腸内細菌叢のコミュニケーション。腸-臓器軸
腸内細菌叢のコミュニケーション。腸-臓器軸
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大腸の内側に沿ってコロニー化したヒトの腸内細菌叢。これらの細菌は、人間の健康や病気に大きな役割を果たす。
何兆もの微生物が腸にコロニーを作り、ヒトの腸内細菌叢として知られている。マイクロバイオームの構成は臓器機能に影響を与え、ヒトの健康や疾病に影響を与える。
出典 Marcon Klapczynski/iStock
ヒトの腸内細菌叢と腸外の臓器機能との関係を裏付ける証拠が蓄積されつつある。研究者たちは、体のある部分が別の部分と生化学的に連絡を取り合う双方向または多方向の経路を表すために「軸」という言葉を作りました。腸と非消化器官系との間の特定の軸が同定されています。軸は、神経経路に沿って、門脈を通って、あるいは腸管上皮のバリアを通って直接血流に流れ込む。
腸に生息する何兆もの微生物は、ヒトの腸内細菌叢として知られています。腸内細菌叢は、腸のバリアー保全、B12やKなどのビタミン類の産生、免疫系の調節など、数多くの機能を果たしている。腸内細菌は、利用可能な基質を代謝し、短鎖脂肪酸（SCFA）や神経活性化合物などのさまざまな代謝物を放出する。これらの代謝物は、さまざまな軸を伝わって、遠隔組織の機能を調節する生化学的シグナルとなる。このような生得的なコミュニケーションシステムにより、腸内細菌が人間の生理機能に影響を与えることが明らかにされています。
腸脳軸
腸脳軸の図解。
腸脳軸の図解表現。
出典：iStock
腸と脳の間のコミュニケーションは、求心性脊髄神経経路と求心性迷走神経経路に沿って、神経免疫シグナルと神経内分泌シグナルを介して行われる。腸内細菌の神経伝達物質受容体部位は、脳と腸の間の効率的なコミュニケーションを可能にする。
腸内細菌が産生する神経活性化合物は、神経伝達物質の産生、代謝、伝達を調節することにより、脳機能に影響を与える。腸内細菌は、アミノ酸のトリプトファンをセロトニンやその他の代謝物に代謝し、脳内のセロトニン濃度を調節しています。恐怖やストレス反応時に放出されるコルチゾールは、胃腸の蠕動運動と胃や小腸でのチャイム生成を制御する遊走運動複合体を鈍化させる。腸内の微生物組成の乱れは、観察された結果である。さらに、不安を抱える患者は、炎症性サイトカインのレベルが上昇し、抗炎症性のSCFA産生微生物が減少していることが研究で示されている。
食事性トリプトファンからトリプタミン（セロトニンはその誘導体）への変換は、腸内で行われ、マイクロバイオームによって促進される可能性があります。
食事性トリプトファンからトリプタミン（セロトニンはその誘導体）への変換は、腸内で行われることができ、マイクロバイオームによって促進される。
出典 Kwingfield/ウィキメディア
腸-皮膚軸
皮膚と消化管には以下のような共通の特徴があり、その軸を形成しています。
微生物が生息している。
免疫細胞、神経、血液の供給源に富む。
表面積が平均20メートル四方以上の大きな臓器である。
上皮細胞で覆われ、外部環境からの保護バリアを形成している。
腸と皮膚のコミュニケーションには、免疫系や内分泌系など複数のチャンネルが関与していることが報告されている。例えば、小麦アレルギーは、胃腸反応（胃痙攣、下痢）、免疫反応（鼻水、くしゃみ、かゆみ）、皮膚反応（発疹、じんましん）として表れます。アトピー性皮膚炎患者において、非密着性の皮膚を通して室内塵からピーナッツ・タンパク質に曝露すると、ピーナッツ・アレルギーを誘発することが研究で明らかにされています。過敏性腸症候群の患者の10％近くが乾癬であることを示す証拠があります。さらに、狭帯域UVB光を皮膚に照射した研究参加者は、ビタミンDサプリメントのみを摂取した研究参加者と比較して、血清ビタミンD値の上昇と腸内細菌叢の多様性を実証しています。これらの例は、免疫系と内分泌系を介した腸と皮膚の双方向のコミュニケーションを示している。
腸-膵臓-肝臓軸
腸内細菌は、セロトニンに加えて、トリプトファンを有機化合物のインドールに代謝する。インドールは、食事に反応して腸内で分泌され、血糖値とインスリンレベルを調整するホルモンであるグルカゴン様ペプチド1（GLP-1）の分泌を短期的および長期的に調節することが示されている。GLP-1は、膵臓のインスリン産生を刺激し、肝臓でのグルコース産生とインスリンのクリアランスを減少させます。食物繊維の微生物発酵によりSCFAが生成されますが、SCFAもGLP-1の分泌を刺激することが知られています。
ディスバイオーシスは心身の疾患と関連する
腸内細菌叢の構成に乱れが生じることは、ディスバイオーシスとして知られています。ディスバイオーシスの結果として、マイクロバイオームが産生する代謝物の量が変化し、炎症性腸疾患、腎臓病、肝性脳症などのさまざまな疾患の発症につながる可能性があるといわれています。腸内細菌叢の異常と疾病を説明するメカニズムを完全に理解するためには、さらなる研究が必要ですが、低悪性度の炎症は、腸内細菌叢の異常と関連する症状に共通するテーマです。
リポポリサッカライドは免疫反応と炎症を誘発する
LPSがマクロファージ表面のパターン認識受容体（PRR）に認識される仕組みの図。結合すると、最終的にサイトカインが放出される。
LPSがマクロファージ表面のパターン認識受容体(PRR)に認識される様子を描いたもの。結合すると、最終的にサイトカインが放出される。
出典 ウィキメディア
腸内細菌叢の構成員は、グラム陰性菌の細胞壁の一部でもあるリポポリサッカライド（LPS）を合成している。ディスバイオシス状態では、LPSの増加が腸管バリアの完全性を乱し、その発生源によって異なる免疫反応カスケードを誘発する。この炎症反応はさらに腸管バリアの完全性を損傷し、腸内細菌とLPSの血流中への直接移行や門脈循環を可能にします。
腸内および循環系におけるLPSの濃度上昇は、サイトカインによる炎症、さらにはインスリン抵抗性と関連している。LPSは、ほとんどの細胞に発現している受容体部位であるToll様受容体（TLR）に結合する。LPSがTLRに結合することにより、不安やうつ病、肥満、2型糖尿病、パーキンソン病などで観察されるサイトカイン誘発性の炎症が活性化されます。
糖尿病やニキビに関与するラパマイシン標的薬の機構解明
ラパマイシン標的タンパク質（MTOR）は、様々な代謝プロセスに関与するプロテインキナーゼ酵素です。MTORは、他のタンパク質と結合して、特定の代謝プロセスに関与する複合体を形成する。ヒスチジンの代謝物であるイミダゾールプロピオン酸の微生物生産の増加によるmTOR経路の過剰活性化は、糖尿病予備軍と2型糖尿病に関与している。また、MTORの活性化は、ニキビに関連する皮脂腺細胞の増殖、皮脂産生、ケラチノサイトの産生を増加させる。
SCFA産生量の減少は、自閉症、てんかん、統合失調症と関連する
SCFA、特に酪酸の産生が減少し、サイトカインが高レベルになるディスバイオーシスは、自閉症スペクトラム障害の子供や十代の若者で見られます。アミノ酸のトリプトファンとグルタミン酸の代謝が変化している。この変化は、てんかんや統合失調症にも関連する重要な抑制性神経伝達物質であるセロトニンとγ-アミノ酪酸の産生を低下させる。
腸内細菌、腸臓器軸、ディスバイオーシスの相互作用
腸内バリア機能、健康への恩恵、非感染性疾患における腸内細菌叢の役割の可能性。
腸管バリア機能、健康への恩恵、非伝染性疾患における腸内細菌叢の可能な役割。
出典 Cintoni E. Rinninella, et al./Wikimedia
あなたの健康状態は、腸の中にあるかもしれません。人の全般的な健康状態は、腸内微生物とその遺伝子の多様性と構成（ヒト腸内細菌叢と総称される）によって、部分的に説明することができる。腸-臓器軸は、腸と腸外臓器が互いにコミュニケーションするための双方向または多方向のマルチチャンネル通信システムであり、腸内細菌が人間の健康にどのように影響するかを理解するための基礎となるものです。
ディスバイオーシスと急性・慢性疾患を関連付ける研究が増えています。ディスバイオーシスでは、炎症性微生物叢が代謝物を産生し、それが腸管-臓器間軸を経由して腸管外臓器に到達し、疾患の舞台となる。
腸内細菌叢、腸臓器軸、そして腸内細菌叢不全を取り巻く科学的証拠から得られる重要なことは、マイクロバイオームの構成とその代謝産物の抗炎症性または促進性によって、健康を損なったり改善したり、さらには回復させることができるということである。これらの代謝産物は、生理機能に影響を与える生化学的シグナルであり、したがって、腸臓器軸を介した健康と疾病に影響を与えるのです。
微生物群は、人、植物、動物、環境の上、中、周辺に存在するため、マイクロバイオームは生命のほぼすべての側面に関係しています。このような微生物群集の機能と構成について詳しく知ることができます。
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免疫学
宿主-微生物生物学
マイクロバイオーム
著者 エディナ・フレデル、MPH、MT(ASCP)、CIC
Edina Fredell, MPH, MT(ASCP), CIC（エディナ・フレデル、MPH, MT(ASCP), CIC
Edina Fredell, MPH, MT(ASCP), CICは、Kaiser Permanente, Kaiser Foundation Hospitalsの感染予防担当者です。
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