日本内科学会雑誌第105巻第9号

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もえりままだ
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腸内細菌と疾患 5) 腸内細菌と多発性硬化症山村隆 Key words 腸内細菌叢, 多発性硬化症, 自己免疫疾患, クロストリジウムはじめにヒトは1 兆個に及ぶ常在細菌と共生しており, 腸内常在細菌叢 (gut commensal flora) は栄養の吸収, 病原体防御, 必須栄養素の供給, 免疫系の教育など, 宿主であるヒトにとって極めて重要な機能を司る.

1 腸内細菌と疾患 5) 腸内細菌と多発性硬化症山村隆 Key words 腸内細菌叢, 多発性硬化症, 自己免疫疾患, クロストリジウムはじめにヒトは1 兆個に及ぶ常在細菌と共生しており, 腸内常在細菌叢 (gut commensal flora) は栄養の吸収, 病原体防御, 必須栄養素の供給, 免疫系の教育など, 宿主であるヒトにとって極めて重要な機能を司る. 近年, 様々な疾患において腸内細菌叢 (gut microbiota) の異常が報告され, その意義について議論されている. もし, 細菌叢異常が疾患の原因として確定すれば, 新しい予防や治療につながる可能性が高いので, 世界中で腸内細菌の研究が盛んになっているのも当然のことであろう. 中枢神経系の自己免疫疾患である多発性硬化症 (multiple sclerosis:ms) は, 主に若年成人が発症し, 視力低下, 感覚障害, 歩行障害など様々な症状を呈する難病である. 我々は最近, MS 患者における腸内細菌叢の偏倚および特定の細菌種の増減がみられることを明らかにした 1). その後, 海外の研究グループも類似した研究成果を発表した 2,3). 本稿では, 我々が研究を着手した経緯, 結果の意義, 今後の展望などについて解説する. 1. 多発性硬化症の増加と環境因子 MSは遺伝的素因と環境要因の両者が発症に関与する難治性疾患である. 原因ウイルスが探索された時代もあったが, ゲノムワイド関連解析 (genome-wide association study:gwas) で細胞性免疫とMSの関連が強く示唆されたことや,T 細胞標的薬剤が効果を示すことなどから, MSが自己免疫疾患であることは定説になっている 4). もともと欧米白人に多く, 日本には少ない疾患であったが, この3 年ほどの間に日本人患者数が急速に増加している ( 図 1A). 増加の原因は非遺伝的要因 ( 環境要因 ) に求めるべきであるが,MS 発症の既知環境リスク ( 高緯度地域に居住, 喫煙,EBウイルス感染) では説明できない. 筆者は欧米滞在中あるいは帰国後に国立精神神経医療研究センター神経研究所免疫研究部 113 th Scientific Meeting of the Japanese Society of Internal Medicine:Symposium:2. Gut microbiota and diseases;5)gut microbiota and multiple sclerosis. Takashi Yamamura:Department of Immunology, National Institute of Neuroscience, National Center of Neurology and Psychiatry, Japan. 本講演は, 平成 28 年 4 月 16 日 ( 土 ) 東京都東京国際フォーラムにて行われた. 1717

2 A B ( 人 ) MS 特定疾患受給者数 ( 人 ) Crohn 病特定疾患受給者数 2, 4, 15, 1, 5, 年度図 1 多発性硬化症とCrohn 病の国内患者数の増加特定疾患の受給者数を示す. 3, 2, 1, 年度 MS カナダドイツ発症カナダ英国フランス M ( 年齢 ) 図 2 海外で発症したMS 患者当院外来通院患者の中で, 海外で発症した症例の経過図. 発症したMS 症例を3 例以上経験し ( 図 2), 欧米流生活習慣 (westernization), 特に食生活に問題があるのではないかと考えた.MS と同じように増加している炎症性腸疾患 (inflammatory bowel disease:ibd)( 図 1B) においても, 長期海外生活,westernization, 感染症などが発症リスクとして挙げられており 5), 動物モデルでは腸内細菌叢の役割が証明されている. 腸内細菌 1718

3 A PCo2-Percent variation explained 4.3% B Unirac distance(unweighted) PCo1-Percent variation explained 6.96%.3.7 HC-HC HC-MS MS-MS 図 3 MS 患者の腸内細菌叢の構造的違い (Unirac 距離の解析 )( 文献 1 より改変 ) A: MS 患者 ( 赤 ) と健常者 ( 青 ) の Unirac 距離に基づく,PCoA プロット. 各プロットが近ければ菌叢構造が類似していることを示す.MS 患者と健常者はそれぞれ異なるクラスターを形成する傾向がみられた. B: 健常者間 (HC-HC), 健常者 MS 患者間 (HC-MS),MS 患者間 (MS-MS) の Unirac 距離. MS 患者内の Unirac 距離は, 健常者内よりも有意に大きい.MS 患者群の菌叢構造が健常群と比較し, ばらつきが大きいことを示している. と免疫系の関連について研究が進展する中で, 国内でMSとIBDが増加している背景には, 生活習慣の欧米化 ( ファストフードの普及など ) による腸内細菌叢異常と, それに伴う免疫異常が存在するのではないかと考えた. 2. 動物モデルでの解析病気の発症と腸内細菌の関係を証明するには介入試験が必要であるが, マウス動物モデルでは比較的容易に作業仮説を検証できる. 実験的自己免疫性脳脊髄炎 (experimental autoimmune encephalomyelitis:eae) は, 尿失禁, 後肢麻痺などの症状を呈するMSの動物モデルで,B6 マウスの皮下にミエリンオリゴデンドロサイト糖タンパクのペプチド35 55 配列を接種することによって誘導できる. 我々は腸管で吸収されない抗生物質を投与してマウスの腸内細菌叢を変化させたマウスにEAEを誘導する実験を行った. その結果, 対照群に比較して, 抗生物質投与群ではEAEの麻痺症状が有意に減弱することが確認できた 6). また, 抗生物質投与群では, EAEを誘導するTh17 細胞の活性低下もみられた. その後, 海外の研究室でTh17 細胞を誘導する細菌を含む常在細菌叢のEAE 発症における役割が示され 7), 腸内細菌叢の影響が中枢神経の自己免疫性炎症にまで及ぶことが明らかになった. 3.MS 患者の腸内細菌叢解析腸内細菌の多くは培養困難な嫌気性細菌であるが, 近年, 細菌ゲノムを網羅的に解析する手法が進化し, 次世代シークエンサー (next generation sequencer:ngs) を用いた腸内細菌解析 1719

4 3 25 Relative abundance(%) Bifidobacterium Bacteroides aecalibacterium Clostridium Ruminococcus Blautia Coriobacterium Prevotella Streptococcus Anaerostipes 図 4 MS 患者と健常者腸内細菌構造の比較 ( 属レベルの比較 )( 文献 1 より改変 ) MS では aecalibacterium 属,Prevotella 属,Anaerostipes 属の有意な減少が観察された. いずれも酪酸発酵に関与する細菌属である. データは平均値 ± 標準誤差. :P<.5 が成果を挙げている. 我々は服部正平教授との共同研究により, 細菌種特異的な16SリボゾーマルRNA 配列を決定するゲノム科学的手法により, 日本人 MS 患者の腸内細菌叢の偏倚の有無を検討した 1). 安定期にある再発寛解型 MS 2 例と健常者 4 例の比較検討し, さらに同一の健常者から複数回採取された糞便試料を対象とした. 解析の結果,MS 患者では腸内細菌の菌数や腸内細菌の多様性 (richness) については, 健常者と差異がなく, 菌叢多様性の低下している IBDとは大きく異なることが明らかになった. しかし, 各糞便試料の菌種組成を比較する Unirac 解析では,MS 患者と健常者, あるいは MS 患者同志の細菌構造において, 健常者間の細菌構造の均一性に比較して有意な偏倚 (dysbiosis) を確認した ( 図 3). 門 (phylum) レベルではMSと健常者で差異を認めなかった. しかし, 属 (genus) レベルの比較では,MSにおいて aecalibacterium,prevotella,anaerostipesの有意な減少が観察された ( 図 4). なお, 短鎖脂肪酸 (short-chain fatty acids:scas) を産生する Prevotellaの減少は, 最近, 人 MSでも確認された 2,3). 個々の細菌種では,MSで増加している細菌 2 種類と減少している細菌 19 種類を確認した. MS 患者において減少している菌種の大部分 (15 種 ) はirmicutes 門の菌で, クロストリジウム属のクラスター XIVaとIVに属する菌がほとんどを占めた. そのうち,aecalibacterium prausnitzii 8) は,IBD においても減少している細菌であり,MSとIBDの発症機序の共通性を示唆した. クラスター XIVaとIVの細菌の中には, 炎症抑制的に機能するoxp3 陽性制御性 T 細胞を効率よく誘導するものがある 9). 制御性 T 細胞の誘導機序としては, 食物線維を発酵させて生じた酪酸などのSCAsが重要な役割を果たすとされてい 172

5 る.MS で減少している細菌も同様の機能をもつ可能性が考えられるが, 機能解析は今後の課題である. おわりに動物モデルEAEに比べて,MS 患者における腸内細菌の役割については研究が緒に就いたところである. 腸内細菌叢は個人間の多様性や国や地域, 人種による多様性が大きい 1). 特に国による多様性は大きい. ヒト疾病研究の難しい点であり, 国内外のデータを比較検討する際には配慮する必要がある. 腸内細菌叢の偏倚がMSの原因であるか結果であるかについても, 結論は出ていない. しかし, 食生活によって腸内細菌叢構造が規定されるという報告が増加していることを参考にすれば, 欧米風高カロリー高脂肪食が日本人の腸内細菌叢腸内環境を変化させ, それがMS 発症の引き金の1つになっている可能性は十分にあると考えている. 著者のCOI(conflicts of interest) 開示 : 山村隆 ; 講演料 ( バイオジェンアイデックジャパン ), 寄附金 ( 旭化成クラレメディカル, 日本製薬 ) 文献 1 ) Miyake S, et al : Dysbiosis in the Gut Microbiota of Patients with Multiple Sclerosis, with a Striking Depletion of Species Belonging to Clostridia XIVa and IV Clusters. PLOS One 1 : e137429, ) Jangi S, et al : Alterations of the human gut microbiome in multiple sclerosis. Nat Commun 7 : 1215, 216. Article number 1215, 216. doi : 1.138/ncomms ) Chen J, et al : Multiple sclerosis patients have a distinct gut microbiota compared to healthy controls. Sci Rep 6 : 28484, ) Sato W, Yamamura T : Cellular immunity and multiple sclerosis. Current understanding. Kusunoki S ed. Neuroimmunological Diseases, Springer, 216, ) Spehlmann ME, et al : Risk factors in German twins with inflammatory bowel disease : results of a questionnaire-based survey. J Crohns Colitis 6 : 29 42, ) Yokote H, et al : NKT cell-dependent amelioration of a mouse model of multiple sclerosis by altering gut flora. Am J Pathol 173 : , ) 門脇淳, 山村隆 : 多発性硬化症と腸内細菌.Medical Science Digest 41 : , ) Sokol H, et al : aecalibacterium prausnitzii is an anti-inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients. Proc Natl Acad Sci USA 15 : , ) Atarashi K, et al : Treg induction by a rationally selected mixture of Clostridia strains from the human microbiota. Nature 5 : , )Nishijima S, et al : The gut microbiome of healthy Japanese and its microbial and functional uniqueness. DNA Res 23 : , 216. doi : 1.193/dnares/dsw2 1721

研究の内容国立開発研究法人国立精神神経医療研究センター病院に通院中の 20 名の再発寛解型を示す MS 患者の寛解期 ( 再発をおこしていない時期 ) の糞便から細菌叢 DNA を調製したのち ( 麻布大学森田英利教授 ) 次世代シークエンサーを用いて腸内細菌の 16S リボゾーム RNA の遺

研究の内容国立開発研究法人国立精神神経医療研究センター病院に通院中の 20 名の再発寛解型を示す MS 患者の寛解期 ( 再発をおこしていない時期 ) の糞便から細菌叢 DNA を調製したのち ( 麻布大学森田英利教授 ) 次世代シークエンサーを用いて腸内細菌の 16S リボゾーム RNA の遺 2015 年 9 月 15 日 Tel:042-341-2711( 総務部広報係 ) 神経難病多発性硬化症の腸内細菌の異常を世界で初めて報告 ~ 再発寛解型の患者 20 名の腸内細菌のデータ解析から ~ 国立研究開発法人国立精神神経医療研究センター (NCNP 東京都小平市理事長 : 樋口輝彦 ) 神経研究所免疫研究部部長兼センター病院多発性硬化症センター長山村隆らは神経難病である多発性硬化症