ヘリコバクター・ピロリ関連胃炎患者における代謝の変化： 胃粘膜の慢性炎症の進行におけるピロリ菌-腸内細菌叢-代謝軸の関係

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ヘリコバクター
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ヘリコバクター・ピロリ関連胃炎患者における代謝の変化： 胃粘膜の慢性炎症の進行におけるピロリ菌-腸内細菌叢-代謝軸の関係

張洪民、王仁、王慧傑、郭嘉宣、李玉泉、趙銀雄、宋金中、劉鳳翔、劉旭肇、趙玉彬
初出：2023年4月25日
https://doi.org/10.1111/hel.12984
について
セクション

要旨
目的
Helicobacter pylori陽性およびH. pylori陰性胃炎患者における血清代謝の特徴を明らかにすること。
調査方法
慢性胃炎患者117名の臨床データおよび血清胃機能パラメータ、PGI（ペプシノーゲンI）、PGII、PGR（PGI/II）、G-17（ガストリン17）を収集し、そのうちH. pylori陽性57名とH. pylori陰性60名を対象とした。各群20例を無作為に抽出し、腸管粘膜検体および血清検体を採取した。腸内細菌叢プロファイルは16S rRNA遺伝子配列決定により作成し、血清代謝物は液体クロマトグラフィー質量分析（LC-MS）技術に基づく標的メタボロミクス手法により解析しました。
結果
HPAG患者において、イソ吉草酸を含む20種類の代謝物の発現量の変化が検出された。腸内細菌叢のBacteroides、Fusobacterium、Prevotellaの一部の分類群は、H. pylori陽性者とH. pylori陰性者の間で異なる発現量の代謝物と有意な相関を示した。その結果、H. pylori-腸内細菌叢-代謝（HGM）軸が提案された。
結論
ヘリコバクター・ピロリ感染は、腸内細菌叢を変化させることにより、宿主の血清代謝に影響を与え、宿主の粘膜疾患の進行や他の合併症の出現に影響を及ぼすと考えられる。
1 はじめに
近年、疫学調査により、ヘリコバクター・ピロリ菌の世界的な有病率は、先進国では30%から50%、発展途上国では85%から95%であることが明らかになっています1, 2 ピロリ菌はグラム陰性で微好気性の細菌で、口腔内または糞口感染により人に感染します。体内に入ると、胃の上皮の酸性環境によく適応し、多くの場合、粘膜に炎症反応を引き起こします3。ピロリ菌の存在は、消化性潰瘍や胃炎と関連しており、ピロリ菌による胃炎を放置すると、慢性化します。慢性胃炎は活性酸素を発生させ、胃の上皮細胞のDNAを傷つけ、慢性胃炎、萎縮性胃炎、腸管形質転換、異形成、腺癌という癌カスケードを引き起こす。特に、胃の生態系において、HP以外の微生物による持続的な抗原刺激が発生したり、ピロリ菌が協力してその後の炎症反応を亢進させる可能性がある。この生態系の異常は、様々な病原性微生物の侵入と増殖をもたらし、さらに免疫系を混乱させ、粘膜バリアーを損なわせる可能性がある。多地域にわたる臨床研究により、胃粘膜疾患における異なる局所の判定や予後の評価における代理バイオマーカーとして、Hp-IgG、PG、G-17値を組み合わせた血清胃機能指標検査の臨床的重要性が確認されています5-8。いくつかの研究では、ピロリ菌感染者の血清G-17、PGI、PGII値、特にPGII、PGI/PGII比が低下していると評価されました8-10。
さらに、最近の研究では、ピロリ菌感染により、胃内細菌叢および腸内細菌叢11-14や口腔内細菌叢などの遠隔地の微生物群集に変化が生じることが示唆されています15。ピロリ菌感染による脂肪酸の変化などのメタボローム変化は、動物16、17およびヒトで観察されています18。胃がん患者においては、ネオプテリンは胃がんの進行とともに増加し、グリセロホスホコリンはピロリ菌陰性から進行胃がんにかけて減少する傾向が認められた19。しかし、胃がんカスケードの異なる段階における代謝の変化については、まだ解明されていない。
腸内細菌は、循環代謝物のレベルに影響を与えることが知られています。ピロリ菌の感染は、腸内細菌叢の組成に大きな変化をもたらし、その結果、宿主の代謝に変化をもたらし、遺伝的およびエピジェネティックな変化を引き起こす可能性があります。本研究では、慢性胃炎患者の代謝に対するピロリ菌感染の影響を明らかにし、ピロリ菌に関連する代謝の変化と腸内細菌叢の変化を探ることを目的としている。また、ピロリ菌陽性胃炎患者における代謝の変化が、疾患の進行や合併症に与える潜在的な影響について考察し、HGM軸という概念を提唱しました。
2 材料と方法
コホートとサンプル収集
石家荘中医薬病院におけるピロリ菌関連胃炎に関する本ケースコントロール研究は、2019年12月から2020年10月にかけて実施した。すべての参加者から書面によるインフォームドコンセントを取得し、プロトコルはShijiazhuang Hospital of Traditional Chinese Medicineの倫理委員会（承認番号：EC-20210621-1002）に承認された。
慢性非萎縮性胃炎の被験者は、内視鏡診断に基づき、消化器科の外来患者から募集した。除外基準は以下の通りであった： (1）胃炎以外の代謝性疾患やその他の慢性疾患を有する被験者、（2）過去30日以内に抗生物質、プロトンポンプ阻害剤、その他の消化器疾患治療薬を服用している被験者、（3）妊娠中または授乳中の女性。ピロリ菌の感染は、13C-尿素呼気試験（13C-UBT）、血清抗体、病理組織検査により判定した。13C-UBTと血清抗体の結果を表S1に示す。13C-UBTと血清抗体の両方が陽性であった患者を登録の対象とした。生検サンプルの免疫組織化学的染色が認められた患者は、ピロリ菌感染の診断を受けることもできる。
最終的に20～60歳の慢性非萎縮性胃炎の患者117名（3検体脱落）が登録された。患者は、H. pylori陰性群（n = 60）またはH. pylori陽性群（n = 57）に分けられた。ピロリ菌感染の診断は、2つの生検サンプル（肛門の大きい方の曲線と体の小さい方の曲線）の13C-UBTまたは免疫組織化学染色を用いて行った22-24。40人の患者は、16S rRNA配列決定と代謝物の検出のためにランダムに選ばれた。参加者のベースライン特性は、表S1にまとめた。
腸粘膜検体および血清検体は、8時間以上の絶食後の午前中に参加者から採取された。血漿試料は5 mL凝固管に採取し、血清は1.5 mLクライオチューブに分離した。すべての患者は、胃カメラおよび大腸内視鏡を用いて、それぞれ上部および下部消化管検査を受けた。大腸内視鏡検査が回盲部まで持ち込まれた場合、終末回盲部から粘膜組織2片をクランプして滅菌バイアルに入れた。腸管粘膜検体および血清検体は、さらなる分析まで直ちに-80℃で凍結した。
血清学的アッセイ
各被験者から約5mLの空腹時血液を採取した。血清PGI、PGII、およびG-17、ならびにピロリ菌IgGレベルは、石家荘中医薬病院で酵素結合免疫吸着法（ELISA）を用いて定量化した。検査試薬は、Huian Biotechnology Company（中国・深セン）から購入した。
腸管粘膜からの細菌DNA抽出と16S rRNA遺伝子配列決定
粘膜組織サンプルを3420gで10分間遠心分離し、その後上清を除去した。Scientz-48ハイスループット組織粉砕機（Scientz、中国）を使用し、0.1mmジルコニウムビーズを用いて1500gで5分間ホモジナイズした。QIAamp DNA Mini Kit (Qiagen, Germany)を用いて全DNAを分離した。Qubit dsDNA HS Assay Kit (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)を用いてDNAを定量した。プライマー341F（5′-ACTCCTACGGRSGCAGCAG-3′）および806R（5′-GGACTAVVGGTATCTAATC-3′）は、細菌16S rRNA遺伝子のV3-V4超可変領域の増幅に使用した。イルミナNovaSeq 6000（イルミナ、サンディエゴ、カリフォルニア州、米国）を用いて、2×250bpペアエンドシーケンスプロトコルを用いて精製アンプリコンライブラリーの配列を決定した。
LC-MS/MSを用いた血清代謝物の定量化
メタノール緩衝液（50%）を使用して、血清サンプルから代謝物を抽出した。簡単に言うと、20μLのサンプルを120μLの予冷した50％メタノールと混合し、1分間ボルテックスし、室温で10分間インキュベートし、その後、-20℃で一晩放置した。上清を4000gで20分間遠心分離することにより、新しい96ウェルプレートを調製した。QCサンプルは、各抽出物10μLを組み合わせて作成した。LC-MS分析前に、代謝物を-80℃で保存した。
ポジティブイオンモードとネガティブイオンモードの両方を備えた、米国ボストンのTripleTOF 5600 Plus高分解能タンデム質量分析計を使用して、代謝物を評価しました。クロマトグラフィー分離には、超高性能液体クロマトグラフィー（UPLC）システム（米国ボストン）を使用した。ACQUITY UPLC T3 カラム（100 mm2.1 mm、1.8 m）で逆相分離を行った（Boston, USA）。TripleTOF 5600 Plusを使用し、溶出した代謝物を検出・測定しました。フローティングイオンスプレー電圧は、ポジティブイオンモードで5kV、ネガティブイオンモードで4.5kVに設定した。MSデータの収集にはIDAモードが利用された。TOFの質量範囲は60-1200Daであった。実験期間中、質量精度は20サンプルごとに校正されました。LC-MSの安定性を評価するために、QCサンプルも10サンプルごとに検査した。
バイオインフォマティクス解析
生遺伝子配列の処理はQIIME2パイプラインで行い25、分類学的アノテーションはGreengenesデータベース（13.8）に基づき行った。腸内細菌叢の解析はMicrobiomeAnalyst(https://www.microbiomeanalyst.ca/)で行った。微生物叢αの多様性の違いを評価するために、Wilcoxon rank-sum検定を使用した。微生物叢β多様性は主座標分析（PCoA）を用いて分析し、ピロリ菌陽性群とピロリ菌陰性群の群集組成の差はAdonis関数を用いた順列分散分析（PERMANOVA）を用いて比較した。ピロリ菌陽性胃炎とピロリ菌陰性胃炎に関連する腸内細菌群集の特徴的な分類群を特定するために、線形判別分析効果量（LEfSe）を実行した。
メタボロームデータ解析と解釈は、MetaboAnalyst（V5.0）を用いて実施した。直交部分最小二乗判別分析（OPLS-DA）およびウィルコクソン順位和検定は、ピロリ菌陽性胃炎とピロリ菌陰性胃炎の間で発現量の異なる代謝物を決定するために実施されました。
統計解析
統計解析には、SPSS V.26.0を使用した。数値変数はANOVAまたはt-testで解析し、正規分布に適合するかどうかを判断した。正規分布に適合しないデータは、中央値および四分位数を用いた順位和検定で表現した。カテゴリー変数の解析にはカイ二乗検定を使用した。両側のp＜0.05を統計的に有意とみなした。スピアマン相関分析は、血清代謝物と腸内細菌叢の相関を評価するために使用された。冗長性解析は、臨床データと血清代謝物の間の相関を分析するために使用された。
3 結果
ピロリ菌感染状況による血清胃内バイオマーカー値の比較
ベースライン時、人口統計学的データは2群間で同等であった（表S2）。非感染者と比較して、ピロリ菌感染者ではPGIIの血清レベルが有意に高く、PGIとPGRのレベルは有意に低かった（いずれもp＜0.001）。また、G-17については、群間で有意な差は見られなかった（表1）。
TABLE 1. ヘリコバクター・ピロリ陽性感染群と陰性群のPG I、PG II、PGR、G-17の水平マン・ホイットニーUテスト。
特徴Hp（＋）（n＝57）Hp（-）（n＝60）Zp-値
PGI (μg/L)
中央値（IQ:25-75）
64.18
(50.51-80.475)
110.82
(84.37-169.03)
-6.3640.000**
PGII (μg/L)
中央値 (IQ:25-75)
12.64
(8.74-18.58)
6.37
(3.75-15.21)
-3.4570.001**
PGR
中央値 (IQ:25-75)
5.78
(4.34-7.69)
15.86
(9.49-35.27)
-6.4840.000***
G-17 (μg/L)
中央値 (IQ:25-75)
6.83
(3.05-12.08)
5.11
(3.6-9.32)
-1.0880.278
注：*p < 0.05; **p < 0.01; and ***p < 0.001.
ピロリ菌陽性胃炎とピロリ菌陰性胃炎における代謝の特徴の把握
胃炎患者40名の血清から、脂肪酸46種（21.8%）、アミノ酸39種（18.48%）、有機酸29種（13.74%）、胆汁酸26種（12.32%）、カルニチン19種（9%）、糖質16種（7.5%）、短鎖脂肪酸8種（3.79%）、インドール5種（2.37%）、フェニルプロピオン酸5種（2.37%）、その他13種（6.16%、図 S1）の計211種代謝物質が検出されました。部分最小二乗判別分析（PLS-DA）では、ピロリ菌陽性検体とピロリ菌陰性検体の代謝に全体的な違いが見られ（図1A）、α-ケトイソ吉草酸およびピルビン酸がその負荷量に応じて上位寄与特徴となっていました（図1B）。t検定による単変量解析の結果、ピロリ菌陽性胃炎患者とピロリ菌陰性胃炎患者の間で、血清レベルの20代謝物が有意に異なり（図1C）、4代謝物が｜log2 fold change｜≧1を示した。 特に、ピロリ菌陽性胃炎患者はピロリ菌陰性胃炎患者に比べて血清レベルのイソ吉草酸、ヘプタン酸が高く、3-インドールプロピオン酸とヒプリン酸が低レベルであることがわかった。
図1
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単変量解析で得られた差分代謝物をもとにさらに濃縮解析を行ったところ、ピロリ菌陽性胃炎患者で増加した代謝物は、栄養失調、妊娠糖尿病、グルタル酸尿症Iと関連しており、ピロリ菌陰性胃炎の血清で濃縮された代謝物は、栄養失調、妊娠糖尿病と関連していた。pylori陰性胃炎は、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ欠損症（E3）、ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ欠損症2（PEPCK 2）、呼吸鎖欠損症、ピルビン酸カルボキシラーゼ欠損症、プロピオン酸血症と関連がありました（図1D）。
次に、冗長性分析（RDA）を用いて、血清代謝物が患者の特徴や胃炎に関連する症状で説明できる可能性があるかどうかを検証した（図1E）。オキソアジピン酸は胃腸症状評価尺度（GSRS）スコア、下痢、G-17に、α-ケトイソ吉草酸およびピルビン酸は腹痛およびPGIIに、ヒップリン酸、インドール-3-カルボン酸、L-アスパラギン酸は腹部膨満および熱傷に、スベリン酸は胃ポリーブおよびPGIに関連することが判明しました。
H. pylori関連胃炎患者における胃内細菌叢のディスバイオシス
胃粘膜の16S rRNAプロファイリングから、ピロリ菌の感染が胃炎患者の胃内細菌叢を大きく変化させていることが示された（図2）。ピロリ菌陽性群では、ピロリ菌陰性群に比べて胃内細菌叢のα多様性が減少していることがわかった（図2A）。ASVレベルの重み付けなし（図2B）および重み付け（図2C）UniFrac距離に基づく主座標分析（PCoA）によるβ多様性解析では、H. pylori陽性サンプルとH. pylori陰性サンプルの間で組成の違いが示された（PERMANOVA p < 0.05）。門レベルでは、H. pylori陽性患者の胃内細菌叢はProteobacteriaで占められていた（図S2A）。さらにLEfSe（線形判別分析効果量）を用いて分析したところ、H. pylori陽性サンプルとH. pylori陰性サンプルの違いを説明できる分類群が特定されました。特に、s__Actinobacillus_parahaemolyticusとs__Helicobacter_pyloriはH. pylori陽性サンプルで濃縮されていたのに対し、H. pylori陰性サンプルではより多く存在した。pylori陰性サンプルでは、f__Enterobacteriaceae、g__Fusobacterium、g__Neisseria、g__Prevotella、s__Haemophilus_parainfluenzae、s__Neisseria_subflava、s__Prevotella_melaninogenica、s__Prevotella_nanceiensis および s__Prevotella_tannerae をより多く含む（図 2）。
図2
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RDAは、ピロリ菌陽性者とピロリ菌陰性者の胃内細菌叢の差分分類が、胃炎の症状に関連していることを示している（図2E）。GSRS、DOB、G-17のスコアはs__Helicobacter_pyloriの存在量に関連しており、胃ポリープはs__Prevotella_melaninogenicaに関連していた； 下痢はs__Neisseria_subflavaおよびs__Prevotella_tanneraeと、PGRはs__Neisseria_subflavaおよびs__Prevotella_tanneraeと、膨満感はs__Actinobacillus_parahaemolyticus、PGI、およびPGIIと関連する。
胃炎患者におけるピロリ菌感染による腸内細菌叢の変化
ヘリコバクター・ピロリ菌の感染は、胃の微生物叢の組成を変化させ、口腔や腸の微生物叢を含む遠くの微生物叢に影響を与える可能性がある15。腸の微生物叢の代謝活動は、宿主の恒常性維持に不可欠である。そこで、胃炎患者の腸管粘膜の微生物叢組成に及ぼすピロリ菌感染の影響について検討した。患者の腸内細菌叢には合計680の分類群が確認され、そのうち400が胃内細菌叢に共存していた（図S2C）。ピロリ菌陽性胃炎の被験者の腸内細菌叢は、ピロリ菌陰性群よりも高い細菌リッチネス（Chao1指数で測定）を示しました（図3A）。さらにPCoAの結果、H. pylori陽性被験者とH. pylori陰性被験者で群集構造が有意に異なることが示された（PERMANOVA p < 0.05; Figure 3B、C）。門レベルの分析では、H. pylori陽性被験者とH. pylori陰性被験者の腸内細菌組成が類似していることが示されました（図S2B）。しかし、LEfSeは、ピロリ菌陽性群とピロリ菌陰性群の腸内細菌群集において、いくつかの特徴的な分類群を同定しました。具体的には、ピロリ菌陽性胃炎の被験者の腸内細菌叢では、Enterobacteriaceae、Bacteroides、Fusobacterium、Lachnospira、Neisseria、Haemophilusinfluenzae、Actinobacillus_parahaemolyticus、Helicobacter_pylori、およびPrevotella_copriがより多く存在することが検出されている。一方、ピロリ菌陽性胃炎のグループでは、g__Fusobacterium、g__Porphyromonas、s__Neisseria_subflava、s__Prevotella_melaninogenica、およびs__Stenotrophomonas_geniculataがより豊富に検出されました（図3）。
図3
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さらに、これらのピロリ菌陽性者とピロリ菌陰性者の腸内細菌の違いは、胃炎の症状とも関連していた（図3E）。特に、s__Neisseria_subflava、g__Porphyromonas、s__Prevotella_melaninogenica、g__Fusobacteriumに属する分類群の存在量は便秘と、s__Stenotrophomonas_geniculataとg__Fusobacteriumは胃ポリーブやPGRと、s__Prevotella_copriとs__Haemophilus_inflenzaeは下痢と関連していることが示されました。
ピロリ菌-腸内細菌叢-代謝の軸について
腸内細菌叢は宿主と微生物群集の代謝的相互作用に大きな役割を果たすため、ピロリ菌の感染が腸内細菌叢を変化させることで宿主の代謝をどのように変えるかを評価しました。スピアマン相関による解析の結果、ピロリ菌陽性者とピロリ菌陰性者の代謝物の差は、腸内細菌叢で確認された分類群の差と有意な相関があることがわかりました（図4A）。特に、腸内のs__Helicobacter__pyloriの相対的な存在量は、血清中のアジピン酸、カプロン酸、スベリン酸のレベルと正の相関があり、ピルビン酸、ヒドロキシフェニル乳酸、オルソヒドロキシフェニル酢酸のレベルとは逆の相関があることが示された； Bacteroides属の一分類群（g__Bacteroides_2）は、グルタル酸、メチルコハク酸、アジピン酸、カプロン酸、ヘプタン酸、12-hydroxystearic acid、スベリン酸と正の相関を、α-ketoisovaleric acid、リノールカルニチン、ヒドロキシフェニル乳酸、オルソヒドロキシフェニル酢酸、hippuric acidと負の相関を示した； s__Prevotella__melaninogenica は、ヒドロキシフェニル乳酸と正の相関があり、アジピン酸、カプロン酸、イソ吉草酸、アラキドン酸、ヘプタン酸、スベリン酸とは負の相関がありました。Fusobacterium属の一部の分類群では、複数の代謝物と逆の関係を示した。例えば、アジピン酸とイソ吉草酸のレベルは、g__Fusobacterium_2の相対存在量と正の相関があったが、g__Fusobacterium_4のそれとは負の相関があった。
図4
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さらに、胃粘膜のいくつかの細菌分類群も、血清代謝物と有意な相関を示した（図4B）。例えば、s__Helicobacter_pylori_1の相対量は、ピルビン酸、ヒドロキシフェニル乳酸、オルト_ヒドロキシフェニル酢酸、インドール-3-カルボン酸と逆相関があった； s__Prevotella_nanceiensisは、ピルビン酸、ヒドロキシフェニル乳酸、インドール-3-カルボン酸、α_ケトイソ吉草酸に正の相関があり、スベリン酸、12-hydroxystearic acid、adipic acid、メチルスクシン酸、グルタル酸には逆相関が見られた。
この結果から、HGM軸を提唱した： ピロリ菌の感染は、胃炎患者の代謝を変化させることで腸内細菌叢の組成を変化させ、さまざまな症状の発現に関与している。
4 論点整理
ヘリコバクター・ピロリ菌の感染は、慢性萎縮性胃炎や消化管形質転換などの胃の前がん病変やがんの発生に関連しています。一部の研究では、腸内細菌叢が宿主の代謝物やホルモン、中枢神経系、脳報酬系、免疫系、薬剤に対する反応などを調節することで、間接的に胃がんに影響を与える可能性が示唆されている。腫瘍組織にコロニー形成したり、転移性腫瘍に共移住する常在菌は、がんの進行や治療に直接影響を与える可能性があります26。
本研究では、胃炎患者において、ピロリ菌感染が血清代謝物を変化させることを明らかにした。いくつかの代謝物のレベルは、胃炎症状の重症度と密接に関連しており、胃がんカスケードにおける疾患進行の促進に関与している可能性があることが示された。例えば、ピロリ菌陽性胃炎患者では、ピロリ菌陰性患者と比較して、カプロン酸とアラキドン酸（多価不飽和脂肪酸）の血清レベルが高いことが観察されました。中鎖脂肪酸であるカプロン酸は、p38 MAPKシグナルの活性化を通じてTH1およびTH17細胞の分化27-29を促進し、炎症をサポートします28。アラキドン酸（多価不飽和脂肪酸）は、腫瘍進行を促進する炎症性脂質メディエーターとして知られるプロスタグランジンE2に変換されることがあります30。
炎症促進作用に加えて、ピロリ菌によって誘導される代謝物の増加の一部は、他の合併症に寄与する可能性があります。例えば、ピロリ菌は糖尿病と関連することが以前の研究で示唆されています31。また、アジピン酸は、過体重および糖尿病患者において有意に増加することが判明しました32, 33 ピロリ菌感染者が糖尿病の発症リスクを高める背景に、この発生があるかもしれません。イソ吉草酸は血液脳関門を通過し、シナプスの神経伝達物質放出を阻害し、うつ病の重要なメディエーターとして作用することが示唆されている34。興味深いことに、ピロリ菌感染者集団では、うつ病やストレス、不安の存在が高いことが観察されている35。したがって、イソ吉草酸の血清レベルの上昇は、腸脳軸を介してピロリ菌感染後のうつ病発症に関与する可能性がある。
一方、ピロリ菌陽性胃炎の人では、インドール-3-カルボン酸や3-インドール-プロピオン酸など、いくつかの代謝物が減少していることがわかった。インドール代謝産物は、消化管におけるストレス誘発性傷害を予防し、上皮細胞のバリア特性を高め、炎症性経路（例えば、IL-8）の発現を制御し、抗炎症性経路（例えば、、 36, 37 ヒプロン酸の産生は腸内細菌に依存しており、腸内細菌叢の変化によるヒプロン酸の尿中濃度の低下は、クローン病や多発性硬化症などの炎症性疾患の原因として特定されている38.、 39 ヒドロキシフェニル乳酸は、抗真菌機能を持つ抗酸化化合物として同定されている40。本研究では、芳香族アミノ酸の代謝経路に関与する5つの微量代謝物（オルソヒドロキシフェニル酢酸、ヒドロキシフェニル乳酸、ヒップル酸、インドール-3-カルボン酸、3-インドールプロピオン酸）が発見されました。芳香族アミノ酸代謝産物は、胃がんの初期段階で高発現する41 がんの進行を促進する42 。トリプトファン由来の微生物代謝産物は抗腫瘍免疫を抑制する43 。したがって、ピロリ菌が誘導する微量代謝産物は胃粘膜疾患の進行に密接に関与していると推測される。ピロリ菌は、腸内細菌叢を変化させることにより、宿主の血清代謝に影響を与える可能性があります。その結果、免疫や炎症反応などの可能性のあるメカニズムを通じて、宿主の胃の病理や胃の機能のバイオマーカーに影響を与える可能性があります。したがって、これらの代謝物の保護効果の低下は、胃癌の進行につながるイベントのカスケードをさらに開始する可能性があります。これまでの研究で、ピロリ菌は、VacAタンパク質、γ-グルタミルトランスペプチダーゼ、NapAタンパク質などの様々な免疫調節因子を発現し、感染宿主の自然免疫および適応免疫応答を抑制することが分かっている。この免疫調節因子は、Tregや骨髄由来サプレッサー細胞の生産を促進し、マクロファージ、CD4+ T細胞、樹状細胞などの効果細胞の機能を阻害する44-51）。ピロリ菌陽性とピロリ菌陰性の胃の患者さんの間で見られる差分代謝物の既知の機能に基づき、ピロリ菌感染は代謝を変化させることによって宿主の免疫応答に部分的に影響を及ぼすと推察されます。
ピロリ菌、腸内細菌叢、代謝物の関係はあまり報告されていないが、いくつかの臨床研究や動物実験で、ピロリ菌感染による腸内細菌叢の変化と代謝形質との関係が示されている52-57。代謝物トレーサビリティ解析により、代謝物と特定の腸内細菌叢との間に生物学的および統計的な相関があることが明らかになった。H.pyloriによってアップレギュレートされた代謝物 ピロリ菌によるアップレギュレーション代謝物であるアジピン酸やカプロン酸は、g__Bacteroides_2やs__Helicobacter__pyloriの存在量と正の相関があり、g__Fusobacterium_4やs__Prevotella__melaninogenicaとは負の相関があった。メチルコハク酸やグルタル酸といったアップレギュレーション代謝物はg__Fusobacterium-4の存在量と正、g_Bacteroides_2には負の相関があった。また、ピロリ菌の代謝産物であるα_ケトイソ吉草酸やピルビン酸は、g__Fusobacterium-3、s__Stenotrophomonas__geniculataと正の相関があり、g__Neisseriaとは負の相関が見られた。また、腸内細菌叢のBacteroides、Fusobacterium、Prevotellaの一部の分類群は、H. pylori陽性者とH. pylori陰性者の間で発現が異なることが判明した血清代謝物の範囲と有意な相関を示したことは特筆される。バクテロイデス由来のイソ吉草酸が腸管IgA反応を促進することで粘膜免疫を高めることが示された60。これは、HGM軸が胃粘膜病変を制御する免疫機構の一つである可能性がある。ピロリ菌は、腸内細菌叢を変化させることで宿主の血清代謝に影響を与え、それが潜在的な免疫または炎症メカニズムを通じて宿主の胃病変および胃機能のバイオマーカーに影響を与える可能性があります。実際、臨床研究と動物実験の両方で、ピロリ菌感染、腸内細菌叢、宿主の代謝の関係が証明されている52-59。本研究では、ピロリ菌感染によって引き起こされる腸内細菌叢の変化と血清代謝物の間に近い数値的相関が検出された。さらに、本研究で観察されたピロリ菌感染後の腸内細菌叢と代謝物の変化の一貫した傾向、例えばBacteroides由来のイソ吉草酸60や宿主-腸内細菌叢共代謝物であるヒップレート63などから、代謝物の追跡性61や微生物代謝誘導体の分析62によってもHGM軸が支持された、 64 H. pylori感染によるいくつかの代謝物や微生物の変化は、hippuric16やcaproic acidの減少19、Enterobacteriaceae13やBacteroides12、53の存在量の増加など、先行研究でも報告されている（表S3およびS4）。したがって、HGM軸が胃粘膜の慢性炎症の進行に関与していることが推測される（図5）。
図5
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キャプション
本研究にはいくつかの限界があります。まず、この研究はサンプルサイズが小さい。また、すべてのサンプルが狭い地域から採取されたため、サンプルや地理的なばらつきにより、研究結果と実際の状況との間に食い違いが生じる可能性があります。第二に、H. pylori感染、特に除菌治療後の宿主代謝への長期的な影響についての評価が不足していたことである。さらに、16S rRNA遺伝子シーケンスでは、種レベルの分類群を同定するための解が少なく、HGM軸の構築に限界がある。胃粘膜の慢性炎症の進行に関与する主要な微生物と代謝産物についてはまだ研究されていないが、今回のデータは、胃の炎症と発癌におけるHGM軸のさらなる研究のための窓を開くものである。
5 結論
要約すると、ピロリ菌は腸内細菌群集の組成を変化させることにより、宿主の循環代謝物に影響を与える能力を有することが示唆された。このことは、胃粘膜における慢性炎症のリスクを高める可能性がある。ピロリ菌と宿主の腸内細菌叢の代謝的相互作用のメカニズムを完全に理解するためには、さらなる調査が必要です。ピロリ菌の除菌や腸内細菌叢や代謝物の改変が効果的に疾患を治療できるのかどうかなど、まだ未解決の問題が多く残されている。したがって、今後の研究では、これらの重要な知識のギャップを解決することを目指す必要がある。
謝辞
本研究に対する建設的な助言をいただいた深圳大学臨床医学院の高雪峰教授に謝意を表します。
資金提供情報
本研究は、中国国家重点研究開発計画（第2021YFC0863200号）、国家中医薬管理局（第2022ZYLCYJ02-1号）、河北省中医薬管理局の科学研究プロジェクト（第2021259号）の支援を受けた。
利益相反声明
著者らは、利益相反がないことを宣言する。
著者貢献
ZHはデータを分析し、記事を起草した。GJ、WJ、WH、LFはヒト試料を収集した。LX、ZY、およびSJは実験を行った。ZYは研究を設計し、記事を修正した。
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参考文献
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