腸内細菌と脳の関係
近年ではよく話題になるのですが、人間の腸の中には、いろいろな種類の菌が人間自身の細胞よりもたくさん棲んでいて、この腸内細菌が人間の健康に非常に重要であることが知られています。
これらの菌は、栄養素の消化を助けてくれていたり、病原菌から人間を守っていたりするだけでなく、人間の精神状態にまで影響があることが報告されています。
腸内の菌の特定のグループが増えたり減ったりして、腸内細菌のバランスが変わることが、鬱や不安障害と関係があるという研究がありますし、記憶や学習などの認知機能に影響があるという話もあるのです。
ですから、腸の状態が脳に伝わって、脳の働きに影響を及ぼすというわけですが、脳と腸につながりがあることは、以前から知られていて、脳腸相関と呼ばれます。
腸から脳へどのように情報が伝わるかですが、一つは、腸からホルモンが放出されて、それが血管に入り、脳まで到達し、脳の神経細胞にある受容体に作用することで、神経細胞を刺激するというものです。
もう一つ、腸と脳を直接つなぐ経路があります。
それが、瞑想神経という神経細胞の束です。
これは、双方向に情報を伝えることができて、腸から脳、そして脳から腸へと刺激を伝えることができます。
これまでの研究では、これらの経路を使って、腸内細菌が脳へ影響を及ぼすことが明らかになってきています。
でも逆に、脳の方が腸の状態を変化させることもあります。
ストレスがあると、お腹の調子が悪くなりますよね。
さらに、ストレスによって腸内細菌のバランスがおかしくなるということがわかってきていますし、これが全身の免疫に影響を与えることもわかってきています。
例えば、人間でストレスにより腸内細菌が変化することは、たくさんの研究で確認されています。
さらに、霊長類の研究では、ストレスを与えると腸内で有益な乳酸菌が減少して、病原菌の感染が起きやすくなるということを示した研究があります。
しかし、この脳から腸内細菌へ伝わる経路に関して調べた研究は、比較的少なく、まだよくわからないことが多いんです。
また、ストレスが腸に伝わる仕組み、つまり、脳から腸への経路があったとして、それがストレスによってどのように刺激されるのか、については不明です。
ブルンナー腺の役割
今日は、気の遠くなるような大量な実験をして、この点を明らかにした壮大な研究を紹介します。
ホットサイエンティストへようこそ、葵です。
今日紹介するのは、アイカーン医科大学のハオ・チャンらによる研究で、2024年8月にセルに発表されたものです。
この研究では、十二指腸に位置する小さな臓器、ブルンナー腺に注目しました。
これに注目した理由ですが、腸内の細菌のバランス、特に乳酸菌の量は腸内の粘液の量の影響を受けると考えられていて、このブルンナー腺は粘液を分泌する器官だからです。
さらに、ブルンナー腺には多くの神経細胞が存在することが知られています。
そして、そのほとんどが腸と脳をつなぐ瞑想神経です。
ですから、ブルンナー腺は脳から直接制御されているわけです。
そこで、脳による腸内細菌への影響は、瞑想神経によるブルンナー腺の制御によるものではないかと仮説を立てて、マウスを使って実験を行っています。
まず初めに、瞑想神経によってブルンナー腺が制御されていることを実験的に示しています。
CCKという瞑想神経を刺激することが既にわかっているホロモンがあるのですが、これを投与するとブルンナー腺の細胞が興奮し、粘液の分泌が起きるということをまず明らかにしました。
さらに、瞑想神経を切断すると、CCKによるブルンナー腺の興奮は起きなかったので、瞑想神経がブルンナー腺を刺激するということが確認されました。
また、このCCKによって瞑想神経を活動させるということを続けていると、腸内でラクトバチル種族の乳酸菌が増えることがわかりました。
瞑想神経が刺激されると、ブルンナー腺が刺激され、粘液の分泌が増えて、その結果乳酸菌が増えるというわけです。
次に、ブルンナー腺を外科的に切除、あるいはこの部分の細胞が死ぬように遺伝子改変して破壊するという実験もしています。
すると、ブルンナー腺のないマウスでは、小腸に棲むラクトバチルスが減少することがわかりました。
ラクトバチルス族は、動物にとって有益な乳酸菌で、小腸の壁に並ぶ細胞の間に隙間が開かないようにつなげるタンパク質があるのですが、この生成を促す作用があります。
細胞と細胞の隙間から病原菌が侵入してくるので、この作用によって、小腸のバリア機能を保っています。
なので、この乳酸菌がいないと病原体が血流に侵入してしまい、そうすると体内で炎症が起き、体の不調につながります。
そこで、この研究では、実際にブルンナー腺のないマウスで感染しやすくなっているかを調べています。
ストレスと感染のメカニズム
ここでは、スタフィロコッカスという菌を使っているのですが、この菌は普段から体に存在する錠剤菌で、強い病原性はないのですが、免疫力が低下すると感染症を起こすことがあるものです。
この菌を投与したところ、ブルンナー腺のないマウスはこの菌に感染しやすくなっていて、感染によって死に至ることも多いことが示されました。
他の実験では、抗生物質、つまり細菌を殺してしまう薬剤を投与した場合に、同じく腸管のバリア機能が低下することを示しています。
逆に乳酸菌やビフィズス菌を投与すると回復することも示しました。
これで、さらに乳酸菌の減少が腸のバリア機能に関わっているということが確認されたわけです。
さて、ここまでの実験で、瞑想神経がブルンナー腺を刺激すると粘液が分泌され、その結果乳酸菌が増加し、乳酸菌が腸の健康を守っているということが分かったわけです。
ここで最初に刺激を送っている瞑想神経は脳と腸を繋いでいるわけですが、じゃあ脳のどこに繋がっているのかという点について、次に調べてみます。
ここでも非常にたくさんの実験を行っているのですが、結果だけ言うと、瞑想神経が脳の変動体という部分に繋がっていることが明らかになりました。
変動体というのは、感情に関して重心的な役割を持つ部位で、感情に対応した行動や記憶、それにストレス反応に重要な場所です。
それで、次に研究グループは、マウスにストレスを与えて何が起きるかというのを調べています。
まず、ストレスの与え方ですが、高速ストレスというよく用いられる手法で、マウスを動けなくすることでストレスを与えています。
マウスに長期的にストレスを与えた結果ですが、ストレスによって変動体の活動が低下していること、ブルンナー腺からの分泌が低下していること、
さらに、ラクトバチルスが減って感染が増加することがそれぞれ実験的に示されました。
つまり、ストレスを与えられたマウスでは、脳からの刺激が減ってブルンナー腺が働かなくなって、ブルンナー腺がないのと同じような状態になるということがわかったわけです。
ここまでの結果は、マウスで得られたものなので、人でも同じことが言えるかはまだわかりません。
でも一部、人での検証も行っています。
理想的には、ブルンナー腺を切除した人とそうでない人で比較をすればいいわけです。
もちろん、研究のために人でこんな大事そうな器官を取り除くわけにはいきません。
そこで目をつけたのが、消化管の腫瘍の手術を受けた患者です。
消化管の腫瘍の切除手術を行うことがあるのですが、腫瘍がブルンナー腺の近くで、ブルンナー腺も除去された人と切除した場所が少し違った患者について比較するということをしたわけです。
その結果ですが、ブルンナー腺を含む領域を取り除かれた患者では、そうでない患者に比べて、白血球のレベルが高かったんです。
白血球というのは、感染して炎症が起きているときに感染源に対処する細胞ですから、炎症が起きているときに増加します。
白血球が多かったということは、ブルンナー腺が取り除かれた患者では、より強い炎症反応が生じたということになります。
人について行った解析はここまでで、腸内細菌や瞑想神経、あるいはストレスが関わっているかについては解析されていません。
しかし、人でもブルンナー腺は炎症に重要そうで、マウスでの結果の一部が再現されているので、人でも同じ仕組みでストレスにより感染、炎症が起きている可能性があります。
というわけで、この研究では、通常は脳で感情を司る変動体から、瞑想神経を通じて腸のブルンナー腺が刺激されることが示されました。
そして、ブルンナー腺からの粘液の分泌により、ラクトバチルスという乳酸菌が多く存在する状態が保たれることで、腸のバリア機能が維持され、感染から守られているということでした。
しかし、ストレスを受けるとこの経路が働かなくなり、乳酸菌が減り、感染の結果、炎症が起きるという仕組みが明らかになったわけです。
さらに、今回の研究では、マウスでは、ですが、乳酸菌を補うことで改善することも示しています。
したがって、この発見は、ストレスによって引き起こされる炎症性腸疾患の新たな治療法を見つける鍵になる可能性があります。
ストレスと腸内細菌の関係
また、乳児は母乳を通じてラクトバチルス族を得るわけですが、乳児での慢性的なストレスについても研究を進めている、と今回の研究を行った著者らが話していました。
この研究が進むことで、発達段階におけるストレスや腸内細菌の影響が明らかになるかもしれません。
こんにちは、葵さん。
こんにちは、佐藤さん。
今日は初めて、メインの研究紹介を葵さんがしたわけですけど、どうでした?
そうですね、改めて口に出して、声に出して、読んでみることで、理解が深まった部分がかなりありました。
なんか、一人でただ喋るって結構大変じゃなかったですか?
そうですね、挨拶してくれる人がいないとこんなにも寂しいのかと思いました。
確かに確かに、そうなんですよね。
まあ、ポッドキャストもそうですけど、授業で一人で喋ってる、講義してるのとかも、なんかこんな感じなんですよね。
じゃあ、これから講義受けるときには、よくうなずくようにしたいと思います。
そうですね、たまに最前列にそういう学生さんがいるときは、なんかこっちも嬉しくなっちゃいますね。
はい、原稿読みどうもお疲れ様でした。
また今後もね、青井さんがこういう話す会を時々やっていこうと思ってますので、リスナーの皆さんも是非ご期待ください。
じゃあですね、ここからは私の方から少し今回の論文について発足をしたいことがあるんですね。
自立神経の役割
本文の中ではあまり書いてなかったことなんですけど、自立神経との関係についてなんです。
青井さんは自立神経、交換神経、副交換神経のことは知ってますか?
はい、知ってます。交換神経はストレスや危険があるときに、体のいろいろな臓器を興奮した状態にする神経で、副交換神経は逆に体をリラックスした状態にする神経ですよね。
うん、そうそうそう。自立神経は交換神経と副交換神経からできてるわけなんですけど、どちらもいろんな臓器に刺激を送って、状況に合わせて一度に体の状態を調節するっていう働きを持ってるわけなんです。
今回出てきた瞑想神経は副交換神経の一部なんですよね。
はい、瞑想神経は胃や腸を調節して食べ物の消化を促進することが知られていますね。
そうそう。胃で胃液の分泌を促進するのと、それから腸の運動、前導運動を促進するのが副交換神経の機能としてよく知られていて、教科書にもそういうことがちゃんと書いてあるわけなんですけど、今回出てきた十二支腸のブルンナー腺が副交換神経で調節されているっていうのも既に知られていたみたいなんです。
さらに言うと、ストレスによって副交換神経の活動が低下するっていうことも知られているので、ストレスによって瞑想神経が抑制されて、その結果ブルンナー腺が抑制されるっていうのは既に分かってたことなんです。
だから今回の論文の完全に新しい部分っていうのは、この副交換神経からブルンナー腺っていう経路が腸内細菌を制御しているっていうところだけがメインになるわけなんですね。
でも今回の論文のすごいのは、こんなふうに前の研究でこうだと分かっているから、ストレスから腸内細菌まで経路がつながっているだろうっていう、そういう推測を残すようなことはしないで、もう本当に全部つながっているかを実験的に検証してるんです。
だから今回のこのケースで実際に作用してるっていうことを全て示してるっていうところがすごいんですね。しかも同じことをやるのに複数の手法で確認をしたりとかしてて、全く隙のない検証をしてたんです。
論文の図がすごいことになってましたよね。
気が遠くなっちゃうようなレベルだったんですね。今回の論文はセルっていう雑誌に掲載されたものだったわけなんですけど、こういう一流誌と呼ばれるような雑誌って、徹底的に実験がされてないと、査読っていう審査でOKが出ずに掲載されないっていう、そういう現実があるんですね。
非常にたくさんの実験が要求されるんで、ちょっとあんまりじゃないかっていう批判もあるんですけど、今回の論文っていうのはまさにそんな試練を乗り越えた論文って感じでしたね。私からの補足はこんなところですね。
ありがとうございます。じゃあ今日はこれで終わりにしたいと思います。最後までお聞きいただきありがとうございました。
ありがとうございました。
