胆汁酸の新規機能の解析：腸内細菌叢の組成および代謝制御因子としての役割

横田北海道大学大学院農学研究院

緒言篤教授

実験型を採用して直接高脂肪食摂取の影響を検証する。

近年、「腸内細菌叢が宿主の健康に大きな影響を与え実験方法ている」という考え方が世間に広く浸透してきた。特にここ数年の米国における研究で、「西欧食あるいは高脂本研究は北海道大学実験動物委員会の承認を受け、北肪食の摂取に伴って腸内細菌叢のバランスが崩れる」こ

海道大学の実験動物実施マニュアルに従って実施した。とが明らかになり、「このことが肥満や糖尿病等のメタ近交系ラット（WKAH/Hkm Slc、3 週齢、雄性）を日本ボリックシンドロームの発症につながる」との可能性がエスエルシー株式会社から購入した。12 時間毎の明暗サ

欧米を中心に盛んに議論されている。このように、腸内イクル（明期 8:00 ～ 20:00）、室温 22±2 ℃、相対湿度

細菌叢と健康の関係は、現在最も注目されている研究分

55±5 % に設定された飼育室で、底面がメッシュのステ野である。

ンレス製ゲージでラットを個別飼育した。基本飼料 1）でこれまでの研究は、高脂肪食によって、腸内細菌叢が1 週間自由摂取させた後、基本飼料および基本飼料にコーどのように変化するのか、変化した腸内細菌叢がどのよル酸（CA, 0.05%）を添加した飼料（表 1）を与える群

うにして疾病を発症するのか、の 2 点に集中している。に分け（n=10）、13 週間の試験飼育を行った。

現在のところ、腸内細菌叢の変化が疾病発症の原因なの

表 1 飼料組成か結果なのかについては明らかになっていない。

（g/kg 飼料）

これらの議論で決定的に欠けているのは、「なぜ高脂肪食の摂取が腸内細菌叢のバランスを崩すのか」、その対照飼料

CA 添加飼料

529.5

529.5

カゼイン

200.0200.0

スクロース

100.090.0

大豆油70.070.0

AIN-93G ミネラル混合物 1)

35.0

35.0AIN-93 ビタミン混合物 1)

10.010.0

酒石酸コリン

2.52.5L- シスチン3.03.0セルロース

50.050.0

コール酸混合物 *―10.0

デキストリン

メカニズムに関する研究である。すべての出発点となるこの機構が解明されなければ、「腸内細菌叢と健康の関係の理解」も進展しないと考えられる。その機構として、高脂肪食摂取により分泌量が増大する胆汁酸が関与しているのではないかと想定し、研究を進めてきた。その理由は、胆汁酸は脂質の消化を助ける働きに加えて、その界面活性作用により強い殺菌作用を示すからである。
胆汁（酸）が殺菌作用を示すことは極めて古く前世紀初頭から知られており、これまで胆汁酸の生育阻害作用* 5 g コール酸をスクロースに混合して 100 g としたもの。

に関して in vitro での分離菌株を用いた培養実験が数多く行われてきた。しかし、胆汁酸が腸内で細菌叢を実際飼料と水道水については自由摂取とした。CA 負荷ににどのように制御しているかについての in vivo での作よる胆汁酸代謝への長期的な影響を評価するため、試験用については、今日に至るまで報告がない。

期間中、糞中胆汁酸排出量を評価した。また、試験飼育

このような観点から、本研究では、これまで長期に最終日に解剖を行い、脂肪組織重量測定、血清成分測定、亘って未検討であった胆汁酸による腸内細菌叢の制御の腸管内容物および糞中の胆汁酸組成、盲腸内容物中の有実体解明にメタゲノム解析の手法を用いて挑戦するとと機酸組成を測定した。胆汁酸の測定には UPLC/MS によもに、高脂肪食の代わりに胆汁酸を投与するユニークなる分析法 2）を用いた。試験期間中経時的に糞、および解1

横田

篤

試験飼育 13 週間後の糞中胆汁酸組成は CA 摂取によ剖時に盲腸内容物を採取し、腸内細菌叢解析用のサンプり変動した（表３）。CA 添加食摂取により最も大きくルとした。

増加したのはデオキシコール酸（DCA）であり、対照結果群の約７倍程度増加した。

試験期間全体にわたって、体重増加と総摂食量のどち

一方、DCA ほどでないが、ケノデオキシコール酸らにおいても、有意な差は見られなかったが、CA を摂（CDCA）、ミュリコール酸（MCA）、ヒオデオキシコー取した群で減少傾向が見られた。解剖時体重および各種ル酸も CA 添加食摂取により増加した。これらの組成変脂肪組織重量、解剖時血清中コレステロール濃度、遊動に伴い、CA 摂取群では総胆汁酸量、一次胆汁酸量、離脂肪酸濃度に CA 負荷による有意な差は見られなかっ

二次胆汁酸量が軒並み増加した。また、盲腸内容物中のた（表２）。糞重量は週を経るごとに徐々に増加したが、有機酸濃度は CA 添加食摂取により影響を受けなかった

CA 摂取による有意な影響は見られなかった。

（表４）。

表 2 CA 添加飼料 13 週間摂取後の体重、臓器重量、血清成分

表 4 CA 添加飼料 13 週間摂取後のラット盲腸内容物 pH及び有機酸濃度

対照群

CA 添加食群

総摂食量（g）

1546 ± 221504 ± 16

pH

解剖時体重（g）

有機酸濃度（µmol/g cecal contents）

374 ± 9367 ± 6

組織重量（g/100 g 体重）
腸間膜脂肪組織
副睾丸脂肪組織後腹膜脂肪組織
肝臓
盲腸内容物

1.49 ± 0.04
2.09 ± 0.06
2.97 ± 0.10
3.18 ± 0.06
0.55 ± 0.03

1.61 ± 0.05
1.93 ± 0.08
2.89 ± 0.08
3.20 ± 0.05
0.50 ± 0.06

血清成分
コレステロール（mg/dL）
中性脂質（mg/dL）
遊離脂肪酸（mmol/L）

91.7 ± 3.7
52.9 ± 2.4
0.30 ± 0.03

92.9 ± 2.9
57.8 ± 4.2
0.34 ± 0.05

対照群

CA 添加食群

6.9 ± 0.1

6.9 ± 0.1コハク酸

38.7 ± 3.3

41.8 ± 2.9

乳酸0.1 ± 0.1

0.1 ± 0.1

酢酸

25.0 ± 2.2

27.6 ± 1.8

プロピオン酸

4.6 ± 0.3

3.5 ± 0.5

イソ酪酸

0.6 ± 0.1

0.5 ± 0.1

酪酸

3.8 ± 0.4

3.1 ± 0.3

イソ吉草酸

0.5 ± 0.1

0.4 ± 0.1

吉草酸

1.1 ± 0.1

1.1 ± 0.1

平均値 ±SEM として表記（n=10）。

平均値 ±SEM として表記（n=10）。

表 3 CA 添加飼料 13 週間摂取後のラット糞中における胆汁酸組成

考察(µmol/g wet feces)

本研究により、試料中 0.05% 程度の CA を長期摂取CA 添加食群させる事により、糞中の CA や抱合型胆汁酸を増やさず対照群コール酸

0.07 ± 0.02

0.49 ± 0.40

αミュリコール酸

0.08 ± 0.01

0.20 ± 0.02 *βミュリコール酸

0.94 ± 0.16

1.89 ± 0.12 *ωミュリコール酸

1.24 ± 0.19

1.69 ± 0.09 *ヒオデオキシコール酸

0.01 ± 0.01

0.03 ± 0.01 *ウルソデオキシコール酸

0.01 ± 0.01

0.01 ± 0.01

前実施した 0.2%CA 添加飼料を摂取させた実験 4）では、ケノデオキシコール酸

0.03 ± 0.01

0.03 ± 0.01 *デオキシコール酸

1.20 ± 0.17

8.37 ± 1.05 *エネルギー代謝の亢進と考えられる脂肪組織重量の減少

リトコール酸0.48 ± 0.05

0.52 ± 0.08

ヒオコール酸

NDND

ウルソコール酸

0.03 ± 0.02

0.19 ± 0.02総胆汁酸

4.48 ± 0.55

15.37 ± 0.75 *一次胆汁酸

1.12 ± 0.21

2.58 ± 0.43 *由として、添加した CA の排泄経路として利用された可二次胆汁酸

3.36 ± 0.3712.78 ± 0.97 *能性が考えられる。すなわち、げっ歯類に存在するもに DCA を増加させる実験系を確立することができた。
長期間にわたり高濃度の CA（0.5%）添加食を摂取させた場合、エネルギー代謝の亢進に伴う脂肪組織の重量減少が引き起こされることが報告されている 3）。また、以がみられた。しかしながら、0.05%CA 添加飼料を長期で摂取させても、脂肪組織のエネルギー代謝亢進は起こらない実験系であることが確認できた。
また、CA 飼料摂取群ですべての MCA が増加した理

平均値 ±SEM として表記（n=10, *P < 0.05）。

う一つの代謝系であるケノデオキシコール酸からミュリコール酸を合成する経路に余分な CA を流し、胆汁酸
2

胆汁酸の新規機能の解析：腸内細菌叢の組成および代謝制御因子としての役割排泄を総量として亢進させていた可能性が考えられる。

網羅的解析を行うとともに、宿主および腸内細菌叢へのミュリコール酸は DCA に比べて親水性であるため、細影響を検討した。３週齢の WKAH/Hkm Slc 雄ラット菌に対する毒性は極めて低いものと考えられる。

を用い、予備飼育後に 13 週間の試験飼育を行った。試

加齢に伴って CA ／ CDCA 比が増加するとともに一験飼育開始時に、基本飼料を摂取させた群と、CA を重次胆汁酸の分泌量も増加する。また、高脂肪食摂取では量比で 0.05% 添加した飼料を摂取させた群に分け、試胆汁酸分泌量が増大することが知られている。したがっ験飼育を行った。腸内細菌叢解析用の糞試料を経時的にて、この CA 添加系は加齢及び高脂質食摂取に伴う胆汁回収するとともに、試験飼育最終日には解剖を行い、脂酸組成の変動を模倣した系と考えることも可能である。

肪組織重量測定、血清成分測定、盲腸内容物有機酸組成、

CA 添加食摂取では糞中 DCA 濃度の著しい増加がみらおよび糞中胆汁酸組成を測定した。本研究で用いた胆汁れた。本研究と同様な実験系で短期間での CA 添加でも酸添加量では、エネルギー代謝の亢進を伴わずに糞中デ腸内細菌叢の変動が既に観察されている 。腸内細菌叢オキシコール酸（DCA）濃度の増加が可能である事を解析は現在進行中であり、胆汁酸組成と腸内細菌叢変動見出した。試験飼育 13 週間後の糞中胆汁酸組成は CAの関連が明らかになるものと期待される。

摂取により大きく変動し、中でも DCA 濃度の著しい増4）

CA が DCA に変換されるためには、腸内細菌の作用加をもたらした。さらに、ケノデオキシコール酸、ミュが必須である。高脂質食を摂取した場合の胆汁酸代謝変

リコール酸、ヒオデオキシコール酸も CA 添加食摂取に

動には胆汁酸の分泌増加と腸内細菌叢の変動が関与する

より増加した結果、CA 摂取群では総胆汁酸量、一次胆ことから、高脂質食摂取による明確な胆汁酸代謝の変動汁酸量、二次胆汁酸量が軒並み増加した。腸内細菌叢解が見られるまでには時間を要するものと推察される。さ析は現在進行中であり、CA 摂取が腸内細菌叢に及ぼすらに、加齢に伴い胆汁酸の組成変動および分泌量の増大影響は少なからずあるものと考えられる。

がおこることから、腸内細菌叢に及ぼす胆汁酸の作用を謝考慮するためには、長期的な胆汁酸と腸内細菌叢の変動

辞
本研究を遂行するにあたり、公益財団法人三島海雲記を精密に解析することが必要である。

念財団より平成 23 年度学術研究奨励金を賜りました。
要

約関係者の方々に厚く御礼申し上げます。

胆汁酸は脂質や脂溶性ビタミンの消化と吸収に必要不文

可欠な物質であり、高脂質食摂取時にその分泌は増大する。一方、高脂肪食摂取時に腸内細菌叢が変化すること

献1）P. G. Reeves et al. : J. Nutr., 123, 1939-1951, 1993.
2）M. Hagio et al. : J. Lipid Res., 50, 173-180, 2009.
3）M. Watanabe et al. : Nature, 439, 484-489, 2006.
4）K. B. M. S. Islam et al. : Gastroenterology, 141, 17731781, 2011.

が報告されており、高脂肪食摂取から波及する疾患・症状と体内の胆汁酸代謝の関連が考えられる。
本研究では、高脂肪食摂取時を想定し、主要な胆汁酸の一つであるコール酸（CA）を経口負荷した場合の、胆汁酸代謝の3