今月の話題

食事、栄養素、腸内微生物叢

Julia Bird

9月 20, 2017

これらは顕微鏡なしでは見ることができないが、私たち個人の微生物叢を構成する何十億もの微生物は、私たちの健康にとって非常に重要である。微生物は私たちの体内のいたるところに存在するが、最も高濃度で微生物が存在している場所は腸内微生物叢である (1)。

私たちは何十年も前から、腸内微生物叢が栄養において重要な役割を果たすことに気づいていた。例えば、ビタミンKの必要量の一部は、腸内細菌から提供されている (2)。新生児が出産時にビタミンKの投与を受けるのはこのためである。新生児の大腸には十分なビタミンKを供給する細菌叢がまだ定着しておらず、ビタミンK欠乏症の危険性がある (3)。{Olson, 1987 #4}腸内微生物叢の総合的な調査によると、存在する細菌種はすべての8つのビタミンBを生成することができ、そのうちの4つは毎日推奨される合理的な量を満たす水準である (4)。{Magnusdottir, 2015 #5}腸内微生物叢はまた、体が分解することができない多糖類を分解することによって食物の消化率を向上させ、含まれているエネルギーを利用できるようにすることができる (5)。

最近の研究では、健康増進のために栄養を介して、腸内細菌叢をどのように変えることができるかに注目が集まっている。腸内細菌叢中の最も豊富なタイプの細菌は、バクテロイド属であり、その他一般的な種類には、ファイカリバクテリウム属、ビフィズス菌(多くのプロバイオティクスで見つかる)、ラクノスピラ、ロセブリアである (6)。腸内細菌叢を調べるもう1つの方法は、フィルミクテス門(強い細胞壁にちなんで細菌に付けられた名前で、乳酸菌とクロストリジウム菌を含む)に対するバクテロイド属の相対量を調べることである。例えば、腸内細菌叢は肥満者では明確な差異を示し、体重が減少すると細菌の構成が変化する。体重が減少すると、一般的な腸管細菌であるバクテロイド属の割合が増加し、相対的にフィルミクテス門の細菌の割合が減少する (7)。このような腸内細菌叢の変化によって、満腹感に影響を与え、食物からエネルギーを取り出す身体の効率を変え、全身性炎症負荷を変え、肥満の健康的な影響を与えると考えられる (7)。腸内細菌叢を変化させる考えられる3つの主要な概念は、プロバイオティクス、プレバイオティクス、シンバイオティクスである。

プロバイオティクス

プロバイオティクスと腸内細菌叢について語るとき、生きた微生物を消費して、健康上の利点をもたらすことを意味する (8)。牛乳を酸性化するために使用されるビフィズス菌またはラクトバチルスのような特定の細菌は、大腸の酸性環境を維持することで正常機能を促進し、腸の健康に寄与していると考えられる (8)。腸内細菌叢と免疫系の相互作用は、免疫系の発達にとって重要であると考えられている。特定のプロバイオティクスは、病気を引き起こすことなく免疫系を刺激することで、免疫系の正常な発達を助けることができるかもしれない(9)。いくつかの徹底的なメタ分析が行われ、プロバイオティクスは、腸の健康や一般的な免疫系に関連するいくつかの病状に対して有効であることが示されている。例えば、メタ分析の結論ではプロバイオティクスは、クロストリジウム・ディフィシルに関連する下痢(12)を含む子供(10)と大人(11)の抗生物質関連の下痢の発生率を中程度に低下させる可能性がある。メタ分析によると、プロバイオティクスは、子供(13)と大人(14)の腹痛に役立つ可能性がある。その他のメタ分析では、プロバイオティクスが上気道感染症に関連する発生率、期間、薬剤の使用を減らすことができることが見つかった (15)。異なるプロバイオティクス株の組み合わせは、相乗効果を持つ可能性がある(16)。

プレバイオティクス

プレバイオティクスは、特定タイプの微生物の割合を選択的に増加させ、健康上の利益を生むために消費する食品成分である。それらは私たちの体内にいる微生物のための食べ物とも考えられる (17)。例えば、新生児の正常なマイクロバイオームの発達は、母乳中にある特殊な糖(ヒトミルクオリゴ糖、HMO)によって増強される。HMOはビフィズス菌に「食物」を提供し、つまり、母乳を与えることで、ビフィズス菌の成長が促進される。ビフィズス菌は乳児の代謝系および免疫系に有益な効果を有すると考えられている (17)。プレバイオティックな効果について広く研究されている他の化合物には、水溶性食物繊維イヌリンならびにガラクトオリゴ糖(GOS)およびフルクトオリゴ糖(FOS)があり、これらは短い鎖の糖分子から構成されている。これらのプレバイオティクスを消費すると、腸内の有益なビフィズス菌の割合が増加する。レビューでは、満腹感の向上、皮膚の水分、便秘の軽減、脂質プロファイルの改善など、健康分野に有益な多くの効果が見つかった (17, 18)。

シンバイオティクス

プレバイオティクスとプロバイオティックを併用すると、特定の微生物とそれに適した炭水化物源が体に供給され、シンバイオティクスについて語っていることになる (19)。プロバイオティクスと合致するプレバイオティクスの組み合わせは、プロバイオティクスが投与された場合、腸内で増殖し、その意図される効果を発揮する可能性が高くなる。プロバイオティックとプレバイオティックの異なる組み合わせをスクリーニングすることで、シンバイオティクスの組み合わせを選択するのに役立つ (20)。この分野の研究は急速に進展しているが、これまでのところ、シンバイオティクスに関する証拠は、大人および子供の正常な腸機能を促進するのに役立つことを示唆している (21, 22)。

腸内微生物叢と栄養の未来

人間の微生物叢は非常に複雑で多様性があり、私たちの中に生息する微生物についてはわかっていないことが多くある。微生物叢研究の1つの分野では、最先端のコンピューティングシステムとソフトウェアを使用して、生物学の特定の分野に関連する大量のデータを集合的に分析する洗練された技術である「オミクス」技術を使用して微生物をマッピングしている (23)。特に、腸内細菌叢の研究では、微生物が形成する様々な化合物がどのように一緒に働くか(メタボロミクス、プロテオミクス)を分析して、微生物に存在する広範な遺伝子を調べている(ゲノミクス、トランスクリプトミクス)。これらの技術は、私たちの消化管にたくさんある微生物の驚異的な配列をよりよく理解するのに役立つ。

第2の領域は、プレバイオティクスの概念の拡大である。過去、プレバイオティクスは健康を改善する少数の種類の腸内細菌叢によって発酵される食物成分として狭義に定義されてきた。プレバイオティクスに分類された食事成分は、食物繊維など私たちが消化しない炭水化物に限定されている。しかし、この定義外の他の成分は、腸の組成を変えて健康への利益をもたらすことができる可能性がある。例えば、ビタミンBリボフラビンは、大腸などの低酸素環境で「有益な」細菌Faecalibacterium prausnitzii(フィーカリバクテリウム・プラウスニッツィイ)の成長を促進できる。炎症性腸疾患患者の微生物叢は、健常人と比較してFaecalibacterium prausnitziiの欠如が特徴的であり、新たに提案された広範な定義を用いると、リボフラビン補充はプレバイオティックとして作用する (24)

腸内微生物叢は非常に複雑であり、私たちはそれらが健康にどの程度深く影響しているかをごく浅く理解しているだけである。マイクロバイオーム研究の分野は急速に発展している。将来的には、特定の微生物叢 (25)の割合を変えることで、健康な体重を維持し、心臓血管疾患のリスクを減らし、血糖値を健全なレベルに保つのに役立つ特別な、個人の微生物叢 (6)に特化したテーラーメイドのプレバイオティクスが登場するかもしれない。私たちの小さな友達(細菌叢)が人間の健康の鍵を握っているようです!

リファレンス

  1. Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biol 2016;14(8):e1002533. doi: 10.1371/journal.pbio.1002533
  2. Karl JP, Fu X, Wang X, Zhao Y, Shen J, Zhang C, Wolfe BE, Saltzman E, Zhao L, Booth SL. Fecal menaquinone profiles of overweight adults are associated with gut microbiota composition during a gut microbiota-targeted dietary intervention. Am J Clin Nutr 2015;102(1):84-93. doi: 10.3945/ajcn.115.109496
  3. Olson JA. Recommended dietary intakes (RDI) of vitamin K in humans. Am J Clin Nutr 1987;45(4):687-92.
  4.  Magnusdottir S, Ravcheev D, de Crecy-Lagard V, Thiele I. Systematic genome assessment of B-vitamin biosynthesis suggests co-operation among gut microbes. Front Genet 2015;6:148. doi: 10.3389/fgene.2015.00148
  5. Shreiner AB, Kao JY, Young VB. The gut microbiome in health and in disease. Curr Opin Gastroenterol 2015;31(1):69-75. doi: 10.1097/MOG.0000000000000139
  6. Arumugam M, Raes J, Pelletier E, Le Paslier D, Yamada T, Mende DR, Fernandes GR, Tap J, Bruls T, Batto JM, et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 2011;473(7346):174-80. doi: 10.1038/nature09944
  7. Tremaroli V, Backhed F. Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism. Nature 2012;489(7415):242-9. doi: 10.1038/nature11552
  8. Hungin AP, Mulligan C, Pot B, Whorwell P, Agreus L, Fracasso P, Lionis C, Mendive J, Philippart de Foy JM, Rubin G, et al. Systematic review: probiotics in the management of lower gastrointestinal symptoms in clinical practice -- an evidence-based international guide. Aliment Pharmacol Ther 2013;38(8):864-86. doi: 10.1111/apt.12460
  9. Amenyogbe N, Kollmann TR, Ben-Othman R. Early-Life Host-Microbiome Interphase: The Key Frontier for Immune Development. Front Pediatr 2017;5:111. doi: 10.3389/fped.2017.00111
  10. Goldenberg JZ, Lytvyn L, Steurich J, Parkin P, Mahant S, Johnston BC. Probiotics for the prevention of pediatric antibiotic-associated diarrhea. Cochrane Database Syst Rev 2015(12):CD004827. doi: 10.1002/14651858.CD004827.pub4
  11. Hempel S, Newberry SJ, Maher AR, Wang Z, Miles JN, Shanman R, Johnsen B, Shekelle PG. Probiotics for the prevention and treatment of antibiotic-associated diarrhea: a systematic review and meta-analysis. JAMA 2012;307(18):1959-69. doi: 10.1001/jama.2012.3507
  12. Goldenberg JZ, Ma SS, Saxton JD, Martzen MR, Vandvik PO, Thorlund K, Guyatt GH, Johnston BC. Probiotics for the prevention of Clostridium difficile-associated diarrhea in adults and children. Cochrane Database Syst Rev 2013(5):CD006095. doi: 10.1002/14651858.CD006095.pub3
  13. Newlove-Delgado TV, Martin AE, Abbott RA, Bethel A, Thompson-Coon J, Whear R, Logan S. Dietary interventions for recurrent abdominal pain in childhood. Cochrane Database Syst Rev 2017;3:CD010972. doi: 10.1002/14651858.CD010972.pub2
  14. Didari T, Mozaffari S, Nikfar S, Abdollahi M. Effectiveness of probiotics in irritable bowel syndrome: Updated systematic review with meta-analysis. World J Gastroenterol 2015;21(10):3072-84. doi: 10.3748/wjg.v21.i10.3072
  15. Hao Q, Dong BR, Wu T. Probiotics for preventing acute upper respiratory tract infections. Cochrane Database Syst Rev 2015(2):CD006895. doi: 10.1002/14651858.CD006895.pub3
  16. Collado MC, Jalonen L, Meriluoto J, Salminen S. Protection mechanism of probiotic combination against human pathogens: in vitro adhesion to human intestinal mucus. Asia Pac J Clin Nutr 2006;15(4):570-5.
  17. Gibson GR, Hutkins R, Sanders ME, Prescott SL, Reimer RA, Salminen SJ, Scott K, Stanton C, Swanson KS, Cani PD, et al. Expert consensus document: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of prebiotics. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2017;14(8):491-502. doi: 10.1038/nrgastro.2017.75
  18. Collins S, Reid G. Distant Site Effects of Ingested Prebiotics. Nutrients 2016;8(9). doi: 10.3390/nu8090523
  19. Collins MD, Gibson GR. Probiotics, prebiotics, and synbiotics: approaches for modulating the microbial ecology of the gut. Am J Clin Nutr 1999;69(5):1052S-7S.
  20. Makelainen H, Saarinen M, Stowell J, Rautonen N, Ouwehand AC. Xylo-oligosaccharides and lactitol promote the growth of Bifidobacterium lactis and Lactobacillus species in pure cultures. Benef Microbes 2010;1(2):139-48. doi: 10.3920/BM2009.0029
  21. Ford AC, Quigley EM, Lacy BE, Lembo AJ, Saito YA, Schiller LR, Soffer EE, Spiegel BM, Moayyedi P. Efficacy of prebiotics, probiotics, and synbiotics in irritable bowel syndrome and chronic idiopathic constipation: systematic review and meta-analysis. Am J Gastroenterol 2014;109(10):1547-61; quiz 6, 62. doi: 10.1038/ajg.2014.202
  22. Mugambi MN, Musekiwa A, Lombard M, Young T, Blaauw R. Synbiotics, probiotics or prebiotics in infant formula for full term infants: a systematic review. Nutr J 2012;11:81. doi: 10.1186/1475-2891-11-81
  23. Berger B, Peng J, Singh M. Computational solutions for omics data. Nat Rev Genet 2013;14(5):333-46. doi: 10.1038/nrg3433
  24. Steinert RE, Sadaghian Sadabad M, Harmsen HJ, Weber P. The prebiotic concept and human health: a changing landscape with riboflavin as a novel prebiotic candidate? Eur J Clin Nutr 2016;70(12):1348-53. doi: 10.1038/ejcn.2016.119
  25. Daliri EB, Wei S, Oh DH, Lee BH. The human microbiome and metabolomics: Current concepts and applications. Crit Rev Food Sci Nutr 2017;57(16):3565-76. doi: 10.1080/10408398.2016.1220913