2021 年 4 ⽉ 10 ⽇
報道関係者各位
国⽴⼤学法⼈筑波⼤学

メタボ患者の⻭周病は運動で改善する〜運動療法が⼝腔内環境に及ぼす効果を実証〜
⻭周病はさまざまな全⾝疾患と関連しており、とりわけ、メタボリック症候群の患者で、⾼い有病率が⾒られます。メタボリック症候群は、肝臓においては、⾮アルコール性脂肪性肝疾患（nonalcoholicfatty liver disease: NAFLD）や⾮アルコール性脂肪性肝炎 (nonalcoholic steatohepatitis: NASH)といった形で現れます。また、⾝体活動と⻭周病の発症には関連性があると考えられていますが、エビデンスには乏しいのが現状です。NAFLD や NASH の⼀般的な治療法は、⾷事および運動療法であり、本研究チームはこれまでに、NAFLD や NASH 患者について、運動療法後に⻭周病菌が減少することを報告しています。そこで本研究では、そのメカニズムを解明するために、運動療法の介⼊前後の唾液成分の分析と⼝腔内細菌叢のゲノム解析を実施しました。
⻭周病と診断された NAFLD の中年肥満男性 49 名を対象に、3 か⽉間の運動療法を実施し、その前後で唾液を収集し、炎症に関わる物質である唾液中の免疫グロブリン A（IgA）、菌体内毒素lipopolysaccharide（LPS）、TNF-α、ラクトフェリンの測定、および、⼝腔内細菌叢のゲノム解析を⾏いました。また、中年肥満男性 21 名を対象に⾷事療法を実施し、運動療法の効果との⽐較を⾏いました。
その結果、運動療法によって、⼝腔内細菌叢の種多様性が増⼤すること、また、LPS 産⽣に関わる⻭周病菌の菌数と LPS 産⽣能が減少することが分かりました。すなわち、運動療法には、⼝腔内環境を改善する新しい効果があることが⽰唆されました。

研究代表者
筑波⼤学医学医療系
正⽥ 純⼀ 教授

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研究の背景⻭周病は様々な全⾝疾患と関連しています。⻭周病の有病率はメタボリック症候群において⾼率です。
メタボリック症候群の肝臓における表現型の⼀つに、⾮アルコール性脂肪性肝疾患（nonalcoholic fatty
liver disease: NAFLD）があり、現在、我が国において NAFLD と⻭周病の両者は顕著に増加しています。
NAFLD のうち、⾮アルコール性脂肪性肝炎 (nonalcoholic steatohepatitis: NASH)は、「細菌性肝炎」とも称されており、グラム陰性菌の細胞壁成分である菌体内毒素 lipopolysaccharide（LPS）注１）が、その病態に⼤きく影響を及ぼしています。すなわち、LPS の蔓延が、全⾝性の炎症・酸化ストレス障害を引き起こし、肝病変を進展させると考えられています。
これまで LPS は、腸内細菌由来とされてきましたが、近年、NASH と⻭周病菌感染の関連性が報告されています。我が国でも、NASH と⻭周病が劇的に増加しているという臨床疫学のデータより、LPS の供給源は腸内細菌のみとは限らず、⻭周病菌もその⼀翼を担っている可能性が指摘されています。
また、⻭⾁炎や⻭周炎の指標は、⾝体活動度が低い者や、⽇常⽣活における運動習慣に乏しい者で悪化していることから、⾝体活動と⻭周炎の発症には関連性があると⾔われています。しかしながら、こういった報告はいずれも横断的な研究であり、エビデンスとしての信頼性が低いため、⻭周病に対する運動療法の介⼊研究が求められています。
⼀⽅、NAFLD や NASH の予防と治療には、⾷事および運動療法以外にコンセンサスが得られた⽅法は未だありません。本研究チームでは、これまでに、NAFLD を有する中年肥満男性を対象とした、⾷事と運動療法の臨床試験「減量教室」（良質な運動習慣、⾷習慣を⾝に付けることを⽬的としたプログラム）を実施してきました。その中で、運動療法が⻭⾁炎や⻭周炎などの⼝腔内環境を改善することを明らかにしています。そこで本研究では、このプログラムにおいて、3 ヶ⽉間実施した運動療法と⾷事療法の前後で、収集した唾液の成分分析、⼝腔内細菌叢のゲノム解析、さらに細菌叢の代謝機能の解析を実施し、運動療法が誘導する⼝腔内環境の改善の分⼦メカニズムを調べました。
研究内容と成果
運動介⼊については、本学において実施された「減量教室」の参加者のうち 49 名を対象に、講義とレジスタンス運動、有酸素運動を、1 回 90 分、週 3 回⾏うプログラムを、2014 年 9 ⽉から 11 ⽉までの 12週間に実施しました。また、⾷事介⼊を、同じく 21 名を対象に、栄養や⾷習慣についての講義や相談を、1 回 90 分、週１回⾏うとともに、毎⾷摂取した品⽬を記録し、1 ⾷ 560kcal、1 ⽇ 1680kcal を⽬標値とするプログラムを、2015 年 4 ⽉から 6 ⽉までの 12 週間に実施しました（図 1）。
その結果、運動介⼊群と⾷事介⼊群において年齢、体重、BMI、脂肪量、徐脂肪量の介⼊前値に差はありませんでした。運動介⼊群においてプログラム前後で、体重、BMI、徐脂肪量が増加を⽰しましたが、脂肪量は減少しました。⼀⽅、⾷事介⼊群においてプログラム前後で、体重、BMI 注２）、脂肪量、徐脂肪量は減少しました。また、運動介⼊群においてその前後において、TNF-α 注３）、LPS、IgA 注４）といった、炎症に関わる物質、および⻭周炎のバイオマーカーであるラクトフェリンの濃度が減少しました。⼀⽅、⾷事介⼊群においては、その前後で、これらの物質の有意な変動は認められませんでした（表）。
また、運動介⼊前後で採取した唾液を⽤いて⼝腔内細菌叢のゲノム解析を⾏い、⽣物群集内の種多様性を表す指標であるα多様性とβ多様性について⽐較しました。α多様性とは、菌数指標（Observedspecies）注５）、菌種数の期待値（chao-1 index）注６）、菌の均等度指数（Shannon index）注７）から成る、各サンプル中に存在する細菌の多様性、つまり菌の種類と頻度を解析したもの、β多様性とは、群間での細菌の多様性を解析したものです。介⼊前後の⽐較では、α多様性において有意差は認めなかったものの、介⼊後に菌の種多様性が増⼤する傾向が⾒られました。また、β多様性については有意差が認めら
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れ、種多様性の増加が認められました。これらの結果から、運動療法により、⼝腔内細菌叢の種多様性が増⼤することが明らかとなりました（図 2）。
さらに、⼝腔内の菌種組成⽐解析では、⼝腔常在細菌である Actinomyces、Corynebacterium、Lautropia、Campylobacter の菌数が運動介⼊後に増加した⼀⽅、⻭周病発症に関わるとされる Prevotella は減少しました（図 3）。加えて、メタゲノム機能予測注８）の解析では、LPS ⽣合成に関わる各代謝経路において（K02844 を除く）、代謝遺伝⼦群の発現量の減少が認められました（図 4）。
本研究は、運動療法が⼝腔内環境に及ぼす効果として、唾液中の炎症に関わる物質の濃度減少、⼝腔内細菌の種多様性増⼤、⼝腔内細菌のLPS⽣合成に関わる遺伝⼦の発現量減少、を明らかにしました。特に、運動療法が⼝腔内細菌叢の種多様性を増⼤させたことは注⽬に値します。種多様性の増⼤によって、⼝腔内マクロファージの異物貪⾷能が増⼤するとともに、唾液中のLPSとTNF-αを減少させて炎症病態を軽減し、⻭周病の臨床指標（⻭周ポケットの深さや出⾎の有無）の改善をもたらす、というメカニズムが推測されます（図5）。
今後の展開
⽇頃から運動習慣のある⼈では⻭周病の有病率が低いという解析結果が、2019 年に報告されていますが、⼀般に、運動が健康にもたらすベネフィットに関する具体的なエビデンスは、必ずしも⼗分に⽰されていないのが現状です。本研究により、NAFLD 肥満者について、運動療法が、⼝腔内の細菌叢の構成や唾液成分の変化を介して⻭周病の改善をもたらすことが実証され、肥満者、糖尿病、⾼齢者など⻭周病の⾼リスクグループに対する健康管理の⼀環として、運動療法の重要性がより明確になったと⾔うことができます。
今後、NAFLD 肥満者に加えて、⾮肥満者、⾼齢者を対象とした、前向き（prospective）に⼤規模な無作為化対照の臨床試験を考案し、運動療法が持つ⻭周病に対する特有の改善効果とそのメカニズムについてさらに解明していく予定です。

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参考図

図１ 本研究における介⼊試験参加者の分類に関するフローチャート

表 運動および⾷事プログラムの介⼊前後における体組成および⽣化学特徴の変化とそれらの⽐較
運動介⼊プログラム（E）
前 (n = 49)

後 (n = 49)

⾷事介⼊プログラム（D）
P値

前 (n = 21)

後 (n = 21)E vs. D
P 値

P値

⾝体測定値
年齢

49.2±8.3

体重, kg53±9.90.068

83.1±13.5

83.6±13.40.026

82.1±10.572.8±9.5<0.001 <0.001

BMI, kg/m

28.2±3.928.4±3.90.024

29.1±2.425.9±2.3<0.001 <0.001

脂肪量, kg

21.4±6.6

20.6±6.6<0.00120.9±4.915.9±4.8<0.001 <0.001

除脂肪量, kg

62.3±8.4

63.5±8.1<0.00161.1±7.956.6±7.5<0.001 <0.001

TNF-α(pg/mL)

3.5±4.6

0.9±0.80.002

0.1±00.1±00.145<0.001

ラクトフェリン(pg/mL)4743.7±3200.2

3826.3±3375.7

0.024

5350.7±3226.4

4133.1±3466.8

0.279

0.88

LPS (EU/mL)

13252.2±11941

9959.5±7417.1

0.039

6919.8±7799.5

8423.5±8524.4

0.339

0.05

IgA (ug/mL)

207.8±182.9

166.4±142.2

0.022

251.1±99.4

233.6±1420.3940.7152

⽣化学的測定値＊数値は平均±標準偏差として表される。E vs. D は、運動群と⾷事群の介⼊前後における測定値の変化の⽐較を⽰す。
＊P 値とは、有意差を判断するための統計値であり、0.05 未満の場合に有意差ありと判断する。

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図 2 ⼝腔内細菌叢のゲノム解析：α多様性とβ多様性の変化

図 3 ⼝腔内細菌叢のゲノム解析：菌種組成⽐解析5図 4 ⼝腔内細菌叢のメタゲノム機能予測解析：LPS ⽣合成に関わる遺伝⼦群の変化

図5 運動療法が⻭周病を改善するメカニズム
⽤語解説
注1） LPS：リポ多糖のことであり、内毒素とも⾔われる。主としてグラム陰性菌の外膜に存在する多糖から構成される物質。種々の炎症性サイトカインの分泌を促進する作⽤を持つ。
注2） BMI：体重と⾝⻑から算出される肥満度を表す体格指数。
6注3） TNF-α：腫瘍壊死因⼦-αのことであり、代表的な炎症性サイトカインの⼀つである。
注4） IgA：免疫グロブリンAのことであり、粘膜表⾯で病原体や毒素に結合し、それらの機能を無効化することによって、ヒトの⾝体を守る役割を果たしている。
注5） 菌数指標（Observed species）：サンプル中に含まれる菌種の豊富さをカウントしプロットしたもの。
注6） 菌種数の期待値（chao-1 index）：菌種の豊富さに加え、まれにしか出現しない菌株を考慮してプロットしたもの。
注7） 菌の均等度指数（Shannon index）：菌種の豊富さに加え、均等度を考慮してプロットしたもの。
注8） メタゲノム機能予測解析：検体に含まれる細菌叢が持つ遺伝⼦の機能を予測する解析⼿法。

研究資⾦
本研究は科学研究費補助⾦、他の研究プロジェクトの⼀環として実施されました。
掲載論⽂【題 名】 Effects of Exercise on the Oral Microbiota and Saliva of Patients with Non-alcoholic Fatty
Liver Disease（運動はNAFLDを随伴する⽇本⼈男性の⼝腔内細菌叢と唾液成分の異常を改善する)【著者名】 Uchida F, Oh S, Shida T, Suzuki H, Yamagata K, Mizokami Y, Bukawa H, and Shoda J【掲載誌】 International Journal of Environment Research & Public Health【掲載⽇】 2021 年 4 ⽉ 9 ⽇【DOI】

10.3390/ijerph18073470

問合わせ先【研究に関すること】
正⽥ 純⼀（しょうだ じゅんいち）
筑波⼤学医学医療系 医療科学 教授
筑波⼤学附属病院 つくばスポーツ医学健康科学センター
URL: https://trios.tsukuba.ac.jp/researcher/0000001611【取材・報道に関すること】
筑波⼤学広報室
Tel: 029-853-2040
E-mail: kohositu@un.tsukuba.ac.jp

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