株式会社 医学生物学研究所



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R&D(研究開発)

腸内細菌・口腔細菌・皮膚常在菌

独自の細菌叢を形成しバリア機能を担っている  ヒトなどの哺乳動物は、胎児のときには微生物が存在しない無菌の状態にいます。しかし、生まれた瞬間から、産道、母親などの近親者、食事など様々な外の環境との接触により、新生児の口や肛門を介して微生物が感染します。感染した微生物の一部は、皮膚表面、口腔内、消化管内などに定着して、その部位における常在細菌となります。
 皮膚常在菌、口腔細菌、腸内細菌はそれぞれ独自の細菌叢を形成しバリア機能を担っています。最近ではこれらの細菌叢が様々な生理機能や疾患に関与していることが分かってきました。MBLは、腸内細菌・口腔細菌・皮膚常在菌の研究開発に力を入れています。レクチンを用いた口腔ケア製品(食品、化粧品、医薬部外品)の開発を進めています。その他に腸内細菌に関連した製品(食品、サプリメント、化粧品)の開発や、新規の細菌検査・解析技術の開発を新たな事業領域として、社会の健康に貢献したいと考えています。

腸内細菌の役割

共生のメリット  常在細菌の中で、最も重要な生体制御を行っているのが消化管の下部にあたる腸管内の常在細菌(腸内細菌)です。ヒトの腸内細菌は、種類にして400種、数にして100兆個以上と言われています。これは、ヒトの身体を構成する60兆個の細胞数よりも多く、腸内細菌の総重量は1kgにも及び、脳や肝臓と同じくらいの重さです。腸内細菌が集まり腸内フローラ(腸内細菌叢)を形成し、ヒトと共生しながらお互いに影響を与えています。
 共生のメリットは、腸内細菌側はヒトが定期的に食べ物を摂取するので、自動的に食べ物が供給されます。また、腸内細菌のほとんどが嫌気性菌のため、酸素が無い腸管内は格好の住居です。ヒト側のメリットは主に3つあり、病原菌からの感染防御、免疫機能の向上、ヒトが消化できない食物の代謝です。しかし、腸内細菌との共生は良いことばかりではありません。ヒトの免疫系と腸内フローラの構成バランスが崩れると、病気の原因になることがあります。例えば、ヒトの免疫系が低下することで本来は腸管内にいる腸内細菌が体内に侵入し感染症を引き起こす敗血症、大腸炎、アレルギーなどを発症します。
 腸内細菌は、乳酸菌などの善玉菌(有用菌)と大腸菌などの悪玉菌(有害菌) 並びにバクテロイデス、嫌気性レンサ球菌などの日和見菌に大きく分けられます。善玉菌が多いと健康を維持することができ、反対に悪玉菌が多いとO157などの食中毒、便秘や下痢を引きおこすことはもちろん、それ以外にがん、心臓病や脳卒中など大変な病気を引きおこす原因となります。日和見菌は悪玉菌が増えると有害物質の産生などで悪玉的な働きをしますが、正常な腸内環境下では大きな特徴はないとされています。日和見菌の腸内での機能は、今後研究が進むかもしれません。食生活、薬剤、アルコール摂取、ストレスや運動不足などの要因が腸内フローラの構成バランスを崩し病気へ繋がるため、健康を保つには腸内フローラの構成バランスを整えることが不可欠です。
 腸内フローラは有害菌の増殖を抑え、また様々な物質を産生することでヒトの健康に寄与しています。そのひとつが短鎖脂肪酸の産生です。ヒトは食物から炭水化物を摂取していますが、哺乳類が保持する酵素だけではすべてを分解できず、食物繊維は腸内細菌の酵素を利用して発酵分解しています。食物繊維の代謝産物である短鎖脂肪酸には、酢酸、プロピオン酸、酪酸などが含まれます。またこの他にも乳酸、ギ酸、コハク酸などが腸内細菌の代謝産物として産生されます。これらはエネルギー源として利用される他に、様々な生物活性を有していることが近年判明してきています。

年齢で異なる腸内フローラ

 ヒトの腸内フローラの構成は乳児、成人、高齢者で大きく異なっています。ヒトの腸内フローラの形成は出生直後から始まり、数日で1011個/gの菌が棲息するようになります。母乳栄養児腸内フローラでは、ビフィズス菌が多いことが特徴で腸内細菌の95%を占めています。離乳と共にバクテロイデス、嫌気性レンサ球菌などの日和見菌が優勢になっていきます。また、出産方法の違いによって、乳児腸内フローラの構成に大きな影響を及ぼすことが明らかになっています。自然分娩は母親の産道を通過するため母親由来の細菌に始めに接触しますが、帝王切開は産道を通過しないため出産場所の周囲に棲息する細菌に始めに接触するので、腸内フローラの構成が皮膚の細菌叢に近いという報告があります。また、帝王切開で生まれた子どもは腸内細菌の種類が少ないため、自然分娩よりもアレルギーになるリスクが高いという報告もあります1)。乳児腸内フローラの構成は、ミルク(母乳および人工乳)や離乳食などの食事の栄養成分の違いや免疫成分の有無で異なってきます。そのため、腸内フローラは乳幼児期に正常に形成されることが、その後の人生において重要と考えられます。成人腸内フローラでは、バクテロイデス、ユウバクテリウム、嫌気性レンサ球菌などの嫌気性菌群の占有率が高いのが特徴です。成人腸内フローラの構成は、食事(特に食物繊維の摂取量)などの環境が影響を与える要因のひとつです。高齢者の腸内フローラでは、成人に比べてビフィズス菌が減少すること、大腸菌群、腸球菌が増加することが特徴です。一般的に加齢とともに食事量は減少し、食事内容も変化していきます。また、加齢に伴った腸管上皮細胞の粘液産生の変化や腸管運動などの腸管機能の低下によって、便秘症状を呈する割合が増えることも知られています。加齢に伴ったこれらの腸管の変化は、腸内フローラの構成に影響を与えると推測されます。2)

腸内フローラの改善

プロバイオティクスとプレバイオティクスを用いた腸内フローラの改善  このように色々な要因から影響を受ける腸内フローラは、一度形成されると簡単には作りかえられません。病気に関係しがちな腸内フローラが形成されてしまった場合、それを根本から良いものに作りかえるのはとても困難です。腸内フローラの改善には、抗生物質の利用(治療医学)、プロバイオティクスやプレバイオティクスの利用(予防医学)があります。プロバイオティクスとは、宿主に有益な影響を与える細菌(有用菌)、またはそれを含む機能性食品と定義されます。例えば、乳酸菌・ビフィズス菌・桿菌・酵母などです。プロバイオティクスが活発に働いていれば、もし食中毒菌が体内に入っても腸管で防御され、菌は排泄されて食中毒になりません。また、抗ガン作用、免疫グロブリンA(IgA)の分泌促進、ウィルス性下痢からの回復促進、血圧低下、血中コレステロール低下、抗アレルギー作用、抗炎症作用などの効果もみられます。プレバイオティクスとは、宿主の腸内に棲息する有用菌の増殖・代謝活動の促進をもたらす難消化性食物成分と定義されます。例えば、発芽大麦は厚生労働省から潰瘍性大腸炎の患者用食品として認可を受けています。プロバイオティクスと異なり宿主の共生菌を利用することから、腸管での菌の定着性に優れています。

腸内細菌とIgA抗体の相互制御

 腸管免疫系における免疫応答として代表的なものがIgA抗体産生であり、粘膜組織の免疫応答の大きな特徴となっています14)。IgA抗体は、病原菌の腸管粘膜からの侵入阻止、毒素中和の作用が知られていますが、このIgA分泌に至るまでの腸管免疫系の細胞の関与、IgAと腸内細菌との関わりについて、最近新たな知見が得られています。腸内細菌を欠くとIgA産生が低下することは以前より知られていましたが15,16)、一方で、マウスにおいてIgAを欠くと腸内フローラの構成が崩れることが最近報告されています17,18)。また、IgA抗体産生に腸管特有の細胞(特に樹状細胞)が関与していることも明らかになってきました19)。その他に、腸管免疫細胞を介した腸内細菌によるIgA産生の制御や、腸内細菌とIgA抗体の相互制御に影響する因子として食品成分(乳酸菌やビフィズス菌)20,21)や幼少期の腸内フローラ定着22)の重要性についても報告されています。

腸内細菌と疾患

 悪玉菌を減らすのに抗生物質を投与することは有効ですが、多量に投与すると却って腸内フローラの構成バランスが崩れる恐れがあります。腸内フローラの乱れは様々な要因で起こり、遺伝的背景に加え、微生物や医療への曝露などが挙げられます。腸内フローラの構成は99%が細菌ですが、真菌もその一部を形成しています。健康な成人の70%から真菌が検出され、その真菌の多くはカンジダ類です。腸内フローラの乱れは、この腸管細菌の喪失と真菌の増殖によって生じることもあります。抗生物質の投与によって生じたカンジダの増殖がマウスの肺胞マクロファージを活性型(M2型)に変化させ、アレルギー性気道炎症を増強していることが報告されています。2)
 腸内細菌の解析法は、従来の方法として分離培養法がありますが、この方法では培養可能な腸内細菌は全体の20~30%にすぎません。残りの70~80%の腸内細菌は嫌気性菌であるため、難培養性細菌です。近年、培養によらないその他の解析法として、糞便から抽出したDNAをPCRで増幅しクローンの16S リボソームRNA遺伝子の配列を読む16S リボソームRNA遺伝子解析法、次世代型シ-ケンス技術によるメタゲノム解析法が開発され、培養困難な菌も含めた網羅的な解析が可能となり、ほぼすべての腸内フローラを検出できるようになりました。培養に依存しないゲノム解析法の発達で、難培養性の腸内細菌の情報が得られるようになり、またメタゲノム解析により腸内フローラが宿主の健康や全身性の疾患発症に深く関わっていることが分かってきました。

腸内細菌と関与する疾患  腸内細菌は、肥満、炎症性腸疾患、過敏性腸症候群、非アルコール性脂肪性肝炎、大腸がん・肝がん、Ⅱ型糖尿病、アレルギー疾患に関与しています。また、循環器疾患においても腸内細菌の病態への関与や、腸管免疫修飾による動脈硬化予防の報告もあります2)。最近、腸内細菌が自閉症に関与しているという研究が注目されています。疾患発症予防などを目的とした腸内細菌への治療的介入も視野に入れた研究が進められており、新たな疾患治療のターゲットとしても期待されています。
 腸内フローラは宿主のエネルギーバランスの調節因子としても作用しています。特に肥満において密接に関連しており、肥満患者と健常人の腸内フローラの構成に大きな違いが認められています。肥満患者ではフィルミクテス門細菌が増加し、バクテロイデス属細菌が減少していることが報告されています3)
 肝がんは慢性炎症を基とする肝疾患から発生することが多いですが、最近腸内フローラの異常増殖が炎症の助長に加担し、肝発がんを促進していることが明らかになりつつあります。
 アルコール摂取が腸内フローラを変化させる一方で、腸内フローラそのものがアルコールの産生や分解にも関与しています。腸内細菌で産生されたアルコールは、健常人では速やかに分解され、有害な作用は示しません。しかし、腸内フローラの構成バランスが崩れるとアルコールが分解されなくなります。非アルコール性脂肪性肝炎の症例においては、エタノールを産生する腸内細菌が増加し、血中のアルコール濃度が高値を示しています2)
 抗生物質の使用による菌交代現象の結果、腸内フローラの構成バランスが大きく変化し、腸管炎症(C. difficile 感染症や急性出血性大腸炎など)を発症することがあります。C. difficile 感染症の問題を解決するために、健常人からの糞便移植という新しい治療法が報告され、大きな成果を上げています。糞便移植は、腸内フローラの構成バランスが崩れている患者の腸に健康なヒトの糞便を移入する方法です。プロバイオティクスによる腸内細菌の変化は限定的ですが、糞便移植される腸内細菌量は多く、劇的に腸内細菌を変化させることができます。糞便を摂取することは動物では一般に見られるものであり、糞便を摂取することにより消化管の発達、病原菌の定着阻止、栄養素の吸収促進に働くと考えられています。糞便移植は、C. difficile 感染症の他にメタボリックシンドローム、炎症性腸疾患、過敏性大腸症候群、非アルコール性脂肪性肝炎、アレルギー疾患群、神経発達障害群、自己免疫性疾患への適応の可能性も示されています4)

 出生直後の免疫反応は通常Th2型優位ですが、出生早期の腸内細菌曝露によりTh1型免疫反応の誘導や、制御性T細胞の活性化が起こります。アレルギー疾患のある子どもの腸内フローラはビフィズス菌が減少し、このシフトが起こらず発症に関与すると考えられています。アレルギー発症予防を目的にプロバイオティクスを乳幼児に投与すると、アトピー性皮膚炎の発症が部分的に抑制されることが報告されています5)。しかし、すでに発症しているアトピー性皮膚炎に対するプロバイオティクスの効果は認められていません。
 食物アレルギーは、本来獲得するべき食物タンパクに対する免疫寛容が誘導できなかった状態です。この経口免疫寛容の成立には腸内フローラが重要な役割を果たします。マウスの実験において、腸内細菌を除去すると経口免疫寛容が誘導されなくなったことが報告されています6)。食物アレルギーについて、原因食物に対する感作の成立は主に経口摂取による耐性獲得の障害だと考えられていました。しかし、最近では皮膚バリア機能障害に関連した経皮感作の重要性が指摘されています。
 婦人科疾患においても腸内細菌が関連しています。正常妊娠と切迫早産例で腸内フローラに大きな違いが認められています。腸内フローラの構成異常により、腸内での制御性T細胞が減少し機能が低下することで、膣からの少量の病原体の侵入による炎症反応が過剰に起こり、早産に繋がる可能性が報告されています2)。また最近、精液中の細菌叢が男性不妊に関わることが明らかとなり、正常男性ではラクトバシラス属細菌が約80%を占めるのに対して、不妊男性ではプレボテーラ属やシュードモナス属細菌が増加することが報告されています7)
 では、正常な腸内フローラとはどのようなものでしょうか。腸内フローラの構成は個人ごとに異なりますが、菌叢構成を指標として互いの類似度を計算し多変量解析およびクラスター解析を行うと、ヒトの腸内フローラは少なくとも3つの構成パターン“エンテロタイプ”に区別できます。エンテロタイプは、主にバクテロイデス属、プレボテーラ属、ルミノコッカス属細菌の占有率の違いによって規定されること、食物繊維の摂取量の影響を受けることが明らかになっています。そのため、ヒトそれぞれが自身の腸内フローラのエンテロタイプを知ることで健康を維持し、疾病の治療・予防に役立てられることが期待されます。

口腔細菌

レクチンによるミュータント菌の歯面付着抑制  口腔は多くの病原菌の侵入口であるにも関わらず、多くの病原菌は定着できません。これは、口腔には常在細菌叢が形成されているために病原菌が排除されるためです。したがって、口腔の感染症の多くは口腔細菌が原因です。また、個々の細菌は病原性が弱いため、単独で疾患をおこすのではなく混合感染となり発症までに時間を要します。口腔細菌は、未同定の細菌を含め約700種類、1000億個以上あると言われていますが、ほとんどが数種類のレンサ球菌属で占められています。その中でミュータンス菌は歯垢によくみられ、虫歯の原因菌とされています。緑藻ミルに含まれるレクチンがミュータンス菌の歯面付着を抑制することが、これまでのMBLの研究で分かってきています8) 9)。また、嫌気性菌であるポルフィロモナス属細菌は歯と歯肉の間に棲息し、歯肉に侵入し歯周病をおこします。近年ではカンジダ菌も歯周病の進行に関与していることが分かってきました。
 主にレンサ球菌により形成される初期プラークは、外来性の細菌の定着を阻害するため、レンサ球菌を中心とした細菌叢を保つことが口腔の健康維持に重要です。しかし、口腔ケアが不十分な状態が続くとプラーク量が増加し、歯や粘膜面に直接付着できない菌も初期プラーク形成菌に付着することで定着が可能となります。その結果、プラーク量の急激な増加に伴い、病原性プラークへ成熟し、歯石形成、歯肉の炎症や歯周病が発症しやすい環境となります。また、加齢や免疫系の低下なども歯周病の発症リスクを高める原因となります。
 歯周病原細菌や細菌由来の内毒素が歯肉から血管内に入り込むと、サイトカイン産生などに影響を及ぼし、全身疾患を進行させます。歯周病が糖尿病、動脈硬化、冠動脈疾患、低体重児出産、早産、関節リウマチなど多岐に渡って全身疾患と関連があることが近年の研究で明らかにされつつあります。
 歯周病が糖尿病に及ぼす影響としては、炎症歯周組織で持続的に産生される炎症性サイトカイン・TNF-αにより筋肉細胞や脂肪細胞による糖の取り込みが阻害され、インスリン抵抗性が悪化するためと考えられます。
 動脈硬化や冠動脈疾患への影響は、血液中に侵入した歯周病原細菌が血管壁に感染することで、防御反応により作られたメディエーターが動脈壁の硬化をおこします。また、歯周病原細菌の作用で血小板が塊となり、心冠動脈につまることもあります。
 歯周病により早期低体重児の出産のリスクが著しく高くなることが報告されています10)。これも糖尿病などと同様に、歯周組織の炎症に伴って産生されるさまざまな炎症性サイトカインや菌体成分などの影響により子宮の収縮を誘発するためと考えられます。また、歯周病により早産になる可能性が6~7倍高くなるという報告もされています。
 歯周病と関節リウマチはともにTNF-αやIL-6などの炎症性サイトカインが関与して慢性炎症が持続した結果、破骨細胞が出現し骨吸収がおこるなど、発症メカニズムに共通点が多くみられます。歯周病原細菌が作り出すペプチジルアルギニン・ディミナーゼという酵素がある種のタンパク質に作用し、免疫システムの正常な働きを妨げ、自己を攻撃して関節リウマチを進行させます。歯周病は関節リウマチの発症リスクを高めるだけでなく、より重症化させることが示唆されています。

皮膚常在菌

 皮膚は外界に接しているため、その表層にはブドウ球菌属やミクロコッカス属などの好気性菌が棲息する一方、毛包や脂腺にはアクネ桿菌などの嫌気性菌が棲息しています。その他に、マラセチア菌、カンジダ菌、白癬菌もみられます。一般的に皮膚感染症は一過性菌がおこしますが、宿主側の条件により常在菌も感染症を発症させることがあります。皮膚常在菌は、200種以上の菌属が100万個棲息していると言われてます。
 皮膚表層に常在するブドウ球菌属細菌には、黄色ブドウ球菌と表皮ブドウ球菌があります。黄色ブドウ球菌は代表的な食中毒菌ですが、表皮ブドウ球菌は病原性が低く、皮脂や汗を餌として弱酸性の脂肪酸を産生します。MBLはレクチンのプロファイリング技術を用いて、黄色ブドウ球菌と表皮ブドウ球菌を細菌表面の糖鎖の違いで見分けることができることを明らかにしました11)。表皮ブドウ球菌は、脂腺に棲息するアクネ桿菌から排出される脂肪酸と合わせて皮脂膜を作り、皮膚表面を弱酸性に保っています。皮膚を弱酸性に保つことは、弱アルカリ性を好む黄色ブドウ球菌やカビなどの増殖を抑制します。表皮ブドウ球菌がこれらの菌数を抑制することで、遊離脂肪酸、アンモニア、インドールなどの悪臭を抑えており、ヒトのスキンケアになくてはならない菌です。アクネ桿菌は、皮脂を分解してプロピオン酸と呼ばれる脂肪酸とグリセリンを作ります。この脂肪酸は皮脂膜を形成して、病原菌などの侵入や紫外線から皮膚を保護しています12)。このように、皮膚を保護する役割を果たす表皮ブドウ菌とアクネ桿菌ですが、それだけではなく感染症を引きおこすという二面性をもっています。表皮ブドウ球菌は医療現場において菌血症をおこす主要な感染症起因菌であり、アクネ桿菌は過剰に増殖すると化膿性皮膚炎症(ニキビ)をおこします。
 最近、皮膚常在菌は外部からの病原体の侵入を妨げるだけでなく、宿主の免疫系の活性化に重要であることが明らかになりました。皮膚での免疫細胞の適切な機能に、皮膚常在菌からのシグナルが必要であることが報告されています13)。このように皮膚常在菌が腸内細菌と同様に免疫応答に影響を及ぼずことが明らかとなり、今後腸内細菌だけでなく皮膚常在菌も視野に入れた研究が期待されます。

1) Jakobsson, H.E. et al. Decreased gut microbiota diversity, delayed Bacteroidetes colonisation and reduced Th1 responses in infants delivered by caesarean section. Gut microbiota. 63(4):559-566, 2014. (PubMed: 23926244)
2) 中島淳 企画, 医学のあゆみ 腸内細菌と疾患, 医歯薬出版, 251(1), 2014.
3) Turnbaugh, P.J. et al. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature. 444:1027-1031, 2006. (PubMed: 17183312)
4) Smits, L.P. et al. Therapeutic potential of fecal microbiota transplantation. Gastroenterology. 145(5):946-953, 2013. (PubMed: 24018052)
5) Osborn, D.A. and Sinn, J.K. Probiotics in infants for prevention of allergic disease and food hypersensitivity. Cochrane Database Syst. Rev. CD006475, 2007. (PubMed: 17943912)
6) Sudo, N. et al. The requirement of intestinal bacterial flora for the development of an IgE production system fully susceptible to oral tolerance induction. J. Immunol. 159(4):1739-1745, 1997. (PubMed: 9257835)
7) Weng, S.L. et al. Bacterial communities in semen from men of infertile couples: metagenomic sequencing reveals relationships of seminal microbiota to semen quality. PLOS One. 9(10), 2014. (PubMed: 25340531)
8) 伊東孝, Streptococcus mutansの初期付着に与えるレクチンの影響に関する研究, 岡山歯学会雑誌, 31(1), 2012.
9) 塩田康祥, 伊東孝, 河田有祐, 大久保圭祐, 今村幸治, 山本直史, 前田博史, 高柴正悟, 海藻ミル由来のレクチンを用いた口腔感染制御システムの検討, 第141回日本歯科保存学会秋季大会, 学術大会抄録集, 151, 2014.
10) Offenbacher, S. et al. Periodontal infection as a possible risk factor for preterm low birth weight. J. Periodontol. 67: 1103-1113, 1996. (PubMed: 8910829)
11) 今村幸治, 竹内英明, 平山真, 堀貫治, レクチンプロファイリングによるブドウ球菌表面糖鎖の識別と食品衛生試験への応用, 日本農芸化学会2012年度京都大会, 大会プログラム集, 4A32a10, 2012.
12) 太田敏子, 目に見えないヒト常在菌叢のネットワークをのぞく, 宇宙航空環境医学, 49(3) : 37-51, 2012.
13) Naik, S. et al. Compartmentalized control of skin immunity by resident commensals. Science. 337:1115-1119, 2012. (PubMed: 22837383)
14) Slack E et al., Functional flexibility of intestinal IgA - broadening the fine line. Front Immunol. 3:100 (2012) (PubMed: 22563329)
15) Crabbé PA et al., The normal microbial flora as a major stimulus for proliferation of plasma cells synthesizing IgA in the gut. The germ-free intestinal tract. Int Arch Allergy Appl Immunol. 34:362-75 (1968) (PubMed: 4176641)
16) Tsuda M et al., Intestinal commensal bacteria promote T cell hyporesponsiveness and down-regulate the serum antibody responses induced by dietary antigen. Immunol Lett. 132:45-52 (2010) (PubMed: 20621647)
17) Fagarasan S et al., Critical roles of activation-induced cytidine deaminase in the homeostasis of gut flora. Science. 298: 1424-7 (2002) (PubMed: 12434060)
18) Kawamoto S et al., Foxp3(+) T cells regulate immunoglobulin a selection and facilitate diversification of bacterial species responsible for immune homeostasis. Immunity. 41:152-65 (2014) (PubMed: 25017466 )
19) Massacand JC et al., Intestinal bacteria condition dendritic cells to promote IgA production. PLoS One. 3:e2588 (2008) (PubMed: 18596964)
20) 八村 敏志 "腸管免疫系に特徴的な細胞群による免疫応答誘導の腸内共生細菌と食品の作用" 化学と生物, 52: 814-8. (2014)
21) Kaminogawa S, Effects of Food Components on Intestinal Flora, Intestinal Immune System and their Mutualism. Bioscience and Microflora. 29:69-82(2010)
22) Nagura T et al., Characteristic intestinal microflora of specific pathogen-free mice bred in two different colonies and their influence on postnatal murine immunocyte profiles. Experimental Animals. 54:143-8 (2005)
(PubMed: 15897623)