特集：腸内細菌叢を巡る研究の最前線

特集にあたって：腸内細菌叢という言葉もだいぶ研究者の間に浸透してきたのではないかと思う．「叢」の読みを辞書で引いた経験がある方も多いと思う．言葉の拡がりはとりもなおさず，最新の研究が社会に役立つ成果をもたらしつつあるからである．糞便移植から創薬資源探索まで，多くの報告がなされている．そこで本特集では，国内で腸内細菌叢を用いた研究に携わるアカデミアと企業の研究者を広くお招きして，最新の成果を報告していただいた．ぜひ，疾患治療につながるヒントを摘み取っていただければと思う．

表紙の説明：腸内細菌叢は，英語ではintestinal floraとも呼ばれてきた．ローマ神話のFloraは花の女神．色とりどりの細菌は今花盛りの研究，周りにはその果実を配して，研究の発展を願った．

メタゲノム解析による腸内細菌草解析の進歩から、様々な疾患で腸内細菌叢の異常が明らかとなっている。さらに、メタボローム解析をはじめとする統合オミクス解析や無菌マウス技術の応用により、疾患の発症や増悪に寄与する腸内細菌由来の低分子代謝物の存在も示されてきた。したがって、これらの低分子代謝物をターゲットとする予防･治療薬の開発が期待される。

核酸医薬品が相互作用するタンパク質の新たな同定法，細胞膜をドリルで破壊?，新型コロナウイルスの変異獲得とヒト微生物叢の関連，シングルセル解析により肝臓門脈域を防御する新たな免疫細胞が見つかった，アフターコロナでもマスクを着用する理由は？，外科手術に使用する皮膚消毒薬について

腸管は最大の免疫系を有し、微生物の侵入に対する防御の最前線を担っている。また同時に食事等の無害な抗原に反応しないようになっており、複雑な免疫系が構築されている。腸内細菌と免疫の関係は密接に結びついており、腸内細菌が免疫系に影響を与えると同時に免疫系も腸内細菌に影響を与えていることが近年の研究から明らかになってきた。本稿では、腸内細菌がどのように腸管免疫やバリアを制御しているのかについて概説する。

様々な疾患患者で腸内細菌叢の破綻が起こることが広く知られるようになり、腸内細菌が何らかの方法で宿主に影響を与えていることが示唆されている. 腸内細菌叢が宿主に作用するメカニズムの一つに, 腸内細菌が産生する代謝物の可能性が指摘されており, 腸内細菌が産生する機能性分子を探索するメタボロミクスの重要性が年々増している. 本稿では, メタボロミクス技術の現状と腸内細菌研究におけるメタボロミクスの活用の最新動向について紹介したい.

腸内細菌が宿主の健康に与える影響を理解するにあたり、腸内細菌による食品成分・薬効成分の代謝やその代謝物の生理機能の解明が重要になってきている。食品に由来する脂肪酸の腸内細菌代謝と代謝物の生理機能解析を軸に、関連する腸内細菌代謝研究を解説する。また、ポストバイオティクスと呼ばれる腸内細菌代謝物に期待される、疾患と腸内細菌叢を同時に制御するデュアルコントローラ機能に言及する。

古くからH2Sは高濃度では生命に有毒であることは知られていたが, 現在では生理学的濃度レベルにおいて重要な生物学的プロセスを調節するシグナル伝達分子として認識されている. さらに近年, 非常に高い求核性/還元力を有する超硫黄分子と総称される硫黄代謝産物が発見され, その多彩な機能に注目が集まる. 一方で, ヒトの腸内には, 腸内細菌叢と呼ばれる多様な微生物群が生息している. これらの微生物のうち, ある種の細菌は硫黄代謝において重要な役割を果たしており, これらはヒトの健康や疾病に影響を及ぼす. そこで, 本稿ではH2Sと超硫黄分子を中心に腸内細菌の硫黄代謝物について論じる.

近年、ヒトの腸内細菌叢が、健康と疾患を制御し得る新規ターゲットになる可能性があるとして、大きな注目を浴びている。腸内細菌叢の構成は、多様な要因によって変化するが、食事もその変動要因の1つである。腸内細菌叢は、我々の摂取した食物の一部を栄養源としてこれらを資化し、ヒトの生理機能を変化させる多様な微生物代謝物を産生する。一方、食事成分は、宿主生理機能への直接的な影響だけでなく、腸内細菌叢とその代謝物によって媒介される間接的な作用も併せ持つ。そのため、食事-腸内細菌叢-宿主間の複雑な相互作用を理解することは、個体の健康維持や疾患リスクの低下、病態軽減のための適切な食事成分の摂取につながる。

そこで、本稿では食事成分が腸内細菌叢に与える影響について述べるとともに、特定の疾患の治療法として食事がどのように応用できるかについての例を挙げたいと思う。

近年、腸内細菌を中心にマイクロバイオーム研究とその産業応用が注目を浴びており、多くの疾患との相関が相次いで報告されている。また、2022年に世界最初のマイクロバイオーム医薬が誕生しており、さまざまな疾患でマイクロバイオームを制御するマイクロバイオーム創薬が進められている。本稿では、マイクロバイオーム創薬に関して、そのアプローチや最新動向、あるいは国内の取り組みについて紹介する。

樹状細胞は細菌などの病原体を取り込み、これらに由来する成分をT細胞に提示することで病原体排除の免疫応答を誘導する役割をもつ免疫細胞である。腸管の樹状細胞は腸内細菌叢やそれらに由来する成分からの影響を受ける。本稿では、腸内細菌の代謝産物である短鎖脂肪酸の樹状細胞に対する作用について、著者らが最近見出した短鎖脂肪酸の樹状突起伸長作用について解説し、さらに短鎖脂肪酸の樹状細胞を介した免疫応答に対する作用について、最近の知見を紹介したい。

腸内細菌叢が疾患にも関連していることに注目されているが、実験系としてディッシュ上での腸上皮細胞と細菌の共培養は不可能であることから、実験動物に依存している。最近、腸管組織構造を模倣し、培地を連続的に供給・排出することができ、培養環境としての嫌気レベルも制御できるマイクロ流体デバイス技術による腸管チップの開発が進んでいる。腸管チップでは、多孔膜を利用して、腸管内腔や血管側、ムチン層などを構築でき、腸内細菌との共培養が試みられており、現状について解説する。

家族性高コレステロール血症(FH)は常染色体顕性遺伝性疾患で，高LDL-C血症，早発性冠動脈疾患，腱・皮膚黄色腫を主徴とする．ホモ接合体のFH(HoFH)は，重度高コレステロール血症から早発性心血管系疾患による若年死亡に結びつくことがある．原因遺伝子にはLDL受容体(LDLR)，プロタンパク質転換酵素サブチリシン／ケキシン9型(PCSK9)，アポリポタンパクB，LDLRアダプタータンパク質1がある．脂質低下薬で治療されるが，LDLR活性に依存するスタチンやPCSK9阻害剤はLDLR変異を有する場合治療に限界があり，新たな治療選択肢が求められていた．

本剤は，成人および青年HoFH患者(12歳以上)を対象とした国際共同第Ⅲ相試験(R1500-CL-1629試験)とその継続試験(R1500-CL-1719試験)，ならびに小児HoFH患者(5歳以上12歳未満)を対象とした海外第Ⅰb/Ⅲ相小児試験(R1500-CL-17100試験)により有効性と安全性が検討された．2021年2月に米国，同年6月にEUで12歳以上のHoFH患者に対して承認された．その後，2023年3月に米国で，同年12月にEUで5歳以上へ適応拡大された．我が国では，2024年1月に「ホモ接合体家族性高コレステロール血症」の効能または効果で承認された(生後6か月以上5歳未満のHoFH患者に本剤を投与したときの曝露量および薬力学的作用はPop-PK解析およびPop-PK/PD解析より推定された)．

ルクサナバイオテクは大阪大学薬学研究科小比賀教授らの発明である４つの新規人工核酸の創薬ポテンシャルを最大化するため、2017年12月に設立されたプラットフォーム型創薬バイオベンチャーである。応用研究により人工核酸の活用によりアンチセンス医薬（ASO）の肝毒性低減を達成し、新たに中枢神経系投与における毒性低減と脳深部の活性向上を見いだした。創薬プラットフォームLuxiAP^®を構築し、複数の製薬会社との共同創薬と技術ライセンス契約、および自社創薬を進め、協業型の早期臨床試験入りを目標とする。

京都薬科大学薬用植物園は，1925年に「京都薬学専門学校薬草園」として設置され，1968年に現在地に全面移設された．2011年に完成した御陵園と共に，初年次教育や学生実習など教育施設として活用される．卒業論文研究の学生が所属する研究施設として，栽培研究や本学生薬学分野と連携した難治性疾患治療薬の開発研究に取り組む．約100年の歴史の中で収集された植物，標本，知識・技術を次世代につなぎながら，施設のさらなる活用を目指す．

遺伝子発現調節機構の一つであるエピジェネティクスを制御する化合物の創製研究について簡単に紹介した。エピジェネティクスはがんなどの疾患に加えて、様々な生命現象に関与していることから、人々の願いを叶えるひみつ道具のようなエピジェネティクス制御化合物の創出を期待したい。

私は、岡山大学薬学部入学直後に人生を変えるメンターに出会うことができた。その出会いをきっかけに、私は生物薬剤学研究室に入ってナノDDSに関する研究に没頭し、その後、京都大学の博士課程へ編入学して学位を取得し、教員になる道を選んだ。本稿では、偉大なメンターである先生方への感謝の意を込めて、未熟な学生であった私を導いてくださった先生方との当時のエピソードをいくつか紹介させていただく。

芳香族化合物の位置選択的アミノ化反応は，アニリン骨格を有する生物活性物質を短い工程で合成可能とする直接的な手法として魅力的である．そのなかでも，メタ位選択的C-Hアミノ化反応は反応点が遠隔位であることから困難である．今までに，ピリジン環を配向基とした遷移金属触媒によるメタ位選択的C-Hアミノ化反応が複数報告されているが，いずれも複雑な配向基の導入と除去に複数工程を要し，実用性や原子効率の観点から課題が残る．このような背景のもと，Lvらは，生理活性物質に普遍的に見られるアミノ基を配向基とした非共有結合性相互作用によるメタ位選択的C-Hアミノ化反応を報告したため，以下に紹介する．

なお，本稿は下記の文献に基づいて，その研究成果を紹介するものである.

1) Anugu R. R. et al., J. Am. Chem. Soc., 142, 5266–5271(2020).

2) Lv Q. et al., J. Am. Chem. Soc., 146，1735–1741(2024).

3) Gillespie J. E. et al., J. Am. Chem. Soc., 143, 9355–9360(2021).

縮環ピロリジン骨格は，単純なピロリジン／ピペラジン類縁体と比較して簡便な合成法が少ないが，sp³炭素に富んだ構造が分子の結晶性を低減し，溶解度などの物性改善が期待できる．また，特有の剛直な配座が，単環式アミンでは困難な空間に置換基を配置することで，標的分子との相互作用が有利になる可能性がある．さらに合成例が少ないため，物質特許取得の際に新規性を確保しやすいことも魅力的である．これらの観点から，創薬化学の探索段階において注目される骨格の1つと言える．一方で，既知の縮環ピロリジン合成法は市販原料から多段階工程を要し，特に，［3.2.0］ヘプタン型の縮環ピロリジン骨格(A)の合成手法は限られている．本稿では，入手容易なニトロアレーン類から縮環ピロリジン(A)を一挙に構築するMatadorらの合成法と当該骨格の機械学習によるバイオアイソスター同定法について紹介する．

なお，本稿は下記の文献に基づいて，その研究成果を紹介するものである.

1) Cox B. et al., ACS Med. Chem. Lett., 11, 1185–1190(2020).

2) Matador E. et al., J. Am. Chem. Soc., 145, 27810–27820(2023).

3) Park H. -S., Jun C. -H., Expert Syst. Appl., 36, 3336–3341(2009).

昨今の生合成研究において，生合成酵素の結晶構造を基にリデザインを行い有用な天然物を酵素合成する研究が頻繁に行われている．今回，放線菌Streptomyces coelicolor由来のクラスIセスキテルペン環化酵素であるエピイソジザエン合成酵素(epi-isozizaene synthase: EIZS)における生合成リデザインについての研究を紹介する．

なお，本稿は下記の文献に基づいて，その研究成果を紹介するものである.

1) Eaton S. A., Christianson D. W., Biochemistry, 62, 2301–2313(2023).

2) Li R. et al., Biochemistry, 53, 1155–1168 (2014).

3) Aaron J. A. et al., Biochemistry, 49, 1787–1797(2010).

脂質ナノ粒子(lipid nanoparticle: LNP)は薬物送達担体として，核酸創薬への応用が加速している．近年では，COVID-19 mRNAワクチンが承認された．LNPは多成分の脂質で構成され，一般的にカチオン性脂質，リン脂質，コレステロールおよびポリエチレングリコール修飾脂質が含まれる．mRNA-LNPの調製はエタノール希釈法が用いられ，脂質成分を含むエタノール溶液(脂質溶液)とmRNAを含む緩衝液の混合により，脂質溶液が希釈され，疎水性相互作用や静電的相互作用によりナノ粒子が形成される．上記調製法を原理とし，連続的な大量製造を可能にする技術としてマイクロ流体デバイスがある．マイクロ流体デバイスでは，総流速と流量比(緩衝液／脂質溶液)が変更でき，バッチ法(容器内でLNPを手動で作製する手法で1回の調製量に制限がある)よりも多様なLNPが調製できる．しかし，マイクロ流体デバイスを用いたLNP調製において，スケールアップ化や混合条件の違いによるin vivoでの粒子特性の変化はあまり注目されていない．本稿では，バッチ法またはマイクロ流体デバイスを用いて調製した製剤でのmRNA送達における有効性と臓器指向性を比較した論文を紹介する．

なお，本稿は下記の文献に基づいて，その研究成果を紹介するものである.

1) Petersen D. M. S. et al., Eur. J. Pharm. Biopharm., 192, 126–135(2023).

2) Mehraji S., DeVoe D. L., Lab. Chip., 24, 1154-1174(2024).

タンパク質の翻訳後修飾はその機能に大きな影響を与え，細胞の活性調節に必須である．修飾は特定のアミノ酸残基に対して特定の化学残基が付与され，その化学構造により様々な翻訳後修飾が発見されている．例えば，リン酸化を介した酵素活性の制御やユビキチン化を介した分解の制御をはじめ，多くの制御機構が知られている．補酵素A(coenzyme A: CoA)は多くの酵素の補因子として機能する生体物質であり，活性チオール基を介して特定の化学構造と結合し，機能する．最近，一酸化窒素(nitric oxide: NO)がCoAに結合したS-ニトロソチオール(S-nitrosothiol: SNO)-CoA (SNO-CoA)が発見され，このSNO-CoA依存的にタンパク質のシステイン残基にS-ニトロシル化が起きることが報告された．　しかしながらSNO-CoAを介したタンパク質のS-ニトロシル化を担う酵素の実体は不明であった．本稿ではS-ニトロシル化を担う酵素実体を同定し，タンパク質のS-ニトロシル化の機能としてインスリンシグナルの制御機構を見いだしたZhouらの報告を紹介する．

なお，本稿は下記の文献に基づいて，その研究成果を紹介するものである.

1) Anand P. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 111, 18572-18577(2014).

2) Zhou H. L. et al., Cell, 186, 5812–5825(2023).

3) Yamaguchi T. et al., J. Biol. Chem., 269, 24343-24348(1994).

腸内細菌叢は，その宿主であるヒトの免疫などと相互作用し，様々な疾患に影響を及ぼしている．近年，造血幹細胞移植(hematopoietic stem cell transplantation: HCT)後に腸管で起きる急性移植片対宿主病(graft-versus-host disease: GVHD)の重症度に腸内細菌叢およびその代謝産物の変化が関わっている可能性が示唆されている．　現在，腸内細菌叢の改善法として糞便微生物移植が期待されているが，安全性および有効性をはじめ議論すべき点がある．急性GVHDの重症度に関わる腸内細菌の代謝産物には，酪酸などの短鎖脂肪酸が知られている．短鎖脂肪酸は，Clostridia属などの腸内細菌が難消化性でんぷん(resistant starch)を発酵する際に産生される．これらは腸内細菌のエサのみならず，腸管上皮細胞へも供給され，腸管粘膜バリアの維持に利用される．実際に，マウスのGVHDモデルでは，腸管上皮細胞での酪酸が減少し，逆に酪酸産生腸内細菌により酪酸が増えると急性GVHDが減少することが明らかとなっている．しかし，抗生物質をはじめ多くの薬物を用いるHCT患者に食事介入による腸内細菌叢の調整が有用なのかは不明である．そこで本稿では，既に健常人にて酪酸産生腸内細菌ならびに腸管の酪酸を増やすことが明らかになっているresistant-potato starch(RPS)を用いたHCT患者への食事介入の実現可能性を検証したRiwesらの論文を紹介する．

なお，本稿は下記の文献に基づいて，その研究成果を紹介するものである.

1) Peled J. U. et al., N. Engl. J. Med., 382, 822-834(2020).

2) Mathewson N. D. et al., Nat. Immunol., 17, 505-513(2016).

3) Riwes M. M. et al., Nat. Med., 29, 2805–2813(2023).

ウイルスは，宿主の免疫機構を回避するために様々な機構を保持している．特にヘルペスウイルス科のウイルスは初感染後，潜伏感染に移行し，生涯体内に潜み続けるという性質を持つ．そのため，ヘルペスウイルス科ウイルスは他のウイルス種とは一線を画した免疫回避機構を発達させてきた．ヘルペスウイルス科ウイルスのなかでも，特にヒトサイトメガロウイルス(HCMV)は免疫回避に関わる遺伝子を多数保持しており，臓器移植時の日和見感染や母子感染の原因となる病原体である．

これまでの研究で，HCMVに対する感染防御にはナチュラルキラー(NK)細胞が重要な役割を担うとされており，ウイルス側もその活性化を阻害する分子を複数コードしていることが知られている．NK細胞機能の抑制に関わる既知のウイルス由来分子は感染細胞内において機能するものが中心であった．今回，Vlachavaらが，新たにHCMV感染細胞からNK細胞の活性化阻害能を持つウイルスタンパク質(gpUL4)が放出されることを報告した．ウイルス由来因子で感染細胞外へ放出され，NK細胞の活性化を阻害する分子はこれまでに報告されていなかったため紹介する．

なお，本稿は下記の文献に基づいて，その研究成果を紹介するものである.

1) Vlachava V. M. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 120, e2309077120(2023).

2) Smith W. et al., Cell Host. Microbe, 13, 324–335(2013).

世界的に医師を含めた医療従事者の不足が問題視されている．日本でも2024年度より「医師の働き方改革」が開始となり，医師から他職種へのタスクシフト／シェアが注目されている．さらに，諸外国では医療アクセスの問題が深刻化しており，医療機関で医師の診察を受けるための待機期間が長期化している．この問題に対して，英国やオーストラリアでは，(条件・制限付きで)薬剤師による処方解禁が予定されている．

また，カナダでは，Walk-in pharmacy clinicsと呼ばれる薬剤師主導のサービスを開始し，薬剤師が処方だけでなく診察・紹介等のトリアージ機能を積極的に担うことで，地域住民の医療アクセス向上に貢献することが報告されている．

今回は，カナダ国内で最初に薬剤師による処方が認められたアルバータ州で実施されたランダム化比較試験(The Alberta Clinical Trial in Optimizing Hypertension: RxACTION)の結果をもとに，薬剤師主導で血圧改善のための処方介入を行った場合の長期的な経済効果について，米国の条件下で行われたシミュレーション結果を紹介する．

なお，本稿は下記の文献に基づいて，その研究成果を紹介するものである.

1) Tsuyuki R. T., Watson K. E., Can. Pharm. J., 156, 52-53(2023).

2) Tsuyuki R. T. et al., Circulation, 132, 93-100(2015).

3) Dixon D. L. et al., JAMA Netw. Open, 6, e2341408(2023).

4) Marra C. et al., Can. Pharm. J., 150, 184-197(2017).

5) Okada H. et al., Hypertension, 74, e54-e55(2019).

2024年1月9日から11日までの3日間、ドバイ国際貿易センターにてDUPHAT2024が開催された。DUPHATは、1995年の創設以来毎年ドバイで開催される薬学分野の国際学会である。DUPHATの公式ホームページによると、95か国から31,680人（うち招待講演者150人）が参加し、中東及び北アフリカ地域における最大規模の学術会議としての地位を確立している。毎年欧米を中心に多数の講演者が招待されており、2009年以降はほぼ毎年日本薬学会に対しても講演者の推薦依頼があると聞いている。今回筆者は日本薬学会の代表として推薦を受け参加したので、その内容を報告する。

筆者の所属先では、最近、歴史ある研究者の親睦団体が解散した。その経緯を振り返ると、解散は長年にわたる社会の変化の影響を受けた結果のように思われた。簡単に答えを出せる問題ではないが、どうすれば団体は存続できたのかを考えてみた。