Immunobiotic evolution for safe and sustainable livestock production

奨励研究

安全な持続的家畜生産のためのイムノバイオティック革命
北澤春樹 1)* 須田義人 2) 麻生
111東北大学大学院農学研究科
222宮城大学食産業学部

久 3)

生物産業創成科学専攻

ファームビジネス学科

333東北大学大学院農学研究科

動物資源化学分野

動物遺伝育種学研究室

応用生命科学専攻

機能形態学分野* 連絡担当者：北澤春樹
東北大学大学院農学研究科（〒 981-8555

生物産業創成科学専攻

動物資源化学分野

宮城県仙台市青葉区堤通雨宮町 1-1）
TEL 022-717-8713
FAX 022-717-8715

haruki@bios.tohoku.ac.jp

いて「十分量を摂取することにより宿主の健[ はじめに ]乳酸菌が発見されたのは、今から 150 年以康に有益な作用をもたらす生きた微生物（live上も前のことである。1908 年、「食細胞説」

microorganisms, which when consumed inでノーベル医学生理学賞を受賞したメチニコ

adequate amounts, confer a health benefit

フ博士が、乳酸菌の健康に関わる「不老長寿on the host）」と再定義され [9]、ヒトをはじ説」を唱えたのも 100 年以上も前のことであめ産業動物において発展的利用が展開されている。その後、乳酸菌の生理機能性に関する研究る。また、プロバイオティクスとプレバイオティが進み ( 図１)、80 年経ってから、Fuller 博士

クスをあわせたシンバイオティクスの利用性もによるプロバイオティクスの確固たる提案 [2]出てきた。近年、プロバイオティクスから生まを期に、世界各国における数多くの関連研究がれたイムノバイオティクス [1] とそれ由来の免報告されるようになった。以来、乳酸菌と健康疫調節因子（イムノジェニクス）[10] は、腸に関する意識と興味関心が高いレベルで保たれ管免疫を介して生体に有益な機能を発揮するも続けている。その背景には、我が国の長年の機のとして、食品や飼料と免疫の新たな境界領域能性乳酸菌等に関する取り組みの成果があり、1991 年に発足した特定保健用食品制度（Foodfor Specified Health Use; FOSHU）は、我が国発祥のユニークな発想として、FOSHU の名で世界的に紹介されると同時に、様々な生理機能性を有するプロバイオティック製品が誕生するなど、飛躍的発展の一躍を担ってきたことを忘れてはならない [2]。プロバイオティクスは、2001 年の FAO ／ WHO 合同専門家会議にお図１．生理機能性乳酸菌の歴史－ 79 －

Journal of Japanese Society for Clinical Infectious Disease
in Farm Animals Vol.5 No.3 2010

安全な持続的家畜生産のためのイムノバイオティク革命の発展に貢献するものと期待される。

への取り込み機構は、生体防御の第一線にお家畜生産現場では、子豚や子牛の感染性下痢いて極めて重要な鍵となる。このような腸管症による発育遅延が問題となり、薬剤投与によ上皮細胞との相互作用とともに、パイエル板る治療費の増加とともに、経済的損失は極めての M 細胞介在性の取り込み経路や樹状細胞に大きい。最近になって、薬剤耐性菌の問題が再よる直接的なサンプリング等により、イムノ浮上し、ヒトへの健康危害リスク増加の懸念かバイオティクスが生体内に移行することによら、解決すべき急務の課題とされている。EUり、イムノジェニクスの効果が発揮され、ヘル諸国では、既に、家畜おける成長促進のためのパー T 細胞のバランス改善や制御性 T 細胞の抗菌剤使用を全面禁止しており、抗菌剤代替の活性化を誘導し、最終的に炎症性サイトカイン開発が進められている。我が国においても、今を含めたサイトカインネットワークの改善や分後、抗菌剤軽減からその代替に関する要望が急泌型 IgA 抗体産生誘導に関わると考えられる。

増することが予想され、その対策について本腰

ごく最近、プロバイオティクスの腸管におけるを入れて考える時期に来ている。我々は、イムパターン認識受容体を介する免疫応答と生体防ノバイオティクスの免疫機能性を抗菌剤代替と御機構に関する総説がまとめられ [6,7]、また、して発展的に利用することを目指し、その選抜・M 細胞における線毛を有するグラム陰性細菌評価系の構築から実証研究を推進している。こに対する受容体介在性の取り込み機構が明らか

こでは、我々の取り組みを紹介しながら、安全にされるなど [3]、イムノバイオティクスに関な持続的家畜生産を目指したイムノバイオティ

する興味関心がさらに高まった。我々も、イムクス利用の近未来について考え、いわゆる「イノバイオティクスやイムノジェニクスとパター

ムノバイオティック革命」につながれば幸いでン認識受容体を介する腸管認識および取り込みある。

を含めた腸管免疫調節機構に注目し、研究を進めている [4,12]。イムノバイオティクスやイ[ イムノバイオティクスとイムノジェニクス ]ムノジェニクスの腸管局所における免疫応答

免疫機能性のプロバイオティクスをイムノバ

は、誘導組織を起点とした免疫クロストークにイオティクスと考えると、これまでに実験動物より全身免疫系を含めた密接な連携システムをを中心に、in vivo および in vitro の両面から構築している。従って、イムノバイオティクス

イムノバイオティクスの免疫機能性が数多く報の免疫調節機能は、腸管局所は勿論のこと、全告されていることになる。イムノバイオティク

身における恒常性破綻の改善に寄与し、生体防スは、腸管免疫系を介して、腸管粘膜 IgA、抗御機能を発揮するものと考えられる。

菌性ペプチドや抗炎症性サイトカインの産生、あるいは抗原特異的 IgE 産生の抑制などの様々[ パターン認識受容体 ]な免疫応答を誘導し、ウイルスおよび細菌性下感染初期において重要な自然免疫応答は、多痢症をはじめ、アレルギー性疾病、炎症性腸炎、様な細菌成分を特異的に認識するレセプター分

さらには、細菌感染など、消化管疾病から各種子群であるパターン認識受容体により免疫応答

炎症疾病の予防・改善に寄与すると考えられてが開始され、受容体下流の転写および後転写いる。

レベルでの調節機構を介して、生体防御応答

これらの免疫調節機能において、イムノバイを引き起こすシグナル分子や抗菌性因子の産オティクスの腸管上皮細胞との相互作用や生体生を誘導する。これらの受容体は leucine-rich

日本家畜臨床感染症研究会誌
５巻３号 2010－ 80 －

Immunobiotic evolution for safe and sustainable livestock production

repeats(LRRs) ドメイン構造によりリガンド特異性があり、Toll 様受容体 (TLR) やヌクレオチド結合性多量体化ドメイン (NOD) が存在し、細菌由来成分の認識は、細胞内外で効率的に行われている。
TLR は、 細 胞 外 に LRRs を、 細 胞 内 に インターロイキン 1 受容体と相同性のある領域(TIR ドメイン ) を持ち、現在までにほ乳類では 11 種類程の TLR の存在が報告され、そのリガンド分子の解明も進んでいる ( 図 2)。本

図 2．Toll 様受容体ファミリーとそのリガンド分子化多糖も認識することがわかった [14]。

分子は、細菌やウイルスに含まれる特異的な分NOD は、ヒトにおいて 20 種類以上同定さ子パターン (MAMPs) を認識する ( 図２)。例

れており、その多くが N 末端側にエフェクター

えば、TLR2 はペプチドグリカンや細胞性リポ領 域 で あ る caspase-recruitment domain

プロテイン、リポアラビノマンナン、リポテイ（CARD）および C 末端側に LRRs ドメインをコ酸および酵母由来ザイモサンなどの微生物の有する。NOD ファミリーはリガンド未同定で細胞壁構成成分を認識し、TLR3 はロタウイルあるものが多いが、NOD1 および NOD2 はペスなどの二本鎖 RNA、TLR4 および MD-2 複プチドグリカンやその合成中間物、可溶性ペプ合体は大腸菌などのグラム陰性菌由来リポポチドグリカン断片のγ -D- グルタミル - メソ -リサッカライド (LPS)、TLR5 は細菌鞭毛タジアミノピメリン酸 (iE-DAP) やムラミルジペンパク質であるフラジェリン、TLR7 および 8プチド (MDP) を認識する。

はウイルス由来の一本鎖 RNA、TLR11 は今のところマウスのみであるが、尿路感染性細菌[ イムノバイオティック評価系 ]の認識に関与することが報告されている。また、

我々は、ブタにおいて、イムノバイオティク

TLR1 と TLR6 は TLR2 と会合することでマスやイムノジェニクスについてパターン認識受イコプラズマのリポタンパク質リピドの微細構容体介在性の免疫調節作用を追究し、それを基造を認識し、TLR9 は細菌に特異的な CpG モ礎としたイムノバイオティック評価系の構築にチーフを持つ非メチル化 DNA の他、我々の研取り組んできた。これまでに、TLR や NOD ファ

究により、AT-ODN を認識することが明らか

ミリーの腸管免疫系や M 細胞における強発現と な っ た [11]。 さ ら に、RP105 は MD-1 ととその機能性を明らかにし [15]、各種パター複合体を形成し、TLR4 同様、LPS の認識にン認識受容体トランスフェクタントやパター関与する他、イムノジェニクスとしてのリン酸ン認識受容体を全発現するブタ腸管上皮細胞(PIE) 株 [8] を用いたイムノバイオティック評
価システムの構築からイムノバイオティクスやイムノジェニクスの選抜・同定が可能となった。
現在、in vivo 試験により、本評価系の有効性が実証されつつあるので、PIE 細胞を用いたイムノバイオティック評価系を利用することにより、ブタにおける一連の評価が可能となり、こ－ 81 －Journal of Japanese Society for Clinical Infectious Disease
in Farm Animals Vol.5 No.3 2010

安全な持続的家畜生産のためのイムノバイオティク革命

れまで課題とされてきた in vitro と in vivo 間の溝が埋まるものと期待される [5]。さらに、

in vivo を反映した的確なモデル評価系の構築[ 引用文献 ]から、動物実験の軽減にもつながり大変有意義

111 Clancy, R. 2003. Immunobiotics and theである。

probiotic evolution. FEMS Immunol.
Med. Microbiol., 38, 9-12.
222 Fuller, R. 1989. Probiotics in man and[ おわりに ]これまでの我々の研究により、家畜の腸管免

animals. J. Appl. Microbiol., 66, 365-

疫を基礎とした、イムノバイオティック評価系が構築でき、in vitro から in vivo に至る一連

378.
333 Hase, K., K.Kawano, T. Nochi, G.S.の選抜・評価が可能となった。イムノバイオティ

Pontes, S. Fukuda, M. Ebisawa, K.

クスは、ヒトや動物の健康と密接に関係する食Kadokura, T. Tobe, Y. Fujimura, S.

品や飼料と免疫との境界領域が飛躍的に発展す

Kawano, A. Yabashi, S. Waguri, G.

る上で、重要な存在となるかもしれない。

Nakato, S. Kimura, T. Murakami, M.

医食同源あるいは薬食同源に基づく「食品免Iimura, K. Hamura, S. Fukuoka, A.W.

疫」や「飼料免疫」の学問領域は、イムノバイ

Lowe, K. Itoh, H. Kiyono, H. Ohno.

オティクスの出現によって、ヒトや動物の健康

2009. Uptake through glycoprotein 2

維持・増進を通じて、健全な生活基盤の再構築

of FimH+ bacteria by M cells initiatesに大きく貢献するものと信じている。

mucosal immune response. Nature,462, 226-230.
444 Kitazawa, H., Tohno, M., Shimosato,[ 謝辞 ]T., Saito, T. 2008. Development of

関連する研究は、当時大学院生であった、上羽悟史氏（現氏（現信州大学助教）、遠野雅徳

molecular immunoassay system for東京大学助教）、下里剛士

畜草研研究員）、島津朋之

氏（現氏（現probiotics via toll-lilke receptor based

米国オクon food immunology. Anim. Sci. J ., 79,

ラホマ医学振興財団ポスドク）および藤江氏（現城西大学助手）をはじめ、著者が所属する研究室教職員（齋藤忠夫

11-21.

瞳555 Kitazawa, H., M. Tohno, T. Shimosato,Y. Suda, H. Aso. 2010. Development

教授、川井技術専門職員）や多くのof Immunobiotic Evaluation System

院生学生諸氏の他、企業ならびに畜草研や動衛for Functional Foods and Feeds.

研との共同研究のサポートにより遂行すること

Proceedings of the 14th AAAP Animalができた。また日本学術振興会科学研究費補助

Science Congress, Pingtung, Taiwan,

金をはじめ企業からの奨学寄付金ならびに「民ROC, Aug. 23-27., Vol.1 Plenary

間活力による家畜衛生等技術研究開発促進事

Sessions, 524-529.

泰助教、西村順子

業」により充実した研究を維持することができ

666 Lebeer, S., J. Vanderleyden, S. C.

た。関係の方々に心より感謝の意を表する。さJ. De Keersmaecker. 2010. Host

らに、総説執筆の機会を与えて頂いた日本家畜interactions of probiotic bacterial

臨床感染症研究会に深く感謝申し上げる。

surface molecules: comparison with

日本家畜臨床感染症研究会誌
５巻３号 2010－ 82 －

Immunobiotic evolution for safe and sustainable livestock productioncommensals and pathogens. Nature

Sasaki, T. Saito, H. Kitazawa. 2006.

Rev. Microbiol., 8, 171-184.

Strong immunostimulatory activity of

777 MeÅLlanie G. Gareau, M. G., P. M.

AToligodeoxynucleotide requires aSherman, W. A. Walker. 2010.

six-base loop with a self-stabilized

Probiotics and the gut microbiota in

5’-C...G-3’ stem structure. Cell.

intestinal health and disease. Nature

Microbiol., 8, 485-495.

Gastroenterol. Hepatol., 7, 503-514.

1111下里剛士、北澤春樹 . 2010. イムノジェニ

888 Moue, M., M. Tohno, T. Shimazu, T.

クスとしての免疫刺激性 DNA 研究の最前Kido, H. Aso, T. Saito, H. Kitazawa.

線 . 北信越畜産学会報 ,100, 1-9.

2008. Toll-like receptor 4 and cytokine

1111Swinbanks, D., O’Brien, J. 1993.

expression involved in functional

Japan explores the boundary between

immune response in an originallyfood and medicine. Nature, 364, 180.

established porcine intestinal

1111Tohno, M., T. Shimazu, W. Ueda,

epitheliocyte cell line. BBA-General

D. Anzawa, H. Aso, J. Nishimura,

Subjects,1780, 134-144.

Y. Kawai, Y. Saito, T. Saito, H.

999 Pineiro, M., Stanton, C. 2007. ProbioticKitazawa. 2007. Molecular cloning

bacteria: legislative fremework--of porcine RP105/MD-1 involved

requirements to evidence basis. J.

in recognition of extracellular

Nutr., 137(3 Suppl 2), 850S-853S.

phosphopolysaccharides from

1111Saito, T., Kitazawa, H. 2005. Recent

Lactococcus lactis ssp. cremoris . Mol.
Immunol., 44, 2566-2577.

tendency of immunogenics researchon lactic acid bacteria. (in Japanese

1111遠野雅徳、北澤春樹 .

2009.

パターン

with English abstract). Bull. Jpn. Dairy

認識受容体を介するイムノバイオティクス

Tech. Assoc., 55, 34-44.の腸管免疫調節機構 .

1111Shimosato, T., T. Kimura, M. Tohno, I.D.

栄養生理研究会報 ,53,19-33.

Iliev, S. Katoh, Y. Ito, Y. Kawai, T.

Immunobiotic evolution for safe and sustainable livestock production
Haruki Kitazawa 1)*, Yoshihito Suda 2) and Hisashi Aso 3)
1) Food Immunology Group, Laboratory of Animal Products Chemistry, Division ofBioscience and Biotechnology for Future Bioindustries, Graduate School of Agriculture,
Tohoku University. 2) Laboratory of Animal Breeding and Genetics, Department ofFood, Agriculture and Environment, Miyagi University. 3) Cell Biology Laboratory,Division of Life Science, Graduate School of Agricultural Science, Tohoku University.
*Correspondence : Haruki Kitazawa(1-1 Tsutsumidori Amamiyamachi, Aobaku, Sendai 981-8555)
haruki@bios.tohoku.ac.jp－ 83 －

Journal of Japanese Society for Clinical Infectious Disease
in Farm Animals Vol.5 No.3 2010