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本研究の目的は、心不全における心と腸の関連を探究し、腸内生態系の異常が心不全の病態生理において果たす役割を解明することである。腸内細菌叢は、極めて多様な代謝物質を産生するとともに、宿主のエネルギー代謝や免疫機能にも大きく関与し、宿主の恒常性維持に重要な役割を果たしている。腸内細菌叢の構成異常が、消化管疾患だけでなく、炎症性疾患・代謝性疾患・腫瘍性疾患・脳神経疾患・心血管疾患など多くの疾患で見られることが、メタゲノム解析によって明らかになっている。無菌動物に腸内細菌叢を移植する研究から、腸内細菌叢の機能異常が幅広い疾患の病態に密接に関与していると考えられている。
本研究では、腸内細菌叢が食餌との相互作用を介して心筋の構造に影響を及ぼしている可能性を検証した。まず、マウスの腸内細菌叢への介入によって心筋の構造がどのように変化するか確認した。マウスに4種類の抗生物質を経口摂取させて腸内細菌叢を喪失させると心重量が減少することを発見した。さらに、マウスに1種類の抗生物質を経口摂取させるだけで、糞便の代謝物質プロファイルおよび心臓の遺伝子発現プロファイルに大きな変化が見られ、心重量が減少することも明らかになった。また、心不全モデルマウスに抗生物質を経口摂取させると心肥大が軽減することも見出した。さらに、マウスに与える食餌内容を変えて同様の実験を行ったところ、抗生物質の経口投与によって生じる心筋構造の変化の程度が食餌内容によって大きく異なることを発見した。
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