Bile acid metabolism by intestinal microbiota

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K08091
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 成島 聖子 国立研究開発法人理化学研究所, 統合生命医科学研究センター, 副チームリーダー (80578336)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 腸内細菌 / 胆汁酸 / ノトバイオート

Outline of Annual Research Achievements

生体内において胆汁酸を変換する菌を同定し、また腸内胆汁酸組成の変化が宿主に与える影響を明らかにする目的で、偏性嫌気性菌の培養技術とノトバイオート技術を用いての解析を行っている。
平成28年度は健常なヒトの便中胆汁酸について解析し、胆汁酸の組成は個人差が非常に大きいことを確認した。特徴的な腸内胆汁酸組成を持つヒトの糞便を無菌マウスに投与することで、胆汁酸組成の特徴をある程度反映したex-germfree（ex-GF）マウスの作出に成功した。平成29年度は28年度に引き続き、特徴的な胆汁酸組成を示すヒト糞便サンプル、およびex-GFマウスの腸内容物中から、高度に嫌気的な条件でしか生育できない菌（Extremely Oxygen Sensitive; EOS細菌）を含む菌を分離した。分離された菌株についてin vitroにおいて、抱合体および遊離型の様々な胆汁酸を基質として、嫌気チャンバー内で培養し、培養液中の胆汁酸を解析することで胆汁酸の変換能の評価を行った。その結果、抱合型胆汁酸を脱抱合する菌、肝臓で生成される一次胆汁酸であるコール酸、ケノデオキシコール酸の水酸基に対する脱水素反応および逆反応、脱水酸反応を示す菌を分離することができた。このうち脱水酸反応を示す菌は、これまで報告されているClostridium cluster XIに属する菌種と近縁ではあるが異なる可能性が示唆された。また、ケノデオキシコール酸から、経口胆石溶解剤として臨床で使用されているウルソデオキシコール酸への変換は、中間体としてオキソ型胆汁酸を介した２種の菌の組み合わせにより可能であった。これらの菌を組み合わせて抱合型一次胆汁酸のみを有する無菌マウスに投与し、作出したノトバイーオートマウスのそれぞれから、遊離型胆汁酸、デオキシコール酸、ウルソデオキシコール酸を検出することができた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成28年度は健常なヒトの便中胆汁酸組成に大きな個人差を認め、特徴的な腸内胆汁酸組成を持つヒトの糞便を無菌マウスに投与することで、胆汁酸組成の特徴をある程度反映したex-GFマウスの作出に成功した。平成29年度は引き続き、特徴的な胆汁酸組成を示すヒト糞便サンプル、およびex-GFマウスの腸内容物中から、高度に嫌気的な条件でしか生育できない EOS細菌を含む菌を分離し、in vitroにおいて、抱合体および遊離型の様々な胆汁酸を基質としたときに生成される胆汁酸を解析することで胆汁酸の変換能の評価を行った。その結果、腸内細菌による胆汁酸の主な変換作用である脱抱合、一次胆汁酸の水酸基に対する脱水素反応および逆反応、脱水酸反応を示す菌のそれぞれを分離することができた。これらの菌を組み合わせて抱合型一次胆汁酸のみを有する無菌マウスに投与し、作出したノトバイーオートマウスのそれぞれから、遊離型胆汁酸、デオキシコール酸、ウルソデオキシコール酸を検出することができた。よって本研究課題については計画に沿って進んでいると考えられる。しかしながら、in vitroで検討した菌株数が多く、解析に時間を要したため、29年度に予定していた病態マウスモデルの無菌化までは行うことができなかった。したがって当該年度の進捗状況についてはやや遅れていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

平成28年度、29年度においてヒト便およびヒト便投与マウスの腸内容物から単離し、胆汁酸の変換能を有することをin vitroで確認した菌を組み合わせることにより、異なる腸内胆汁酸組成を有するノトバイオートを作出しつつある。今後はこれらの菌の組み合わせを無菌化した腸炎モデル、発ガンモデルマウス、日和見感染マウスに投与することで、胆汁酸組成の違いが病態に与える影響について検討する。更に菌の組み合わせが実際に生体内でどのように分布、相互作用しているのかについての解析も行う。
二次胆汁酸の中でも一方では発ガンに関与すると考えられ、また他方では感染防御に重要であるとの報告もあるデオキシコール酸生成菌については、その効果を明確に検証するために、変換菌の遺伝子改変株の作製を試みる。

Causes of Carryover

ヒト便およびヒト便投与マウスから、胆汁酸変換菌を分離し、更にiin vitroにおいて複数の胆汁酸を基質として胆汁酸変換能の試験を行い、目的の菌を選出することができたが、一連の作業にはかなりの時間と労力を必要とした。その結果、当該年度に予定していた大腸炎、大腸ガンなどのモデルマウスの無菌化、およびそれに付随する実験が次年度へずれることとなり、未使用額が生じた。
平成30年度は、上記未使用額を用いて、平成29年度に着手予定であった大腸炎や大腸ガンモデルマウスの無菌化を早急に開始する。その後、これまでに確立したIn vitro で胆汁酸を変換できる菌の組み合わせを順次無菌マウスに投与してノトバイートマウスを作出することで、大腸炎、大腸ガンなどの病態に胆汁酸がどのように作用するか検討する。また、すでにコール酸からデオキシコール酸への変換菌株の単離ができているので、変換菌の遺伝子改変株の作製にも取り組みたい。