Regulation of the function of mast cells by commensal bacteria and probiotics

推奨研究

腸内共生菌及びプロバイオティクスによるマスト細胞の機能の制御
笠倉和巳
日本大学大学院

生物資源科学研究科・日本学術振興会特別研究員 DC〒 252-0880 神奈川県藤沢市亀井野 1866

【腸管免疫と腸内共生細菌 - プロバイオティクス】に作用し、腸管免疫系の維持に働くことが報告

食品の消化、吸収の場である腸管には生体されている。また、プロバイオティクスは腸内最大の免疫系である腸管免疫系が備わっている

細菌叢を整える食品成分として知られており、（図 1）。食品抗原は免疫学の自己・非自己の概プロバイオティクスの摂取により良好な腸内細念では非自己であり、経口摂取された食品抗原

菌叢を維持できれば疾病の予防・治療へアプロに対しては経口免疫寛容と呼ばれる現象が誘導ーチができることを示唆している。

され、過剰な免疫応答は誘導されない。一方、腸内共生菌及びプロバイオティクスの腸管

腸管には食品以外にも病原菌が侵入する機会が免疫系に対する作用経路には、それらが直接腸多く、これらの抗原に対しては積極的に排除す

管免疫系の細胞に作用する経路とプロバイオテ

るように IgA 抗体の産生をはじめとする免疫ィクスが腸内細菌叢を整えることで間接的に作応答が作動する。すなわち、腸管免疫系は我々用する経路があることが示唆されており、プロの生命維持に重要な食品成分は安全とみなし、

バイオティクス（食品成分）－腸内細菌－免疫

排除せず、病原菌などの有害なものだけを排除系というように三者を結びつけることができる

するという正と負の相反する免疫機構が備わっが三者の相互関係には解明されていない点が多ている。このように、腸管免疫は我々が生きてく存在する（図 2）。

いく中で必須のシステムを備えているが、ひと
たびこの巧みに制御されたシステムが破綻するとアレルギーや炎症性腸疾患など様々な疾患が引き起こされる。
腸管にはパイエル板、孤立リンパ小節、腸間膜リンパ節などから成る腸管関連リンパ組織（GALT）が存在する。そして、そこには全末
梢リンパ球の約 7 割にも相当するリンパ球が集積しているといわれており、脾臓、骨髄、末梢リンパ節などの全身免疫とは異なる免疫応答

図1

腸管免疫系
腸管は食品や共生細菌のほかに有害な病原を誘導している。
さらに、腸管には、500 ～ 1000 菌種、100兆個に及ぶ細菌が生息し、いわゆる腸内細菌叢を構成している。腸内共生菌は腸管の組織発達－ 85 －

菌に曝されている。しかしながら、そこには生体最大の免疫系が備わっており、生体にとって安全なものと有害なものを識別し、適切な免疫応答を誘導している。

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in Farm Animals Vol.5 No.3 2010

腸内共生菌及びプロバイオティクスによるマスト細胞の機能の制御が増悪される。このようにマスト細胞はアレル
ギー応答を誘導するエフェクター的役割以外にアレルギー応答の増悪サイクルを駆動するコンダクターとしても重要な役割を果たしている。
このようにアレルギー炎症を誘導する標的が明らかにされ、その分子メカニズムの研究が進められているが、アレルギー疾患の免疫システム、
病態は十分に解明されておらず、効果的な対症療法はあるものの、根治的な治療法は確立され

図 2 腸管免疫系と腸内共生菌 - プロバイオティクスていない。そのため、患者の QOL（Quality【マスト細胞のアレルギー応答に対するプロバ

of life）の低下が問題になっている。そこで、イオティクスの効果】

患者の QOL 維持、向上を図れるように発症機

食物アレルギーに代表される I 型アレルギー序、悪化因子など様々な観点から研究が進めら疾患を有する人は、厚生労働省の調査によるとれている。特に食品による抗アレルギー作用へ

国民の 30%以上にも上るうえ、今後も増加すの関心が高く、プロバイオティクスもそのひることが予想され社会問題になっており、治療、

とつである。これまで、プロバイオティクス

予防法の開発が世界中で望まれている。そこで、の抗アレルギー作用として Th1/Th2 のバラン

最近では、食品の持つアレルギーの予防・症状

スの改善 [1]、制御性 T 細胞の誘導 [2] などがの軽減効果が注目され、その利用に対する期待報告されているが、臨床試験において、Th1/が高まっている。

Th2 バランスが改善されないのにも関わらず、I 型アレルギーにおける炎症症状の誘導にはアレルギー炎症が軽減したという報告もあり

マスト細胞が関与している（図 3）。マスト細[3-5]、プロバイオティクスの抗アレルギー作

胞の細胞膜上に発現する FcεRI に IgE が結合

用機序は十分明らかにされていない。

し、そこに多価の特異的抗原が侵入し IgE を架橋することにより FcεRI が凝集し、細胞内にシグナルが伝達され、細胞が活性化する。その結果、あらかじめ細胞内の顆粒に蓄えられたヒ
スタミンなどのケミカルメディエーターが抗原
結合後 5 ～ 10 分以内という短時間で放出される。同時に細胞膜のリン脂質からロイコトリエ
ンやプロスタグランジンといったアラキドン酸
代謝産物が合成・放出される。その結果、血管の拡張や透過性の亢進、平滑筋の収縮が惹起さ

図3

I 型アレルギー炎症の発症機序
B 細胞から産生された IgE がマスト細胞上れ、喘息などが誘発される。また、数時間後にに発現する FcεRI に結合し抗原により架橋

は IL-4 や IL-13 といった Th2 型サイトカイン

されることで活性化し、放出されたケミカ

や TNF-α や IL-6 などの炎症性サイトカイン
が合成・放出され、炎症部位に好酸球や好中球といった炎症細胞が遊走され、アレルギー炎症
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ルメディエーターにより炎症が引き起こされる。

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Toll-like receptor（TLR）という菌体成分

よ り LTC4 産 生、Th2 型 サ イ ト カ イ ン IL-13を認識する受容体が発見されて以来、腸内共生

及び炎症性サイトカイン TNF-α の産生が抑制

菌やプロバイオティクスの腸管免疫系に対するされた（図 4d-f）。IL-13 産生は Pam3CSK4作用の多くが TLR による認識を介するというの濃度依存的に抑制された。一方、TNF-α 産

ことで説明されてきた。例えば、グラム陽性菌生の抑制効果は、高濃度の Pam3CSK4 を添加のリポプロテインやリポテイコ酸は TLR2 にした場合に認められ、低濃度の Pam3CSK4 をより認識され、グラム陰性菌の構成成分である

添加した場合には認められなかった。

リポ多糖は TLR4 により認識される。
最 近、 マ ス ト 細 胞 に も TLR が 発 現 し て い
る こ と が 報 告 さ れ [6-8]、 菌 体 成 分 に よ り
マスト細胞の機能が直接調節されることが示 唆 さ れ た。 プ ロ バ イ オ テ ィ ク ス の 多 く は
Bifidobacteria や Lactobacilli な ど の グ ラ ム
陽性菌であることから、グラム陽性菌の菌体成分を認識する TLR2 を介してマスト細胞のア
レルギー応答を制御している可能性がある。そこで我々は、新たなプロバイティクスの抗アレ
ルギーの作用機序を明らかにするために、アレ
ルギー炎症誘導の責任細胞であるマスト細胞に

図4

マスト細胞のアレルギー応答に及ぼす効果 超 音 波 破 砕 Bp, Bp 由 来 PG 及 び

おけるプロバイオティクスの効果を解析した。

Pam3CSK4 が RBL-2H3 の 脱 顆 粒 に 及

ま ず、 ビ フ ィ ズ ス 菌 Bifidobacterium

ぼ す 効 果 (a,b,c). Pam3CSK4 が RBL-

pseudocatenulatum JCM7041（Bp） 超 音

2H3 の LTC4, IL-13, TNF-α産生に及ぼす効果 (d,e,f). *： 未処理に対して有意差あり

波破砕物のマスト細胞のアレルギー応答への直(p<0.05)

接的な作用をマスト細胞の性質を有するラット細胞株 RBL-2H3 及びマウス骨髄由来マスト

次にこれらの in vitro での抑制効果が実際に細胞（BMMC）を用いて in vitro で評価した。

マスト細胞が誘導する in vivo での炎症反応をその結果、Bp 菌体超音波破砕物で前処理す抑制し得るものかを評価するために、マストることにより IgE/ 抗原刺激による RBL-2H3

細胞欠損マウス W/Wv に Pam3CSK4 存在下及び BMMC の脱顆粒応答が抑制された（図あるいは非存在下で IgE 感作した BMMC を移4a）。さらに、Bp より調製したペプチドグリ

入する系を用いて抗原投与による血管透過性

カン画分を用いた場合にも同様の効果が観察さの亢進を測定した。その結果、Pam3CSK4 でれたことから、この抑制効果が TLR2 を介す処理した BMMC を移入した場合には無処理のる可能性が示された（図 4b）。そこで、合成

BMMC を移入した場合に比べて血管透過性のTLR2 リガンド Pam3CSK4 を用いて同様の実亢進が抑制された（図 5b）。また、これらの抑験を行ったところ、Pam3CSK4 で前処理する

制効果が TLR2 依存的かを TLR のシグナル伝ことにより、IgE/ 抗原刺激による RBL-2H3

達に必須のアダプター分子である MyD88 欠損

細胞の脱顆粒が Pam3CSK4 の濃度依存的に抑マウスを用いて解析した結果、MyD88 依存的制された（図 4c）。また、Pam3CSK4 処理にな抑制であることを明らかにした（図 4a,b）。

－ 87 －

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腸内共生菌及びプロバイオティクスによるマスト細胞の機能の制御したがって、TLR2 を介した刺激によりマスト（図 6c）。次に、Thapsigargin（Tg）を用いて細胞のアレルギー応答が抑制されることが明ら

小胞体の Ca2+ を枯渇させ、その後の細胞外かかとなった。

らの Ca2+ 流入を解析した結果、Pam3CSK4

さらに Pam3CSK4 のマスト細胞のアレルの前処理による顕著な変化はみられなかった

ギー応答抑制機序を明らかにするため、細胞内（図 6d）。このことから Pam3CSK4 は小胞体のシグナル分子の活性化を解析した。全リンからの Ca2+ 放出を抑制することにより、その酸化チロシンをウエスタンブロットにより解後の細胞外からの Ca2+ 流入が抑制されたため析した結果、Pam3CSK4 処理による顕著な効であることが示唆された。よって Pam3CSK4

果はなかった。次に Erk1/2 の活性化に及ぼすによる抑制にはこれらの細胞内シグナル分子のPam3CSK4 の効果を解析した。Pam3CSK4活性化の抑制が寄与していると考えられた。

処 理 す る こ と に よ り、 抗 原 刺 激 1 分 後 の以上のことから、プロバイオティクス菌体

Erk1/2 の リ ン 酸 化 が 顕 著 に 抑 制 さ れ（ 図などのグラム陽性菌に含まれる TLR2 リガン

6a）、バンドを数値化した結果、Pam3CSK4

ドが直接マスト細胞の活性化を抑制することに処理により Erk1 は 23.1%、Erk2 は 30.2%まよりアレルギー抑制作用を示す可能性が示されでリン酸化が抑制されていた。さらに、細胞た [9]。

内 Ca2+ 濃度に及ぼす効果についても解析した。
細胞内 Ca2+ 濃度は抗原刺激後すぐに上昇し、その後緩やかに減少した。一方、Pam3CSK4で前処理することにより抗原刺激により上昇した細胞内 Ca2+ 濃度の保持の低減が観察された（ 図 6b）。 特 に、 未 処 理 で は Ca2+ 濃 度 がピークに達した後徐々に減少したのに対して
Pam3CSK4 で処理した場合にはピークに達した後より速やかに減少した。このメカニズムを2+

さらに詳しく解析した。まず、Ca

図5

Pam3CSK4 が WT 及び MyD88-/- マウス
由来 BMMC の脱顆粒に及ぼす効果 (a).

のキレー

Pam3CSK4 が血管透過性の亢進に及ぼすト剤である EGTA を用いて小胞体からの Ca2+
放出を解析した。Pam3CSK4 で前処理するこ

MyD88 依存性の評価

効果 (b).
*： 未処理に対して有意差あり (p<0.05)とにより小胞体からの Ca2+ 放出が抑制された

図6

細胞内シグナル分子に与える効果
IgE/ 抗原による RBL-2H3 の Erk1/2 の活性化に及ぼす Pam3CSK4 の効果 (a)。
Pam3CSK4 が RBL-2H3 の細胞内 Ca2+ 動態に及ぼす効果 (b) . Pam3CSK4 が RBL-2H3 の小胞体からの Ca2+ 放出に及ぼす効果 (c)。Pam3CSK4 が RBL-2H3 の細胞外からの Ca2+ 流入に及ぼす効果 (d)。

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Regulation of the function of mast cells by commensal bacteria and probiotics【マスト細胞の終末分化における腸内共生菌のを制御している可能性が考えられる。実際にマ効果】

スト細胞の分化・成熟は局所環境による刺激がさらに、近年、プロバイオティクスの抗ア重要であることが示されており、腸内共生菌まレルギー作用に加えて腸内共生菌とアレルギー

たそれが形成する腸管特異的な要因がマスト細との関係が注目されている。これまでに、アレ胞の終末分化に重要な働きをしていることが予

ルギー児と非アレルギー児との間に腸内細菌叢想される。腸内細菌叢の構成がアレルギーの罹の構成に違いがあることが明らかにされてい患リスクに影響すると言われているが、その一る。Bjorksten らはアレルギーの発症率が低部は共生細菌あるいはその成分がこのような機

いエストニアと発症率が高いスウェーデンで小構によりマスト細胞の機能を調節することに起児の腸内細菌叢を比較した結果、アレルギー因するかもしれないと考えられる。

疾患児では好気性菌である Staphylococcus

そこで、我々は、マスト細胞の終末分化に

aureus が 有 意 に 多 く、Bifidobacterium と及ぼす腸内共生菌の作用を明らかにすることを

Lactobacillus が 少 な い こ と を 示 し て い る目的とした。

[10]。また、マウスモデルにおいて、腸内共野生型及び MyD88-/- マウス由来骨髄細胞を生菌のいない無菌マウスでは通常マウスに比べIL-3 含有培地で 3 週間培養し、未成熟なマスて、免疫後に遅れがあるものの IgE がより高いト細胞を得た。未成熟な BMMC をマウス腸内レベルに上昇し、アレルギーを発症しやすいと共生菌の優勢菌種である Lactobacillus （LA）

いう報告がある [11]。また、無菌マウスでは、または Bacteroides （BA）の超音波破砕菌体

腸管組織中の IgA 量が通常マウスに比べて極で 2 週間刺激した。LA として Lactobacillus

めて低いことが示されており [12]、ヒト及びcasei JCM1134、BA と し て Bacteroides

マウスにおいて IgA のレベルが低いことと食acidifaciens typeA43 を用いた。

物アレルギーには関係があることが示されてい転 写 因 子 C/EBPα の mRNA 発 現 は、る。さらに無菌マウスでは経口免疫寛容が誘導

BMMC の分化に伴い低下した。一方、LA でされにくいことが報告されている [11,13]。こ二週間刺激することで、分化に伴う C/EBPαのように、腸内共生菌はアレルギー炎症につな

発 現 の 抑 制 が MyD88 依 存 的 に 抑 え ら れ た。

がる T 細胞応答を抑え、IgA 産生誘導するここの効果は BA 刺激ではみられなかった。C/とにより抗原除去を高めるといったことを介し

EBPα は好中球やマクロファージなどのミエロてアレルギーの制御に関わると考えられていイド系の細胞の分化に重要な転写因子であるこる。しかしながら、これらの機構は未だ未解明とから [16,17]、LA 刺激によりマスト細胞のな点が多くあり、腸内共生菌とアレルギーの関

自然免疫系の機能が強化された可能性がある。

係についてのはっきりとした証拠は十分では顆粒形成における菌体刺激の効果をトルイジンない。

ブルー染色により測定した。LA で 2 週間刺激

マスト細胞は、骨髄中で幹細胞から分化し、することでトルイジンブルーによる染色が弱く未成熟な細胞として放出され、定着した末梢組なったことから、顆粒形成が MyD88 依存的に織で各組織特異的なマスト細胞へと分化・成熟抑制されたことが示された。BA では効果がなをする [14,15]。したがって、多量の腸内共生かった。

菌が生息する腸管では、腸内共生菌がマスト細以上のことから、腸内共生菌はマスト細胞の胞の終末分化を制御することでアレルギー炎症

終末分化を調節している可能性が考えられた。

－ 89 －

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in Farm Animals Vol.5 No.3 2010

腸内共生菌及びプロバイオティクスによるマスト細胞の機能の制御

特に、C/EBPα 発現の上昇によるマスト細胞

以上をまとめると、腸内共生菌及びプロバの機能への効果はまだ明確ではないが、自然免

イオティクスはマスト細胞の終末分化及び分化

疫系の機能を強化することにより、感染防御に後のアレルギー応答を制御している可能性が示

貢献している可能性が示唆された。

唆された。今後は、さらにその作用機序を明ら

マスト細胞は、アレルギー発症のエフェク

かにし、マスト細胞の機能のバランスを整える

ター細胞としてよく知られているが、その生理ためにより良い腸内細菌叢の解明、またそのよ的役割は生体防御にあるといわれている。皮膚

うな腸内細菌叢を保つためのプロバイオティクや粘膜など外界と接する組織に多く存在していスの同定が期待される。

ることからも感染防御の第一線で機能しているといえる。実際に、マスト細胞欠損マウスでは【引用文献】

感染時に病原体の排除ができないことがあるこ

1.

Nonaka, Y., T. Izumo, F. Izumi, T.

とから、マスト細胞が自然免疫に重要な役割を

Maekawa, H. Shibata, A. Nakano,

果たしていることが明らかになった。このよ

A. Kishi, K. Akatani, and Y. Kiso.

うにマスト細胞は 2 つの局面を持っているが、2008. Antiallergic effects of

そのバランスがどのように保たれているのかは

Lactobacillus pentosus strain S-PT84

明らかにされていない。特に腸管は、食物アレ

mediated by modulation of Th1/Th2

ルギーのアレルゲンが吸収される場である一

immunobalance and induction of IL-10

方、外界からの細菌が侵入してくる場でもある

production. Int. Arch. Allergy Immunol .

ため、腸管におけるマスト細胞の機能のバラン

145:249-257.

スが重要であると予想される。腸管でこのバラ

2.

Feleszko, W., J. Jaworska, R.D.

ンスを支えている要因のひとつは腸内共生菌でRha, S. Steinhausen, A. Avagyan, A.

ある可能性が十分考えられる。

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図 7 腸 内共生菌及びプロバイオティクスと腸管

Lactobacillus strains in children with粘膜マスト細胞腸 内共生菌及びプロバイオティクスは腸管

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マスト細胞の機能を修飾する可能性が示唆された。

日本家畜臨床感染症研究会誌
５巻３号 20104.

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Regulation of the function of mast cells by commensal bacteria and probiotics

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Regulation of the function of mast cells by commensal bacteria and probiotics
Kazumi Kasakura
Graduate School of Bioresource Sciences, Nihon University・Research Fellow of theJapan Society for the Promotion of Science（1866 Kameino, Fujisawa-shi, Kanagawa 252-0880, Japan）

日本家畜臨床感染症研究会誌
５巻３号 2010－ 92 －