動物モデルを用いたヘリコバクター・ピロリ感染症の治療法の開発
喜多正和
京都府立医科大学大学院医学研究科実験動物センター

1．ヘリコバクター感染症
ヒトに感染症をおこす代表的なヘリコバクター属の細菌は Helicobacter pylori（H. pylori）である。H.
pylori はグラム陰性のらせん状の桿菌で，4 〜 8 本の鞭毛をもつ。微好気性で栄養要求が厳しく，酸素濃度 5％，二酸化炭素濃度 5 〜 10％の条件で専用の培地でしか増殖できない，分離や培養が難しい細菌である。自然環境では動物の胃内だけで増殖可能で，ウレアーゼを産生することにより胃酸を中和して酸性条件下でも生存できる。しかしながら，胃生検組織や糞便から coccoid form と呼ばれる球菌様のものが分離されることがあり，本菌の感染に関与していると考えられている。
H. pylori 感染は胃炎，胃潰瘍，十二指腸潰瘍から萎縮性胃炎，さらには胃癌，MALT リンパ腫などの胃悪性腫瘍の発生とも関連性が深いことが知られている。わが国において，50 歳以上の H. pylori 感染率は血清抗体価の保有者から推測すると 80％以上と非常に高く，H. pylori 感染の認められる有症状者に対する除菌療法が積極的に行われるようになってきている。1995 年，日本消化器病学会より除菌ガイドラインが発表され，2000 年には日本ヘリコバクター学会より「ヘリコバクター・ピロリ感染の診断と治療のガイドライン」が発表されている。また，除菌療法の保険適用は，これまで胃潰瘍，十二指腸潰瘍，MALT リンパ腫などが対象であったが，2013 年には慢性胃炎も追加となっている。一方，国際的には，H.
pylori 感染症に対する除菌療法により，消化性潰瘍の再発抑制効果が認められることが明らかとなっており，1994 年には，アメリカ国立衛生研究所（NIH）
は「H. pylori に感染している胃，十二指腸潰瘍患者は初回，あるいは再発にかかわらず抗菌剤を併用して治療すべきである」との統一見解を発表している。
また，1996 年には，ヨーロッパの H. pylori 研究グルー
プは，消化性潰瘍以外に，早期胃癌切除後（内視鏡93的粘膜切除後），胃 MALT リンパ腫に対しても除菌治療の対象とすることを推奨している。さらに，世界保健機関（WHO）の専門組織である国際がん研究機関は 2014 年，「胃がんの 8 割がピロリ菌の感染が原因で，胃がん対策はピロリ菌除菌を中心にすべき」とする報告書をまとめている。しかしながら，H.
pylori 感染者でも無症状で組織学的胃炎の状態で一生を終える者の方が多い。臨床的な病態に進行するには宿主側の要因，感染期間，環境因子などに加え，CagA などの多様な菌側の病原因子が関与すると考えられ，H. pylori 感染症の病態形成の機序を解明するためには動物モデルが必要である。
一方，ヒト以外の動物からも多数のヘリコバクター属の菌が検出されている。胃から分離されたものとしては，H. heilmannii がネコ，イヌ，サルから，H.
felis がネコ，イヌから，H.mustelae がハムスターから，
H. nemestrinae がブタオザルから，H. acironyx がチーターから検出されている。また，H. hepaticus と H.bilisが マ ウ ス の 肝 と 腸 管，H. canis が イ ヌ の 腸 管，H.
pullorum がトリの肝と腸管から分離されている。
2．マウスを用いた H. pylori 感染症モデル
H. pylori 感染症における病態形成機序の解明，ならびに H. pylori 感染症に対する治療法の開発のためには H. pylori 感染動物モデルが必要であり，現在までに H. pylori 感染に成功した動物としては，無菌ミ
ニブタ [1]，無菌ビーグル犬 [2]，アカゲザル [3]，カニクイザル [3]，ニホンザル [4]，ヌードマウス [5]，正常マウス [6]，遺伝子組換えマウス [7]，スナネズ
ミ（ジャービル）[8] などの報告がある。しかしながら，ミニブタ，ビーグル犬，サルなどの実験動物は飼育環境や飼育スペースの問題があるとともに，使用する薬物が多量に必要なこと，さらには多くの例数を必要とする実験には適さない。一方，マウスやスナネズミ用いたモデルではこれらの問題がなく，

実験動物感染症と感染症動物モデルの現状

われわれも，シドニー株を含めた多くの臨床分離遺伝的にも近交系が樹立されており，同一条件下での例数を増やした実験が可能であることなどから， 株用いて，H. pylori 感染マウスモデルを作成することを試みたが，シドニー株は報告されているほど感感染動物モデルとしての価値が高い。
染率が高い株ではなかった。また，H. pylori 感染症
マウスなどのげっ歯類は最も良く利用される実験における病原因子を解析する目的で，各種サイトカ動物であるが，当初，マウスにはヒトから分離されイン遺伝子欠損マウスを用いて以下のような知見をた H. pylori は感染しないと考えられていた。その理得ている。
由の一つとして免疫学的な機構が想定されていたのH. pylori 感染症におけるサイトカインの関与につで，Karita らは免疫不全マウスであるヌードマウス
いては臨床例を中心に多数の報告があるが，H. pyloriを用いることにより，H. pylori を感染させることに成功した [5]。ヌードマウス胃への感染は少なくとも感染症において生体における感染防御機構や病態形20 週間は継続し，感染 4 週目から単核球をはじめと成機構を解明するには動物モデルを用いる方法が有した炎症細胞の浸潤が認められたが，胃・十二指腸効である。さらに H. pylori 感染症におけるサイトカ潰瘍を形成するまでには至らなかった。ヌードマウ
インの役割を解明する手段として各種サイトカイン
スにおいては，H. pylori 感染により慢性胃炎は惹起遺伝子欠損（KO）マウスを用いることは非常に重要されるものの，その炎症の程度は軽度であり，免疫な研究手段である。そこで，われわれは H. pylori 感が関与するワクチン開発を目的とする実験には不適染症におけるサイトカインの役割を解明するため KOであった。
マウスを用いて検討した。その結果，Th1 サイトカ
そこで，正常マウスを用いた H. pylori 感染モデル
インである IFN-γKO マウスでは正常マウスに比べ，の開発が進められ，Marchetti らは H. pylori 臨床分離感染率が有意に高くなり，胃内菌数も有意に多かった [10]。これらの結果は，IFN-γ が感染防御に働いて株を 1 回経口投与することにより CD1 マウスの胃粘いることを示している。しかしながら，胃炎などの膜に高率に感染させることに成功した [6]。H. pylori
病変を比較してみると，H. pylori 感染により正常マ臨床分離株は少なくとも 8 週間は胃に定着し，感染ウスでは細胞浸潤を伴う胃炎を発症したのに対し，したマウスの胃から菌を再度分離し，別のマウスに感染させると，その感染力が増強していた。この時， IFN-γKO マウスではまったく胃炎を発症しなかった
同時に標準株である NCTC11637 株も感染させたが， （図 1）。すなわち，IFN-γ は菌の胃内定着に対しては感染防御因子として作用するが，炎症に対しては増感染は成立しなかった。これらの結果から，実験動悪因子として作用していることになり，急性感染期物に H. pylori 感染を成立させるためには，宿主側の要因ももちろんであるが，菌側の要因，特に菌株のと慢性感染期とではその役割が変化する可能性が示種類や菌の状態なども重要であることが示唆される。
唆された。また，TNF-αKO マウスでは，胃内菌数はその後，安定した H. pylori 感染マウスモデルを確正常マウスに比べ有意に多かったものの炎症の程度立するため，Lee らはシドニー株と呼ばれるマウスはほぼ同程度であり，胃炎の発症には TNF-α は関与の感染に適した菌株を樹立した [9]。シドニー株は本していないと考えられる。一方，Th2 サトカインで来，臨床分離株であるが，マウスに繰り返し感染さある IL-4KO マウスでは正常マウスに比べ強い細胞せることにより，マウスに馴化させた感染性ならび浸潤をともなう胃炎が惹起され，IFN-γKO マウスとに病原性が強く形質が安定した株である。病原性因まったく逆の結果が報告されている [10]。さらに，IL-10KO マウスを用いた研究では，IL-10 の欠損によ子として知られている VacA 陽性 CagA 陽性で，感染率は 100％，マウス胃に は 106 〜 107 colony forming
り胃内菌数は正常マウスに比べ少なくなるものの，units (CFU)/g 長期間定着すると報告されている。感より強い胃炎や腸炎を起こすことが報告されており[12]，菌の胃内定着におけるサイトカインの役割と炎染部位は胃粘膜全体に及ぶが，特に幽門部と胃体部症におけるサイトカインの役割を区別して考える必の境界部に多く検出され，この部位は胃潰瘍の好発要があることが示唆される。また，H. pylori 感染に部位と一致する。感染 8 ヶ月間の観察によると，胃粘膜病変は徐々に進行し，慢性胃炎の病態を呈する。 おいては Th1 優位のサイトカインが産生され，病態形成においても Th2 サイトカインよりも Th1 サイト
著明な炎症性細胞の胃粘膜内浸潤をともない，リンカインが重要な役割を果たしていると考えられる。
パ瀘胞の形成，さらには胃粘膜の萎縮が認められてい る。 ま た， 感 染 率 に マ ウ ス 系 統 差 が 認 め ら れ， 近年，Th1 および Th2 サイトカイン以外の炎症性サ
BALB/c，DBA/2，C3H/He マ ウ ス に も 感 染 す る が， イトカインとして IL-17 が発見された。IL-17KO マ
C57BL/6 マウスがもっとも胃内定着菌数が多く，感ウスにおいては，H. pylori 感染 6 ヵ月後でも胃粘膜染モデルとして優れている。にほとんど炎症病変が認められなかったことより，H.

94

図 1．正常（A）および IFN-gamma 遺伝子欠損マウス（B）の胃粘膜病変

図 2．H. pylori 感染症におけるサイトカインの役割

pylori 感染症においては，従来知られていた Th1 サ
イトカインに加え，新規に発見された炎症性サイトカインである IL-17 も胃炎の発症に重要な役割を果たしていることが示唆された 13）。これらの解析結果は，今後の新規治療薬の開発に有用であると考えられる（図 2）。

3．マウス感染モデルを用いた薬剤耐性菌に対する代替療法の開発
H. pylori 感染症の除菌療法として，酸分泌抑制剤（PPI）と抗生物質 2 剤の triple therapy などが実施されているが，近年，クラリスロマイシンやメトロニダゾールなどの抗生物質に対する耐性菌の出現が問題となっている。そこで，H. pylori 感染症に対する新たな補完・代替療法を開発する目的で漢方薬の薬

95実験動物感染症と感染症動物モデルの現状

表 1．マウス感染モデルを用いた薬剤耐性 H.pylori に対する生薬の治療効果
Number of colonies(X10 CFU/g tissue)
Control

Detection by PCR

1520 ± 370

positive0 ± 0**

negative

Rhei Rhizoma（大黄）1660 ± 207

positive

Artemisiae Capillari Flos（茵陳蒿）

Coptidis Rhizoma（黄連）114 ± 61**

positive

Glycyrrhizae Radix（甘草）0 ± 0**

negative

Caryophylli Flos（丁子）0 ± 0**

negative* p<0.05, ** p<0.01

剤耐性 H. pylori に対する抗菌効果を in vitro および invivo で検討した。その結果，1）補中益気湯は薬剤感受性菌および耐性菌に対して同様の抗菌効果を示す
こと，2）補中益気湯の抗菌効果は in vitro および invivo で認められること，3）補中益気湯は抗生物質と併用することにより抗菌効果が増強され，完全に除菌することが可能であることなどを明らかにした。
さらに，18 種類の生薬を対象に H. pylori に対する抗菌効果を検討した結果，黄連，甘草，丁子が 1 mg/ml 以上の濃度で強い抗菌活性を示し，薬剤耐性菌に対しても同様の効果を示した。また，クラリスロマ
イシン感受性株をそれぞれの薬剤含有培地にて継代培養した結果，クラリスロマイシン耐性菌は出現したが，漢方薬耐性菌は出現しなかった。また，マウスにこれらの生薬を経口投与した結果，胃内菌数は生薬投与群では非投与群に比較して有意に抑制されていた（表 1）。以上の結果，漢方薬および生薬は H.
pylori 感染 6 ヵ月後でも胃粘膜にほとんど炎症病変が認められなかったことより，H. pylori に対して抗菌効果を示すこと，またその効果は抗生物質に対する耐性菌に対しても有効で，長期使用によっても新たな耐性菌の出現が認められないことが明らかとなり，
H. pylori 感染症に対する補完・代替療法として有用であることが示唆された。
4．スナネズミを用いた H. pylori 感染症モデル
スナネズミ（Mongolian gerbil）は，てんかん発作を起こしやすい実験動物として，てんかんの研究のほか，脳梗塞／脳虚血および老化やアルツハイマーなどの脳に関する研究，腫瘍に関する研究に用いられていたが，Yokota らは正常スナネズミに H. pylori感染が容易に成立することを報告した [8]。マウスでは感染が困難であった NCTC11637 株を 1 回経口投与するだけで，胃粘膜への H. pylori 感染が成立し，少なくとも 2 ヶ月は定着することを観察している。その後，Hirayama らもスナネズミに H. pylori 感染が容易に成立し，感染 6 ヶ月後にはマウス感染モデルでは観察されなかった胃潰瘍が発生することを報告した [14]。一方，H. pylori 感染と胃癌との関連については，ヒト以外の動物を用いた数多くの実験にも関わらず証明ができないままであったが，疫学調査の結果から明らかになっていった。そして 1994 年には国際がん研究所（IARC）が発行している IARC 発癌リスク一覧に，グループ 1（definite carcinogen: 発癌性がある）の発癌物質として記載された。その後，日本から有用な成果が相次いで報告された。1998 年には，Watanabe らは長期間飼育した H. pylori 感染スナネズミに胃癌が発生したことを報告し，コッホの原則に基づく最初の証明とされた。この年にはさらに Tatematsu らによって，発癌物質投与とピロリ菌感染を組み合わせた，より効率の高い動物胃癌モデルが確立されている [15]。スナネズミに化学発癌物質である MNU や MNNG を経口投与すると，腺胃に胃癌が発生する。これらの化学発癌物質を投与したスナネズミに H. pylori を感染させると，胃癌発生率は有意に上昇する。スナネズミに発生する胃癌は組織学的にも多彩で，高分化型腺癌，低分化型腺癌および印環細胞癌の発生も認められ，ヒト胃癌のモデルとして有用であると考えられている [16–18]。また，このスナネズミ発癌モデルを用いて，数多くの発癌予防効果の実験が行われている [19]。
5．H. pylori 感染症動物モデルの選択
H. pylori 感染症動物モデルの標準化のために，スイスのローザンヌで開催された H. pylori 感染症に対するワクチン開発に向けた会議において，以下のよ96

うな基準が提案されている。1）胃粘膜に H. pylori が定着し，コロニーとして検出され，かつ幽門部や胃体部にヒトと類似した病変を誘起すること，2）胃重量あたりの H. pylori 菌数が十分認められること，3）胃上皮細胞への接着が認められること，4）長期間，持続的に感染していること，5）In vitro で継代培養を繰り返しても，動物に感染できる安定な菌株を用いること [20]。これらの基準を満たす実験系として，シドニー株を用いたマウス感染モデルがあげられるが，スナネズミ感染モデルでは残念ながらすべての基準は満たさない。
当然ながら，実験目的に合わせて感染モデルを選択すべきである。例えば，薬物の除菌効果や除菌治療の開発あるいはワクチンの開発が目的であればマウス感染モデルが適している。しかしながら，除菌効果と同時に胃粘膜病変の発生予防や治療効果を検討する場合にはスナネズミ感染モデルが適している。
特に，胃潰瘍や胃癌を作成することはマウス感染モデルでは現在のところ困難であり，スナネズミ感染モデルしか使用できない。近年，CagA 遺伝子トランスジェニックマウスを用いて，マウスに胃癌を発生させることに成功しているが，感染症モデルではないため，動物モデルとしては利用が限定される[21]。ただし，マウスではすでに多くの薬剤投与実験が実施されているため，投与薬剤量を想定しやすいが，スナネズミではまだ薬剤投与実験の実施数が少ないため，薬剤の用量設定が難しいという問題はある。
一方，慢性胃炎などの病態機序の解明や治療機序の解明が目的である場合，マウス感染モデルが適している。げっ歯類の中では，酵素，受容体，リガンドをはじめ生理機能や免疫機能，さらには遺伝子解析が最も進んでいる動物であり，さまざまな抗体を含む種々の試薬が入手しやすい。さらに，数多くの遺伝子組換えマウスを利用することができるため，生体レベルでの解析が可能である。それに対し，スナネズミにおいてはマウスほどの解析は行われておらず，まだまだ基礎的な情報が不足している。
マウス，スナネズミ以外の動物モデルとして，H.
pylori 感染ラットモデルの開発も進められている。
ラットは胃炎および胃潰瘍の研究や治療薬の評価などに最も使用されている実験動物である。しかしながら，正常ラットに H. pylori 感染が成功した例はな
く，現在のところ H. pylori 感染動物モデルとしては
ほ と ん ど 利 用 さ れ て い な い。 今 後， さ ら な る H.
pylori 感染動物モデルの開発研究が進展し，ヒトの H.
pylori 感染症に対する新規の予防法および治療法の開発に寄与することを期待する。

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文

献

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