食餌性タンパク質と加工が腸内細菌叢に及ぼす影響-システマティックレビュー
Effect of Dietary Protein and Processing on Gut Microbiota—A Systematic Review

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アミノ酸リスク食品腸内微生物叢食品

ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8840478/

ニュートリエント.2022 Feb; 14(3):453.

2022年1月20日オンライン公開 doi:10.3390/nu14030453

pmcid: pmc8840478

PMID:35276812

Shanon L. Casperson,アカデミックエディター

概要

腸内細菌叢の組成に及ぼす食事の影響と、その結果としての疾患リスクへの影響は、ますます関心を集めている。本総説では、食事性タンパク質による腸内細菌群の変化に関連する現在の知見に焦点を当て、動物の代謝、健康、および疾患におけるその潜在的な役割について検討する。

PRISMA(Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analysis)プロトコルを使用し、マウス研究6件、豚研究7件、ラット研究15件、試験管内試験研究1件を含む関連性の高い論文29件を入手した。

これらの研究の分析から、タンパク質源、タンパク質含有量、食事組成(炭水化物含有量など)、タンパク質の糖化、加工因子、タンパク質の酸化など、いくつかの要因が食事タンパク質の消化率およびバイオアベイラビリティに影響を与えることが示された。

これらの要因は、腸内でのタンパク質発酵、吸収、機能的特性に影響を与え、その結果、腸内細菌叢の構成に影響を与え、人間の健康に影響を与える可能性がある。腸内細菌叢は、宿主の生理機能にプラスまたはマイナスの影響を与える代謝物を放出することができるが、食事性タンパク質が腸内細菌叢およびヒトの健康にプラスの影響を与えるためには、タンパク質の品質の選択と適切な食品加工条件が重要である。

*

キーワード 食事性タンパク質、加工、腸内細菌叢、メタアナリシス、影響、健康

1.はじめに

最近の研究では、腸内細菌叢がヒトの健康に不可欠な役割を果たしていることを示す強い証拠が示されている[1,2]。

それと並行して、腸内細菌集団の構成に及ぼす食事の影響に関する知識が増え、その結果、ヒトの健康や疾病に影響を及ぼしていることが明らかになっている[3]。

例えば、ヒトの免疫状態[4]、神経変性疾患[5]、メタボリックシンドローム[6]などに関係があることが報告されている。

腸内細菌叢は、食事成分を代謝し、宿主の生理機能にプラスまたはマイナスの影響を与える代謝産物を放出する[7]。

食事と腸内細菌叢と人間の健康との間の複雑な関係は、健康とウェルビーイングを改善するための自然なシステムとして非常に大きな関心を集めている[1,2]。

*

様々な食品栄養素の中でも、タンパク質は重要な有益な短鎖脂肪酸(SCFA)および有害な腐敗代謝物(アンモニア、アミン、硫化水素、フェノール、インドールなど)の主要基質であり、タンパク質分解発酵によって腸内細菌叢が生成される可能性があることから、注目が高まっている[7,8,9,10]。

これらの代謝物の中には、生理活性特性を持ち、宿主のシグナル伝達や遺伝子発現に重要な役割を果たすものがあり[11]、循環器疾患や代謝性疾患などの健康問題に関与する可能性があるとされている[10]。

量と質におけるタンパク質摂取は、上記の効果に中心的であり、複雑なメカニズムが関与している。例えば、高タンパク質摂取は炎症性腸疾患のリスク上昇と関連することが判明し[12]、同時に、食欲不振ホルモンであるペプチドYYの産生を増加させて満腹感を誘導することができる[13]。

しかし、食事タンパク質の量と摂取源が微生物叢、宿主の健康、および代謝に及ぼす影響について利用可能な情報は、批判的に評価されていない。摂取した食事性タンパク質は、腸内細菌叢の多様性と組成の両方を変化させる可能性があり[11]、したがって、このテーマは最新のレビューに値す。

食事性タンパク質による腸内細菌叢の変化を調べ、対応する代謝機能を理解し、タンパク質源とその加工が微生物集団の相対的存在量と宿主生理への影響にどのように影響するかを理解することは、有益である。この系統的レビューの目的は、様々な食事タンパク質レベルおよび食事タンパク質源とその加工が腸内細菌集団の相対的存在量に与える影響を明らかにし、この関係に影響を与える可能性のある潜在的な基礎因子を検討することである。

このレビューの範囲は、ヒト、動物、および試験管内試験モデルで報告されている、食事性タンパク質およびその処理方法によって影響を受ける様々な腸内細菌集団に関連する生理学的機能を検討し、代謝、健康、および疾患におけるそれらの潜在的役割について洞察を与えることである。

2.材料と方法

このシステマティックレビューの実施にあたっては、事前に検索戦略,適格性基準,抽出プロセス,目的を規定したPRISMA(Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analysis)プロトコル[14]のガイドラインを使用した。

2.1.文献検索

PubMed、Scopus、Web of Science(core collection)、Central(Cochrane central register of controlled trials)などの電子データベースを選択し、主題見出し、自由記述語、同義語、本レビューに関連するキーワードを組み合わせて、2011年から2021年の関連文献を収集することとした。

検索語は、「食事性タンパク質」or「タンパク質摂取」or「タンパク質消費」or「タンパク質代謝」or「タンパク質消化」or「タンパク質発酵」 AND(微生物叢orマイクロバイオームorマイクロフローラor常在菌or細菌*or微生物) AND(腸or胃腸or腸*or「消化管」or腸管orデュオデン*orジェジュン*or回腸orカイック*orセック*or結腸or結腸or糞便orフェカリス)、であった。アスタリスクは、キーワードの派生物を含む場合に使用した。最新の研究が含まれるようにし、2021年までの最も包括的な検索を試みた。

2.2.研究の選択基準

初回は、検索結果から得られたレコードを文献管理ソフトEndnote(X9版)に統合し、重複を排除した上で、要旨の関連性をスクリーニングした。タンパク質源/投与量の変更が腸内細菌叢に及ぼす影響を調査した研究を関連性の可能性があるとみなし、それ以外の記録を関連性がないとみなした。

関連する研究の全文をレビューし、事前に指定した適格性基準に従って適格性を評価した。以下の基準をすべて満たす研究を対象とした。(1) 健康なヒト、マウス、ラット、ブタ、または試験管内試験で実験研究(食事介入/治療)を行った、(2) タンパク質修飾を主目的とした食事介入または実験研究、(3) 通常のタンパク質量または増加量のタンパク質を投与した食事介入、(4) 対照群の存在、(5) 量を測定または定量した消化管微生物個体群、すべての基準を満たした研究を対象とした。

2.3.データ抽出

補足データまたは補足情報も、あらかじめデザインされたフォームを使用して、研究から関連データを抽出する際に参照された。抽出されたデータは、以下のように要約される。(1)モデルの特徴(種類、品種、雄雌)、(2)腸内細菌叢の分析サンプルの種類(糞便、セカル内容物、コロン内容物、回腸内容物、セカル粘液)、(3)食事タンパク質の特徴(種類と用量)、(4)タンパク質源により誘発された腸内微生物集団のコントロールと比較して食事タンパク質が与える影響(すなわち、増加または減少という変化)、である。

本文中で報告されていない腸内細菌叢の変化は、様々な細菌集団の相対的存在量または濃度の報告図および表から導き出した。微生物集団の変化が有意でない場合は、各種細菌の増加傾向および減少傾向を記録した。対照と比較して細菌の存在量に差がない場合は、対照で最も存在量の多い門、科、属である場合、または対照が研究の他の食事群と比較して特定の集団の存在量が最高/最低である場合を除き、記録されなかった。

*

アバンダンスの表示に関する具体的な内容は、以下の通りである。

  • (a)その食群の中で最も多い個体群であれば、分類の後にアスタリスク1個を付けた(*)。
  • (b)他のすべての食餌群と比較して、その食餌群の個体数が最も多い、あるいは最も少ない場合は、分類の後に2つのアスタリスクを付けた(**)。
  • (c)その食群の中で最も多く存在する個体群、および他の食群との比較では、分類の後に3つのアスタリスクを付けた(***)。
  • (d)他の食群に比べて最も少ないが、その食群では最も多い場合は、分類の後に4つのアスタリスクを付けた (****)。
  • (e)もし、ある細菌集団のアスタリスクの数に食餌群間で差がなければ、それらの食餌群間で対応する微生物集団の存在量に差はないことになる。

3.成果

3.1.選択された研究

文献選択のプロセスを図 1に示す。

以下の電子データベースからの文献検索により、合計 1390 件の関連記録が同定・選択され、検索された研究を括弧内に示した。PubMed(n= 59), Scopus(n= 755), Web of Science (core collection)(n= 441), Central (Cochrane central register of controlled trials)(n= 114), and from the manual-searching of reference lists(n= 21)である。

重複排除処理により合計407件の重複記録をし、残りの983件の記録を関連性評価し、その後、研究選択基準により関連性がないと判断された828件の記録を除外した。他の動物(猫、犬、海洋動物など)や昆虫を対象にした研究(48)、急性または慢性疾患/状態の不健康な参加者に対する食事介入を調べた研究(14)、主目的ではないタンパク質効果について報告した研究(35)、低タンパクまたはタンパク質欠乏/制限食に焦点を当てた研究(23)、適格ではない対照(繊維)および実験デザインを実施した研究(6)については除外された。

合計29件の研究が設定された基準をすべて満たしていることがわかり、この系統的レビューに含めるよう選択された。これらの研究には、マウス研究6件、ブタ研究7件、ラット研究15件、試験管内試験研究1件が含まれ、後続のセクションで詳細に説明する。これら29件の研究の書誌情報は、1に示すとおりである。

An external file that holds a picture, illustration, etc. Object name is nutrients-14-00453-g001.jpg

 

図1 研究の特定と選択のプロセスを詳細に示すフローチャート。

表1 食事性タンパク質が腸内細菌叢に与える影響(相対的存在量(全微生物叢の%)で表したもの)

モデル

(種類;性別;動物の年齢;検査動物数;馴化期間;摂食期間)。

試料と分析方法 タンパク源(投与量) 微生物集団が増加した。門(P)、科(F)、属(G)、種(S) 微生物個体数が減少した。門(P)、科(F)、属(G)、種(S) 参考文献
マウス

(Balb/c;雌;6週齢;4;1週齢;2週齢)

糞のこと

パイロシークエンス

NP:カゼイン(20%)

HP:カゼイン(30%)

バクテロイデス属 (P) (HP *)

バクテロイデス属 (G) (HP *)

パラバクテロイデス属 (G) (HP)

ファーミキューテス (P) (HP)

ラクリスピラ科 (F) (HP *)

Ruminococcaceae (F) (HP)

オシリバクター属 (G) (HP)

Enterococcus(G) (HP)

[9]
ラット

(Wistar;雄;NA1;16;6日;15日)

黄仙骨内容物と大腸内容物

qPCR2とDGGE2

NP:全乳蛋白質(14%)。HP:全乳タンパク質(53) 膀胱内容物

フソバクテリウム(G) (HP)

結腸内容物、大腸内容物

クロストリジウム(G) (HP)

黄斑部内容物

大腸菌(S) (HP)

大腸内容物

ビフィドバクテリウム(G)(HP)

フソバクテリウム(G) (HP)

[15]
子ブタ

(ピートレイン、ラージホワイト×ランドレース、オス・メス、新生児、48歳、1週間、2週間)

大腸の内容物

qPCR2

NP:ホエイ(15%)+カゼインカリウム(8%)

HP:ホエイ(20%)+カゼインカリウム(15%)

主要な腸内細菌叢の構成に差は見られなかった。 主要な腸内細菌叢の構成に差は見られなかった。 [16]
ラット

(Wistar;雄;NA1;20;1週間;6週間)

大腸の内容物

qPCR2

NP:カゼイン(20%)

HP:カゼイン(54%)

バクテロイデテス属 (P) (HP *)

ローソニア(G) (HP)

バクテロイデス属 (G) (HP)

パラバクテロイデス属 (G) (HP)

Escherichia/Shigella(G) (HP)

エンテロコッカス(G) (HP)

Streptococcus属 (G) (HP)

ラクトバチルス属 (G) (HP)

ラクトコッカス(G) (HP)

アリスティペス(G) (HP)

ユーバクテリウム(G) (HP)

ファーミキューテス (P) (HP)

アクチノバクテリア (P) (HP)

アシドバクテリア (P) (HP)

スポロバクター(G) (HP)

ビフィドバクテリウム(G) (HP)

ルミノコッカス(G) (HP)

Akkermansia(G) (HP)

プレボテラ(G) (HP)

Barnesiella(G) (HP *)

Blautia(G) (HP)

Roseburia(G) (HP)

Allobaculum(G) (HP)

Coprococcus(G) (HP)

[17]
ラット

(Wistar;雄;NA1;20;1週間;6週間)

糞便

qPCR2

NP:カゼイン(20%)

HP:カゼイン(54%)

第1週

乳酸菌(G) (HP)

ビフィズス菌(G) (HP)

第2週

プレボテラ(G) (HP)

乳酸菌(G) (HP)

ビフィズス菌(G)(HP)

4週目

プレボテラ菌 (G) (HP)

ビフィズス菌(G)(HP)

6週目

ビフィズス菌(G)(HP)

プレボテラ属菌(G)(HP)

[18]
マウス

(C57BL/6J;雄;3週齢;36;1週齢;4週齢)

回腸の内容物

イルミナシーケンス技術3

Sm:大豆粕(30%)

Ca:カゼイン(30%)

Dw:乳酸発酵ホエイ(30)

Sdp:スプレードライ血漿(30%)

Wgm小麦グルテンミール(30%)

Ymw:イエローミールワーム(30%)

バクテロイデーテス属 (P) (Sm ***)

ファーミキューテス (P) (Ca *, Dw *, Wgm *, Sdp ***, Ymw ***)

放線菌(P)(Ca, Sdp, Dw **)

プロテオバクテリア(P) (Ca **)

ディフェリバクテレス (P) (Sdp **)

ファーミキューテス類 (P) (Sm **)

バクテロイデテス(P)(Ca,

Dw, Sdp, Wgm, Ymw **)

ディフェリバクテレス属(P) (Dw **)

プロテオバクテリア(P) (Ymw **)

[19]
マウス

(C57BL/6J;雄;4週齢;60;2週齢;8カ月)。

セカールの内容

イルミナシーケンス技術3

Ca:カゼイン(20)

So:大豆(20%)

Esp:エマルジョン型ソーセージプロテイン(20%)

Dpp:豚乾燥生肉たん白(20)

Spp:シチュー用豚肉たん白質(20)

Cpp:蒸し煮豚肉たん白質(20)

Firmicutes (P) (Ca *, Dpp *, Spp *, Cpp *)

バクテロイデーテス(P)(So, Esp, Dpp, Spp, Cpp)

プロテオバクテリア(P) (So, Spp, Cpp)

放線菌(P) (So **, Esp **)

ムリバクレア属(G)(So、Esp、Dpp、Spp、Cpp)

ラクトバチルス属 (G) (So **)

フェカリバクラム(G)(So *、Esp *、Dpp *、Cpp *、Spp ***)

ラクリスピラシア属未培養菌(G)(Dpp **)

バクテロイデテス属 (P) (Ca **)

ファーミキューテス (P) (So ****, Esp ****)

疣贅菌(P) (Cpp, Spp **)

Blautia(G) (Esp, Dpp, Spp, Cpp, So **)

Akkermansia(G) (Cpp, Spp **)

Lachnospiraceae-Uncultured(G) (So **)

LachnospiraceaeNk4a136(G) (So **) ラクノスピラシア属

Lachnoclostridium(G) (So **)

ルミクロストリディウム9 (G) (So **)

[20]
マウス

(C57BL/6J;雄;5週齢;18;1週齢;4週齢)

黄菅内容物と大腸内容物

イルミナシーケンス技術3、qPCR2

だから大豆 (20%)

Ch: チキン(20%)

ファーミキューテス(P) (So *, Ch *)

プロテオバクテリア(P)(So, Ch)

アクチノバクテリア (P) (So, Ch) Verrucomicrobia (P) (Ch)

乳酸菌(G) (So, Ch)

バクテロイデット目 (P) (So, Ch)

疣贅菌(P)(So)

ディフェリバクテレス (P) (So, Ch)

[21]
ラット

(Sprague-Dawley; オス; NA1; 30; NA1; 2週間)

セカール

qPCR2

Ca:カゼイン(21%)

So:大豆(20%)

Ze:ゼイン(24%)

乳酸菌(G) (Ca **)

ビフィズス菌(G) (Ca **)

エシェリキア(G) (Ze, So **)

Escherichia(G) * (Ca **)

ラクトバチルス(G) (So, Ze **)

ビフィドバクテリウム(G) (So, Ze **)

[22]
ラット

(Wistar;雄;4週齢;18日;7日;16日)。

セカールコンテンツ

パイロシークエンスとDGGE2

Ca:カゼイン(20)

So:大豆(20%)

Fm:フィッシュミール(20%)

ファーミキューテス(P) (Ca *, So *, Fm *)

ツリバクター(G) (Ca **)

オシリバクター(G) (So **)

ラクトバチルス属 (G) (Fm ***)

ルミノコッカス科(F) (Ca **, Fm **)

乳酸菌科(F) (So **, Fm **)

[23]
Rat

*

(Sprague-Dawley; male; 3-week-old; 20; 1 week; 1 week)

Cecal;

*

Illumina sequencing technology 3

Ca: Casein (20%)

*

Ch: Chicken (20%)

Bacteroidetes (P) (Ca *)

*

Firmicutes (P) (Ch *)

Verrucomicrobia (P) (Ch)

Bacteroides (G) * (Ca *, Ch *)

Bacteroidetes (P) (Ch *)

*

Proteobacteria (P) (Ch)

Actinobacteria (P) (Ch)

Mycobacterium (G) (Ch)

Tetragenococcus (G) (Ch)

Lactococcus (G) (Ch)

[24]
ラット

(Sprague-Dawley; male; NA1; 66; 7日; 90日)

セカールの内容

イルミナシーケンス技術3

Ca:カゼイン(20%)

Ch: チキン(20%)

Fi:魚(20%)

Po:豚肉(20%)

ベ: 牛肉 (20%)

So:大豆 (20%)

Firmicutes (P) (Ca *, So *, Be *, Po *, Ch ***, Fi ***)

フソバクテリア属(P) (Ca **)

バクテロイデーテス(P) (So **)

ローズブリア(G) (Ca **, So **)

バクテロイデス属(G) (Ca, Be, Po, So*)

アロプレボテラ属(G) (Ca, So)

プロテオバクテリア(P) (Be **)

Tenericutes (P) (Be **, Po **)

オシリバクター属(G)(Be,Po)

アクチノバクテリア(P) (Ch **)

乳酸菌(G) (Fi, Ch **)

フソバクテリア属 (P) (So, Be, Po, Ch, Fi)

バクテロイデテス(P)(Ch **, Fi **)

乳酸菌(G) (Ca **)

[25]
ラット

(Sprague-Dawley; 雄; 4週齢; 55; 7日; 14日)

糞のこと

イルミナシーケンステクノロジー3

Ca:カゼイン(19%)

Fi:魚 (19%)

Po:豚肉 (19%)

Be: 牛肉 (19%)

So:大豆 (19%)

バクテロイデテス属 (P) (Ca ***, So ***)

スピロヘータ属(P) (Ca **)

プロテオバクテリア(P) (So **)

ファーミキューテス(P) (Po *, Fi *, Be ***)

バクテロイデス属(G) (Ca *, So ***)

アロプレボテラ属(G) (Po, Be, S **)

ブラウチア属 (G) (So **, Be **, Fi **)

ラクトバチルス属 (G) (Be *, Fi *, Po ***)

Spirochaetae (P) (So, Po, Be, Fi)

バクテロイデット属(P) (Po, Fi, Be **)

フソバクテリウム属(P) (Po, Be, Fi)

ラクトバチルス属(G)(Ca **)

トレポネマ(G)(Po,Be,Fi,So **)

バクテロイデス属菌(G) (Be, Fi, Po **)

フソバクテリウム属菌(G) (Po, Be, Fi)

アロプレボテラ(G) (Po **)

[26]
ラット

(Sprague-Dawley;雄;3週齢;190;7日;14日)。

セカールの内容

DGGE2

Ca:カゼイン(20%)

Ch: チキン(20%)

Fi:魚(20%)

Po:豚肉(20%)

ベ: 牛肉 (20%)

So:大豆 (20%)

7日目

Robinsoniella peoriensis(S) (So, Be, Ch, Fi, Ca **, Po **)

Clostridium hathewayi(S) (Ca **, Be **)

Blautia wexlerae(S) (So **)

14日目

Blautia wexlerae(S) (So **)

14日目

Robinsoniella peoriensis(S) (Ca, So, Be, Po, Ch, Fi,)

Clostridium hathewayi(S) (Ca、So、Be、Po、Ch、Fi)

Akkermansia muciniphila(S) (So **)

[27]
ラット

(Sprague-Dawley; 雄; 4週齢, 32; 7日齢, 90日齢)

大腸の内容物

イルミナシーケンス技術3

Ca:カゼイン(20%)

Ch: チキン(20%)

Be: 牛肉(20%)

So:大豆(20%)

ファーミキューテス類 (P) (Ca ***)

バクテロイデテス (P) (So, Be, Ch **)

スピロヘータ属 (P) (Ch, So **)

プロテオバクテリア (P) (Be **)

Tenericutes (P) (Ch **)

ラクトバチルス属 (G) (Ch **)

バクテロイデーテス属 (P) (Ca **)

ファーミキューテス (P) (So*, Be*, Ch ****)

[28]
ラット

(Sprague-Dawley; male; NA1; 40; 1週間; 8週間)

セカールの内容

イルミナシーケンス技術3

Ca: カゼイン(20%)

Hew:鶏卵の白身(20%)

Dew(デュー)アヒルの卵白(20%)

ピュープリザーブドエッグホワイト(20%)

ファーミキューテス (P) (Ca ***)

放線菌(P) (Ca **)

バクテロイデーテス (P) (Dew, Pew, Ca, Hew **)

疣贅菌(P) (Pew, Ca, Hew **)

プロテオバクテリア(P) (Dew **)

アッカーマンシア(G) (Ca, Hew **)

バクテロイデテス属 (P) (Ca **)

ファーミキューテス (P) (Dew, Pew, Hew ****)

放線菌(P) (Dew, Pew, Hew)

[29]
ラット

(Sprague-Dawley; male; NA1; 32; 1週間; 2週間)

セカールの内容

イルミナシーケンス技術3

Ca:カゼイン(18%)

FiC:フィッシュ(12%)+カゼイン(6)

HfC:加熱した魚(12%)+カゼイン(6)

GfC:糖化した魚(12%)+カゼイン(6)

ファーミキューテス (P) (FiC *)

放線菌 (P) (HfC, GfC **)

乳酸菌(G) (FiC, GfC, HfC **)

コリンセラ属(G) (HfC)

Ruminococcaceae_UCG-014(G) (GfC **)

Turicibacter(G) (GfC **)

バクテロイデット目 (P) (FiC, GfC, HfC **)

フソバクテリア(P)(FiC, HfC)

プロテオバクテリア(P) (HiC, GfC)

アロバクラム(G)(FiC)

フソバクテリウム(G) (FiC, HfC, GfC **)

バクテロイデス属菌(G) (HfC**, GfC **)

Subdoligranulum(HfC**, GfC **)

Erysipelatoclostridium(G) (GfC **)

Escherichia-Shigella(G) (GfC **)

Ruminococcaceae_UCG-009(G) GfC **)

[30]
ラット

(Wistar Han; 雄; 7週齢; 40; 1週間; 3週間)

糞のこと

イルミナシーケンステクノロジー3

Lfe:脂質-タンパク質液体-微細エマルション(17%)

Gce:ゲル化粗粒子エマルション(17%)

ファーミキューテス属 (P) (Lfe *, Gfe *)

バクテロイデス属(P) (Lfe, Gfe)

パラバクテロイデス属(G)(Lfe,Gfe)

Clostridium Cluster Xiv(G) (Gfe)

ビフィドバクテリウム属(G) (Gfe)

サテレラ属 (G) (Gfe)

プロテオバクテリア (P) (Lfe, Gfe)

放線菌(P)(Lfe,Gfe)

ディフェリバクテレス属(P) (Lfe, Gfe)

テネリキュート属(P) (Lfe, Gfe)

パラシュート菌(G)(Lfe,Gfe)

Clostridium Cluster Xiv(G) (Lfe)Bifidobacterium(G) (Lfe)

サテレラ菌 (G) (Lfe)

パラシュートテレラ属 (G) (Lfe)

[31]
ラット

(Wistar Han;雄;7週齢;16;NA1;3週間)。

回腸内容物、噴門内容物、噴門粘液。イルミナシーケンス技術3 Lfe:脂質-タンパク質液体-微細エマルション(21%)

Gce:ゲル化粗粒子エマルション(21)

回腸

ファーミキューテス属 (P) (Lfe *, Gfe *)

プロテオバクテリア(P) (Lfe, Gfe)

乳酸菌(G)(Lfe)

ビフィズス菌(G)(Gce)

Cecal

バクテロイデーテス属(P) (Lfe *, Gfe *)

Firmicutes(P)(Lfe、Gfe)

ラクトバチルス属(G)(Lfe)

コプロコッカス属(G) (Lfe)

Verrucomicrobia (P) (Gce)

ビフィドバクテリウム(G) (Gce)

ケーカル粘液コプロコッカス(G)(Lfe,Gce)

ラクトバチルス属(G)(Lfe)

ビフィズス菌(G)(Gce)

回腸

バクテロイデット目 (P) (Lfe, Gfe)

放線菌(P) (Lfe, Gfe)

ビフィズス菌(G)(Lfe)

乳酸菌(G) (Gce)

セカルス

プロテオバクテリア (P) (Lfe, Gfe)

デフェリバクテレス(P)(Lfe, Gfe)

シアノバクテリア属(P) (Lfe, Gfe)

Verrucomicrobia (P) (Lfe)Bifidobacterium(G) (Lfe)

Lactobacillus(G) (Gce)Coprococcus(G) (Gce)

ケーカル粘液Bifidobacterium(G) (Lfe)

オシロスピラ(G)(Lfe)ラクトバチルス(G)(Gce)

コプロコッカス(G)(Gce)

[32]
子豚

(交雑種;雄184頭、雌152頭;21日齢;336頭;NA1;21日齢)

回腸の内容物

イルミナシーケンス技術3

SW:大豆ミール+ホエイ

FSW:フィッシュミール+大豆粕+ホエイ

MSSW:微生物強化大豆ミール+大豆ミール+ホエイ

ファーミキューテス(P)(SW ***)

プロテオバクテリア(P)(MSSW, FSW **)

放線菌(P) (MSSW **)

ファーミキューテス(P)(FSW *, MSSW ****)

放線菌(P) (SMW **, FSW **)

プロテオバクテリア(P) (SMW **)

[33]
子豚

(交雑種;雌雄;34日;96;NA1;21日)。

回腸の内容物

イルミナシーケンス技術3

SSm:大豆12%+大豆粕9

FSS:フィッシュミール4% + 大豆7% + 大豆9

SHSS:サーモンプロテイン加水分解物(10%)+大豆(7%)+大豆ミール(9)

ファーミキューテス属 (P) (SSm *, FSS *, SHSS *)

乳酸菌(G) (SSm *, FSS *, SHSS *)

ツリシバクター属(G) (SSm *, FSS *, SHSS *)

腸内細菌科(F)(SSm、FSS、SHSS) [34]
子豚

(ドイツランドレース×ピエトラン;NA1;48;NA1;16日)

糞便と回腸の内容物

qPCR2

Ca:カゼイン(10%、16%、22%、27%、33%、39%)。

Sm:大豆粕 (21%, 34%, 46%, 59%, 72%, 84%)

タンパク質量の増加による影響

回腸

乳酸菌(G) (Ca, Sm)

ビフィズス菌(G)(Sm)

糞便

バクテロイデス属 (G) (Sm)

ビフィズス菌(G)(Sm)

タンパク質量の増加による影響

回腸

Clostridium Cluster XIVa(G) (Sm)

バクテロイデス属菌 (G) (Sm)

糞便

クロストリジウムクラスターIV(G) (Sm)

[35]
子豚

(ドイツランドレース×ピエトラン;NA1;48;NA1;16日)

糞便と回腸の内容物

qPCR2

Ca:カゼイン

Sm:大豆粕

回腸

バクテロイデス(G)(Ca)

クロストリジウムクラスターXIVa(G)(Ca)

糞便中

ビフィズス菌(G) (Sm)

乳酸菌(G) (Sm)

バクテロイデス属 (G) (Sm)

クロストリジウムクラスターIV(G) (Sm)

Clostridium Cluster XIVa(G) (Sm)

回腸

バクテロイデス属 (G) (Sm)

Clostridium Cluster XIVa(G) (Sm)

糞便中

ビフィズス菌(G) (Ca)

乳酸菌(G)(Ca)

バクテロイデス属 (G) (Ca)

クロストリジウムクラスターIV(G) (Ca)

クロストリジウムクラスターXIVa(G)(Ca)

[35]
子豚

(交雑種、雄、NA1,24、NA1,10日)。

大腸の内容物

イルミナシーケンス技術3

Dpmt:乾燥ブタ粘膜組織(34%)。ESm:酵素処理大豆粕(35%)

Cdcp:脱脂綿タンパク濃縮物(29)

Sdfm:スチーム乾燥フィッシュミール(26)

ファーミキューテス属 (P) (Dpmt *, ESm *, Cdcp ***)

バクテロイデット属(P) (Dpmt *, ESm *, Sdfm ***)

プロテオバクテリア(P) (Dpmt **)

スピロヘータ属(P)(ESm,Sdfm)

エシェリヒア属(G) (ESm, Sdfm, Dpmt **)

Clostridium(G) (Dpmt、Sdfm)

カンピロバクター属(G) (Dpmt **)

フェカリス菌(G)(Dpmt **, ESm **)

プレボテラ属菌(G) (ESm ***, FM ***)

ローズブリア属菌(G) (Dpmt **)

ツリバクター属(G) (Dpmt **)

Gemmiger(G) (ESm)

Oscillospira(G) (ESm **)

Lactobacillus(G) (Cdcp **)

Megasphaera(G) (Cdcp **)

バクテロイデス属 (G) (Sdfm **)

パラバクテロイデス属 (G) (Sdfm **)

プレボテラ属(G) (Sdfm ***)

ルミノコッカス属(G) (Sdfm **)

スピロヘータ属(P) (Dpmt **, Cdcp **)

プロテオバクテリア(P) (Sdfm, ESm, Cdcp **)

バクテロイデーテス(P) (Cdcp **)

ファーミキューテス(P) (Sdfm **)

ルミノコッカス属(G) (Dpmt **, SBM **)

プレボテラ属(G) (ESm ****,CDCP ****)

Roseburia属(G) (Cdcp **)

ファスコラクトバクテリウム属(G) (Cdcp **)

Roseburia(G) (Cdcp **)

[36]
子豚

(デュロック×ランドレース×ラージホワイト、雌、NA1,72、NA1,46日)。

大腸の内容物

イルミナシーケンス技術3、qPCR2

Sm:大豆粕(17%)

H1Sm:Hermetia illucens幼虫 (4%) + 大豆粕 (14%) H2Sm:Hermetia illucens 幼虫 (8%) + 大豆ミール (11%)

ファーミキューテス (P) (Sm *, H1Sm *, H2Sm ***)

バクテロイデーテス(P) (Sm **, H1Sm **)

放線菌(P) (H1Sm **, H2Sm **)

プロテオバクテリア(P) (H2Sm **)

バクテロイデス属(G) (SM **)

シュードブチリビブリオ(G) (H1Sm)

オリバクテリウム属(G) (H1Sm)

Lactobacillus(G) (H2Sm, H1Sm **)Roseburia(G) (H2Sm, H1Sm **)

Faecalibacterium(G) (H2Sm, H1Sm **)

Clostridium cluster IV(G) (H2Sm, H1Sm)

バクテロイデテス属(P) (H2Sm **)

レンサ球菌属(G) (H2Sm, H1Sm **)

トレポネーマ属 (G) (H2Sm, H1Sm **)

Bacteroides(G) (H2Sm, H1Sm **)

Eubacterium(G) (H1Sm **)

Barnesiella属 (G) (H1Sm)

Oscillibacter(G) (H1Sm)

[37]
子豚

(交雑種、雌、13週齢、45歳、NA1,4週齢)。

糞便

qPCR2

Ca: カゼイン (13-15%)

Lu:ルパン(13-15%)

Be:ビーフ(13-15%)

プロテオバクテリア (P) (Ca *, Be ***)

放線菌(P) (Ca **, Lu **)

ファーミキューテス(P) (Lu ***)

バクテロイデーテス(P) (Lu **)

バクテロイデーテス属 (P) (Ca *, Be ***)

ファーミキューテス (P) (Ca *, Be ***)

プロテオバクテリア(P) (Lu *)

放線菌(P) (Be **)

[38]
ヒト遠位結腸の試験管内試験バッチ発酵モデル Fp:魚肉たんぱく

HFp24:加熱(24時間)した魚肉たんぱく

HFp48:加熱(48時間)した魚肉たん白質

GFp24:糖化(24時間)魚肉たん白質

GFp48:糖化(48時間)魚肉タンパク質

フソバクテリア属 (P) (FP *, HFp24 *, HFp48 *, GFp48 *)

バクテロイデーテス(P)(Fp **, HFp24 **)

プロテオバクテリア(P) (Fp, HFp24, HFp48, GFp24, GFp48)

ファーミキューテス(P) (HFp48)

Clostridium_sensu_stricto_1(G) (HFp48 **)

Streptococcus(G) (HFp48 **)

Arcobacter(G) (HFP48 **)

Holdemania(G) (GFP48 **)

プロテオバクテリア (P) (Fp **)

ファーミキューテス(P)(Fp **, HFP **)

バクテロイデーテス(P)(HFp24)

[39]
マウス

(Balb/c;雄;4週齢;30;1週齢;12週齢)

セカールの内容

イルミナシーケンス技術3

HOP:低酸化損傷豚肉

MOP:中程度の酸化ダメージを受けた豚肉

LOP:高酸化損傷豚肉

エシェリヒア・シゲラ(G) (HOP)

ムシスピリラム(G)(HOP)

乳酸菌(G) (HOP)

ビフィドバクテリウム(G)(HOP)

デスルホビブリオ(G)(HOP)

[40]
ラット

(Sprague-Dawley;雄;NA1;40;5日;21日)

大腸の内容物

イルミナシーケンス技術3

FCフレッシュチキン

CC生鶏肉

FB:牛肉(生

CB:牛肉(生肉

ルミノコッカス科(P) (CC, CB)

オシリバクター(G)(CB)

マーヴィンブリアンティア(G)(CC) [41]
マウス

(C57BL/6J;雄;6または8週齢;20;NA1;24週齢)

セカールの内容

イルミナシーケンス技術3

NP:カゼイン(20%)

HP:カゼイン(52%)

アクチノバクテリア (P) (HP)

ビフィドバクテリウム(G) (HP)

バクテロイデス属 (G) (HP)

パラバクテロイデス属 (G) (HP)

オシロスピラ(G) (HP)

サッカリバクテリア (P) (HP) [42]

1NA = not available.2qPCR、定量ポリメラーゼ連鎖反応、DGGE、変性剤濃度勾配ゲル電気泳動。3イルミナシーケンステクノロジー、ハイスループットシーケンス解析。

その食事群で最も豊富な集団;他のすべての食事群と比較してその食事群で最も豊富または最も少ない集団;

他の食事群と比較してその食事群で最も豊富な集団;**他の食事群と比較して最も少ない集団だがその食事群で最も豊富な集団。各研究で使用された食事は、すべての栄養素がバランスよく含まれており、タンパク質のみが研究の独立変数であった。

3.2.タンパク質源の腸内細菌叢への影響

タンパク質は自然界に広く存在し、その栄養的、構造的、機能的特性は実に様々である[43,44]。タンパク質のこれらの側面は、アミノ酸配列、アミノ酸の種類、ポリペプチドの電荷、およびポリペプチド構造の三次元配置に依存する[45]。

座りがちな生活をしている成人のヒトは、最低でも0.8g/kgのタンパク質が必要であるが、より活動的な人にはやや多めの量が推奨されている[46]。

食用には、入手のしやすさ、モラル、宗教的許容性、手頃な価格などに応じて、さまざまなタンパク質源(動物性、海洋性、植物性、昆虫、さらには酵母や藻類などの単細胞など)が使用されている。このように多様なタンパク質が存在するため、消化管内で異なるペプチドが生成され、タンパク質消化の動態も異なる[19]。

食事性タンパク質の消化により生成されるペプチドおよびアミノ酸は、腸内細菌叢の組成に影響を与える[47,48](図2)。

食品は、酸化などの化学的修飾の結果、難消化性になることもあり、構造的構成により胃の消化の影響を受けず、タンパク質など様々な高分子を含む複雑な形態で大腸に到達する[26,30,49]。

大腸に到達したこれらのタンパク質は、微生物の発酵・腐敗過程の基質として利用され[7]、腸内細菌叢の多様性を形成する[26,35,36,50](図 2).

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図2 異なるタンパク源による腸内細菌叢への影響。

タンパク質の状態(すなわち、食品加工/調製、胃の消化、および他の食品成分とのタンパク質相互作用によって引き起こされる翻訳後修飾のレベル)は、腸内細菌叢の構成を変更し、消化中に異なるペプチドの生成につながり、これは腸内細菌叢に相互に影響を与える可能性がある[47]。

例えば、鶏卵白を摂取したラットではAkkermansiaの相対量が増加したが、鴨卵白を摂取したラットではProteobacteriaとPeptostreptococcaceaeの相対量が多く、Lachnospiraceaeの相対量が少なかった[29]。

観察された違いは、消化中に生成されるペプチドプロファイルの違いに起因していた。BacteroidetesActinobacteriaFirmicutesProteobacteriaRoseburiaLactobacillusVerrucomicrobiaなどのいくつかの微生物種は、腸内細菌叢の組成と多様性に変化をもたらすペプチドに敏感であると報告されている[47]。

さらに、食事性タンパク質消化の産物であるアミノ酸が、腸内細菌叢の構造、組成、および機能性に影響を与えることを示す証拠が増えている[48,51]。

アミノ酸はさらに、腸内細菌叢によってSCFAs、ポリアミン、硫酸水素、フェノール、インドールなどの異なる微生物代謝産物に代謝され、得られた代謝産物は宿主の健康や疾患に関連する様々な生理機能に関与し得る[48]。

例えば、食餌リジン制限(30%)を行った豚では、Escherichia-ShigellaAquabacteriumCandidatus Methylomirabilisの存在量の増加、BacteroidesBacillusPasteurellaClostridium sensu strictoFaecalibacteriumPaucisalibacillusLachnoclostridiumの存在量減少が見られ、これによりアミノ酸代謝が制限された[52]。

宿主の健康状態を調整するアミノ酸の役割は、様々な研究で支持されていた。例えば、メチオニン制限食を与えたマウスでは、SCFA産生菌(Bifidobacterium、Lactobacillus、Bacteroides、Roseburia、Coprococcus、Ruminococcus)および炎症抑制菌(Oscillospira、Corynebacterium)の増加、ならびに炎症を引き起こす細菌(Desulfovibrio)の減少が観察され、まとめて腸の健康を改善できることがわかった[53]。

さらに、大腸に流れる未消化タンパク質の量は、異なる食物源からのタンパク質の摂取量と消化率に依存し[54]、タンパク質発酵に関与する腸内細菌叢の構成に影響を与える可能性がある(表1)。

例えば、消化率の高いカゼインベースの飼料で育った子豚は、消化率の低い大豆粕ベースの飼料で育った子豚よりも腸内細菌数が多かった[35](表 1)。

消化率の低い Palbio 50 RD(P50、動物性タンパク質源)を給与した子豚の後腸では、濃縮脱脂綿タンパク (CDCP)と比較して発酵性タンパク質が多く検出された[36,55]。

このため、Palbio 50 RDを給与した子豚ではEscherichia(潜在的病原性細菌)が多く、CDCPを給与した子豚ではLactobacillus(有益な細菌)が多くなった[36](表 1)。

CDCP飼料では、バレリック酸および分岐鎖脂肪酸濃度の腸内蓄積が高く、Palbio 50 RD飼料では、アンモニア、窒素およびメチルアミン含有量が高くなった。これらの知見は、様々なタンパク質の差のある効果を支持するものである。

これは報告されているタンパク質間の消化率の差に関連していると思われる。例えば、カゼインと乳清タンパク質は異なる消化動態(ロイシンの動態修正に基づく)[56]、牛肉および鶏肉タンパク質は魚タンパク質よりも高い消化率(消化率)[57]、大豆タンパク質は乳タンパク質よりも高い消化動態(窒素吸収、内臓への取り込みおよび代謝に基づく)[58]を示す研究がなされている。

消化パラメータ(ロイシンキネティクス、消化率、窒素キネティクス)におけるこれらの観察可能な変化は、最終的に腸の健康、そしてそれに続く宿主の全体的な健康を操作することができる。例えば、大豆ミールをタンパク質源として与えたマウスでは、カゼイン、スプレードライ血漿タンパク質、イエローミール虫、部分乳酸発酵ホエイパウダー、または小麦グルテンミールと比較して、BacteroidalesファミリーS24-7の存在量が増加した[19](表1)。

同様に、ラットモデルを用いた一連の研究を行ったZhuと共同研究者は、腸内細菌叢の組成がタンパク質源に敏感であることを見いだした[25,26,28]。

これらの研究により、筋肉と植物性食品は、異なる微生物集団の増殖に異なる影響を与えることが示された。例えば、クロストリジウムや桿菌など多くの病原性クラスを含む門である堅果類は、牛肉、豚肉、魚のタンパク質を与えたラットで増加した。

多糖類やタンパク質の加水分解を伴う代謝に関与する微生物を多く含むBacteroidetes門は、大豆タンパク質を与えたラットで増加し、魚由来のタンパク質を与えたラットで減少した(表1)。

また、大腸がんへの関与が疑われている微生物であるFusobacteriaは、牛肉、豚肉、魚のタンパク質を摂取したラットで減少していた表1)。

上記の研究と一致して、Anら(2014)[23]は、大豆タンパク質と魚粉を与えたラットでは、カゼインと比較してn-酪酸、乳酸、およびその他の腐敗化合物の含有量が高く、腸の生理的変化につながり得る腸内細菌叢による代謝の差異が示唆されていることを明らかにした。

これらの研究の結果を総合すると、食事タンパク質の供給源が腸内細菌叢の組成を形成しうることが示された[19,23,60](表1)。

3.3.動物性タンパク質と植物性タンパク質

動物由来の食事性タンパク質と植物由来の食事性タンパク質は、腸内細菌叢の調節との関連で広く研究されている。多くの研究が、植物性タンパク質(例えば、米、大豆、小麦)が腸内細菌叢の構成を改善することができると報告している[19,61,62]。

例えば、植物性タンパク質の重要な供給源である大豆は、その健康増進効果により広く人気を集めている[63]。

大豆タンパク質は、栄養源およびエネルギー源の両方として、いくつかの腸内細菌叢の成長を優先的に支援するすべての必須アミノ酸の豊富な供給源と考えられている[62,63]。

大豆タンパク質/ペプチドは、プロバイオティクス(乳酸菌およびビフィズス菌)を増強し、バクテロイデット類を減少させることによってプロバイオティクス効果を発揮し、腸内細菌叢を調節するようである[62,63]。

Hanらは、発酵大豆ホエーによってマウスの腸内細菌叢の多様性と豊かさが変化し、その結果、BifidobacteriumLactobacillusButyricicoccusParabacteroidesLachnospiraceaeAckermansia muciniphilaが強化されてマウスの代謝と健康に影響を与えることを報告した[64]。

最近では、より健康的な食事の選択肢として植物性タンパク質を提唱することに強い関心が集まっているが、いくつかの研究では、人間の食事における動物性タンパク質の重要性が強調されている[65,66]。

動物性タンパク質はタンパク質消化率が高く、植物性タンパク質は植物に含まれる抗栄養因子の存在により消化が制限される可能性があるため、動物性食品由来のタンパク質は植物性食品由来と比較して腸内細菌叢に良い影響を与える可能性がある[67]。

動物性タンパク質は植物性タンパク質よりもバランスよく必須アミノ酸を含んでおり[68,69]、そのためより質の高いタンパク質と考えられている。上述したように、動物性タンパク質を摂取したラットでは、Fusobacteriaの存在量が少ないことが判明した(表1)。

推奨レベルの乳製品および肉類タンパク質の摂取は、大豆タンパク質と比較して、ラクトバチルス属の存在量を増加させ、腸内細菌叢のよりバランスのとれた組成を維持し、宿主にとって有益であった[25,26,28]。

プロバイオティクスのラクトバチルスとビフィドバクテリウムの数は、カゼインを与えたラットでは、大豆およびゼインタンパクを与えたラットよりも多かった[22](表1)。

3.4.タンパク質含有量と飼料組成が腸内細菌叢に及ぼす影響

3.4.1.タンパク質の含有量

タンパク質は必須栄養素の重要な供給源であり、正常な身体と健康を維持するために必要である[70]。しかし、不適切なタンパク質の慢性的な摂取は、腸内細菌叢が関与する深刻な病理学的疾患や変性疾患を引き起こす可能性がある[15,17,18]。食事性タンパク質摂取量の増加に伴い、大腸に移行する未消化タンパク質の量は増加する[11]。

いくつかの代謝経路がタンパク質のタンパク質分解発酵を制御し(例えば、アミノ酸異化対微生物タンパク質の生合成)、多様な代謝物を産生し、管腔環境[7]および腸内細菌叢[50]に影響を与える。

腸内細菌叢の組成と代謝は、大腸内腔環境と基質の利用可能性の変化に伴って変化する可能性がある。例えば、高タンパク質食を投与した検証済みの試験管内試験腸内モデルでは、内腔pH、分岐鎖脂肪酸、プロピオン酸産生が低タンパク質食と比較して増加し、腸内細菌叢の組成と活性に様々な変化をもたらす要因となった[71]。

食事性タンパク質の微生物代謝によって、フェノール類、インドール類、アミン類、硫化物、アンモニアなどいくつかの代謝物が生成されるが、これらはすべて腸の健康に悪影響を及ぼす可能性がある[9,72]。

*

いくつかの研究では、高タンパク食に反応して有意にフィードバックすることが報告されている。細菌代謝物(例えば、SCFAsの乳酸、コハク酸、ギ酸)は、高タンパク食のラットの結腸内腔内容物で有意に増加し、盲腸内腔内容物では低い程度で、これは、基質利用率の増加と盲腸および結腸の両方でFaecalibacterium prausnitziiおよびC. leptum群とClostridium coccoides数の減少に関連していると報告されている[15](表 1)。

酢酸と酪酸が腸内の病原菌の増殖を抑制する上で重要な役割を果たすことはよく知られている[73]。高タンパク食はプロピオン酸産生菌と酪酸産生菌の両方を減少させ、プロピオン酸と酪酸の産生を誘導する[17,18]。これは、病原性細菌にとって好ましい環境につながる可能性がある。

高タンパク質食を与えたラットでは、いくつかの疾患関連細菌(Escherichia/ShigellaEnterococcusStreptococcusなど)の増加と有益な細菌(RuminococcusAkkermansiaFaecalibacterium prausnitziiなど)の減少が観察された[17,18](表1 )。

マウスの高タンパク食摂取は、標準タンパク質食(カゼイン20%および/炭水化物68%)と比較して、Bacteroidetes,Bacteroidaceae,Parabacteroides,Bacteroidesの増加、Firmicutes,Lachnospiraceae,Ruminococcaceae,Enterococcus,Oscillibacterの減少が見られた[9](Table 1)。

ラットにおけるカゼインおよび全乳タンパク質高摂取[15,17,18] では、BacteroidetesBacteroidesParabacteroidesEnterococcusEscherichia/ShigellaLactococcusStreptococcusLactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus,Lactobacillus murinus,Shigella flexneri,Streptococcus hyointestinalisが減少し、Firmicutes,Akkermansia,Prevotella,Roseburia,Ruminococcus,Akkermansia muciniphila,Bifidobacterium animalis,Faecalibacterium prausnitzii,Roseburia/Eubacterium rectale,Ruminococcus bromiiは減少した(表1 )。

高タンパク質飼料においてBacteroidetes属、Bacteroidaceae属、Bacteroides属が多く存在するのは、タンパク質分解菌が増加することを反映している[74]。

バクテロイデス類は、主要な炭水化物分解菌として同定されているが[75]、一部のバクテロイデス属はアミノ酸発酵に関与しており[76]、高タンパク質摂取と関連している[35]。

バクテロイデス属菌、臨床病原体として知られており、ほとんどの嫌気性感染症に存在し、すべての嫌気性病原体の中で最も強い抗生物質耐性メカニズムの一つを持っているので、バクテロイデス属菌が多いことは望ましくない[75]。さらに、バクテロイデスやパラバクテロイデスが多いことは、腫瘍形成の増加[77]や大腸癌[78]と関連している。

EnterococcusEscherichia/ShigellaStreptococcusShigella flexneriStreptococcus hyointestinalisの存在量の増加は、宿主において特定の遺伝子または環境条件が改変された場合に、腸内環境異常を促進し重症消化管疾患のリスクを増大させる可能性のある日和見病原性細菌が濃縮されている可能性を示している[74]。

しかし、タンパク質分解作用も示すラクトコッカス属やラクトバチルス属などのプロバイオティクスの増加は、有益な結果と考えることができ、病原性細菌の増加とのバランスをとることができる[79]。

高タンパク質飼料は、LachnospiraceaeRuminococcaceaeAkkermansiaPrevotellaRoseburiaRuminococcusAkkermansia muciniphilaBifidobacterium animalisFaecalibacterium prausnitziiRoseburia/EUVacterium rectaleおよびRuminococcus bromiiに属する炭水化物利用性細菌の豊富さの減少につながりうる[74,80]。

明らかに、これは、タンパク質発酵を減少させ、短鎖脂肪酸などの好ましい代謝産物を産生する有益な細菌の豊富さを維持するための適切な食事炭水化物摂取の役割を強調している[7]。

Akkermansia muciniphilaなどのプロバイオティクスは、宿主の代謝および免疫に関連し、複数の胃腸、代謝、免疫、および癌性疾患における治療標的であるムチンを分解する重要な役割を果たす[81]。したがって、これらの結果は、高タンパク質摂取、特に低炭水化物食との組み合わせに関連する有害な効果を部分的に支持している(図3)。

腸内細菌叢もまた、低タンパク食によって悪影響を受けるようである。例えば、低タンパク質食を与えたマウスは、標準的なタンパク質食を与えたマウスと比較して、ネコ科のRoseburiasp.、Alistipessp.、Muribaculaceaeの存在量が減少した[17]。

Alistipessp.は有益な効果と有害な効果の両方を提供する可能性があり[82]、STAT3 (signal transducer and activator of transcription 3)として知られる因子と強く結びつき、STAT3の活性化に必要なリン酸化を促進させる[83]。

STAT3は、腸管バリアの恒常性を維持する主要な炎症性シグナル伝達経路である。さらに、低タンパク食はDesulfovibrionaceae(炎症と正の相関がある)の存在量を増加させ、腹部感染症を引き起こした[84]。

このように、正常な腸の健康に必要な最適なタンパク質摂取量があるようで、タンパク質摂取量が多くても少なくても、腸内細菌叢に、ひいては健康に悪影響を及ぼす可能性がある(図3)。明らかに、その最適なバランスは、遺伝的背景、生理的状態、性別、年齢、人種によって個人差があると思われる。この点は、今後さらに調査が必要な興味深い研究分野である。

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図3 食事組成が腸内細菌叢に及ぼす影響。

3.4.2.その他の大栄養素

複合材料としての食品は、腸内細菌叢に相乗的または拮抗的な影響を及ぼし得る、タンパク質およびその他の大栄養素の様々な組み合わせを持ち得るものである。腸内細菌叢の多様性は、タンパク質[47]、脂肪[86]、炭水化物[87]など、異なる食事性多量栄養素[85]によって顕著な影響を受ける(図 3)。さらに、ポリフェノールなどの微量栄養素も同様の役割を果たすようである[88]。

したがって、腸内細菌叢の組成は、食事中のさまざまな多量栄養素、特にタンパク質と炭水化物の割合の相乗作用によって操作することが可能である。食事中の炭水化物含有量は、大腸に到達するタンパク質に対する炭水化物の比率に影響を与え、その結果、細菌によって発酵される基質に影響を与える[7,89]。

Nakataら(2017)[90]は、食事中の炭水化物-タンパク質比が腸内細菌叢の組成とタンパク質発酵プロセスを変化させ、盲腸でのインドール産生を阻害することを報告した。

Ristら(2014)[35]は、食事タンパク質中の難消化性オリゴ糖の増加により、ビフィズス菌の増殖が促進されることを明らかにした。

さらに、宿主腸内の難消化性複合植物体は、糖質活性酵素,糖輸送機構,代謝経路を経て、ラクリス菌科やルミノコックス菌の働きで分解される[91]。

高タンパク低糖質食を与えたマウスでは、Lachnospirace属とRuminococcaceae属の割合が減少し、Bacteroides属とParabacteroides属の割合が増加しており、有害な腸内環境となる可能性がある[9](表1 ).また、Lachnospirace 属とRuminococcaceae属の割合は減少し、Bacteroides属とParabacteroides属の割合は増加した。

食物繊維の発酵によるSCFAの生産は、エネルギー源としてのアミノ酸の需要を減少させ、微生物のタンパク質分解酵素(中性pHで最もよく働く)を阻害する低pHにつながり、その後タンパク質発酵が抑制され、潜在的に望ましくないメチル化アミノ酸代謝物の生産が減少した[7,76,92]。

これらの効果は、食事で食物繊維を多く摂取するとタンパク質発酵経路が変化し、炎症および細胞サイクルの破壊から宿主を保護する可能性があるという主張を支持している[7]。

したがって、高タンパク質/低炭水化物食は、腸の健康に有害な影響を及ぼす有害な管腔環境を引き起こす可能性がある[9]。

腸内の微生物発酵を最適化するためには、食事中のタンパク質と炭水化物の間に理想的なバランスがある。食事の様々な組み合わせによって異なる代謝物が生じ[9,90]、これにより腸内細菌叢が新しい腸内環境に適応する可能性がある。

例えば、大豆に含まれる発酵性多糖類は、大豆タンパク質から生成される腐敗性化合物(例えば、インドールおよびアンモニア)の産生を減少させることができる[90]。

大栄養素と同様に、ポリフェノールの存在は、タンパク質の消化率に影響を与えることが報告されている。茶ポリフェノールは、pH1.2でのオバルブミンとリゾチームの消化物に対する感受性にプラスの影響を与える一方で、pH7.5でのパンクレアチン消化中のタンパク質の加水分解にはマイナスの影響が観察されている[93]。

要約すると、食事性タンパク質レベルの低下、修飾タンパク質含有量の減少、および異なる多量栄養素の添加は、バランスのとれた腸内細菌叢システムのための重要な栄養要求事項である。

3.5.腸内細菌叢に影響を及ぼす食餌性タンパク質への加工技術の影響

食品加工は、世界中で行われている食品の生産と保存に不可欠なものである。タンパク質の特性や性質に影響を与える様々な加工技術は、タンパク質の消化速度や腸内細菌叢によるタンパク質異化に伴う有益および有害な代謝産物の放出に異なる影響を及ぼす可能性がある。

現在、食品メーカーや消費者が食品を調理する際に使用されている熱および非熱処理技術がある。これらの技術は、様々なレベルのタンパク質修飾(変性、凝集および酸化)を誘発し、食事性タンパク質の消化率、吸収および機能的特性に正または負の影響を与え[31,94,95]、その後、腸内細菌叢による利用を誘発する可能性がある(図4)。

腸内細菌叢は、未消化の食物タンパク質に由来するアミノ酸をビルディングブロックとして利用し、微生物細胞成分を組み立て、それをエネルギー源として発酵させる[96]。

酵素消化を回避したタンパク質は、微生物の細胞外プロテアーゼおよびペプチダーゼの産生を介して細菌の加水分解を受け、その結果、腸内細菌叢が取り込むことができる遊離アミノ酸が得られる[97,98]。

また、このプロセスでは、有益または有害な効果を発揮する可能性のある様々な代謝物が生成される。タンパク質分解発酵の程度は、主に消化を逃れて下部消化管に到達するタンパク質の摂取源と量に影響される[7]。

食事性タンパク質の供給源はその消化率に影響を与え、その結果、細菌発酵を受ける未消化タンパク質の量に影響を与える。タンパク質源と同様に、加工技術によってタンパク質の構造と消化酵素の利用しやすさを操作することができ、これがタンパク質の消化率に影響を与え、細菌発酵に利用できる未消化タンパク質の量を制御することになる。

腸内細菌叢がタンパク質発酵を促進する方向にシフトすることは、様々な微生物集団の相対的存在量と腸内細菌症に影響を与える[96]。

腸内細菌叢の異常は、炎症性腸疾患、セリアック病、アレルギー、メタボリックシンドローム、喘息、肥満、および心血管疾患などの多くの疾患と関連している。

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図4 腸内細菌叢に影響を及ぼすタンパク質に対する食品加工の影響。

一般に、パルス電界、高圧、超音波などの非熱処理技術は、食品タンパク質の構造および食品マトリックスの微細構造に好ましい変化を誘発することにより、筋肉、乳、卵タンパク質などの食品タンパク質の消化率を向上させることが報告されている[99,100,101]。

しかし、強力で長時間の処理条件は、時に食品タンパク質および食品マトリックスに好ましくない変化を誘発することがある。例えば、超音波処理は、フリーSH基をS-S結合に酸化させ、全SH含量の減少を引き起こす。

また、α-ヘリックスからβ-シート、β-ターン、ランダムコイルへの変換などの構造変化を誘発し、表面の疎水性および消化酵素による加水分解部位の利用可能性に直接影響を及ぼす[102]。

HPPはタンパク質の構造に影響を与え、消化中に酸化されやすいスルフヒドリル基の露出を増加させる可能性がある。これらの反応性の高い遊離スルフヒドリル基の酸化は、食物の消化率低下につながるタンパク質酸化の最も顕著なメカニズムである[103]。

さらに、ジスルフィド結合、タンパク質間相互作用、あるいは凝集体の形成につながり、消化酵素によるタンパク質の加水分解を妨げて消化率または消化速度を低下させる可能性がある。

ジスルフィド含有量は、異なるタンパク質のタンパク質消化率と逆の関係を持つことが報告されている[104,105]。非加熱処理されたタンパク質が腸内細菌叢の組成に与える影響に関する情報は一般的に不足しており、早急な科学的注意が必要である。

*

熱処理は、変性、チオールの酸化、タンパク質の溶解性の損失、表面の疎水性の増加、カルボニル化、タンパク質の凝集、シッフ塩基の形成など、いくつかの物理化学的修飾を誘発し、その特性を変更することによって食品タンパク質の消化率に影響を与えることができる[106]。

スービッドのような穏やかな熱処理は、構造および構造変化を誘発し、タンパク質の部分的な折り畳みを解除し、加水分解部位を消化酵素にさらすことによって、タンパク質消化率にプラスの影響を与えることが報告されている[107]。

しかしながら、煮込み、蒸気調理、ローストなどの強い熱技術は、ジスルフィド(S-S)含量の増加、タンパク質凝集、激しい酸化、または架橋などの食品タンパク質に好ましくない変化を誘発し、プロテアーゼが活性部位にアクセスできないことにより消化性にマイナスの影響を与え、したがって、腸に部分的に加水分解されたタンパク質が残る可能性がある。

これらの部分的に加水分解されたタンパク質または消化最終生成物は、大腸菌叢によって発酵され、様々な変異原性生成物を生成する[104]。

Li et al.(2019)[36]は、豚の腸内細菌叢に対する蒸気乾燥魚の影響を調べ、Bacteroidetes,Bacteroides,Parabacteroides,Prevotella,Ruminococcus,Spirochaetes,Clostridiumの存在量が増加したことを報告した。Escherichiaが増加し、FirmicutesPhascolarctobacteriumRoseburiaが減少した(表1)。

バクテロイデス類とファーミキューテス類の比率の増加は、肥満や2型糖尿病などの代謝障害と負の相関があり[108,109]、したがって蒸気乾燥魚が代謝障害のリスクを改善する役割を果たす可能性があることが示唆される。

高レベルのバクテロイデスおよびパラバクテロイデスは、腫瘍形成の増加[77]および大腸がん[78]と関連している。

Prevotellaの増加は、免疫機能の低下と関連しており[110]、したがって、潜在的に有害な腸内細菌叢の変化を示している。

さらに、SpirochaetesClostridiumEscherichiaに属する潜在的な日和見病原体の著しい増加は、蒸気乾燥魚の摂取に関連する潜在的に有害な微生物叢の変化をさらに意味するものである。

Yangら(2018)[39]は、ヒト遠位結腸の試験管内試験モデルにおいて、24時間または48時間の魚タンパク質の加熱が腸内細菌叢に及ぼす影響を分析した。

加熱された魚タンパク質は、Dialister、Phascolarctobacterium、Dorea、Intestinimonasの存在量が有意に増加したことを示した。

また、48時間加熱した魚肉タンパク質では、EnterococcusClostridium sensu stricto 1FirmicutesStreptococcusArcobacterが有意に増加したが、24時間加熱した魚肉タンパク質では、ParabacteroidesとClostridium sensu stricto 1が非加熱対照と比べ有意に増加した。

さらに、24時間加熱した魚肉タンパク質では、BacteroidetesとFirmicutesの存在量が減少したが、48時間加熱した魚肉タンパク質では、Bacteroidetesの含有量が有意に減少した(表1)。

Clostridium sensu stricto 1の存在量が加熱魚タンパク質で有意に高く、48時間加熱魚でより多く存在することは、熱処理によりジスルフィド結合が形成され、タンパク質消化率が低下するため、発酵の基質として利用できる未消化タンパク質が多いことと関連する[111]可能性がある[112]。

Arcobacterは、潜在的な人獣共通感染症の病原体からなることが知られており[113]、48時間加熱した魚タンパク質処理サンプルでその存在量が最も多かったことから、タンパク質の長い熱処理による悪影響がさらに示唆された。

48時間加熱した魚肉タンパク質でFirmicutesとFusobacteriaの比率が高いのに比べ、24時間加熱した魚肉処理サンプルでFusobacteriaとFirmicutesの比率が高いのは、タンパク質構造と化学結合の形成に対する熱処理期間の延長の影響に起因している。

また、加熱魚タンパク質の間で見られる細菌類の存在量の差は、熱処理期間と関連していた。これらの変化は、タンパク質の熱処理が微生物叢の構成に及ぼす影響を強調している。

同様の実験で、Hanら(2018)[30]は、対照食(カゼイン)と比較して、ラットの微生物叢に対する加熱魚タンパク質の影響を研究した。カゼインと比較して、加熱した魚肉タンパク質は、CollinsellaRuminococcus gauvreauiiActinobacteria、およびLactobacillusの存在量を増加させた。

また、加熱した魚肉タンパク質は、ProteobacteriaBacteroidetesFusobacteriaFusobacteriumBacteroidesSubdoligranulumの存在量を減少させた。

さらに、加熱した魚肉タンパク質は、カゼインと比較してFirmicutesとRuminococcaceae_UCG-005が有意に増加した。加熱魚肉タンパク質中のProteobacteria,Fusobacteria,Bacteroidetesの減少は、Actinobacteriaの有意な増加と相関していた。

BacteroidesやSubdoligranulum[74,114]などの炭水化物代謝細菌が加熱魚肉タンパク質で著しく減少したのは、Lactobacillus[115]などのタンパク質分解細菌が増加し、他の微生物を効果的に制御できるためである可能性がある。全体として、上記の結果は、加工された魚肉タンパク質に関連する複雑な微生物相の変化を実証している。

*

Xieら(2020)[20]は、豚肉の熱処理および非熱処理がマウスの微生物叢に与える影響について研究した。

豚肉を4種類の方法で加工し(エマルジョン型ソーセージ、乾燥生ハム、煮込み、蒸気調理)、カゼインを摂取させたマウスと比較した。すべての加工豚肉試料で、BacteroidetesMuribaculaceae-norankFaecalibaculumの存在比が増加した。

Firmicutesは,エマルジョンソーセージを除くすべての豚肉加工食品で増加し、減少した(表1).エマルジョンソーセージにおけるFirmicutesの現存量の減少は、Actinobacteriaの現存量の増加と相関していた。

ActinobacteriaはBifidobacteriumのようなセルロースのような複合糖質の分解に関与する属を収容することが知られており[116]、これはエマルジョン型ソーセージのケーシングに存在する可能性がある。

さらに、ActinobacteriaとLachnospiraceae-unculturedの増加が観察され、エマルジョン型ソーセージと乾燥豚肉サンプルで最も高い存在度が観察された。Lachnospiraceae-unculturedは、アンモニウム、p-クレゾール、インドールなど、タンパク質発酵時の腐敗性代謝物の産生と密接に関連している[74]。

したがって、乾燥豚肉タンパク質に多く含まれることから、塩漬けと乾燥により消化率が低下し、消化タンパク質分解酵素によるタンパク質切断部位のアクセス性が変化した可能性を示唆している[112]。

煮豚や蒸し豚におけるProteobacteriaの存在量の増加は、この門に属する日和見病原体の増加の可能性を示唆する[74]。

豚肉の煮込み料理および豚肉の蒸気調理におけるVerrucomicrobiaに属するAkkermansiaの減少は、これらのグループが、宿主代謝、免疫[81] および腸内環境の完全性[117]ならびに大腸炎、糖尿病および肥満などの代謝異常の緩和[118]によって宿主生理に利益を示すことが知られているAkkermansia muciniphilaに対応して、腸内微生物相に負の変化をもたらすことを意味する。

蒸し煮豚と比較して、煮込み豚におけるこれらの有益なグループの存在量が少ないことは、煮込み豚のタンパク質に関連するタンパク質品質が低いことを示唆している。

さらに、著者ら[20] は、煮込み豚肉のタンパク質はすべてのサンプルの中で最も生物学的利用能が低く、これは他の加工豚肉サンプル(中心温度 70℃)と比較して煮込み豚肉の調理温度が高く、調理時間が長い(100℃、150 分)ことに起因すると報告している。

低い調理温度はジスルフィド結合の形成を減少させ、その結果、消化されやすいコンパクトなタンパク質構造になる[112]。

しかし、調理温度が高く、調理時間が長いと、タンパク質が凝集し、ジスルフィド結合の形成が増加し、ゲルネットワークが形成され、タンパク質消化率を低下させる。加工方法は、消化時に放出されるペプチドやアミノ酸の分画にも影響を与え[119]、タンパク質の凝集や酸化による表面の疎水性の変化[120]と関連する可能性がある[121]。

*

上述したように、従来の熱処理方法が微生物相の組成に与える影響は研究されているが、マイクロ波やオーミック加熱などの新しい熱技術の影響は、まだ評価されていない。食品タンパク質を高温でマイクロ波処理すると、架橋形成、二次構造および疎水性の変化、メイラード反応によるタンパク質の糖化など、いくつかの修飾が誘発される[122]。

マイクロ波(電子レンジ)は、極性基の振動を誘発し、タンパク質分子の運動エネルギーを増加させることによって、水素結合を破壊し、疎水性領域を露出させることによって、タンパク質の二次構造に影響を与えることができる[123,124]。

これらの変化は、タンパク質の凝集を誘発し、消化酵素の効力および消化最終生成物の生成および放出を損なうことによって、タンパク質消化率に影響を与えることができる[125]。

同様に、ジュール効果を応用して交流電流を流し食品内部に熱を発生させるオーミック加熱[126]は、タンパク質の構造と相互作用、タンパク質凝集体の形成に影響を与える[127]。

オーミック加熱中に食品タンパク質およびマトリックスに誘発されるコンフォメーション、構造および微細構造の変化は、熱的および非熱的効果(電気化学反応および電気効果)の複合効果の結果である[127,128]。

オーミック加熱は、共有結合を破壊することによってその複雑な構造を解きほぐし、それによって加水分解部位の利用可能性を高めることによって、乳清タンパク質の消化性を高めることが報告されている[129]。

したがって、食物タンパク質および食品マトリックスに異なる構造および微細構造の修飾を誘導することにより、異なる加工技術は、食物タンパク質の消化率に異なる影響を与え、腸内細菌叢、ひいては人間の健康に正または負の影響を与える可能性がある。

一般に、糖化と酸化は、食品加工および調理中に起こる2つの重要な化学的タンパク質修飾反応であり、食品タンパク質が腸内細菌叢の多様性に及ぼす影響に重要な役割を果たす。

3.5.1.タンパク質の糖化

糖化(主にメイラード反応による)は、食品加工中に起こる一般的な反応である[130]。糖化はタンパク質の構造を変化させ、糖化タンパク質を生成し[131]、タンパク質の消化率低下につながる[132]。

いくつかの研究は、食品タンパク質の消化率に対する糖化のマイナスの影響を報告している。例えば、Yangら(2021)[133]は、糖化した卵白タンパク質の消化率の低下を報告し、Jiménez-Saizら(2011)[134]は、メイラード反応によって糖化を誘導した後のオバルブミンの消化率の低下を観察した。

糖化は、タンパク質のゲル構造を変化させ、より緻密でコンパクトにし、消化酵素の拡散を減少させる。著者らは、糖化を利用して粒状と繊維状の凝集体の比率を変更し、食品のゲル化と消化性の特性を制御することができると結論づけた。

タンパク質消化率に対する糖化のこの負の影響は、その後、腸内細菌叢によって発酵されるために、より多くのタンパク質が結腸に流れ込む結果となる[30]。

腸内細菌叢によるタンパク質発酵は、糖化のために遅れることがあるが[30,90]、これはタンパク質が微生物の作用に対して耐性があるというよりも、タンパク質修飾が微生物集団に与える影響によるものである可能性がある。この主張を裏付けるように、腸内細菌叢の組成は、糖化の程度に影響されることがわかった[39]。

糖化魚肉タンパク質(GFP)を摂取したラットでは、魚肉タンパク質(FP)を摂取したラットに比べて、ラクトコッカス属の相対量が顕著に増加した。興味深いことに、HoldemaniaStreptococcusEnterococcusおよびLactobacillusの相対存在量は、24時間加熱したGFPを与えた場合と比較して48時間加熱したGFPを与えた場合に増加した。微生物相のこの変化は、宿主の健康に有害な影響を及ぼすアンモニアとインドールの産出を減少させると考えられる[39](表1 )。

GFPを摂取したラットでは、Allobaculum,Akkermansia,Turicibacter,Lactobacillus animalisの存在量が増加し、Escherichia-Shigella,Fusobacterium,Erysipelatoclostridiumの存在量は減少し、酪酸の生産量と正相関していた[30](Table 1)。以上のことから、腸内細菌叢の構成は、糖化タンパク質によって正の影響を受ける可能性があることがわかった。

3.5.2.タンパク質の酸化

タンパク質の酸化は、食品タンパク質における最も重要な化学修飾の一つであり、保存条件や工業・家庭レベルでの食品加工・調理によって様々なレベルで発生する[135,136]。

タンパク質の酸化と消化率の間には複雑な関係がある。タンパク質の疎水性、溶解性、コンフォメーションは、タンパク質の酸化に影響される可能性がある[49]。

さらに、異なる温度での酸化は、タンパク質のコンフォメーションと変性に異なる影響を与え、消化率に変化をもたらす。例えば、タンパク質が低温で変性を受けると、タンパク質の開裂部位が消化酵素に露出する[40]が、高温で酸化によるタンパク質凝集が起こると、タンパク質の開裂部位は隠され、アクセスできなくなる[137]。

ペプシンやトリプシンなどの消化管酵素は、軽度な酸化や部分的に変性したタンパク質や未変性のタンパク質に対してより効果的に加水分解を行うのに対し、広範な酸化はタンパク質消化率低下の主因となる[138,139]。

加工温度が高いと、タンパク質レベルでの架橋や分子間凝集体の形成、アミノ酸レベルでのジスルフィド結合、アミド結合、ジチロシンブリッジの形成など、好ましくない修飾を誘発することにより、タンパク質の激しい酸化を引き起こし、消化酵素に対するタンパク質の感受性を低下させる可能性がある。

これらの変化は、タンパク質の加水分解とそれに続くアミノ酸の放出を減少させ[106,140]、その結果、未消化のタンパク質が大腸に過剰に蓄積され、その後、腸内細菌叢の構成に影響を与えることにつながる。

例えば、調理によって引き起こされる豚肉の酸化は、大腸内の未消化タンパク質の量を増加させることが判明した[40]。

酸化の進んだ豚肉を与えたマウスでは、Akkermansia(ムチン分解菌)、LactobacillusおよびBifidobacterium(有益菌)、Desulfovibrio(H2S生成菌)の相対量が減少していた。

これと平行して、高酸化豚肉処理では、Escherichia-Shigella(炎症性細菌)およびMucispirillum(病原菌)の相対量が高いことがわかった(表1)。

まとめてみると、微生物相の変化は、腸管バリアの損傷と密接に関連し、炎症反応を引き起こすことがわかった[40](表1)。酸化したタンパク質が腸内細菌叢に悪影響を及ぼすことを考えると、消費される食品中のタンパク質の酸化を防ぐことが、健康増進の鍵となるようだ。

3.6.タンパク質の構造が腸内細菌叢に与える影響

タンパク質の構造は、その消化率、栄養素の放出、およびその後の腸内細菌叢への基質の利用可能性を調節する。Xieら(2020)[20]は、食肉製品の消化率が、異なる食品加工条件(乳化、乾燥硬化、シチュー、蒸気調理)により、タンパク質構造への影響の違いから著しく変化し、これにより腸内細菌叢の組成と機能が異なることを発見した。

煮込み豚肉を与えたマウスでは、他のタンパク質源と比較して、特定の腸内細菌(SCFAと有意に関連)の増加およびAkkermansiaの相対存在度の減少が観察された[20](表1)。

腸内細菌叢の多様性と豊かさは、水煮塩漬け鴨を与えたラットでは、異なるスタイル(調理、ワイン漬け、ソース添加)で調理した鴨と比較して最も低かった。有益な細菌(Lactobacillus、Allobaculum、Eubacteriumなど)は、ワイン漬けの鴨肉タンパク質を与えたラットで増加した[141]。

Allobaculum[142]とEubacterium[143] は酪酸産生菌であり、Lactobacillusは腸の炎症の制御に重要な役割を果たす抗炎症成分の放出を調節することができた[144]。

*

さらに、食餌性タンパク質の消化率および吸収率は、リポプロテインエマルジョンの構造に影響された[31]。液状-微細エマルジョン(リポタンパク質)を与えたラットは、ゲル状-粗エマルジョン(リポタンパク質)を与えたラットと比較して、パラバクテロイデスの相対存在量が高く、ビフィドバクテリウムスッテラパラシュッテラ属およびクロストリジウムクラスターXIVの存在量が低かった[31](表1)。

ゲル化粗粒子エマルション構造では、Akkermansia muciniphilaClostridiaceaeStreptococcaceaeBifidobacterium、およびClostridium Cluster XIVが高い頻度で存在することが示された。同様に、Lactobacillaceae(回腸)の存在量と盲腸粘液関連細菌のβ多様性は、液体ファインエマルジョンを与えたラットで増加した[32](表1)。

Akkermansia muciniphilaは、腸バリアの完全性を強化し、腸の健康を増進し、大腸炎、糖尿病、肥満などのいくつかの疾患から保護するなどの好ましい機能を示すことが知られている[117][118]。

Clostridium Cluster XIVおよびBifidobacteriumは、難消化性栄養素の代謝に関与し、腸の恒常性を維持する短鎖脂肪酸などの有益な代謝産物を産生する[116]。

したがって、これらのファミリーの存在量の増加は、ゲル化-粗リポタンパク質エマルション構造における乳清タンパク質に関連する潜在的に有益な結果を示している。

タンパク質代謝と関連しているClostridiaceaeは、日和見病原体からなることが知られており[145]、Clostridiaceaeの存在量の増加は、炎症性腸疾患および関節リウマチの患者における関節炎の有病率と関連している[146]。

Streptococcaceaeは、多数の日和見病原体から構成されている[147]。したがって、これらの科が多く存在することは、ゲル化粗脂肪エマルジョンに関連する潜在的に有害な微生物相の変化を仮定している。

4.本レビューの長所と短所

タンパク質が腸内細菌叢に与える影響に関するシステマティックレビューを実施するために、関連研究を検索・収集するための主要戦略としてPRISMAプロトコルを使用した。

このアプローチにより、2011年から2020年までに発表された研究を包括的にまとめることができたが、本研究にはいくつかの限界がある。動物被験者は、要約された研究の間で品種、起源、年齢、および数が異なり、これらは腸内細菌叢の構成に影響を与えることができるよく知られた要因である[148,149]。

いくつかの研究では、腸内消化物が入手できない、食事介入中に動物被験者が負傷または死亡したため、サンプル数が制限された。研究のデザインの違いも、食事性タンパク質が腸内細菌叢に及ぼす影響に影響を及ぼす可能性がある。検索戦略では論文の言語を制限しなかったが、英語で発表されていない論文は言語の問題から対象外とした。

5.結論

腸内細菌叢はいくつかの要因に影響される複雑なシステムであり、健康や病気におけるその役割は最も重要である。選択された研究の分析では、様々な食事性タンパク質のプラスとマイナスの効果について概説し、タンパク質-微生物相相互作用に対するいくつかのタンパク質修飾の影響と腸内細菌叢への影響を明らかにしている。

レビューされた研究は、食事が腸内細菌組成の急激な変化を誘発することを示唆しており、これらの変化は、バランスのとれた状態を復元できる腸内細菌叢の高い回復力により一時的なものである可能性がある。

タンパク質の含有量、供給源、加工方法、他の栄養素との相互作用は、食事タンパク質の消化および腸内細菌叢が生成する代謝産物を調節することができる要因の一部である。

タンパク質の機能性に関する理解を深め、タンパク質分解発酵に伴う悪影響を最小限に抑えるために、これらの関与する領域をさらに調査することが可能である。

今後の研究では、様々なタンパク質の長期摂取が腸内細菌叢に及ぼす影響を解明するため、より長期間にわたる食事介入の影響評価と時間的な細菌叢変化のモニタリングに焦点を当てる必要がある。

さらに、個々の被験者の腸内細菌プロファイルの複雑さとばらつきも考慮する必要があり、これが異なる食事タンパク質の生理学的効果のばらつきや個人間の疾患リスクの差につながる可能性がある。

このような背景から、異なる文化的・人種的背景を持つ個人における腸内細菌叢の適応について調査し、長期的なコロニー形成とタンパク質および食事の変化に対する潜在的感受性の理解を深める必要がある。

また、様々な腸内細菌の間で高い機能的重複があるため、特定の腸内細菌集団が宿主の生理機能に与える影響を解明するためには、食事タンパク質が腸内細菌叢に与える影響を種レベルで調査する必要がある。

資金調達

本研究は、King Saud大学のInternational Scientific Partnership Program ISPPからISPP-16-73(2)として助成を受けた。

利益相反

著者は利益相反のないことを宣言している。*

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