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腸内細菌叢と代謝産物が鎌状赤血球症の慢性疼痛を駆動する

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腸内細菌叢と代謝産物が鎌状赤血球症の慢性疼痛を駆動する

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.04.25.538342v1.full



View ORCID ProfileKatelyn E. Sadler, Samantha N. Atkinson, Vanessa L. Ehlers, View ORCID ProfileTyler B. Waltz, Michael Hayward, Dianise M. Rodríguez García, View ORCID ProfileNita H. Salzman, View ORCID ProfileCheryl L. Stucky, Amanda M. Brandow
doi: https://doi.org/10.1101/2023.04.25.538342
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00000029
要旨全文情報/履歴メトリクスプレビューPDF
要旨
疼痛は衰弱させる症状であり、鎌状赤血球患者における入院の主な理由である。鎌状赤血球の慢性疼痛は、その生物学的基盤が十分に理解されていないため、十分に管理されていない。トランスジェニック鎌状赤血球マウスと糞便材料移植を用いて、腸内細菌叢が持続性鎌状赤血球痛を引き起こすことを明らかにした。患者とマウスの並行解析により、迷走神経活動を変化させることで鎌状赤血球痛を誘発する代謝産物の1つとしてビリルビンを同定した。さらに、腸内細菌Akkermansia mucinophilaの減少が慢性鎌状赤血球痛の重要な促進因子であることも明らかにした。これらの実験から、鎌状赤血球の腸内細菌叢が慢性広範疼痛を駆動することが示され、慢性鎌状赤血球病の疼痛管理の標的とすべき細菌種と代謝産物が同定された。

1文要約 腸内微生物と代謝産物は迷走神経活動を変化させることにより慢性鎌状赤血球症の疼痛を駆動する。

本文
βグロビン型ヘモグロビン異常症であり、世界で最も一般的な遺伝性血液疾患である鎌状赤血球症(SCD)は、広範な慢性疼痛を伴いながら生活している。鎌状赤血球性疼痛の生物学的基盤は十分に解明されていないため、オピオイドを使用しない有効な治療法はほとんど存在しない。ヒドロキシ尿素のような疾患修飾療法や造血幹細胞移植のような根治療法は疼痛報告を減少させるが(1)、このことは、進行中の赤血球鎌状化、血管閉塞、組織低酸素症、溶血がSCD疼痛に一部寄与していることを示唆している。これらの生理的過程とその炎症性代謝産物は、腸内細菌が生息する環境を破壊する可能性がある。さらに、SCDの幼児において生命を脅かす肺炎球菌性敗血症を予防するための標準的な治療法である予防的ペニシリンを出生時から6歳まで毎日投与することは、腸内細菌叢をさらに変化させる可能性がある。この概念を裏付けるように、最近の16S rRNA遺伝子配列決定研究により、年齢、人種、性別をマッチさせた健常対照群と比較して、SCD患者の糞便から検出される細菌の数と種類が異なることが明らかになった(2,3)。しかし、この腸内細菌異常がSCDの慢性疼痛に関与しているのか、それとも単に基礎にある疾患病態の結果なのかは不明である。ここでは、トランスジェニックSCDマウスとSCD患者の血漿サンプルを用いて、腸内細菌叢がSCDの慢性疼痛に寄与する程度とそのメカニズムを明らかにした。

SCDの腸内内容物は迷走神経求心性興奮を変化させることにより持続性疼痛を引き起こす
まず、腸内細菌叢の操作によってSCDの慢性疼痛が変化するかどうかを調べるため、正常ヒトβグロビン(Townes AA;ヘモグロビン対照)または鎌状ヒトβグロビン(Townes SS;SCD)(4)を発現するマウスに、プロバイオティクスであるVSL#3またはペニシリン(幼児(5)や多くのSCD成人(6,7)が毎日服用している抗生物質)を添加した水を飲ませ、機械的疼痛閾値を調べた。抗生物質の投与はSCDマウスと対照動物の機械的感受性を増加させたが、プロバイオティクスの投与はSCDマウスで観察された機械的アロディニアを完全に逆転させた(図1A)。

図1.
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図1.
SCD腸管内容物は持続的な痛みを引き起こす。
(A)ペニシリン(約31mg/kg)またはVSL#3プロバイオティクス(約140億個/mL)を7日間自由摂取させたTownes AAマウス(対照)とTownes SSマウス(SCD)の後肢機械的引き抜き閾値。(B)糞便材料移植(FMT)パラダイムのタイムライン;B:ベースライン、amp:アンピシリン、各ダッシュ=1日。(C)FMTパラダイム中のC57BL/6マウスの後肢機械的引き抜き閾値。C57BL/6マウスはTownes AAマウス(コントロール)またはTownes SSマウス(SCD)からFMTを受けた;N=15-17。(D)C57BL/6マウスのFMTタイムポイントにおけるドライアイス装着時の後肢離脱潜時;不対t検定 ****P<0.0001. (E) FMT前およびFMT後にC57BL/6マウスから採取した糞便のα多様性。(F)FMT前およびFMT後にC57BL/6マウスから採取した糞便から検出された細菌属の相対存在量。(G)FMTパラダイムの様々な時点における糞便の重み付けUniFracベータ多様性測定の主成分分析プロット。(H) FMTタイムポイントにおけるコントロールおよびSCD FMTレシピエントにおけるEnterorhabdus属の相対的存在量;LEfSe *P<0.05. (I) FMTタイムポイントにおけるコントロールおよびSCD FMTレシピエントにおけるRoseburia属の相対的存在量;LEfSe *P<0.05、n.d.:検出されなかった。(J)末梢迷走神経支配の解剖学的描出と結節性頸神経節(NJG)における神経細胞体の位置。(K)コントロールFMTマウスまたはSCD FMTマウスから単離したNJGニューロンのステップワイズ脱分極時の代表的な発火パターン(スケールバー:100ms、20mV)。(二元配置RM ANOVA、電流の主効果P<0.0001、電流×遺伝子型の交互作用P=0.08、1X: rheobase、11匹のコントロールまたはSCD FMTレシピエントからFMT時点で単離されたn=39-52の全細胞)。特に断りのない限り、すべてのパネルでボンフェローニポストホック比較を行った: **p<0.01、***p<0.001、***p<0.0001。

次に、SCD病態が追加されない場合に、SCDマイクロバイオームがどの程度疼痛を誘発するかを調べるために、糞便材料移植(FMT)実験(図1B)を行った。既存の腸内細菌叢を抗生物質で枯渇させた後(Fig. S1)、SCD FMTを受けたC57BL/6マウスは機械的アロディニアを発症し、3週間持続したのに対し、対照のFMTレシピエントは抗生物質誘発性のアロディニアを示したが、FMT後すぐに回復した(Fig. 1C)。また、SCD FMTレシピエントは、SCD患者やSCDマウスモデル(8,9)で観察されているのと同様の冷アロディニア(図1D)、有害な点状刺激(図S2A)や無害な動的刺激(図S2B)に対する過敏症、雄マウスのみでは熱過敏症(図S2C)を発症した。16S rRNA遺伝子の塩基配列決定を、SCDおよびヘモグロビン対照のFMTレシピエントから採取した糞便について、最後のFMTの前および24時間後に行い、疾患に関連したディスバイオシスが分岐した疼痛表現型を駆動するかどうかを決定した。全体として、FMTの手順は、SCDおよびヘモグロビン対照FMTレシピエントにおいて、抗生物質によって誘導されたマイクロバイオームの枯渇を同程度まで回復させることができた(図1E、1F)。FMT後、SCDおよびヘモグロビン対照FMTレシピエントの糞便には、同様の細菌集団が含まれていた(図1G、水色対灰色の円)。2つの細菌属(Enterorhabdus属とRoseburia属)のみが治療群間で存在量に差があり、両属ともSCD FMTレシピエントの糞便により高いレベルで存在した(図1H、1I)。注目すべきことに、Roseburia属はSCD患者から採取された糞便でも高い値を示している(2)。Roseburia属の細菌は偏性嫌気性菌であり、抗炎症作用(10)と胎児ヘモグロビン産生誘導作用(11)を有する短鎖脂肪酸である酪酸を産生する。したがって、RoseburiaがSCDのFMTに関連した痛みを引き起こしているとは考えにくく、むしろ、この微生物は、病気に関連した炎症を抑え、重合できないヘモグロビンの産生を増加させる代償機序として、SCDの消化管内で増加している可能性がある。

これらの分析から、FMT後に観察される遺伝子型特異的な疼痛行動は、少なくともFMT直後には、遺伝的に多様な細菌集団の確立に起因するものではないと考えられる。腸管上皮の構造的完全性に対するFMTの二次的な影響が、多様な疼痛表現型を説明するかどうかを決定するために、FITC-デキストラン溢出(図S3A)および細菌の移動(図S3B)を介して腸管漏出性を測定した。どちらの測定値もFMT遺伝子型間で同様であった。では、FMTの痛みの表現型はどのように説明できるのだろうか?未解明の仮説は、FMTが腸からの上行性感覚伝達を増加させたというものである。この仮説を検証するため、迷走神経求心性細胞体(図1J)を含むマウスの構造物である結節/頸部神経節(NJG)を、最後のFMTから24時間後にSCDおよびヘモグロビン対照FMTレシピエントから単離した。その後、NJGを全細胞パッチクランプ記録に用いて、内在性ニューロンの興奮性を測定した。NJGニューロンの2つのサブタイプは、記録中に容易に明らかになった:持続的な脱分極時に1回だけ発火するニューロン(1回発火)と、長時間の電流注入時に繰り返し発火するニューロン(1回以上発火)である。FMT遺伝子型に関係なく、単発火ニューロンは多発火ニューロンに比べ、静止膜電位がより過分極しており、活動電位を発火させるために有意に大きな電流注入を必要とし(すなわち、より高いレオベース)、入力抵抗と活動電位電圧閾値がより低かった(表S1)。単発ニューロンの活動電位半値幅も、多発ニューロンのそれよりも短かった(表S1)。FMTの遺伝子型は、単発・多発ニューロンの受動的な膜特性には影響を及ぼさなかった。しかし、脱分極電流ステップを注入すると、SCD FMTレシピエントから単離された多発性NJGニューロンは、コントロールFMTレシピエントから単離されたニューロンよりも、平均してより多くの活動電位を発火した(図1K、1L)。この多発性NJGニューロンの興奮性の亢進は、痛みの感覚や知覚に重要な近隣の脳構造(例えば、傍上腕核)に投射している孤束路核のような間受容脳領域におけるグルタミン酸作動性シグナル伝達の亢進につながる可能性がある(13)。

消化管におけるSCD関連ヘム異化物が持続性疼痛を誘発する
ヘモグロビン対照群とSCD FMTレシピエント間で細菌集団に差がないことを考慮すると、FMTドナー宿主または細菌の代謝産物が、SCD FMTに関連したNJG神経細胞の興奮性および疼痛行動の亢進に関与している可能性が考えられた。この目的のため、SCDおよびヘモグロビン対照マウスドナーの糞便、ならびにSCDおよびヘモグロビン対照FMTレシピエントの糞便について、偏りのないメタボロームスクリーニングを行った。サンプル間で同定された2,000を超える化合物のうち、ヘム異化産物(図2A)は治療間で最も調節異常のあった生化学物質のひとつであった。

図2.
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図2.
ヘム分解産物はSCD患者とモデルマウスで上昇している。
(A)ヘム異化経路。ドナーのTownes AA、ドナーのTownes SS、AA FMTレシピエント、SS FMTレシピエントの糞便中の(B)ビリベルジン、(C)ビリルビン(z,z)、(D)ビリルビン(e,e)、(E)I-ウロビリノーゲン、(F)L-ウロビリンの相対レベル。定常状態および急性疼痛エピソード中のSCD患者(各時点で同じ患者を採取)または年齢、人種をマッチさせた対照の血漿中の(G)ビリベルジン、(H)ビリルビン(z,z)、(I)ビリルビン(e,e)、(J)I-ウロビリノーゲン、および(K)L-ウロビリンの相対レベル。すべてのパネルでボンフェローニポストホック比較: *p<0.05、***p<0.01、***p<0.0001。

ビリベルジン(図2B)およびビリルビンの異性体(図2C、2D)は、2つの初期ヘム分解産物であり、ヘモグロビン対照動物、対照FMTレシピエント、およびSCD FMTレシピエントから採取された糞便と比較して、SCDマウスの糞便中で上昇した。腸内細菌がビリルビンを異化する際に生成する化合物であるウロビリノーゲンもまた、ヘモグロビン対照動物の糞便と比較してSCDの糞便で上昇し、SCD FMTレシピエントの1つのサンプルでのみ検出された(図2E);同様の観察結果はウロビリンについても認められた(図2F)。

循環代謝物シグネチャー、特に細菌酵素によって生成される代謝物は腸内細菌異常症によって影響を受けるため、SCD患者の血漿からヘム異化物も測定した(14)。人種をマッチさせた対照群と比較して、SCD患者は、定常状態(すなわち、定期的な診療を受け、採血の2週間以上前から痛みによる医療利用がない状態;図2G-I)において、ビリベルジン、ビリルビン、ウロビリノーゲンの濃度が有意に高かった。同じ患者を急性疼痛エピソード中に採取した場合、ヘムカタボライトレベルのさらなる上昇は見られなかった(図2G-I)。このことは、血管閉塞性事象の際に溶血が増加するという従来の見解とは対照的である(15)。従って、ヘム異化産物は、SCDを持つ個体やマウスモデルにおいて慢性疼痛を引き起こす微生物由来の代謝産物である可能性がある。レシピエントマウスがSCD糞便移植を受けると、経口投与で高濃度のヘム異化産物を摂取することになる。レシピエントは溶血が進行していないため、これらの高濃度の化合物を分解することができ、糞便中に排泄される量はかなり少なくなる。

ビリルビンは腸内細菌によって直接異化されるため、SCD FMT懸濁液の重要な成分であり、持続的な疼痛行動を誘発し、感覚ニューロンの活動を変化させるのではないかと考えた。消化管内のビリルビンの上昇が広範な疼痛を誘発するかどうかを評価するため、ビリルビンまたはビヒクル対照の経口投与後に後肢の機械的感受性を評価した。ビリルビンを投与した動物は、投与後30分で用量依存的な機械的アロディニアを示し、この化合物が即座に侵害受容の役割を果たすことが示唆された(図3A)。

図3.
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図3.
ビリルビンの経口投与は迷走神経依存性の広範な痛みを誘発する。
(A)ビリルビンまたはビヒクル経口投与30分後のヘモグロビン対照マウスの後肢機械的引き抜き閾値。(B)迷走神経を切断(迷走神経切断)したヘモグロビン対照マウスにビリルビン(200μM)を経口投与したときの後肢機械的引き抜き閾値;N=8-9。(C)ビリルビン(200μM)、KCl(50mM)の30秒パルスに曝露したNJGニューロンの代表的カルシウムトレース。(D)30秒間のビリルビン暴露に対して即時型、遅延型、無反応を示したNJGニューロンの定量;4-6匹のマウスから得たN=129-185ニューロン。(E)ビヒクルまたはビリルビン(200μM p.o.)投与マウスから単離したNJGニューロンのステップワイズ脱分極時の代表的発火パターン。(F)段階的に増加する脱分極電流パルス中にNJGニューロンが発火したスパイク。二元配置RM ANOVA、電流の主効果P<0.0001、電流×遺伝子型の交互作用P<0.0001、1X: rheobase、処理後24時間の7-8匹のマウスから単離したN=18-23個の全細胞)。(G)ビヒクルおよびビリルビン処理マウスから単離したNJGニューロンの静止膜電位(RMP);N=4個/処理、41-46個/処理。特に断りのない限り、すべてのパネルでボンフェローニポストホック比較を行った: *p<0.05、***p<0.01、***p<0.001、***p<0.0001。

ビリルビンによって誘発された過敏症は、この時期をはるかに超えて持続した;ビリルビンの単回投与は、5日間持続する機械的過敏症を誘発した(図3B)。この過敏症が、ビリルビンによって腸内細菌叢がSCDマウスに近いものに変化したことによるものかどうかを調べるため、SCDマウスとヘモグロビン対照動物から採取した糞便について、ビリルビン経口投与前、投与24時間後、投与5日後に16S rRNA遺伝子の塩基配列決定を行った。SCDの糞便中の細菌集団は、ビリルビン投与前後に採取したヘモグロビン対照サンプルで検出された細菌集団よりも多様であった(図S4A)。ビリルビン投与後、ヘモグロビン対照動物の細菌集団は変化したが、SCDの糞便で観察された細菌集団とは異なるままであった(図S4B)。このように、SCDの微生物集団は、ヘム代謝産物の上昇だけでなく、さらなる選択圧に起因している。

ビリルビンによる腸内細菌叢の有意な変化がないことから、ビリルビンは上行性感覚ニューロンの活動を変化させることにより、広範な痛みを誘発すると考えられた。注目すべきことに、迷走神経を切断したマウスでは、ビリルビンによる機械的過敏症は投与24時間後に消失した(図3B)。このことは、ビリルビンによる疼痛の持続には、NJGに細胞体が存在する迷走神経求心性神経を介した感覚伝達が必要であることを示唆している。感覚ニューロンの機能に対するビリルビンの直接的な影響を評価するために、ナイーブマウスから単離したNJGニューロンに対してカルシウムイメージングを行った。ビリルビンを短時間曝露すると、NJGニューロンのサブセットでは即時型カルシウムフラックスが誘導され、2番目のサブセットでは遅延型(30秒以上)反応が誘導され、3番目のサブセットでは反応が誘導されなかった(図3C)。ビリルビン応答細胞の割合は、濃度依存的に増加した(図3D)。

ビリルビン曝露が神経細胞の可塑性をも誘導するかどうかを調べるため、組織採取の24時間前にビリルビンまたはビヒクルを経口投与した動物から単離したNJGニューロンについて、全細胞パッチクランプ記録を行った。NJGニューロンは再び、単発性ニューロンと多発性ニューロンの2群に分類された(表S2)。ビヒクルまたはビリルビンを投与した動物から単離された単発火ニューロンの間には、記録された指標に違いは見られなかった。しかし、ビリルビンは多発性ニューロンの発火頻度を変化させた(図3E、3F)。ビヒクル投与動物のNJGニューロンが発火頻度の使用依存的減少を示したのに対し、ビリルビン投与マウスから単離されたニューロンは、刺激プロトコルの全期間にわたって発火頻度を増加させた。ビヒクルコントロールに比べて、ビリルビンは自発的に活動するニューロンの静止膜電位も過分極させた(図3G)。ビヒクル投与マウスから単離された神経細胞では、自発的に活動する神経細胞の静止膜電位は、活動が継続していない神経細胞で記録された静止膜電位よりも脱分極していたが、ビリルビン投与マウスから単離された自発的に活動する神経細胞と自発的に活動しない神経細胞の静止膜電位には差が認められなかった。これらのデータを総合すると、ビリルビンは、腸を支配する迷走神経求心性神経の活動を介して、慢性SCD疼痛を引き起こす主要な代謝産物の一つであると考えられる。今後の実験では、ビリルビンによって活性化されるMRGPRA1(ヒトではMRGPRX4)(16)または5-HT3(17)(ネズミのNJG(18)に発現する2つの受容体)が、ビリルビン暴露によって生じる直接的な神経細胞反応や可塑性の基盤となっているかどうかを明らかにする必要がある。これらの実験結果は、SCD疼痛管理に使用するために承認された薬剤(例えば、5-HT3拮抗薬)の再利用につながる可能性がある。

SCDの慢性疼痛はAkkermansia mucinophilaプロバイオティクスで緩和される
SCDの病態がない場合でも、SCDのマイクロバイオームが疼痛を引き起こすことを踏まえ、我々は次に、SCDマウスの慢性疼痛が腸内細菌叢を操作することで緩和されるかどうかを調べたいと考えた。まず、SCDマウスの腸内細菌叢を健常ヘモグロビン対照マウスまたはSCDマウスの別のコホートの腸内内容物と交換した後、疼痛行動を測定した。コントロールのFMTを受けたSCDマウスは、SCDのFMTを受けたマウスと比較して、機械的アロディニア(図4A)と冷感過敏症(図4B)の一過性の部分的な逆転を示したが、最終的なFMT後24時間だけであった。

図4.
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図4.
SCDの慢性疼痛を緩和するプロバイオティクスの同定。
(A)FMTパラダイム中のTownes SS(SCD)マウスの後肢機械的引き抜き閾値。破線はTownes AAコントロールマウスの平均引き出し閾値、B:ベースライン、amp:アンピシリンタイムポイント、N=9-10。(B)FMTタイムポイントにおけるTownes SS(SCD)マウスのドライアイス投与に対する後肢の離脱潜時;破線はTownes AAコントロールマウスの平均離脱潜時を示す;不対t検定 **P<0.01. (C) Townes SSおよびAAマウスから採取した糞便のα多様性。(D)TownesのSSマウスとAAマウスから採取した糞便のUniFracβ多様性測定値の主成分分析プロット。(E) Townes SSマウスとAAマウスにおけるAkkermansia属の相対的存在量。(F)アッケマンソウ補充前および補充後のTownes SSマウスの後肢機械的引き抜き閾値;二元配置RM ANOVA処理主効果 P<0.05、主時間×処理交互作用 P<0.05、破線はTownes AA対照マウスの平均引き抜き閾値、B:ベースライン、N=6。

これらのデータから、コントロールの糞便には鎮痛作用を持つ細菌または代謝産物が含まれており、SCDの消化管に導入すると、これらの動物の持続的な痛みが緩和されると結論した。この目的のため、SCDおよびヘモグロビン対照の糞便材料に見出された細菌集団を、16S rRNA遺伝子配列決定法を用いて比較した。SCDマウスの糞便中の細菌集団は多様性が高く(図4C)、ヘモグロビン対照の糞便中に見出された細菌集団とは異なっていた(図4D)。いくつかの属の細菌が、SCDとコントロールの糞便で異なるレベルで存在した(図S5)。特に、Akkermansia属の細菌は、SCDマウスの糞便中では存在量が少なく(図4E)、これはSCD患者から採取した糞便で得られた結果と同様であった(2)。アッカーマンシア(Akkermansia mucinophila)は最近、腸上皮の完全性に有益な効果を示すことなどから、有望な次世代プロバイオティクスとして注目されている(19)。A.mucinophilaの補充が慢性SCDの痛みを逆転させるかどうかを調べるため、A.mucinophilaを毎日投与する前と投与中に、SCDマウスの機械的過敏性を測定した。SCDの機械的アロディニアは、A. mucinophilaの投与によって、投与開始後4日目から緩和された(図4F)。

要約すると、これらの研究は、慢性鎌状赤血球病の疼痛管理に対する新規介入部位として腸内細菌叢を強調している。SCDマウスが排泄した糞便内容は、野生型マウスに経口投与すると持続的な疼痛を誘発した。同様の方法で、SCDの患者やマウスモデルで上昇するヘム異化物であるビリルビンは、経口投与により迷走神経依存性の疼痛を誘発した。ビリルビンとSCD疼痛との関連は、1つの症例報告でのみ示唆されている。新規のヘモグロビン調整薬の投与後、SCDで黄疸のある成人男性がSCDの痛みを感じなくなったことを報告し、臨床検査で確かに循環ビリルビン濃度が低下していることが確認された(20)。SCDのFMTとビリルビンの経口投与の両方が体全体の痛みを誘発したことから、これらの消化管シグナルが、相互受容情報と侵害受容情報の両方を受け取る脳領域における痛みのシグナル伝達を変化させたと考えられる。これらの回路の解明が今後の研究の焦点となろう。SCDの生物学に起因する腸内の病態生理学的圧力、すなわち低酸素と溶血の副産物は、SCD患者とトランスジェニックマウスモデルの両方にコロニーを形成する微生物集団に並行した変化を引き起こすことは注目に値する。このような種間の類似性は、SCD疼痛管理のための新規鎮痛剤としてのアッカーマンシア・ムチノフィラのトランスレーショナルな可能性を高めている。

資金提供
米国国立衛生研究所助成金K99HL155791(KES)

米国国立衛生研究所助成金 R00HL155791 (KES)

米国国立衛生研究所助成金R35GM122503(NHS)

米国国立衛生研究所助成金R01NS070711(CLS)

Advancing a Healthier Wisconsin Endowment助成金(CLS、AMB)

米国国立衛生研究所助成金R01HL142657(AMB)

著者貢献
概念化: KES、AMB

方法論: KES、SNA、VLE、TBW、MH

調査: KES、SNA、VLE、TBW、MH、DMR

視覚化 KES、SNA

資金獲得 KES、NHS、Cls、Amb

監督 KES、NHS、Cls、Amb

執筆 - 原案: 原案執筆:KES

執筆-校閲・編集 KES、SNA、VLE、TBW、MH、DMR、NHS、CLS、AMB

競合利益
著者らは、競合する利害関係がないことを宣言する。

データおよび資料の入手
すべてのデータは本文または補足資料で入手可能である。

補足資料のリスト
材料と方法

図S1からS5

表S1からS3

謝辞
これらの研究で使用した臨床サンプルを提供してくれた患者とその家族、そしてこのプロジェクトに常に好奇心と建設的なフィードバックを与えてくれたStucky Labのメンバー、特にTony MenzelとUT DallasのCenter for Advanced Pain Studiesに感謝したい。

参考文献
1.ȕ S.M. Badawy、U. Beg、R.I. Liem、S. Chaudhury、A.A. Thompson、幹細胞移植または遺伝子治療後の鎌状赤血球症およびサラセミアにおけるQOLに関する系統的レビュー。Blood Adv 5(2), 570-583 (2021).Google Scholar
2.ȕ H. Brim, J. Taylor, M. Abbas, K. Vilmenay, M. Daremipouran, S. Varma, E. Lee, B. Pace, W.L. Song-Naba, K. Gupta, S. Nekhai, P. O'Neil, H. Ashktorab, The gut microbiome in sickle cell disease: Characterization and potential implications. PLoS One 16(8), e0255956 (2021).Google Scholar
3.↵ S.H. Lim、A. Morris、K. Li、A.C. Fitch、L. Fast、L. Goldberg、M. Quesenberry、P. Sprinz、B. Methé、腸内細菌叢解析から明らかになった鎌状赤血球症における腸内細菌叢異常。Am J Heamtol 93(4), E91-E93 (2018).Google Scholar
4.↵ L.C. Wu, C.W. Sun, T.M. Ryan, K.M. Pawlik, J. Ren, T.M. Townes, Correction of sickle cell disease by homologous recombination in embryonic stem cells. Blood 108(4), 1183-1188 (2006).Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar
5.↵ M.P. Cober, S.J. Phelps, 鎌状赤血球症の小児におけるペニシリン予防。鎌状赤血球症の小児におけるペニシリン予防。
6.↵ A.J. Martí-Carvajal, L.O. Conterno, J.M. Knight-Madder, Antibiotics for treating acute chest syndrome in people with sickle cell disease. Cochrane Database Syst Rev 2015(3), CD006110 (2015).Google Scholar
7.↵ A.J. Martí-Carvajal, I Solà, L.H. Agreda-Pérez, 鎌状赤血球症患者の骨血管壊死に対する治療。Cochrane Database Syst Rev 12(12), CD004344 (2019).Google Scholar
8.ȕ A.M.ブランドー、C.L.スタッキー、C.A.ヒラリー、R.G.ホフマン、J.A.パネピント、鎌状赤血球病患者は寒さと暑さに対する感受性が亢進している。Am J Hematol 88(1), 37-43 (2013).CrossRefPubMedGoogle Scholar
9.↵ K.E. Sadler, K.J. Zappia, C.L. O'Hara, S.N. Langer, A.D. Weyer, C.A. Hillery, C.L. Stucky, Chemokine (c-c motif) receptor 2 mediates mechanical and cold hypersensitivity in sickle cell disease mice. Pain 159(8), 1652-1663 (2018).CrossRefPubMedGoogle Scholar
10.↵ S.H. Duncan, G.L. Hold, A. Barcenilla, C.S. Stewart, H.J. Flint, Roseburia sp. Nov., a novel saccharolytic, butyrate-producing bacterium form human faeces. Int J Syst Evol Microbiol 52(Pt 5), 1615-1620 (2002).CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
11.↵ G.F. Atweh, M. Sutton, I. Nassif, V. Boosalis, G.J. Dover, S. Wallenstein, E. Wright, L. McMahon, G. Stamatoyannopulous, D.V. Faller, S.P. Perrine, Sustained induction of fetal hemoglobin by pulse butyrate therapy in sickle cell disease. Blood 93(6), 1790-1797 (1999).Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar
12. D.J.レイス、A.R.グラナタ、M.H.ペローン、W.T.タルマン、グルタミン酸が孤束核(NTS)で終端する圧受容器求心性神経の神経伝達物質であるという証拠。J Auton Nerv Syst 3(2-4), 321-334 (1981).CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
13.↵ C.W. Roman, V.A. Derkach, R.D. Palmiter, Genetically and functionally defined NTS to PBN brain circuits mediating anorexia. Nat Commun 7, 11905 (2016).CrossRefPubMedGoogle Scholar
14. K.F. Dekkers、S. Sayols-Baixeras、G. Baldanzi、C. Nowak、U. Hammar、D. Nguyen、G. Varotsis、L. Brunkwall、N. Nielsen、A.C. Eklund、J.B. Holm、H.B. Nielsen、F. Ottosson、Y.T. Lin、S. Ahmad、L. Lind、S. L. Lind, J. Sundström, G. Engström, J.G. Smith, J. Ärnlöv, M. Orho-Melander, T. Fall, An online atlas of human plasma metabolite signatures of gut microbiome composition. Nat Commun 13(1), 5370 (2022).Google Scholar
15.↵ O.S. Platt、B.D. Thorington、D.J. Brambilla、P.F. Milner、W.F. Rosse、E. Vichinsky、T.R. Kinney、鎌状赤血球症における疼痛。その割合と危険因子。N Engl J Med 325(1), 11-16 (1991).CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
16.↵ J. Meixiong、C. Vasavda、D. Green、Q. Zheng、L. Qi、S.G. Kwatra、J.P. Hamilton、S.H. Snyder、X. Dong、胆汁うっ滞性かゆみの構成要素を媒介する可能性のあるビリルビン受容体の同定。Elife 8, e44116 (2019).PubMedGoogle Scholar
17.↵ E. Kong, H. Wang, X. Wang, Y. Zhang, J. Zhang, W. Yu, X. Feng, Y. Sun, F. Wu, Bilirubinduces pain desensitization in cholestasis by activating 5-hydroxytryptamine 3A receptor in spinal cord. Front Cell Dev Biol 9, 605855 (2021).Google Scholar
18.ȕ J. Kupari, M. Häring, E. Agirre, G. Castelo-Branco, P. Ernfors, 迷走神経感覚ニューロンのアトラスとその分子的特殊化. Cell Rep 27(8), 2508-2523 (2019).CrossRefPubMedGoogle Scholar
19.↵ Y. Luo, C. Lan, H. Li, Q. Ouyang, F. Kong, A. Wu, Z. Ren, G. Tian, J. Cai, B. Yu, J. He, A.G. Wright, Rational consideration of Akkermansia muciniphila targeting intestinal health: advantages and challenges. NPJ Biofilms Microbiomes 8(1), 81 (2022).Google Scholar
20. P. Telfer, J. Lehrer, I. Agodoa, M. Jurek, K.M. Fox, L. Burke, N. Landsman, T. Mant, Impact of GBT440 on unconjugated bilirubin in sickle cell disease: a patient case report. Blood 130(1), 4779 (2017).Google Scholar
21. S. Leclercq, F.M. Mian, A.M. Stanisz, L.B. Bindels, E. Cambier, H. Ben-Amram, O. Koren, P. Forsythe, J. Bienenstock, Low-dose penicillin in early lifeduces long-term changes in murine microbiota, brain cytokines, and behavior. Nat Comms 8, 15062 (2017).Google Scholar
22. Y. Li, C. Dai, M. Jiang, Mechanisms of probiotic VSL#3 in a rat model of visceral hypersensitivity involves the mast cell-PAR2-TRPV1 pathway. Dig Dis Sci 64(5), 1182-1192 (2019).Google Scholar
23. W.J. Dixon, The up-and-down method for small samples. J Am Stat Assoc 60, 967 (1965).CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
24. S.R. Chaplan, F.W. Bach, J.W. Pogrel, J.M. Chung, T.L. Yaksh, ラット足における触覚アロディニアの定量的評価。J Neurosci Methods 53, 55-63 (1994).CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
25. D.S. Brenner, J.P. Golden, R.W. Gereau IV., A novel behavioral assay for measuring cold sensation in mice. PLoS One 7, e39765 (2012).CrossRefPubMedGoogle Scholar
26. K. Hargreaves, R. Dubner, F. Brown, C. Flores, J. Joris, A new and sensitive method for measuring thermal nociception. CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
27. 哺乳類の消化管における腸球菌のニッチ競争は、バクテリオシンの産生によって増強される。Nature 562(7575), 719-722 (2015).Google Scholar
28. E. Bolyen et al., Reproducible, interactive, scalable and extensible microbiome data science using QIIME 2. Nat Biotechnol 37(8), 852-857 (2019).CrossRefPubMedGoogle Scholar.
29. M.マーティン、Cutadaptはハイスループット配列リードからアダプター配列を除去する。EMBnet.Journal 17(1):10-12 (2011).Google Scholar
30. B.J. Callahan, P.J. McMurdie, M.J. Rosen, A.W. Han, AJ.A. Johnson, S.P. Holmes, DADA2: イルミナアンプリコンデータからの高分解能サンプル推定。Nat Methods 13, 581-583 (2016).CrossRefPubMedGoogle Scholar
31. 加藤和彦、D.M.Standley、MAFFTマルチプル配列アライメントソフトウェアバージョン7:パフォーマンスとユーザビリティの向上。Mol Biol Evol 30(4), 772-780 (2013).CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
32. DJ Lane, "16S/23S rRNA sequencing" in Nucleic Acid Techniques in Bacterial Systematics (John Whiley and Sons, New York, 1991), pp 115-175.Google Scholar
33. M.N.プライス、P.S.デハール、A.P.アーキン、FastTree 2 - Large Alignmentsのための約最尤木。PLoS ONE 5(3), e9490 (2010).CrossRefPubMedGoogle Scholar
34. また、そのような遺伝子発現を解析するために、遺伝子発現を解析するために必要な情報を収集したデータベースも公開されている。Nucleic Acids Res 41 (DI): D590-D596 (2013).CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
35. このような研究成果は、核酸医薬の研究開発において重要な役割を果たしている。Nucleic Acids Res 42(DI): D643-D648 (2014).CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
36. WH Kruskal, WA Wallis, Use of Ranks in one-criterion variance analysis. J Am Stat Assoc 260, 583-621 (1952).Google Scholar
37. J.G. Caporaso et al., QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nat Methods 7(5), 335-336 (2010).CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
38. M.J. Anderson, A new method for non-parametric multivariate analysis of variance. Austral Ecol 1, 32-46 (2001).Google Scholar
39. Y. Vázquez-Baeza, A. Gonzalez, L. Smarr, D. McDonald, J.T. Morton, J.A. Navas-Molina, R. Knight. アニメーションでダイナミックなマイクロバイオームに生命を吹き込む。Cell Host Microbe 21(1), 7-10 (2017).CrossRefGoogle Scholar
40. Y. Vázquez-Baeza, M. Pirrung, A. Gonzalez, R. Knight. EMPeror:ハイスループットの微生物群集データを可視化するツール。Gigascience 2(1), 16 (2013).CrossRefPubMedGoogle Scholar
41.R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna Austria. (2022). https://www.R-project.org/Google Scholar
42.Posit team. RStudio: Posit Software, PBC, Boston, MA. (2023) http://www.posit.co/Google Scholar
43.Bisanz, J. qiime2R: QIIME2の成果物と関連データをRセッションにインポートする。(2018). https://github.com/jbisanz/qiime2RGoogle Scholar
44. N. Segata, J. Izard, L. Waldron, D. Gevers, L. Miropolsky, W.S. Garrett, C. Huttenhower, Metagenomic biomarker discovery and explanation. Genome Biology 12, 1-18 (2011).CrossRefPubMedGoogle Scholar
45. H. Mallick, A. Rahnavard, L.J. McIver, S. Ma, Y. Zhang, L.H. Nguyen, T.L. Tickle, G. Weingart, B. Ren, E.H. Schwager, S. Chatterjee, K.N. Thompson, J.E. Wilkinson. このような研究結果は、「多変量アソシエーションの発見」(PLoS Computut Biol 17)、「多変量アソシエーションの発見」(PLoS Computut Biol 17)、「多変量アソシエーションの発見」(PLoS Computut Biol 17)、「多変量アソシエーションの発見」(PLoS Computut Biol 17)、「多変量アソシエーションの発見」(PLoS Computut Biol 17)に掲載されている。PLoS Comput Biol 17(11): e1009442 (2021).CrossRefPubMedGoogle Scholar
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2023年4月28日掲載
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