ニジェール、マダルーファにおける重症急性栄養失調児の腸内細菌叢に対するアモキシシリンの効果：プラセボ対照試験のレトロスペクティブメタゲノム解析

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ニジェール、マダルーファにおける重症急性栄養失調児の腸内細菌叢に対するアモキシシリンの効果：プラセボ対照試験のレトロスペクティブメタゲノム解析

https://www.thelancet.com/journals/lanmic/article/PIIS2666-5247(23)00213-6/fulltext

Drew J Schwartz, MD PhD *（ドリュー・J・シュワルツ医学博士
エイミー・ラングドン博士
Xiaoqing Sun, MS
セリーヌ・ランゲンドルフ（薬学博士
ファトゥ・ベルテ医学博士
レベッカ・F・グレイス博士
他
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脚注を表示オープンアクセス掲載:2023年10月19日DOI:https://doi.org/10.1016/S2666-5247(23)00213-6

概要
背景
重度の急性栄養失調の小児は外来患者として抗生物質による治療を受けている。我々は、重度の急性栄養不良の治療を受けた小児において、7日間のアモキシシリン投与が腸内細菌叢の急性および長期の変化と抗生物質レジストームに及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。
方法
ニジェールのマダルーファで外来治療を受けた重症急性栄養不良の小児（6～59ヵ月）を対象に、アモキシシリンの無作為化二重盲検プラセボ対照試験（NCT01613547）の二次解析を行った。コホート全体（n=2399）から無作為に161人の小児を抽出し、2013年9月23日から2014年2月3日まで12週間の初回フォローアップを行った。2年後の追跡調査（2015年9月28日～10月27日）には、これらの161人の小児の中から、人体測定に基づいて便宜サンプルを選択した。子どもたちは、ベースライン時、1週目、4週目、8週目、12週目、そして2年後の追跡コホートでは104週目に糞便サンプルを提供した。メタゲノムシークエンシングに続いて、糞便サンプルのマイクロバイオームおよびレジストームプロファイリングを行った。重度の急性栄養失調でない小児38例と重度の急性栄養失調の小児6例は、最初のコホートのベースライン年齢と一致し、参照対照として使用された。
所見
12週間の追跡群では、アモキシシリンは腸内細菌叢の豊富さをベースライン時の37-6種（95％CI 32-6-42-7）およびシャノン多様性指数（SDI）2-18（95％CI 1-97-2-39）から、1週目には27-7種（95％CI 22-9-32-6）およびSDI 1-55（95％CI 1-35-1-75）へと直ちに減少させた。アモキシシリンは、1週目に腸内抗生物質耐性遺伝子量を6044リード/キロベース百万（95％CI 4704-7384）に増加させ、ベースラインの4800（3391-6208）から増加したが、3週後にはベースラインに戻った。35人の小児が2年間のフォローアップに組み入れられた。アモキシシリン治療を受けた小児（n=22）は、プラセボ治療を受けた小児（n=13；60-7［95％CI 54-7-66-6］対36-9［29-4-44-3］）と比較して腸内細菌叢の種数が増加していた。アモキシシリン投与児は、年齢をマッチさせたプラセボ投与児と比較して、プレボテラ属菌が増加し、ビフィドバクテリウム属菌が減少しており、より成熟した大人のようなマイクロバイオームであることが示された。
解釈
アモキシシリン投与は、抗菌薬耐性遺伝子の急性の増加をもたらしたが持続性はなく、重症急性栄養失調治療後2年経過した時点で腸内マイクロバイオームの成熟を改善した。
資金提供
ビル＆メリンダ・ゲイツ財団、国境なき医師団オペレーションセンター・パリ、国立アレルギー・感染症研究所、国立総合医療科学研究所、ユニス・ケネディ・シュライバー国立小児保健・人間発達研究所、エドワード・マリンクロッド・ジュニア財団、ドリス・デューク財団。

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はじめに
重度の急性栄養不良は、感染症の急性増加、死亡、長期的な直線的成長障害、経済的生産性の低下など、臨床的および発達的転帰が不良である。そのため、予防的な栄養補給や水、衛生、衛生習慣の改善など、数多くの介入が、重症急性栄養失調の発生率を低下させ、治療中の栄養回復と死亡率を改善するために模索されてきた1。
マラウイ4 およびニジェール5 では、重度の急性栄養不良の患児に 対して、抗生物質の短期投与（つまり7日間）が、全死亡、入院、 下痢性疾患の減少、および体格測定値の改善において、 プラセボと比較して有益であることが示されている。しかし、重度の急性栄養不良の小児における抗生物質治療の潜在的な結果（抗生物質耐性の発現やマイクロバイオームの破壊など）については、まだ不確実性が存在する6。抗生物質の有益性に関する仮説のひとつは、不顕性または臨床的な下痢性感染症や呼吸器感染症の減少である4, 5, 7。健康な小児では、腸内細菌叢は3歳まで分類学的および機能的多様性が着実に増加し、最も顕著な変化は離乳期に起こる8, 9。対照的に、栄養不良の小児の腸内細菌叢は年齢が退行し、すなわち腸内細菌叢は若い小児のものと類似する10、 11 合併症のない重症急性栄養失調の小児を治療した後、7日間のアモキシシリンコースが短期的および長期的なマイクロバイオームおよび抗生物質耐性遺伝子（ARG）の存在量にどのような影響を及ぼすかは、現在のところ不明である。この情報は、合併症のない重症急性栄養失調の管理におけるルーチンの抗生物質の継続使用に関する現在の推奨事項の意味を理解する上で極めて重要である。
ここでは、ニジェールにおける重症急性栄養失調の外来治療を目的としたアモキシシリンのプラセボ対照試験に組み入れられた小児の、縦断的に採取された糞便サンプルの腸内細菌叢およびレジストーム解析を示す5, 12。
研究方法
研究デザインと参加者
ニジェールのMadarounfaにおいて、合併症のない重症急性栄養不良からの栄養回復に対するアモキシシリン対プラセボの有効性を評価した。アモキシシリン群への割り当ては無作為に行われ、参加者と研究者は割り当てはマスクされていた。
マイクロバイオーム解析のために、2013年9月23日から2014年2月3日までの最初の12週間のフォローアップ期間中に糞便サンプルを提供する161人の小児を最初の試験から選んだ（付録1）。これらの小児は、グループごとに1営業日につき1人ずつ無作為に抽出した。マイクロバイオームサブスタディに参加した161人の小児のうち、2015年9月28日から10月27日まで、コンビニエンスサンプルとして登録後2年の長期追跡調査および糞便サンプリングのために小児を再訪問した。これらの小児は、4週時点の中上腕周囲径（MUAC）と身長に対する体重（WHZ）の改善度の上下四分位群から選択した。無作為のサブセットではなく、これらの個人を選んだのは、当初の試験から考えられる4つの結果（栄養回復の有無にかかわらず、アモキシシリンまたはプラセボ治療）をほぼ等しい割合で含めたかったからである。具体的には、49％（35人中17人）はMUACが1cm以上、またはWHZが2～5cm以上改善したのに対し、残りの51％（35人中18人）は元の試験で4週間の追跡調査時にMUACが0～5cm以下、またはWHZが2cm以下改善した5。
全体的な環境における2年間の間隔でのマイクロバイオームのドリフトの可能性を考慮するため、重度の急性栄養失調のナイジェリア人小児（n=6）および重度の急性栄養失調ではないが重度の急性栄養失調の基準を満たさないナイジェリア人小児を参照対照として追加募集した。2015年9月30日から11月18日にかけて、これらの重症急性栄養失調児6人と、同一世帯または近隣世帯の重症急性栄養失調でない子ども38人（WHZが-3以上、MUACが125mm以上）13から、2年前の登録時の元の参加者の年齢にマッチさせ、同じサンプル採取手順で糞便サンプルを1回採取した。ベースラインの年齢を一致させた小児を評価することにしたのは、健康な小児で成人並みのマイクロバイオーム構成を示した先行研究8があるためであり、また以前に報告されたように、重度の急性栄養不良の小児が2年間の追跡調査時に年齢退行したマイクロバイオームを維持していることを確認するためであった10, 11。
本試験のプロトコールは、Commité Consultatif National d'Éthique（ニジェール）およびComité de Protection des Personnes（フランス）により承認された。各児童の保護者から書面によるインフォームド・コンセントを得た。Comité Consultatif National d'Éthique（ニジェール）は、2015年8月にマイクロバイオームの追加サンプリングと分析に特化した修正を承認した。
サンプル採取と処理
糞便サンプルは、0週目（ベースライン）、1週目、4週目、8週目、12週目、そして2年間の追跡コホートでは104週目という予定されたタイムポイントでの家庭訪問時に採取された。最初の採取は、滅菌されたプラスチック製の50mL容器で行われ、8時間以内にEpicentre Maradi研究室（ニジェール、マラディ）に戻るため、冷却器（2～8℃）に入れられた。2014年の試験終了後、採取した検体はすべてドライアイスでWashington University School of Medicine（米国ミズーリ州セントルイス）に輸送された。2年後に採取されたサンプルは2016年1月に発送された。0～25gの便は、既述のように、イルミナHi-Seqプラットフォームを用いたDNA抽出および配列決定パイプラインに一旦直接解凍した14。
分類学および耐性遺伝子予測
ショットガンメタゲノム配列は、FastQC（バージョン0.11.9）を用いて品質プロファイリングを行い、Trimomatic（バージョン0.33）を用いてデマルチプレックス、トリミング、フィルター処理を行った。Deconseqのhsref38データベース（バージョン0.4.3）を用いてヒトDNAをスクリーニングした。処理されたリード数が200,000以下のサンプルは除外された。処理後、20万リード以下のサンプルを除外し、糞便サンプルは平均500-100万リード（SD 200-300万）の深さで配列決定した。抽出、シーケンス、処理のコントロールとしてZymoBIOMICS Microbial Community Standard（カタログ番号D6305）を使用した。シーケンスにはネガティブコントロールは使用しなかった。MetaPhLan3（バージョン3.0.7）を使用して、ショットガンメタゲノムに分類学を割り当てた15。相対存在量をプロットするために、存在量が1%未満の分類群は「その他」のカテゴリーにグループ分けして表示した。
成果
主要アウトカムは、アモキシシリンまたはプラセボを7日間投与した後の腸内細菌叢の微生物分類学的変化および耐性遺伝子負荷の短期的変化（すなわち12週間）および長期的変化（すなわち2年間）を同定することであった。副次的アウトカムは、微生物およびARGの動態のモデル化、WHZおよびMUACスコアとの関連、微生物と身体計測結果との関連であった。
統計解析
WHZスコアは、Rのanthroパッケージ（バージョン1.0.0）または60ヵ月以上のAnthroPlusを用いて算出した。WHZスコアは、年齢、体重、身長のデータがない小児については算出せず、1つの時点でアモキシシリン投与小児1例とプラセボ投与小児2例に影響した。
Rパッケージ「vegan」（バージョン2.6-2）を用いて、Bray-Curtis非類似度行列の主座標分析を行い、サンプル間のβ多様性の違いを決定した。ShortBREDタンパク質マーカーは、Comprehensive Antibiotic Resistance Database (CARD; version 3.0)データベースからshortbred-identify.pyを用いてクラスター同一性95%で構築し、Uniref90に対してmarkerLength 8-300アミノ酸でスクリーニングした16。ShortBRED（バージョン0.9.4）とShortBRED-quantifyコマンドを使用して、NCBIのCARDとAMRFinderPlusを含むキュレーションデータベースと、以前の研究で同定された機能的に検証されたARGを組み合わせて、各サンプルのARGを決定した。ARGは、CARD 3.0で利用可能なように、メカニズム、および遺伝子ファミリーごとに分類した; ARGと細菌種との関連は、CARDアノテーションに基づいて決定した18。
人口統計学的変数、臨床変数、および相対的存在量の測定は、各タイムポイント内での多重比較のためのBenjamini-Hochberg補正を用いたペアワイズWilcox検定で解析した。無作為化縦断解析（アモキシシリン対プラセボ）および非無作為化縦断解析（アモキシシリン対プラセボ対SAMおよび非SAM参照対照）の線形混合効果モデルを用いて、マイクロバイオームおよびレジストームの豊富性および多様性、ならびにWHZおよびMUACの経時的差異を決定した。線形混合効果モデルのpost-hoc一対比較は、偽陽性の関連を制限するために、多重比較をコントロールするためにTukey Honest有意差調整を用いて行った。年齢、WHZ、MUACをコントロールしながら腸内細菌叢とレジストームの有意差を決定するために、MaAsLin2 Rパッケージ19を用い、最小分類群有病率10％を含むデフォルトパラメータで実行した一般化線形混合効果モデルを用いた。モデルの固定効果には、タイムポイントと治療の交互作用（"Description"）、各訪問時の子どもの年齢（"visage"）、WHZスコア（"visWHZ"）、MUAC（"visMUAC"）、ベースラインからのWHZスコアの変化（"visdelWHZ"）、ベースラインからのMUACの変化（"visdelMUAC"）が含まれた。すべての子どもが各時点でサンプルを提供したわけではないので、無作為化分析におけるサンプリングバイアスをコントロールするために、個人（"idno"）をランダム効果として使用した。RのrandomForestパッケージ（バージョン4.71.1）を用いて、2年時点のSAM非参照小児の年齢と関連する微生物分類群を決定した。パラメータに "ntree=10,000 "を用い、"rfcv "コマンドで0-5ステップの10倍クロスバリデーションを行った。10,11腸内マイクロバイオームプロファイリングではp<0-05を有意とみなし、MaAsLin2解析ではq<0-1の偽発見q値をもたらすBenjamini-Hochberg補正p値を有意とみなした。主座標分析の差は、adonis2関数を用いたBray-Curtis距離のPERMANOVAを用いて決定し、その後の個々の成分の差は、ペアワイズWilcoxonおよびBenjamini-Hochberg補正によって決定した。解析はR（バージョン4.1.1）とR studio（バージョン2021.09.0）で行った。
シャノン多様性指数（SDI）は、腸内細菌叢内の多様性を決定するために使用した。腸内細菌叢における有意な変化を表すのは、10種の差と0～6 SDIであると考えた9, 17, 20。
資金提供者の役割
資金提供者は資金を提供したが、データの収集、解析、解釈には関与せず、報告書の執筆や論文投稿の決定にも寄与しなかった。
研究結果
初回12週間の追跡調査期間中に、161人の小児から採取した353の糞便サンプルについてショットガンメタゲノムシーケンスを実施した（図1）。リード数が少なかったため、4検体をメタゲノム解析から除外した。さらに、これらの小児のうち35人からベースラインから2年後に糞便サンプルを採取した（図1；付録1）。研究集団の特徴を表に示す。
図サムネイルgr1
図1研究プロファイル
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表各時点で採取されたリードカウント閾値以上の糞便検体および臨床的メタデータ
ベースライン 第1週 第4週 第8週 第12週 第104週
アモキシシリン プラセボ アモキシシリン プラセボ アモキシシリン プラセボ アモキシシリン プラセボ アモキシシリン プラセボ 参照対照（重度の急性栄養不良なし） 参照対照（重度の急性栄養不良あり）
糞便サンプル 35 32 39 33 35 43 30 27 41 34 22 13 38 6
性別
女性 19 (54%) 12 (37.5%) 22 (56%) 13 (39%) 21 (60%) 17 (40%) 16 (53%) 12 (44%) 22 (54%) 16 (47%) 12 (55%) 4 (31%) 17 (45%) 3 (50%)
男性 16 (46%) 20 (62.5%) 17 (44%) 20 (61%) 14 (40%) 26 (60%) 14 (47%) 15 (56%) 19 (46%) 18 (53%) 10 (45%) 9 (69%) 21 (55%) 3 (50%)
年齢
中央値 11-0 (8-0 to 21-5) 11-5 (8-0-19-5) 12-3 (8-3 to 21-3) 12-3 (8-3 to 19-3) 12-0 (9-0 to 20-0) 12-0 (9-0 to 21-0) 14-0 (12-0 to 24-0) 13-0 (10-0 to 23-0) 15-0 (12-0 to 25-0)* 13-0 (11-0 to 18-5)* 36-0 (32-0 to 46-0) 38-5 (34-0 to 43-3) 12-0 (9-0 to 22-0) 10-5 (8-5 to 14-0)
<12 18 (51%) 16 (50%) 19 (49%) 15 (45%) 17 (49%) 20 (47%) 7 (23%) 10 (37%) 8 (20%) 13 (38%) 0 (0%) 0 (0%) 17 (45%) 4 (66%)
≥12 17 (49%) 16 (50%) 20 (51%) 18 (55%) 18 (51%) 23 (53%) 23 (77%) 17 (63%) 33 (80%) 21 (62%) 22 (100%) 13 (100%) 21 (55%) 2 (33%)
WHZ
中央値 -3-2 (-3-4～-2-8) -3-1 (-3-5～-2-6) -2-1 (-2-5～-1-7) -2-2 (-3-1～-1-8) -1-4 (-1-9～-0-8) -1-6 (-2-3～-1-0) -1-0 (-1-3～-0-3)* -1-4 (-1-6～-0-6)* -0-7 (-1-5～-0-2) -1-1 (-1-4～-0-4) -0-2 (-0-9～0-9) -0-2 (-1-1～0-3) -1-0 (-1-3～0-5) -3-2 (-3-3～-3-1)
ベースラインからの変化 NA NA NA 1-1（0-8～1-4）* 0-6（0-2～1-1）* 1-5（1-1～2-0） 1-3（0-8～2-0） 2-3（1-8～2-7）* 1-7（0-9～2-5）* 2-3（1-7～3-1） 2-0（1-4～2-6） 3-3（2-3～3-8） 3-1（1-9～3-5） NA NA NA
MUAC
中央値 11-3 (11-0 から 11-4) 11-2 (10-8 から 11-4) 11-7 (11-4 から 12-0) 11-4 (11-0 から 11-8) 12-0 (11-8 から 12-3) 11-6 (11-2 から 12-4) 12-5 (12-2 から 13-0)† 11-9 (11-7 から 12-1) 12-5 (12-2 to 13-4)* 12-3 (11-8 to 12-6)* 14-6 (14-0 to 15-4) 14-0 (13-8 to 14-7) 13-9 (13-5 to 14-8) 11-7 (11-5 to 12-1)
ベースラインからの変化 NA NA NA 0-4 (0-3 to 0-6) 0-3 (0-0 to 0-4) 0-7 (0-5 to 1-0) 0-6 (0-2 to 1-1) 1-2 (1-0 to 1-6)* 0-9 (0-6 to 1-4)* 1-3 (0-9 to 1-9) 1-1 (0-7 to 1-5) 3-7 (2-8 to 4-2) 3-5 (2-6 to 4-0) NA NA NA
データはn、n（％）または中央値（IQR）。すべてのp値は付録2（タブ1）にあり、統計量は各時点でペアワイズWilcox検定およびχ2により決定され、共有記号は統計的有意性を示す。MUAC=中上腕周囲径。WHZ=身長に対する体重のzスコア。

  • p<0-05.
    † p<0-0001.
    新しいタブで表を開く
    アモキシシリンで治療した小児は、プラセボで治療した小児と比較して、ベースラインから1週間後のWHZスコア（1-1 vs 0-6、p=0-020）およびMUAC（0-4 vs 0-3、p=0-020）において、ベースラインより改善した（表；付録2タブ1）。
    次に、アモキシシリン治療に伴う腸内細菌叢とレジストームの変化を調べたいと考えた。アモキシシリン治療を受けた小児の腸内細菌叢の濃度は、ベースライン時の37-6種から1週目には27-7種に減少した（図2A；推定9-9種の減少［95％CI 4-4-15-4］、p＝0-024；付録2タブ2）。同様に、SDIはベースラインの2-2から1週目には1-6に減少した（図2B；推定値0-63［95％CI 0-4-0.9］、p＝0-0001）。ベースラインと1週目の間のBray-Curtis非類似度（図2C、PERMANOVA p=0-55）による全体的な組成の差は認められなかった；しかしながら、主座標2において、1週目のアモキシシリン腸内細菌叢の組成に、0週目のアモキシシリン（p=0-012）および1週目のプラセボ（p=0-0008；付録2タブ2）との有意な差が観察された。プラセボ群およびアモキシシリン群では、ベースライン時、ファーミキューテス門が最も豊富であった（35％ vs 37％；図2D）。プロテオバクテリアはアモキシシリン治療終了時に相対存在量が27％に増加し、ベースライン時の13％から増加した（p=0-051）。また、ベースライン時（17％、p=0-051）および1週目（9％、p=0-018；図2D）のプラセボ治療群よりも高かった。
    図サムネイルgr2
    図2腸内細菌叢の豊かさと多様性
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    この動物門レベルでの観察をもとに、どの属がベースラインに対して枯渇し、濃縮されているかを調べた。その結果、ラクトバチルス属（効果量-3-57、95％信頼区間-5-17～-1-97、q＝0-0003；図3A）、ホルデマネラ属（-1-43、-2-34～-0-53、q＝0-018；図3B）、ビフィドバクテリウム属（-2-16、-3-54～-0-78、q＝0-019；図3C）がアモキシシリン1週間投与後に最も減少した。Klebsiella属（1-76, 0-56 to 2-96, q=0-029;図3D）とEscherichia属（2-12, 0-64 to 3-59, q=0-034;図3E）はベースラインのサンプルより濃縮された。アモキシシリン治療を受けた小児の1週間後の腸内細菌叢では、ベースラインおよび1週間目のプラセボ群、あるいはその両方と比較して、2属が有意に増加し、5属が減少した（すべてp<0-01、q<0-05；図3F；付録2タブ3）。したがって、アモキシシリン治療は治療直後に分類学的変化をもたらした。
    図サムネイルgr3
    図3ベースライン（0週目）から1週目までの腸内細菌叢の分類学的変化に対するアモキシシリンの効果
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    この知見と抗生物質投与直後に観察されたKlebsiella属菌とEscherichia属菌の増加を考慮して（図3D-F）、腸内レジストームも変化するかどうかを検討した。ベースライン時、アモキシシリン群では63-1（95％CI 54-4-72-0）ARG、プラセボ群では49-0（39-8-58-0）ARGであった（p＝0-64）。アモキシシリン投与後、ARGの数（図4A）および腸内メタゲノム中の相対的存在量（図4B）が直ちに有意に増加した。アモキシシリン治療を受けた小児のARG数の中央値は、1週目で76-9（95％CI 68-6-85-0）であったのに対し、プラセボ治療を受けた小児では52-0（43-0-61-0）であった（推定差24-9、95％CI 12-4-37-4、p＝0.0060；図4A；付録2タブ4）。このARGの増加は一過性であり、アモキシシリン投与終了後3週間ではベースラインとの有意差はなく（15-1、2-5-27-7、p＝0-48）、4週目では両群間で同程度であった（-0-7、-12-7〜11-3、p＝1-0）。投与2年後のARG相対量は2254RPKM（95％CI 518-0-3989-0）であり、アモキシシリン投与直後の増加量（推定差3790RPKM、95％CI 1748-5832、p＝0-017；付録2タブ5）より有意に低かった。β-ラクタマーゼARGは、アモキシシリン投与児の腸内レジストームにおいて、プラセボ投与児よりも特異的に濃縮されていた（9-7遺伝子対5-9遺伝子、推定差3-7、95％CI 2-0-5-5、p＝0.0014；図4C；付録2タブ6）。年齢、MUAC、WHZをコントロールすると、1週目のアモキシシリン投与児では、1週目のプラセボ投与児に比べて68個のARGが有意に増加し、9個のARGが有意に減少していた（図4D；付録2タブ7）。濃縮されたARGには、大腸菌に起因する14のARGと予測される4つのβ-ラクタマーゼが含まれ、観察された分類学的な増加と一致していた（図3E-F）。しかし、アモキシシリン治療を受けた小児では、2年後に有意に濃縮されたARGは同定されなかった。このように、治療1週間後に有意なARGの濃縮が認められたが、治療終了後3週間までには消失し、2年間の観察期間終了時には持続しなかった。
    図サムネイルgr4a
    図4腸内細菌叢のARGに対するアモキシシリンの効果
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    サムネイルgr4b
    図4腸内細菌叢のARGに対するアモキシシリンの効果
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    1週間のアモキシシリン投与は、プラセボ投与児に比べて腸内細菌叢に短期的および長期的な影響を及ぼす可能性があるという仮説を立てた。1週目のアモキシシリン投与サンプルは、主座標2のBray-Curtis非類似度において他のすべての時点と異なっていた（図5A、付録2タブ8）。同様に、治療から2年後のアモキシシリン投与児の腸内細菌叢は、主座標1において、104週目のプラセボ投与児を除くすべての他児と有意に異なっていた（図5A）。治療から2年後、アモキシシリン治療児はプラセボ治療児よりも腸内細菌叢の豊富さが増加していた（60-7、95％CI 54-7-66-6）種対36-9（29-4-44-3；推定差23-8、95％CI 14-1-33-4、p＝0-0001；図2A）。
    図サムネイルgr5
    図5長期的なマイクロバイオームの成熟に対するアモキシシリンの効果
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    年長のアモキシシリン治療児とプラセボ治療児（すなわち、2年時点の治療児）は、SAMの有無にかかわらず年少児よりもマイクロバイオームの多様性が増加するという仮説を立てた。われわれの仮説と一致して、アモキシシリン治療を受けた子どもたちは、2歳年下のSAMでない子どもたちよりもマイクロバイオームの豊かさ（図2A）と多様性（図2B）が平均して増加した。しかし、この非ランダム化解析では、プラセボ治療群は増加しなかった（付録2タブ2）。アモキシシリン投与群の腸内細菌叢は、主座標1において、非SAM対照群（p=0-0064）および2歳年下のSAM患児（p=0-036；付録3 p5）から分離して集団化していた。Bray-Curtis非類似度は、この時点ではアモキシシリン投与群とプラセボ投与群で統計学的な差はなかったが（p=0-19；図5A）、プラセボ投与群は2歳年下の小児と有意差はなく、マイクロバイオームの成熟が不完全であることが示唆された（p=0-42）。これらの参照コホート（SAMおよび非SAM対照）は、Bray-Curtis非類似度（p=0-067；付録3 p5）に基づくと、最初のプラセボ対照試験開始時の小児と有意差はなかった。2年時点のアモキシシリン投与児の腸内細菌叢は、放線菌門の相対存在量が最も低かった： 8％対プラセボ投与群27％（p＝0-36）、非SAM対照群35％（p＝0-024）、SAM対照群55％（p＝0-024；図5B；付録2タブ9）。ビフィズス菌科の細菌を含む放線菌は、乳児期には一般的であるが（付録3 p4）、3歳以降成人期にはまれである8。2年後の時点で、アモキシシリン投与群ではプラセボ群に比べて12種が増加し、2種が減少していることが確認された（図5C；付録2 tab10）。Weissella confusaは、アモキシシリン治療児とプラセボ治療児を区別する最も濃縮された種であった（効果量6-6、95％CI 3-0-10-1、q＝0-0057；付録3 p 7）。Weissella属はファーミキューテス門であり、アモキシシリン治療を受けた小児で最も豊富な門であり（図5B）、健康な小児と成人で最も豊富な門の一つである8、 9, 22 Prevotella spp 885 (6-24, 3-46-9-02), q=0-0003; appendix 3 p 7)およびPrevotella stercorea (5-05, 1-85-8-25, q=0-026; appendix 3 p 7)もまた、アモキシシリン投与児の腸内細菌叢で有意に増加していた（付録2タブ10）。9, 22 Bifidobacterium longum（-4-90、-7-76～-2-05、q＝0-012；付表3 p 7）およびBifidobacterium bifidum（-5-89、-9-14～-2-63、q＝0-0072；付表3 p 7）は、プラセボ投与児に比べてアモキシシリン投与児で大幅に減少した。22人のアモキシシリン投与児のうち2人（9％）、13人のプラセボ投与児のうち6人（46％）が、2歳の時点で腸内細菌叢に検出可能なB longumを有していた（フィッシャーの正確検定 p=0-032; 付録3 p 7）。アモキシシリン治療を受けた22人の小児のうち、ビフィダム菌が検出されたのはわずか1人（5％）であったのに対し、プラセボ治療を受けた13人の小児のうち、ビフィダム菌が検出されたのは6人（46％）であった（p=0-0059；付録3 p 7）。B longumおよびB bifidumを含む3種のBifidobacterium属菌の相対量は、2歳年下のSAM非治療児と比較してプラセボ治療児で増加していた（付録3 p 7）。したがって、アモキシシリンで治療した乳児は、年長児または成人様分類群の蓄積8, 9と乳児特異的分類群の減少22, 23を伴うマイクロバイオームの成熟を示したが、プラセボで治療した小児の半数弱（13人中6人[46％]）は、SAMのない年少児よりも高い存在量でビフィドバクテリウム属細菌を維持していた。
    考察
    我々は、合併症のないSAMの治療を受けた小児において、アモキシシリンが腸内細菌叢の成熟に有益であることを実証した。アモキシシリン治療を受けた小児の腸内細菌叢は、7日間の治療終了時に、ARG、潜在的にESBL産生腸内細菌科21を含む潜在的に抗生物質耐性の大腸菌およびクレブシエラ属菌に濃縮されていた；しかしながら、この副作用は3週間以内に消失した。プラセボを投与した小児は、12週間および2年間の追跡調査期間中、ベースラインから人体計測値も改善していたが、彼らの腸内細菌叢は、アモキシシリンを投与した小児やSAMを投与していない低年齢の小児と比較して、年齢的に退行した形態を維持していた。我々の知見は、合併症のないSAM患児のケアパッケージの一部としてアモキシシリンをルーチンに投与することの潜在的なリスクとベネフィットに関する貴重な情報を提供するものである。
    合併症のないSAMの小児にルーチンの抗生物質治療を行う場合の費用対効果の計算では、個々の体重増加、栄養回復、入院の減少、死亡率の低下といった潜在的な利益と、抗生物質耐性菌による感染や地域社会内でのその蔓延といった潜在的な将来のリスクの両方を考慮する必要がある6、 24 今回発表されたマイクロバイオームと抗生物質レジストームの結果は、アモキシシリンが重度の栄養不良児の臨床転帰を改善するというこれまでの知見と一致している4、 25さらに、アモキシシリンは、ビフィドバクテリウム属のようなミルク利用に特化した分類群の存在量を減少させることにより、腸内細菌叢がより成熟した食事に適応するのを助ける可能性がある。実際、アモキシシリンはビフィドバクテリウム属の存在量を減少させることが示されており26、我々が観察したように、耐性グラム陰性菌が濃縮されることが予想される。したがって、アモキシシリン投与は、嫌気性菌や固形食品を利用する微生物が腸内でその存在量を増加させるためのリセットとして作用する可能性がある。
    WHOは合併症のないSAMの治療に抗生物質を定期的に投与することを推奨しているが、その長期的な影響については多くの議論がある、 6 アモキシシリン治療直後には、全体的なARGおよび抗生物質耐性の可能性のあるKlebsiella属およびEscherichia属の増加が観察された。幸いなことに、マイクロバイオームおよびレジストームの擾乱による悪影響は、治療終了から3週間までに消失し、短命であるように思われた。2歳以上の健康な小児では、抗生物質に対する成人のような安定性と回復力がある程度期待できる9。しかし、栄養不良の小児では、年齢とともに退行したマイクロバイオームが認められ、健康な小児や成人に共通するものとは異なる分類群から構成されていることが多い10、 11 例えば、SAMの子どもの腸内細菌叢は、同じ地域に住むSAMでない子どもに比べ、プロテオバクテリア（Proteobacteria）に富んでいる。10 SAMの子どもはまた、SAMでない子どもに比べ、ファーミキューテス（Firmicutes）の存在量が減少していることが多い。年齢的にマイクロバイオームと免疫の健康状態が悪化している小児では、潜在的な病原体が増加することで、侵襲性の抗生物質耐性菌感染症につながる悪影響が生じる可能性がある6。すぐに使える治療用食品などの栄養介入は、腸内マイクロバイオームの成熟度と人体計測スコアを一時的に改善することが示されているが、この改善は必ずしも持続しない10、 11 過去5年間にわたり、合理的に設計された微生物指向の治療用食品が、中等度および重度の急性栄養不良の小児のマイクロバイオームの回復および身体測定スコアの改善において有望であることが示されている28, 29。したがって、腸内マイクロバイオームの改変は、急性栄養不良の治療を最適化する上で中核となる要素である可能性がある。
    本研究には限界がある。第一に、我々の追跡コホートは親試験の参加者の少数のサブセットであり、プラセボに対するアモキシシリン治療後の腸内マイクロバイオームの変化において確実な差異が観察されたものの、これらのデータはより大規模なコホートで検証する必要がある。同様に、ビフィドバクテリウム（Bifidobacterium）属の存在量に対するマイクロバイオームの成熟度の増加に関する我々の結論は、プラセボ治療を受けた小児13人のみという2年時点の小さなサンプルサイズに基づいている。第二に、我々の研究集団はニジェールの小児を含んでいた。ベースラインの腸内マイクロバイオームが異なる他の地域の小児は、抗生物質介入に対する反応が異なる可能性があることに注意することが重要である。第3に、12週と2年のタイムポイントにずれがあり、データを収集していないため、アモキシシリン投与児とプラセボ投与児が同等の環境的課題、抗生物質処方、栄養摂取の機会があったとは言えない。さらに、環境、年齢、暴露が最初の試験と異なる可能性のある非SAMおよびSAMの参照対照について、このような情報を持っていないため、2年時点の非ランダム化解析で追加の交絡因子がないと結論づけることはできない。最後に、我々は抗生物質レジメン（例えば、アモキシシリン、トリメトプリム-スルファメトキサゾール、アジスロマイシン）を直接比較していないため、腸内細菌叢とレジストームに関するこれらの介入を直接比較する今後の研究が必要である30。
    貢献者
    AL、IT、GD、SI、CL、RFGが本研究の構想を練った。GDとRFGは資金を獲得した。DJS、AL、IT、SI、CL、FB、RFGがサンプルとメタデータを収集。ALとXSがサンプルを処理。DJSとALがデータ解析。DJSが図表を作成。DJSが原稿を執筆。AL、CL、FB、RFG、IT、SI、GDが編集。DJS、AL、SI、GDは本研究で報告されたすべてのデータにアクセスし、検証した。著者全員が本試験の全データにアクセスし、論文投稿の最終決定を行った。
    データの共有
    処理されたショットガンメタゲノムシーケンスファイルはNCBI BioProject (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/)で共有されており、PRJNA739008で検索することでアクセスできる。カスタムコードはGitHub（https://github.com/DJSchwartzLab/NigerSAM）で公開されている。
    利害関係
    競合する利益はないと宣言する。
    謝辞
    本研究の一部は、National Institute of General Medical Sciences（R01 GM099538）、National Institute of Allergy and Infectious Diseases（R01 AI123394）、およびNational Institutes of Health（NIH）のEunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development（R01 HD092414）からのGDへの研究助成を受けている； Edward Mallinckrodt Jr Foundation（Scholar Award）、Bill & Melinda Gates Foundation Grand Challenges（GCE Phase I OPP1161117）。DJSはNational Institute of Allergy and Infectious Diseases K08 AI1593834およびDoris Duke Charitable FoundationからのPhysician Scientist Fellowship grant 2021081の支援を受けている。ALはNIH Clinical and Translational Fellowship Award（TL1 TR000449）の支援を受けた。親試験は国境なき医師団オペレーションセンター・パリの支援を受けた。Washington大学医学部Edison Family Center for Genome Sciences（米国ミズーリ州セントルイス）のJess Hoisington-Lopez氏、Eric Martin氏、Brian Koebbe氏には、配列決定の支援と計算のサポートをいただいた。
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    補足付録3
    参考文献
    1.Bhutta ZA Berkley JA Bandsma RHJ Kerac M Trehan I Briend A
    重度の小児栄養不良。
    Nat Rev Dis Primers. 2017; 317067
    論文で見る
    PubMed
    クロス
    Google Scholar
    2.ユニセフ世界銀行
    子どもの栄養不良のレベルと傾向。
    https://iris.who.int/handle/10665/341135
    日付 2021年5月5日
    アクセス日 2022年11月6日
    記事で見る
    グーグル・スカラー
    3.Stobaugh HC Mayberry A McGrath M et al.
    重症急性栄養失調後の再発：系統的文献レビューと二次データ分析。
    母子栄養 2019; 15e12702
    論文で見る
    スコープス（48）
    PubMed
    Crossref
    Google Scholar
    4.Trehan I Goldbach HS LaGrone LN et al.
    重症急性栄養失調の管理の一環としての抗生物質。
    N Engl J Med. 2013; 368: 425-435
    記事で見る
    スコープス (234)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    5.Isanaka S Langendorf C Berthé F et al.
    小児の合併症のない重症急性栄養失調に対するアモキシシリンの定期投与。
    N Engl J Med. 2016; 374: 444-453
    論文で見る
    スコープス (80)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    6.Francis F Robertson RC Bwakura-Dangarembizi M Prendergast AJ Manges AR
    重症急性栄養失調とヒト免疫不全ウイルス感染を有する小児における抗生物質の使用と耐性。
    Int J Antimicrob Agents. 2023; 61106690
    論文で見る
    スコパス (1)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    7.Keenan JD Bailey RL West SK et al.
    サハラ以南のアフリカにおける小児死亡率を減少させるためのアジスロマイシン。
    N Engl J Med. 2018; 378: 1583-1592
    論文で見る
    スコープス（213）
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    8.Yatsunenko T Rey FE Manary MJ et al.
    ヒトの腸内細菌叢は年齢や地域によって異なる。
    Nature. 2012; 486: 222-227
    論文で見る
    スコープス(5229)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    9.Stewart CJ Ajami NJ O'Brien JL et al.
    TEDDY研究による幼児期における腸内細菌叢の時間的発達。
    Nature. 2018; 562: 583-588
    論文で見る
    スコープス (925)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    10.Subramanian S Huq S Yatsunenko T et al.
    栄養不良のバングラデシュの子供たちにおける持続的な腸内細菌叢の未熟さ。
    Nature. 2014; 510: 417-421
    論文で見る
    スコープ (812)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    11.Smith MI Yatsunenko T Manary MJ et al.
    クワシオルコルの不一致マラウイ人双生児ペアの腸内細菌叢。
    Science. 2013; 339: 548-554
    論文で見る
    日本学術振興会特別研究員
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    12.Isanaka S Grantz KH Berthé F Schaefer M Adehossi E Grais RF
    ニジェールにおける合併症のない重症急性栄養不良の治療におけるアモキシシリン定期投与の無作為化臨床試験からの延長追跡調査。
    JAMA Pediatr： 295-297
    論文で見る
    スコープス (3)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    13.WHO多施設成長基準研究グループ
    体長・身長、体重、年齢に基づくWHO子どもの成長基準。
    Acta Paediatr Suppl. 2006; 450: 76-85
    論文で見る
    PubMed
    クロス
    Google Scholar
    14.Gibson MK Wang B Ahmadi S et al.
    早産児の腸内細菌叢と抗生物質レジストームの発達動態。
    Nat Microbiol. 2016; 116024
    論文で見る
    PubMed
    クロスフィルム
    グーグル奨学生
    15.Beghini F McIver LJ Blanco-Míguez A et al.
    多様な微生物群集の分類学的、機能的、株レベルのプロファイリングをbioBakery 3で統合。
    eLife. 2021; 10: 10
    論文で見る
    スコープ (432)
    クロスリファレンス
    Google Scholar
    16.Kaminski J Gibson MK Franzosa EA Segata N Dantas G Huttenhower C
    ShortBREDを用いた微生物群集における高特異性標的機能プロファイリング。
    PLoS Comput Biol.
    論文で見る
    スコープス (167)
    PubMed
    クロスフィルム
    グーグル奨学生
    17.Gasparrini AJ Wang B Sun X et al.
    乳児の腸内細菌叢とレジストームにおける早期入院と抗生物質治療の永続的なメタゲノム・シグネチャー。
    Nat Microbiol. 2019; 4: 2285-2297
    論文で見る
    スコープス（142）
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    18.Alcock BP Raphenya AR Lau TTY et al.
    CARD 2020: 包括的抗生物質耐性データベースによる抗生物質レジストーム監視。
    Nucleic Acids Res. 2019; 48: D517-D525
    論文で見る
    グーグル・スカラー
    19.Mallick H Rahnavard A McIver LJ et al.
    集団規模のメタオミクス研究における多変量関連発見。
    PLoS Comput Biol.
    論文で見る
    スコープス(350)
    クロスリファレンス
    Google Scholar
    20.Schwartz DJ Langdon AE Dantas G
    抗生物質の擾乱によるヒトマイクロバイオームへの影響の理解。
    Genome Med. 2020; 12: 82
    論文で見る
    スコープス (123)
    パブコメ
    クロスリファレンス
    グーグル奨学生
    21.Maataoui N Langendorf C Berthe F et al.
    アモキシシリンに曝露された栄養不良児におけるESBL産生腸内細菌科細菌の獲得および伝播リスクの増加。
    J Antimicrob Chemother. 2020; 75: 709-717
    論文で見る
    スコープス (9)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    22.Bäckhed F Roswall J Peng Y et al.
    生後1年間のヒト腸内細菌叢の動態と安定化。
    細胞宿主微生物。2015; 17: 852
    論文で見る
    PubMed
    まとめ
    全文
    全文PDF
    Google Scholar
    23.Olm MR Dahan D Carter MM et al.
    乳幼児の腸内細菌叢は、様々な生活習慣によって頑健に変化する。
    Science. 2022; 376: 1220-1223
    論文で見る
    スコープ (16)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    24.Jones KD Thitiri J Ngari M Berkley JA
    小児期の栄養不良：感染症、炎症、抗菌薬の理解に向けて。
    Food Nutr Bull. 2014; 35: S64-S70
    論文で見る
    スコープス (83)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    25.Million M Lagier JC Raoult D
    合併症を伴わない重症急性栄養失調におけるアモキシシリンの有効性に関するメタアナリシス。
    Microb Pathog. 2017; 106: 76-77
    論文で見る
    スコパス (16)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    26.Mangin I Suau A Gotteland M Brunser O Pochart P
    アモキシシリン投与は乳児の腸内細菌叢におけるビフィズス菌種の構成を変化させる。
    Anaerobe. 2010; 16: 433-438
    論文で見る
    スコープス (44)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    27.Bogoch II Utzinger J Lo NC Andrews JR
    小児死亡率減少のための抗菌薬大量投与：機会、懸念、可能な次のステップ。
    PLoS Negl Trop Dis. 2019; 13e0007315
    論文で見る
    スコープス（15）
    クロスリファレンス
    グーグル奨学生
    28.Chen RY Mostafa I Hibberd MC et al.
    栄養不良の子どもに対する微生物指向の食品介入。
    N Engl J Med. 2021; 384: 1517-1528
    論文で見る
    スコープス (114)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    29.Gehrig JL Venkatesh S Chang HW et al.
    微生物指向性食品のgnotobiotic動物および低栄養児における効果。
    Science. 2019; 365eaau4732
    論文で見る
    スコープス（236）
    Crossref
    グーグル・スカラー
    30.Oldenburg CE Hinterwirth A Ourohiré M et al.
    合併症のない重症急性栄養失調児における抗生物質投与後の腸内レジストーム：無作為化比較試験。
    Am J Trop Med Hyg. 2022; 107: 59-64
    論文で見る
    スコパス (2)
    PubMed
    クロス
    グーグル奨学生
    論文情報
    出版履歴
    出版 2023年10月19日
    識別
    DOI: https://doi.org/10.1016/S2666-5247(23)00213-6

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図
図サムネイルgr1
図1研究概要
図サムネイルgr2
図2腸内細菌叢の豊富さと多様性
図サムネイルgr3
図3ベースライン（0週目）から1週目までの腸内細菌叢におけるアモキシシリンの影響
図サムネイルgr4a
図4腸内細菌叢のARGに対するアモキシシリンの影響
図のサムネイルgr4b
図4腸内細菌叢のARGに対するアモキシシリンの効果
図サムネイルgr5
図5長期的なマイクロバイオーム成熟に対するアモキシシリンの影響
表
表各時点で収集されたリードカウント閾値以上の糞便サンプルと臨床メタデータ
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