早稲田大学(早大)と慶應義塾大学(慶大)は、腸内細菌叢の乱れに乗じて、口腔に存在するクレブシエラ菌が腸管内に定着することにより、TH1細胞と呼ばれる免疫細胞の過剰な活性化を引き起こし、炎症性腸疾患(クローン病や潰瘍性大腸炎)などの発症に関与する可能性があることをマウスを用いて示したと発表した。

同成果は、早稲田大学理工学術院の服部正平 教授と慶應義塾大学医学部の本田賢也 教授によるもの。詳細は国際学術雑誌「Science」に掲載された。

消化管や口腔などには多様な常在細菌が存在し、ヒトの免疫系や生理機能に強い影響を与えることで、健康維持に大きな役割を果たしている。そのため、腸内に存在するさまざまな細菌種の数や割合の変動が炎症性腸疾患をはじめとするさまざまな病気の発症に関与しているとされている。しかし、このような腸内細菌叢の乱れから疾患発症につながるまでの仕組みは、不明な点が多く残されていた。

今回の研究では、まずクローン病患者の唾液を無菌マウスに経口投与し、そのマウスの腸管に存在する免疫細胞の種類をフローサイトメトリーにより解析した。その結果、あるクローン病患者の唾液を投与したマウスの大腸において、インターフェロンガンマ(IFN-γ)を産生するCD4陽性のヘルパーT細胞(TH1細胞)が顕著に増加していることを発見した。

そこで、このクローン病患者の唾液中のどのような細菌がマウス腸内に定着していたかを把握するため、このマウスの糞便から細菌DNAを抽出し、細菌由来の16SrRNA遺伝子をシークエンスすることにより網羅的に調べた。この解析から、約30種類の細菌が検出された。次いで、これらの細菌の多くを単離・培養し、それぞれの細菌を無菌マウスへ定着させたところ、クラブシエラ属のクレブシエラ・ニューモニエがTH1細胞を強く誘導する細菌であることを見出した。

腸内細菌が存在している通常のSPFマウスにクレブシエラ・ニューモニエを経口投与しても腸管内にクレブシエラ・ニューモニエが定着し増殖することはなかったが、アンピシリンなどの抗生物質を投与したSPFマウスではクレブシエラ・ニューモニエが腸管内に定着し、TH1細胞を強く誘導することがわかった。このことから、通常時には元々いる腸内細菌叢が口腔から入ってきたクレブシエラ・ニューモニエの腸管内への定着を阻止しているが、抗生物質の使用などにより腸内細菌叢が乱れるとこの定着阻害効果が弱まり、クレブシエラ・ニューモニエの腸管内への定着が引き起こされると考えられる。

さらに、クレブシエラ・ニューモニエの腸管内への定着がクローン病の発症・増悪に関与しているのかを調べるため、無菌の腸炎発症モデルマウス(IL-10欠損マウス)にクレブシエラ・ニューモニエを経口投与し、腸管炎症の状態を解析した。その結果、比較対象として大腸菌を投与したIL-10欠損マウスでは腸管に炎症が起こっていなかったが、クレブシエラ・ニューモニエを投与したIL-10欠損マウスでは強い腸管炎症が起こっていた。

一方で野生型マウスにクレブシエラ・ニューモニエを経口投与しても、腸管でのTH1細胞の増加は見られるものの炎症は起こらないことから、クレブシエラ・ニューモニエの腸管内への定着がTH1細胞の過剰な増殖や活性化を引き起こし、宿主の遺伝型によっては炎症の惹起・増悪・遷延化につながっていることが示唆された。

また、潰瘍性大腸炎の患者の唾液を無菌マウスに投与する実験を行ったところ、一部の患者においてクローン病患者の唾液投与マウスと同様に腸管でのクレブシエラ属菌の定着とTH1細胞の増加が観察された。加えて、健常者の唾液を用いた実験においても、腸管でのクレブシエラ・ニューモニエの定着とTH1細胞の増加が観察された。このことから、TH1細胞を誘導するクレブシエラ属菌は炎症性腸疾患患者だけでなく健常者の口腔にも存在している可能性があることが示唆された。そのため、例えば長期的に過剰量の抗生物質を服用した場合には健常者でも腸管へのクレブシエラ属菌の定着が起こる可能性があり、過度な抗生物質の服用には気を付けるべきだと研究チームでは説明している。

なお、研究チームは同成果によって、今後、クレブシエラ属細菌を選択的に排除・殺菌する抗生物質などの開発やクレブシエラ属細菌が腸管内に定着させないような薬剤の開発を通して、これら疾患の予防法や治療薬の開発につながることが期待されるとしている。