母乳成分が決定する腸内細菌叢と脳機能の関係解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K19797
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 永岡 謙太郎 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (60376564)
• 研究分担者: 平山 和宏 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (60208858)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2019-03-31
• キーワード: 過酸化水素 / 腸内細菌多様性 / 海馬 / ミエリン鞘

研究実績の概要

本研究の目的は、母乳は単に仔を成長させる栄養源としてだけでなく、仔が健常な腸内細菌叢を獲得することを促し、その健常な腸内細菌叢が仔の健康な生体機能に寄与するといった生体内コミュニケーションの存在と重要性を科学的に証明することである。以下、２つの実施項目ごとに今年度の実績を報告する。
「母乳成分の違いと腸内細菌叢の違いとの相関性の解明」については、マウスを用いた実験により、マウスの母乳中に含まれるアミノ酸代謝酵素LAO1が乳子の腸管内において過酸化水素を産生していることを明らかにした。また、他の菌に比べて乳酸菌は過酸化水素に対して抵抗性を示した事から、LAO1が産生する過酸化水素は外部から侵入してくる細菌群に対してバリアとして働き、乳酸菌を優先的に生息させると考えられた。人においても母乳を飲んでいる乳児の菌の多様性は抑えられており、母乳摂取を止めると多様性が増えていくことが知られているが、人の母乳を用いた実験ではアミノ酸代謝による過酸化水素産生はマウスに比べてかなり低いことが確認された。この結果から、人の乳児の腸内細菌叢では主にビフィズス菌が多いことから、別の仕組みが存在すると推察された。
「哺乳期の腸内細菌叢の違いと成長後の脳機能の違いとの相関性の解明」については、生後10日目の乳子において、腸内細菌叢の多様性が低い個体と高い個体の脳海馬内において神経のミエリン鞘形成に関わる遺伝子群の発現が多様性の高い個体で抑えられており、その中の一つであるGAL3ST1遺伝子発現の低下は、それらの乳子マウスから採取された糞便を移植した無菌マウスにおいても確認された。また、成長後においてミエリン結合タンパクの低下も確認されている。すなわち、哺乳中における乳子の腸内細菌叢の多様性は海馬におけるGAL3ST1発現に関与し、ミエリン鞘形成に影響を及ぼすことが示唆された。

研究成果

• [国際共同研究] Chinese Academy of Sciences(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Chinese Academy of Sciences
• [国際共同研究] Qatar Biomedical Research Institute(カタール)
  • 国名: カタール
  • 外国機関名: Qatar Biomedical Research Institute
• [雑誌論文] Gut microbiota development in mice is affected by hydrogen peroxide produced from amino acid metabolism during lactation (2019)
  • 著者名/発表者名: Shigeno Y, Zhang H, Banno T, Usuda K, Nochi T, Inoue R, Watanabe G, Jin W, Benno Y, Nagaoka K
  • 雑誌名: FASEB J 巻: 33 ページ: 3343-3352
  • DOI: doi: 10.1096/fj.201801462R.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ovarian progesterone suppresses depression and anxiety-like behaviors by increasing the Lactobacillus population of gut microbiota in ovariectomized mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Sovijit WN, Sovijit WE, Pu S, Usuda K, Inoue R, Watanabe G, Yamaguchi H, Nagaoka K
  • 雑誌名: Neurosci Res 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: doi: 10.1016/j.neures.2019.04.005.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of non-purified and semi-purified commercial diets on behaviors, plasma corticosterone levels, and cecum microbiome in C57BL/6J mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Toyoda A, Shimonishi H, Sato M, Usuda K, Ohsawa N, Nagaoka K
  • 雑誌名: Neurosci Lett 巻: 670 ページ: 36-40
  • DOI: doi: 10.1016/j.neulet.2018.01.025.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hippocampal metabolism of amino acids by L-amino acid oxidase is involved in fear learning and memory (2018)
  • 著者名/発表者名: Usuda K, Kawase T, Shigeno Y, Fukuzawa S, Fujii K, Zhang H, Tsukahara T, Tomonaga S, Watanabe G, Jin W, Nagaoka K
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 8 ページ: 11073
  • DOI: doi: 10.1038/s41598-018-28885-x.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 雌ウマの発情周期中における腸内細菌叢の変化と性ホルモンとの関係 (2018)
  • 著者名/発表者名: 外山晴香、村瀬晴崇、佐藤文夫、井上亮、渡辺元、永岡謙太郎
  • 学会等名: 日本繁殖生物学会
• [学会発表] 泌乳期の母体と子を守る母乳中アミノ酸代謝について (2018)
  • 著者名/発表者名: 永岡謙太郎
  • 学会等名: 日本乳房炎研究会
  • 招待講演
• [備考] 母乳が赤ちゃんの腸内細菌叢を制御する機構の解明―過酸化水素が乳酸菌を増やす！？―
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/outline/disclosure/pressrelease/2018/20181115_01.html
• [備考] 獣医生理学研究室
  • URL: http://web.tuat.ac.jp/~nvetphys/