第 15 回腸内細菌学会

79受賞講演 2

プレバイオティクスおよびプロバイオティクスの腸管 IgA 分泌促進作用に関する研究中村吉孝
株式会社 明治研究本部

食機能科学研究所

腸管で産生される分泌型 IgA（SIgA）は体内へ侵入しようとする病原体や食物抗原に対して抗体反応を起こし，粘膜表面および感染細胞内において初期段階の感染防御に寄与している．粘膜固有層に存在
す る 形 質 細 胞 に お い て 産 生 さ れ た 多 量 体 IgA（pIgA）は ，上 皮 細 胞 に 発 現 し て い る polymericimmunoglobulin receptor（pIgR）と結合し，細胞内を輸送され管腔内に分泌される．つまり，SIgA の産生には形質細胞と上皮細胞の両者のユニークな協働が必要である．これまでプレおよびプロバイオテ
ィクスが腸管粘膜に存在する形質細胞の pIgA 産生を促進することが報告されてきた．一方，プレおよびプロバイオティクスが腸管上皮細胞の pIgR 産生に与える影響はほとんど未解明であった．そこで本研究では pIgR の産生にプレバイオティクス（フラクトオリゴ糖）およびプロバイオティクス（ビフィズス菌）が与える影響を詳細に検討した．
1）フラクトオリゴ糖による pIgR 産生の増加効果
新生仔マウス（BALB/c）にカゼイン精製飼料（FOS（−））または，5 ％ FOS 添加飼料（FOS（＋））
を経口摂取させた．生後 38 日齢において腸管組織中の pIgA 量を測定したところ，FOS（−）に比べFOS（＋）で空腸，回腸および大腸の組織中 pIgA 量がそれぞれ約 2 倍に増加した．同様に生後 36 日齢において腸管組織中の pIgR 量を測定したところ，FOS（−）に比べ FOS（＋）で回腸および大腸の組織中pIgR 量がそれぞれ約 1.5 倍に増加した．さらに生後 37 日齢において FOS（−）に比べ FOS（＋）で回腸分泌液中の SIgA 量が約 2 倍に増加しており，pIgA と pIgR の増加に一致した．
2）Bifidobacterium bifidum OLB6378（BB6378）による pIgR 産生の増加効果
在胎 18 日目のマウス胎児（BALB/c）より得た腸管組織を BB6378（加熱処理菌体）と共に 20 時間培養したところ，pIgR 遺伝子発現が 2 〜 5 倍に増加した．これら効果は回腸および大腸で顕著であったが，空腸においては認められなかった．同様に BB6378 は大腸組織の pIgR タンパク質量を増加させた．DNA
マイクロアレイ解析により BB6378 は回腸および大腸の IL-1α および IL-1β 遺伝子発現を増加させることが確認された．遺伝子発現と同様に BB6378 により IL-1α タンパク質発現が増加したが，IL-1β については BB6378 の有無によらず腸管組織でのタンパク質発現が認められなかった．これらより BB6378 によるpIgR 産生の増加には，IL-1α の産生増加が関与する可能性が高いと考え，IL-1α ノックアウトマウスを用いて同様の検討を実施した．我々の予想に反し，BB6378 による pIgR 遺伝子発現増加は，IL-1α ノックア
ウトマウスと通常マウスで同程度に認められた．したがって，BB6378 により誘導される内因性の IL-1αが pIgR 産生増加に直接関与する可能性は低いと考えられた．
以上より，プレバイオティクスおよびプロバイオティクスは形質細胞における pIgA の産生に加え，上皮細胞における pIgR の産生を調整し，これら両者の協働の結果として腸管 SIgA の産生を増加させることが示唆された．

受賞
講演

80

腸内細菌学雑誌

25 巻 2 号

2011

Up-regulation of Intestinal SIgA Secretion by Prebiotics and Probiotics
Yoshitaka Nakamura
Food Science Institute, Division of Research and Development, Meiji Corporation
Secretory IgA (SIgA) can inhibit initial pathogen colonization by performing immune exclusion bothon the mucosal surface and within virus-infected secretory epithelial cells. The polymeric immunoglobulin receptor (pIgR) is an integral membrane protein expressed by intestinal epithelial cells. The physiological role of pIgR is to bind and transport polymeric IgA (pIgA) antibodies across the intestinal
epithelial cell layer. Thus, the intestinal secretory immune system is generated by a unique cooperation
between two distinct cell types: lymphatic plasma cells that produce pIgA, and non-lymphatic epithelial cells that express pIgR. A considerable number of researchers have focused on the effect of prebiotics and probiotics on the expression of pIgA. However, it had not yet been determined whether prebiotics and probiotics influence the expression of intestinal pIgR. Therefore, we investigated the effectof prebiotics and probiotics on the expression of intestinal pIgR.
I) We have studied the effect of dietary fructooligosaccharides (FOS), one of the representative prebiotics, on mucosal immune response in the mouse intestine. Newborn BALB/c mice were fed a control diet based on casein (FOS(−) diet) or FOS(−) diet supplemented with 5 ％ FOS (FOS(＋) diet).
Intestinal pIgA levels in the FOS(＋) diet group at 38 day of age were about two-fold higher than thosein the FOS(−) diet group in the jejunum, ileum, and colon. The ileal and colonic pIgR expression in theFOS(＋) diet group at 36 days of age was 1.5-fold higher than in the FOS(−) diet group. Consistent withthese results, the ileal SIgA secretion rate of the FOS(＋) diet group at 37 days of age was two-foldhigher than that of the FOS(−) diet group.
II) We examined the effects of Bifidobacterium bifidum OLB6378 (BB6378), a potential probiotics, on
the mucosal immune system in a mouse intestinal explant model. Addition of heat-inactivated BB6378
to intestinal explants prepared from embryonic day 18 BALB/c mice increased the expression of pIgRmRNA by 2–5-fold. These effects were observed on ileal and colonic, but not on jejunal explants. Upregulation of pIgR protein expression in colonic explants was also detected after 24-h culture. The resultsof DNA microarray analysis of ileal and colonic samples indicated that BB6378 increased gene expression of interleukin (IL)-1α and IL-1β. IL-1α content in colonic explants was significantly increased after
20 h of culture with BB6378, but IL-1β was not detectable in either unstimulated or stimulated explants.
We then examined the involvement of endogenously induced IL-1α in pIgR mRNA up-regulation by using
IL-1α knockout (KO) mice. Contrary to our expectations, pIgR mRNA isolated from colonic explantsfrom BALB/c or IL-1α KO mice were equally up-regulated by BB6378. Therefore, our data suggest thatIL-1α, endogenously induced by BB6378, might not contribute to the up-regulation of pIgR expression.
Taken together, our findings suggest that prebiotics and probiotics increase the expression of intestinal pIgR as well as that of pIgA.