1）。2回目のFMTは1回目のFMTから5週間後に施行された。2週間後、患者は酸素補給なしのNIVに移行し、退院した（補足資料図S1b）。

2回目のFMTから3ヵ月後の再入院時には、1日約12時間のNIV使用、短時間の自立歩行、ペンを使っての自立筆記が可能であった（補足資料ビデオ4）。食事は1回につき約150gを喉に詰まらせることなく経口摂取でき、体重は5kg増加した。1回目と2回目のFMT前後のALSFRS-Rスコアは、それぞれ15点、16点、23点であった（表1）。残念ながら、FMT前の記録はない。しかし、1回目のFMT後の評価図と2回目のFMT後に撮影されたビデオは、補足資料に掲載されている。

FMT中のメタゲノム変化
FMTの前後に両患者から糞便サンプルを採取し、メタゲノムシークエンシングとアンターゲットメタボロミクスを用いてマイクロバイオームの多様性、組成、およびメタボロミクスを評価した。

症例1では、FMT前に、腸内細菌叢のαおよびβ多様性の両方に、ドナーのそれと比較して有意な差が認められた（図1a,b）。患者の微生物叢は、ファーミキューテス属と放線菌が優勢であった（補足資料図S2a）。2回目のFMT後、α多様性は増加し、患者とドナーの微生物叢プロファイル間のギャップは縮小した。β多様性はドナーのものに近い傾向があった（図1b）。門レベルで顕著なシフトが起こり、バクテロイデーテス（Bacteroidetes）/ファーミキューテス（Firmicutes）（B/F）比が上昇した（F0 vs. F2 = 0.15 vs. 1.64）。種レベルでは、Enterococcus faecalis、Collinsella aerofaciens、Bacteroides stercoris、Klebsiella pneumoniae、Bacteroides uniformisがFMT前の上位5種であった（図1c）。1回目のFMT後、上位5菌種はBacteroides fragilis、K. pneumoniae、Bifidobacterium dentium、Ruminococcus gnavus、Escherichia coliであった。2回目のFMT後、これらの細菌は高い存在度を示し、B. stercoris、R. torques、Bacteroides vulgatus、Faecalibacterium prausnitzii、B. uniformis、Bifidobacterium pseudocatenulatumの5種がドナーで最も存在度の高いトップ10内に入った（図1c）。

図1. メタゲノム配列決定による症例1ALS患者とドナーの腸内細菌のマイクロバイオーム解析。

患者の便のマイクロバイオームは、ドナーのサンプルとともに、FMTの前後で示された時点で縦断的にサンプリングされた。
(a）逆シャノン指数で定量化したアルファ多様性を、ケース1の患者とドナーのサンプルについて評価した。(b) 症例1の患者とドナーの間のUniFrac距離を重み付けしたPCoA順序。マイクロバイオームサンプルは、より類似したサンプルがより近くに位置するように空間に描かれている。(c)各サンプルの属レベルで上位20の優占分類群の相対存在量。
図1. メタゲノミクスシーケンスによる症例1ALS患者とドナーの腸内細菌のマイクロバイオーム解析。
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FMT前の症例2では、αおよびβの多様性にドナーのものと比べて有意な差が認められた（図2a,b）。ファーミキューテス類と放線菌が優勢であった（補足資料図S2b）。2回目のFMT後、α多様性は増加し、β多様性はドナーのそれと一致した。B/F比は0から3.65まで顕著に増加した。菌種レベルでは、Enterococcus faecium、E. faecalis、Clostridium clostridioforme、Clostridium innocuum、Klebsiella michiganensis、Flavonifractor plautiiが最も多かった（図2c）。1回目のFMT後、ビフィドバクテリウム属（B. pseudocatenulatum、B. adolescentis、B. longum）が優勢となった。2回目のFMT後は、B. stercoris、Alistipes finegoldii、Parabacteroides merdae、Bacteroides intestinalis、B. uniformis、B. vulgatus、F. plautii、B. longum、F. prausnitzii、Bacteroides thetaiotaomicronが上位10種となり、このうち4種はドナーで最も豊富な上位5種に入っていた。

図2. メタゲノム配列決定による症例2ALS患者とドナーの腸内細菌のマイクロバイオーム解析。

患者の便のマイクロバイオームは、ドナーのサンプルとともに、FMTの前後で示された時点で縦断的にサンプリングされた。
(a）逆シャノン指数で定量化したアルファ多様性を、ケース2の患者とドナーのサンプルについて評価した。(b) 症例2の患者とドナーの間のUniFrac距離を重み付けしたPCoA順序。マイクロバイオームサンプルは、より類似したサンプルがより近くに位置するように空間に描かれている。(c)各サンプルにおける属レベルで上位20の優占分類群の相対存在量。
図2. メタゲノム解析による症例2ALS患者とドナーの腸内細菌のマイクロバイオーム解析。
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両患者とも2回のFMT後にBacteroides属とF. prausnitziiの増加が認められた。

FMT中の異なる微生物機能プロファイル
FMTの前後で微生物組成が異なるため、HUMAnN3ソフトウェアとMetaCycデータベースを用いて、存在する微生物の機能情報を得た。全サンプルで合計472の代謝パスウェイが同定された。存在量の少ないパスウェイを除去した後、存在量の多いパスウェイを解析した。

ケース1では、パスウェイ解析の結果、F2はアミノ酸の代謝に関与するパスウェイ（VALSYN-PWY、ARGININE-SYN4-PWY、PWY-5154、HISTSYN-PWY、HISDEG-PWY、 PWY-5030、TRPSYN-PWY、およびCOMPLETE-ARO-PWY）、コエンザイムA（PANTO-PWYおよびPANTOSYN-PWY）、ビタミン（RIBOSYN2-PWY、PYRIDOXSYN-PWY、PWY0-845、およびTHISYN-PWY）、および解糖（PWY-1042）。

ケース2では、ベースラインと比較して、アミノ酸の代謝に関与する経路が濃縮された（ASPASN-PWY、PWY-6163、PWY-7977、THRESYN-PWY、COMPLETE-ARO-PWY、HISDEG-PWY、PWY-5030、 およびARG+POLYAMINE-SYN）、コエンザイムA（PANTOSYN-PWY、PANTO-PWY、およびPWY-7851）、ビタミン（PYRIDOXSYN-PWYおよびTHISYN-PWY）、および解糖（PWY-1042、GLYCOLYSIS、およびPWY-5484）が、2回のFMT後に濃縮された。

両患者とも、L-アルギニンとL-ヒスチジンの代謝、補酵素Aの生合成、解糖に関与する経路が濃縮されていた。これらのうち、Bacteroides属（B. stercoris、B. uniformis、B. vulgatus）はコエンザイムA生合成スーパーパスウェイ（PANTOSYN-PWY）に最も寄与していた（補足図S5a）。B. vulgatusとF. prausnitziiは解糖系（PWY-1042）に関与している（補足図S5b）。バクテロイデス属はアミノ酸代謝、特にL-ヒスチジン変性（HISDEG-PWYおよびPWY-5030）、L-アスパラギン酸およびL-アスパラギンの生合成（ASPASN-PWY）において最大の分類学的貢献者であった。

FMT中のメタボローム変化
症例1では、FMT前のメタボローム解析で、アルギニンとプロリンの代謝に関連する経路（D-プロリン、4-ヒドロキシプロリン、L-プロリン、オルニチン）およびアミノアシルtRNA生合成に関連する特定の代謝物（ケトロイシン、L-バリン）の濃縮が強調された（補足資料図S4a,c）。2回目のFMT後、メタボロームプロファイルはアルギニン生合成経路（L-グルタミン酸、L-アスパラギン酸、N-アセチルグルタミン酸）とヒスチジン生合成経路（L-グルタミン酸、ヒスタミン、メチルイミダゾール酢酸、L-アスパラギン酸）に関連する代謝物が濃縮された（補足資料図S4b,d）。

症例2では、FMT前に、メタボローム解析により、バリン、ロイシン、イソロイシンの生合成に関連する経路（L-スレオニン、α-ケトイソ吉草酸、L-バリン）に関連する代謝物の濃縮が認められた（補足資料図S5a,c）。2回目のFMT後は、アルギニン生合成に関連する代謝物（L-グルタミン酸、L-アルギニン、オルニチン、N-アセチルグルタミン酸）、プリン代謝経路（アデノシン、イノシン、グアニン、アラント酸、アデニン）が濃縮された（補足資料 図S5b,d）。

考察
ALSは進行性の不治の病であり、肺炎や進行性呼吸不全などの呼吸器合併症により死亡することが一般的である。Plowmanら（引用者注25）は、早期ALS患者において、12週間の呼吸筋力トレーニングを行ったところ、ALSFRS-Rのbulbarサブスケールが緩やかに低下したが、対照群と比較してNIVの導入時期には大きな影響を与えなかったことを示した。Citation26、この現象は呼吸不全患者ではみられない。Citation27-30、機械的人工呼吸を受けている重症ALS患者における呼吸機能の逆転に関する報告はない。Citation31、我々の知る限り、FMTが機械的人工呼吸を必要とする患者の重症ALSを有意に改善したことを報告した最初の研究である。Lo CocoらCitation32は、気管切開を行った急性呼吸不全のALS患者において、ALSFRSスコアの合計が、侵襲的機械的換気後の入院期間と長期生存を予測できると報告している。機械的人工呼吸から離脱する際にNIVを使用すると、病院死亡率、人工呼吸器関連肺炎の発生率、ICU滞在期間が減少する。患者は機械的人工呼吸器から非侵襲的人工呼吸器に切り替えることができ、ALSFRS-Rの総計は増加した。このことは、FMTが患者の生存率向上に有益である可能性を意味している。

ALS患者における腸内細菌の異常はさまざまな研究で見つかっているが、この関連性の根底にあるメカニズムはまだ不明である。考えられるメカニズムとしては、腸粘膜バリアー、栄養代謝、免疫・炎症反応の変化、腸内細菌叢が産生する毒素や神経伝達物質を介した腸管神経系や脳機能への直接的な影響などがある。

ALSにおけるFMTの有効性の根底にある機序を調べるため、我々はFMTを受けたALS患者とそのドナーの両方から採取した糞便サンプルのメタゲノミクスとメタボロミクスを解析した。メタゲノム解析の結果、ALS患者とそのドナーの間で、αおよびβの多様性が異なっていることが明らかになった。特に、ALS患者ではFirmicutes門が優勢であり、F/B比の上昇に反映されていた。Kimらは、脊髄性ALS患者において、病状の進行とともにF/B比が徐々に上昇することを見出した。有益菌（B. stercoris、B. uniformis、B. vulgatus、F. prausnitzii）の存在量は、ALS患者では低く、ドナーでは豊富であった。FMTはこれらの障害を調整することができ、これらの有益な種の存在量は、2つのFMT手順の後に有意に増加し、特にバクテロイデス種が増加した。同様に、Zhaiらは、ALS患者では有益微生物（FaecalibacteriumとBacteroides）の相対存在量が有意に減少していることを報告している。

次に、FMT後に濃縮された細菌の代謝経路を解析したところ、濃縮された経路はアミノ酸、ビタミン、コエンザイムAに主に関連していることが観察された。このうち、コエンザイムAの生合成、解糖、L-アスパラギン酸およびL-アスパラギン、L-ヒスチジンの代謝に関与する経路の濃縮が両患者で認められた。Bacteroides（B.stercoris、B.uniformis、B.vulgatus）は、コエンザイムA生合成スーパーパスに最も寄与していた。一方、B. vulgatusとF. prausnitziiは解糖に関与している。

解糖と補酵素A生合成はエネルギー代謝に不可欠な経路である。エネルギー代謝の欠陥は、ALSにおける潜在的な発症メカニズムである。引用37 高糖食は、運動ニューロンやグリアにおけるTDP-43タンパク質異常によって引き起こされる運動障害や寿命障害を改善する。Citation39,Citation40バクテロイデス（Bacteroides）属は、アミノ酸代謝において最も一般的な分類学的貢献者である。Citation41 バクテロイデス属は、L-オルニチンの生合成とL-ヒスチジンの分解に富んでいる。L-アルギニン代謝の中間代謝産物であるL-オルニチンは、尿素サイクルと一酸化窒素合成の両方に関与しており（引用42）、バクテロイデス代謝経路に関連している（引用43）。

予測された機能的経路と一致して、ノンターゲットメタボロミクスにより、FMT後のALS患者では、特にアルギニン生合成経路において、特定のアミノ酸とその代謝産物のレベルが上昇していることが明らかになった。例えば、L-アルギニンは骨格筋の萎縮を遅らせ、Citation44筋の成長を促進し、筋機能を維持し、細胞を酸化的損傷から保護することができる。Citation45さらに、動物実験では、L-アルギニンの補給がSOD1マウスの寿命を延ばすことが示されているCitation46。

我々の研究にはいくつかの限界がある。第一に、この症例研究はサンプル数が少ないという制限があり、大規模臨床試験によるさらなる検証が必要である。第二に、本研究における患者の追跡期間は4～6ヵ月であり、FMTの短期的な有効性を反映しているにすぎない。ALS発症に対するFMTの影響を包括的に評価するためには、長期の追跡調査が必要である。

結論として、本研究は、FMTが呼吸不全を有するALS患者に対するレスキュー療法の可能性を示唆している。その治療メカニズムは、腸内細菌叢を調節し、有益な細菌（バクテロイデス種やF. prausnitzii）を増やし、アルギニンの生合成に関連するような代謝経路を変化させることにあるのかもしれない。これらの知見は、ALSの理解と治療に新たな知見と潜在的な標的を提供するものである。

倫理宣言
本研究は、中国衛生部総病院の医療倫理委員会の承認を得た（承認番号S2019-061-01）。著者らは、患者およびその正式な代理人から書面によるインフォームド・コンセントが得られたことを確認した。承認された代理人は、FMT治療および動画やその他の臨床情報の雑誌掲載に関するインフォームド・コンセントに署名した。

補足資料
補足資料
ダウンロード Zip (844.7 KB)
謝辞
本研究に参加してくれた患者とその家族に感謝する。また、患者をケアしてくれた神経内科の医療従事者に感謝する。

情報開示
著者による潜在的な利益相反は報告されていない。

データ利用声明
本研究のメタゲノムシークエンスおよびメタボロームデータの原本は、National Center for Biotechnology Informationに寄託されており、発表と同時にアクセッション番号PRJNA1025870およびMTBLS8716でアクセス可能となる。

補足資料
本論文の補足データは、https://doi.org/10.1080/19490976.2024.2353396 からオンラインでアクセスできる。

追加情報
資金提供
本研究は、中国衛生部総医院臨床新技術支援プロジェクト（No.2022-59）の支援を受けた。
参考文献
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