科学者は特定の腸内細菌が心臓病のリスクを低下させると関連性がある

腸内微生物叢の変化は、2 型糖尿病、肥満、炎症性腸疾患などのさまざまな疾患に関与していると考えられています。 今回、マサチューセッツ総合病院とマサチューセッツ総合病院のブロード研究所の研究者チームは、腸内の微生物が心血管疾患にも影響を与える可能性があることを発見した。 Cell誌に掲載された研究で、研究チームは腸内でコレステロールを消費し、人々のコレステロールと心臓病のリスクを低下させる可能性がある特定の細菌種を特定した。

ブロードのメタボロミクスプラットフォームであるラムニク・ザビエル研究室のメンバーと共同研究者らは、心臓血管疾患の危険因子に焦点を当てた数十年にわたるプロジェクトであるフラミンガム心臓研究の参加者1,400人以上の代謝産物と微生物のゲノムを分析した。 研究チームは、オシリバクターと呼ばれる細菌が周囲からコレステロールを取り込んで代謝すること、そして腸内に高レベルの微生物を保有している人々のコレステロールレベルが低いことを発見した。 彼らはまた、細菌がコレステロールを分解するために使用すると考えられるメカニズムも特定した。 この結果は、特定の方法でマイクロバイオームを操作する介入が、いつか人々のコレステロールの減少に役立つ可能性があることを示唆しています。 この発見はまた、マイクロバイオームの変化が健康や病気にどのような影響を与えるかについて、より的を絞った調査を行うための基礎ともなります。

「私たちの研究は、人間の被験者からの発見と実験的検証を統合し、心血管の健康を改善するための出発点となる実用的なメカニズムの洞察を確実に達成します」と、研究所の中核メンバーであり、免疫学プログラムのディレクターであり、共同ディレクターでもあるザビエル氏は述べた。広範な感染症およびマイクロバイオームプログラムの。 彼はハーバード大学医学部とマサチューセッツ総合病院の教授でもあります。

ザビエル研究室のポスドク研究員チェンハオ・リー氏と研究科学者マーティン・ストラザール氏は、この研究の共同筆頭著者となった。

コレステロールの合図

過去 10 年間に、他の研究者らは、腸内マイクロバイオームの構成と、人のトリグリセリドや食後の血糖値などの心血管疾患の要素との間の関連性を明らかにしました。 しかし科学者たちは、腸内の代謝経路についての完全な理解が不足していることもあり、これらの治療との関連性をターゲットにすることができていない。

新しい研究で、ブロードチームは腸内微生物が代謝に及ぼす影響について、より完全かつ詳細な状況を把握した。 彼らは、サンプル中のすべての微生物 DNA のプロファイリングを行うショットガン メタゲノム シーケンスと、数百の既知および数千の未知の代謝産物のレベルを測定するメタボロミクスを組み合わせました。 彼らはこれらのツールを使用して、フラミンガム心臓研究からの便サンプルを研究しました。

「プロジェクトの成果は、高品質で厳選された患者データの重要性を強調しています」とストラザール氏は述べた。 「これにより、非常に微妙で測定が難しい影響に注目し、それらを直接追跡することができました。」

このアプローチにより、微生物と代謝形質との間に 16,000 以上の関連性が明らかになり、その中には特に強い関連性が含まれていました。それは、オシリバクター属の数種類の細菌を持っている人々は、その細菌を持たない人々よりもコレステロール レベルが低かったということです。 研究者らは、オシリバクター属の種が腸内に驚くほど豊富に存在し、平均して細菌 100 個に 1 個存在することを発見しました。

そこで研究者らは、微生物がコレステロールを分解するために使用する生化学的経路を解明したいと考えました。 これを行うには、まず実験室で微生物を増殖させる必要がありました。 幸いなことに、研究室は何年もかけて糞便サンプルから細菌を収集し、オシリバクターも含む独自のライブラリーを作成しました。

細菌の増殖に成功した後、研究チームは質量分析を使用して、細菌内のコレステロール代謝で最も可能性の高い副産物を特定しました。 これにより、細菌がコレステロール値を下げるために使用する経路を決定することができました。 彼らは、細菌がコレステロールを中間生成物に変換し、その後他の細菌によって分解されて体外に排泄されることを発見した。 次に、チームは機械学習モデルを使用して、この生化学変換に関与する候補酵素を特定し、研究室の特定のオシリバクターで特異的にそれらの酵素とコレステロール分解産物を検出しました。

研究チームは、コレステロール値の低下にも寄与する別の腸内細菌種、ユーバクテリウム・コプロスタノリゲネスを発見した。 この種は、コレステロール代謝に関与していることが科学者らによって以前に示されていた遺伝子を持っています。 新しい研究でチームは、ユーバクテリウムがコレステロール値に対してオシリバクターと相乗効果を示す可能性があることを発見した。これは、細菌種の組み合わせを研究する新しい実験が、異なる微生物群集がどのように相互作用して人間の健康に影響を与えるかを解明するのに役立つ可能性があることを示唆している。

微生物のメッセージ

ヒトの腸内微生物叢の遺伝子の大部分はまだ特徴づけられていないが、研究チームは、コレステロール代謝酵素の特定に成功したことで、治療の標的となり得る腸内微生物の影響を受ける他の同様の代謝経路の発見への道が開かれると確信している。

「微生物同士や腸内でどのように相互作用するのかについてはあまり理解されていないまま、糞便マイクロバイオーム移行研究を行おうとする臨床研究が数多くある」とリー氏は述べた。 「できれば、最初に1つの特定のバグや遺伝子に焦点を当てて一歩下がって、腸の生態を体系的に理解し、1つまたは少数のバグをターゲットにするなど、より良い治療戦略を考え出すことができればと思います。」

「腸内マイクロバイオームには機能が不明な遺伝子が多数存在するため、代謝機能を予測する能力にはギャップがある」とリー氏は付け加えた。 「私たちの研究は、腸内微生物によって追加のステロール代謝経路が変更される可能性があることを浮き彫りにしています。微生物が宿主とどのように相互作用するかについての機構的理解に近づける、多くの新しい発見が得られる可能性があります。」

Li C 、 Stražar M 、 Mohamed AMT 、 パチェコ JA 、 Walker RL 、 Lebar T 、 Zhao S 、 Lockart J 、 Dame A 、 Thurimella K 、 Jeanfavre S 、 Brown EM 、 Ang QY 、 Berdy B 、 Sergio D 、 Invernizzi R 、 Tinoco A 、ピシュチャニー G、ヴァサン RS、バルスカス E、ハッテンハワー C、ヴラマキス H、クリッシュ C、ショー SY、プリヒタ DR、ザビエル RJ。
フラミンガム心臓研究における腸内微生物叢とメタボロームのプロファイリングにより、コレステロール代謝細菌が明らかになりました。
細胞。 2024 年 3 月 21 日:S0092-8674(24)00305-2。 土井： 10.1016/j.cell.2024.03.014