食物繊維の補給で抗生物質から身を守る

Nature Communications volume 14、記事番号: 5161 (2023) この記事を引用

872 アクセス

38 オルトメトリック

メトリクスの詳細

抗生物質誘発性腸内毒素症（AID）は、抗生物質の使用で頻繁に起こる重篤な副作用であり、この腸内毒素症を軽減することは重要な治療目標です。 私たちは、宿主の食事が腸の化学環境を調節し、抗生物質治療中にマイクロバイオームの構造と機能に変化をもたらす可能性があると提案します。 腸内細菌叢の異常は、通常、好気性呼吸器細菌代謝、酸化還元電位、およびプロテオバクテリアの豊富さの増加によって特徴付けられます。 この研究では、この腸内毒素症のパターンを軽減するための腸内の化学環境の潜在的な調節因子としての食物繊維サプリメントを調査します。 私たちは、規定食と、食事調節および抗生物質治療中の雌マウスのマイクロバイオームの全ゲノム配列決定を使用して、繊維プレバイオティクスがマイクロバイオームの組成と機能に対する抗生物質治療の影響を大幅に軽減することを発見しました。 私たちは、好気性細菌の存在量の減少と、酸化代謝に関連する代謝経路を観察しました。 これらのメタトランスクリプトームの結果は、繊維が抗生物質の腸内細菌叢の影響を弱めることを示唆する eH と pH の化学測定によって裏付けられています。 この研究は、繊維が腸内の細菌の代謝を調節して酸化還元電位の上昇を防ぎ、抗生物質治療中に共生微生物を保護することにより、AIDの潜在的な治療薬として機能する可能性があることを示しています。

抗生物質は感染症に対する防御を可能にする現代医学の重要な部分ですが、その使用はしばしば腸内マイクロバイオームに付随的な損傷をもたらします1、2、3。 この AID は、炎症性腸疾患、免疫機能の異常、感染症、代謝障害などの健康上の合併症を引き起こす可能性があります4。 いくつかの研究では、経口薬物吸着剤とプロバイオティクスサプリメントを使用して、マイクロバイオームに対する抗生物質ストレスを軽減する方法が検討されています5、6。

ただし、これらのアプローチは薬の有効性を低下させたり、プロバイオティクスの場合には腸のバランスを崩したりする可能性があります6。 この研究では、食事によって腸の化学環境を変化させ、抗生物質治療後に見られる腸の酸化還元電位の上昇を防ぐことで、繊維質プレバイオティクスがどのようにして AID を軽減できるかを調査しています4,7,8。

食事中の炭素源の種類によって、どの電子受容体が腸内の細菌に到達し、特異的かつ予測可能な生化学反応を引き起こすかが決まります9、10、11。 たとえば、西洋の糖分の多い食事に含まれる単純な炭素源は宿主によってすぐに吸収され、腸内の微生物の炭素を制限します。 これらの微生物は、利用可能な限られた炭素をめぐって競合するため、腸の粘膜内層から宿主由来の炭素を代謝します 12,13。 その結果、腸の炎症が増加し、この炎症性の好気性環境で増殖する細菌が選択されることにより、マイクロバイオームの構造が変化します14。 この異常生物環境は、O2、NO3、Fe3+ などの電子受容体を提供し、より高い酸化還元位置エネルギーによる代謝反応を熱力学的に選択することができます 11,15。 一方、食物繊維は、発酵代謝を利用して複雑な多糖類を代謝できる微生物を選択します。 発酵によって細菌によって生成される短鎖脂肪酸 (SCFA) は、酸素消費反応により結腸細胞によって代謝されます 16、17、18。 この嫌気性環境の結果として、発酵など、より低い酸化還元位置エネルギーを伴う代謝反応が熱力学的に有利になります。

抗生物質に対する細菌の感受性に関する現在の見解では、代謝を修正することで抗生物質ストレスから保護できる可能性があることが示唆されています。 いくつかの in vitro 研究でこの仮説が検証され、微生物の代謝を抑制すると抗生物質に対する感受性が低下することが判明しました 19、20、21、22。 これらの研究は、感受性が無駄なサイクルの上方制御、ATP代謝回転、高い膜電位、ラジカル種の増加などの代謝活性の兆候と関連していることを示唆しています。 逆に、pH の上昇、電子輸送の共役の解除、およびグルコース利用可能性の減少はすべて、微生物の代謝を抑制し、抗生物質から保護することが示されています 20,22。 この代謝による感受性のメカニズムは、主に in vitro で研究されてきましたが、最近の研究では、宿主における腸内細菌の代謝の調節も AID に影響を与える可能性があることを示唆しています。