リーキーガット ヒトにおけるメカニズム、測定、臨床的意義

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腸内微生物叢

The Leaky Gut: Mechanisms, Measurement and Clinical Implications in Humans

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6790068/

マイケル・カミレリ、医学博士

要旨

臨床医向けの「リーキーガット」に関する本レビューの目的は、腸管バリアの構成要素、腸管透過性の多様な測定値、非炎症性の「ストレス状態」における腸管透過性の変化、および食事因子を用いた治療の影響について議論することである。

公表されている「健康な」または「リーキー(漏れのある)」ガット(腸)に関する情報は、食事制限、刺激のない食品(発酵食品など)への置き換え、または損傷を修復するためのサプリメントの使用を支持する前に確認が必要である。

腸管バリアには、表面粘液、上皮層、免疫防御機能がある。

上皮透過性は、傍細胞輸送、アポトーシス、または細胞間透過性の増加に起因する。

バリア機能は、経口投与されたプローブ分子を用いて生体内試験で、またはラットまたはマウスからの結腸粘膜または細胞層をヒト患者からの結腸粘膜または便の抽出物に曝露して、ヒトからの粘膜生検を用いて試験管内試験で試験することができる。

腸管バリアの評価には、上皮層を超えた測定が必要である。持久運動、非ステロイド性抗炎症薬の投与、妊娠、および界面活性剤(胆汁酸および乳化剤などの食事因子など)などの “ストレス “障害は、透過性を増加させる。

食事因子は、「ストレス」障害による腸の漏れや粘膜損傷を逆転させることができる。炎症性腸疾患や潰瘍性腸疾患では腸が漏れてしまうのに対し、腸管バリア機能を正常化するだけで治る病気はない。

バリア機能を回復させることで消化管疾患や全身疾患の臨床症状が改善されることはまだ証明されていない。臨床医は、消化器疾患におけるバリア機能障害の可能性と、今後の治療のターゲットとしてのバリアの存在を認識しておく必要がある。

キーワード:透過性、粘液、タイトジャンクション

はじめに

このレビューの目的は、ほぼヒトで得られたデータに基づいて,3つの疑問に取り組むことである。

  • 「リーキーガット」とは何を意味するのか?
  • 臨床医はリーキーガットを診断すべきか?
  • リーキーガットは治療可能か?

「リーキーガット」と実験動物の疾患モデルにおいて、アレルギーから非アルコール性ステア ート肝炎、うつ病や筋萎縮性側索硬化症に至るまで、変化した微生物相と「リーキーガット」を関連づけた膨大な数の論文がある。臨床医は患者の文脈で3つの疑問に対処する必要があるため、本レビューでは、ほぼ独占的にヒトの研究から得られたエビデンスに焦点を当てている。さらに、非消化管疾患におけるリーキーガットのエビデンスに焦点を当てており、リーキーガットと微生物叢が病因学的に重要なメカニズムであると考えられる多くの疾患や障害の焦点となっている。

リーキーガットと腸内の微生物バランスとの関係については、多くの伝承がある。インターネットでリーキーガットに関する情報を検索する際に最初にヒットする「ヒット」の一つは、バランスが「正しい」ときと「異常」のときに何が起こるかを対比させ、腸内微生物をバランスに戻す方法についてのアドバイスを提供する包括的なアドバイスを提供している(BOX 1)。

BOX 1
リーキーガット

https://www.healthyway.com/content/the-truth-about-leaky-gut-syndrome-what-it-is-and-why-you-want-to-avoid-it

バランス 腸内の微生物のバランスが整っていると、体全体が本来あるべき姿で機能している。しかし、慢性的なストレス、慢性的な便秘、殺虫剤などの環境毒素にさらされていること、質の悪い食事をしていること、抗生物質を服用していることなどが原因で、そのバランスが崩れてしまうと、「悪玉菌」がフェンスに穴を開けてしまい、そのうちのいくつかは、食物の粒子や毒素とともに血流に漏れてしまう。あなたの免疫システムは、彼らが属していない場所に生物を見たときに、それが攻撃し、炎症や炎症を引き起こす。

原因

リーキーガットには、非常に多くの可能性のある原因がある ・非常に多くの可能性のある症状

結果

“リーキーガットの漏れは、軽度のもの(膨満感、けいれん、疲労、食物アレルギーや過敏症、ガス、頭痛)から “大きなもの “まで、膨大な種類の健康問題を引き起こしている可能性がある。”自己免疫疾患、うつ病やその他の気分障害、糖尿病、炎症性腸疾患、多発性硬化症などである。

治療
  • “機能性医学”:腸内微生物のバランスを取り戻す マルチステッププログラム
  • グルテン、砂糖、乳製品などの問題を引き起こす食品を取り除く。
  • 腸を刺激しにくい食品に置き換えよう。発酵食品、例えばザワークラウト、キムチ、ヨーグルト、ケフィア、ピクルスは、癒しの食品である。
  • サプリメントでダメージを修復しよう。L-グルタミン(腸内を癒すビタミンD、亜鉛、オメガ3脂肪酸(魚油など)。
  • 善玉の腸内細菌を再増殖させる:プロバイオティクスを摂取するか、他の人から移植を受ける
  • リーキーガットの最大の赤旗の一つは、様々な食品に問題があることである。
  • あなたの健康管理者に相談してほしい。あなたはリーキーガット症候群を持っているかもしれない。
  • しかし、自分で治療しようとしないでほしい。

セリアック病やクローン病のように腸の炎症や損傷を伴う疾患や、非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)による潰瘍化で上皮の構造異常をきたす疾患でのバリア機能障害については、議論の余地はない。リーキーガット」とは、腸の透過性を反映した単純な用語であり、これらの疾患で広く研究され,1970年から 1990年にかけて科学文献に報告された機能である[1-3]。

リーキーガット」への関心が復活したのにはいくつかの理由が考えられる。第一に、痛み、下痢、膨満感などの一般的な消化器症状の管理が進歩していないことへの不満があり、リーキーガットのような原因が求められている。第二に、科学的文献では、肥満から自閉症に至るまでの様々な状態で「腸内環境異常」が公布されているが、このように文書化されたパラビオシス[4]は、バリア機能を含む粘膜機能の代謝その他の変化や、これらの疾患の病態形成における役割を必ずしももたらすものではないという証拠があるにもかかわらずである[5]。 第三に、過敏性腸症候群や食物アレルギーなどの疾患におけるヒトの腸管バリア機能の変化を文書化した、様々な方法を用いた科学的研究が存在する。しかし、現在のところ、バリア機能検査の性能特性が明確なゴールドスタンダードは存在せず、多様な方法で測定されるエンドポイントも大きく異なっており、臨床的な意義や関連性は不明である。第四に、Quigley[6]が説明しているように、バリアは単細胞の厚さであり、上皮層は細胞間接続の障害を起こして透過性を高め、その結果、様々な有害化学物質、無傷の細菌、食事や微生物成分のホストのために血流にアクセスするという一般的な認識があり、食物不耐症、線維筋痛症、慢性疲労症候群、自閉症などの様々な疾患の主要な異常として指定されている(いずれもデータには裏付けられていない)。

自己治療をしないことが推奨されているにもかかわらず、汚れを食べたり、カンジダを使って治したり、マイクロバイオーム、「人間のスーパーオーガニズム」、「善玉腸」についての教育を含め、「健康的なバランス」を回復するための推奨事項が書かれた多くのリソース、書籍、記事がある。

リーキーガット」に関する現在の認識は、ほとんどが民間伝承や限られたデータに基づいた行き過ぎた結論に基づいているように見えることを考えると、ヒトにおける腸管バリア機能の異常の性質、診断、治療に取り組む臨床医の役割を促進するために、科学的データのバランスのとれた見解を提供することが重要である。これに対処するためには、腸管バリア、上皮細胞間および上皮細胞を介した経路、ヒトにおける腸管透過性の測定を特徴づけることが重要である。これは、「ストレス」として特徴づけられた非腸疾患が本当にバリアを壊してしまうのかを検討するための基礎となり、食事療法、天然物質、薬物療法を含む可能性のある治療法を検討するための基礎となる。

腸のバリア

腸管バリアは様々な刺激と相互作用し反応する動的な存在である。複数の要素から構成されている。内腔には、胆汁、胃酸、膵液による細菌や抗原の分解、抗菌物質の産生による病原体のコロニー化を抑制する常在菌が存在する。バリアの次の要素は、免疫グロブリンA(IgA)の分泌と、糖衣と粘液によって提供される物理的なバリアによって細菌の付着を防ぐ、未撹拌の水層、糖衣層、粘液層からなる微気候である。上皮細胞は、アピカルジャンクション複合体によって接続されており、腔内内容物を輸送する能力を有しているが、塩化物や抗菌ペプチドの分泌によって、有害な刺激にも反応する。上皮層にあるパネス細胞は、クリプトに最も多く存在するが、グラム陽性・陰性細菌やリポ多糖類などの細菌産物に曝露された場合には、ディフェンシンや他のいくつかの抗生物質ペプチドやタンパク質も多量に産生する。上皮を超えて、前頭葉は、IgA、サイトカイン、ケモカイン、肥満細胞プロテアーゼを分泌する自然免疫細胞および後天的免疫細胞、ならびに腸管推進運動をもたらす腸管神経系によって媒介される内分泌および分泌運動機構に基づく防御を提供する[7]。 重要な伝達物質のいくつかは、セロトニン(5-HTヒスタミン、およびカンナビノイドである[7]。

粘液層は2つの成分から構成されている:細菌がまばらで、分泌されるペプチドが抗菌機能(例えば、ディフェンシン、リゾチーム)で保護されている内側の強固に付着している層と、細菌および細菌産物が豊富に存在する、厚くて緩く付着している外側の層である。粘液層は小腸よりも大腸の方が厚く,800ミクロン以上の深さに達することがあり、これは絨毛全体の高さ(500~1600ミクロンの範囲)よりもそれほど低くはない。腸内のバリアには地域差があり、小腸では、毛穴の大きさは、絨毛の先端で4~5Å、クリプトの基部では20Å以上に増加する。さらに、微生物相はバリアに影響を与え、バリアの要素は微生物相に影響を与えている[6] 。このように、ビフィズス菌はマウスの実験的壊死性腸炎において腸管バリア機能を強化し[8] 、酵母 S. boulardii は様々な病態における腸内細菌叢の変化や上皮バリア障害に有益な効果を発揮し[9] 、大腸菌は異なる菌株がバリアに逆の効果を発揮している。大腸菌Nissle 1917は、TJタンパク質ZO-2を刺激する[10,11]一方、プロトタイピング転座細菌、大腸菌株C25は、透過性を増加させる[12]細菌の毒素、または細菌の発酵によって生成された二次胆汁酸と短鎖脂肪酸を生産する細菌のデヒドロキシル化などの細菌の製品は、細菌から保護するか、またはバリア機能を強化する[13-15]。

上皮細胞のレベルでは、腸球の先端ドメインから基底ドメインまで、タイトジャンクション(zonula occludens (ZO)アドヒデンスジャンクション(zonula adherensデスモソームの3つの細胞間ジャンクションが存在する。これらの複合体は、密な微小血管のブラシ境界を支持し、上皮バリア機能と細胞間輸送を制御する先端ジャンクション複合体を構成している[16]。 粘膜バリアとその細胞間ジャンクションの解剖学的構造と構成を図1に示す[17]。

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図1. 粘膜バリアの解剖学的構造。

左側のパネル。ヒトの腸管粘膜は、柱状上皮細胞、前頭葉ラミナ(免疫細胞を含む筋肉粘膜で構成されており、ゴブレット細胞がムチンを合成・放出しており、未硬化層は上皮細胞のすぐ上にある。タイトジャンクションは、アピカルジャンクション複合体の構成要素であり、上皮細胞間の傍細胞空間を封鎖している。

中と右のパネルは、電子顕微鏡写真と腸の上皮細胞の接合複合体の対応する線画を示している。緊密な接合の鍵となる要素は、それぞれが異なる構成要素で構成されている、帯状帯と帯状帯状付着物である。微小絨毛(Mv)の基部のすぐ下では、隣接する細胞の漿膜がタイトジャンクション(TJ)で融合しているように見え、ここではクラウディン、帯状オクルーデンス1(ZO1オクルーディン、F-アクチンが相互作用している。E-カドヘリン、α-カテニン1、β-カテニン、カテニンδ1(p120カテニンとしても知られている;図示せずF-アクチンが相互作用して接着接合部(AJ)を形成する。ミオシン軽鎖キナーゼ(MLCK)は、接合部周辺のアクトミオシンリングと関連している。デスモソームは、先端接合体の下に位置し、デスモグレイン、デスモコリン、デスモプラキン、ケラチンフィラメントの相互作用によって形成される。

一般に、クラウディンやオクルーディンを介した膜内の拡散はエネルギーに依存しないが、ZO-1はエネルギーに依存したメカニズムでタイトジャンクションと細胞質プール間の交換を促進する。


一般に、それは3つの異なる傍細胞上皮透過性経路があることが認識されている。タイトジャンクションによって制御され、腸管透過性を定義する「リーク」および「孔」経路;および病理学的状態でのアポトーシスリークに関連し、タイトジャンクションから独立しており、腔内抗原のlamina propriaへのアクセスを提供する「制限されていない」経路である。糜爛や潰瘍の存在下では、細菌は粘膜へのアクセスを獲得する(図2)[16,18]。

図2. 腸管バリアとその機能不全

腸管バリアには、α-デフェンシンやIgAなどの化学物質の分泌により細菌の付着を防ぐ粘液層、管腔内の内容物を輸送したり、塩化物や抗菌ペプチドを分泌して有害な刺激に反応する能力を持つ上皮細胞、Igやサイトカインを分泌する自然免疫細胞や後天性免疫細胞がある。腸管透過性の測定は、腸管バリアを通過する分子の種類が病変の種類によって異なるため、測定に使用するマーカー分子によって決定される。参考文献より転載。18.


腸管バリアの粘液成分の重要性

粘液は杯細胞から分泌され、抗原、毒素、細菌が上皮細胞に直接接触するのを防ぎ、バリアの第一の物理的防御としての役割を果たす。粘液層の要素は、中央のタンパク質コア[セリン(Ser)、スレオニン(Thr)、プロリン(Pro)アミノ酸残基に豊富]を持つ高度にグリコシル化されたムチンタンパク質であり、ボトルブラシのようにタンパク質コアに対してほぼ垂直に配向したヘキソースとヘキソサミンとのO-グリコシル化により、腸管上皮を覆うゲル状のふるいを形成している[19]。

小腸および大腸では、ムチン2(MUC2)は、杯細胞から分泌される最も豊富な粘液タンパク質である。腸管上皮細胞(IEC)もまた、膜貫通型ムチン(MUC1、MUC3、MUC4、MUC12、MUC13、MUC17)を発現しており、これらは先端表面に付着したままで、糖脂質とともに糖衣を形成している。杯細胞から分泌される他の主要な粘液タンパク質は、塩化物チャネル調節因子、カルシウム活性化-1(CLCA1粘液タンパク質を共有結合して架橋するFcグロブリン結合タンパク質(FCGBPザイモゲン顆粒タンパク質16(ZG16、グラム陽性生物に結合する小レクチン様タンパク質抗体、特にIgAである。分泌された粘液は、抗菌性ペプチド、悪性脳腫瘍1(DMBT1)で欠失したリゾチーム、さらにMUC2を含むパネス細胞の分泌物と混合する[19]。

抗菌タンパク質(AMP)やIgA分子などの免疫調節因子は、粘液ゲル中で上皮から内腔への勾配で放出され、内腔微生物に対する防御を強化する[20]。 粘液層の組成は腸内の微生物叢に影響を与え、微生物叢は粘液ゲルの性質も決定する[21]。 Muc2ノックアウトマウスは自然に大腸炎を発症する[22]。

胆汁酸塩[チェノデオキシコレート(10mM)およびハイデオキシコレート(10mM)を含む界面活性剤は、コレート(10mMウルソデオキシコレート(10mMまたはTween-20を含まない]は粘液の分泌を誘導する[23]。 実際、胆汁酸塩は、親水性および親油性化合物に対するバリアとして機能する粘液の能力に影響を与える。 24] 粘液の分泌は、分泌促進剤である胆汁酸、チェノデオキシコール酸[25,26]およびデオキシコール酸[27,28]による大腸分泌につながる上皮障害への前奏曲であり、これらの効果はプロスタグランジンによって部分的に阻害され得る。大動脈内プロスタグランジンE2(PGE2)は腸管粘液の分泌を誘発し[29] 、PGE2は粘液分泌を誘導することにより、一部ではNSAID-腸症を逆転させる[30] その他の杯細胞分泌促進薬として、コリン作動薬、ヒスタミン、ペプチドチロシンチロシン(ペプチドYYセロトニンなどがある。全体的に、大腸粘液分泌の媒介には、腸管神経系、腸内分泌細胞、常駐免疫細胞の役割があると考えられている[31] 。

食事性乳化剤は、胆汁酸のように両親媒性であり、すなわち、脂肪分子を液体懸濁液中に維持する親水性部分および親油性部分を有する分子、または水溶性成分を疎水性環境に維持する分子である。食事性乳化剤は、腸管の管腔表面を被覆する多層の内因性粘液分泌物と相互作用し、微生物と腸管上皮細胞の間の接触を防ぐためのヒト粘液の能力を損なう可能性がある[33]。34, 35] これらのいくつかは、寄生細胞および/または細胞間を越えたメカニズムを介して腸管透過性を増加させることが示されており、それらのいくつかはまた,2つの乳化剤、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびポリソルベート80(Tween)のように、P-糖タンパク質を阻害するか、または粘液溶解活性を有することが示されている[36]。

さらに、界面活性剤の一般的な特性から、粘液層の疎水性を低下させ、これは腸管透過性の増加と関連していることが示されている[34] 。 食餌性乳化剤は腸内微生物叢と相互作用し、粘液の厚さを変化させて、自然大腸炎の発症の素因となっているIL-10およびTlr5ノックアウトマウスの大腸炎を促進する可能性がある[37] 。

細胞透過性の向上例

上記で提供した実施例は、主に細胞間バリアおよび粘液バリアに焦点を当てた。しかしながら、最終的に細胞間バリア機能不全および全身性炎症につながる可能性のある細胞輸送機構の発現が変化している可能性があるという証拠がある。アポトーシスや腸潰瘍化を伴わない細胞間透過性の亢進の潜在的な影響を示す優れた例として、肥満および糖尿病のマウスモデルにおいて、高血糖がグルコーストランスポーター2(GLUT2)依存性の腸管上皮細胞の転写リプログラミングおよびタイト接合部および接着接合部の完全性の変化を介して腸管バリア透過性を促進することが示されている[39] 。 39] これらの知見は、経口投与後の血清中のZO-1発現の減少とフルオレセインイソチオシアネート(FITC)-デキストランの増加によって実証され、腸管透過性の増加、およびウッシング室の上皮層を横切って測定された短絡電流の増加を示している。また、全身部位での腸内細菌の増加も認められた。コントロール実験では、これらの効果は肥満やレプチンシグナル伝達の変化ではなく、高血糖によるものであることが示された。

腸管透過性。病態生理学的メカニズムと解析方法

本節では、多様な測定法や解析法について議論し、その長所と短所を取り上げている。また、腸管透過性は、サーカディアンサイクル[40]やストレスなど、出版物では必ずしも考慮されていないいくつかの要因の影響を受けていることにも注意することが重要である[41]。

経口投与されたプローブ分子

腸管透過性は、ヒトでは、経口摂取したプローブの分画的な尿中排泄物によって間接的に測定されることが最も一般的である。 このプローブは、傍細胞経路によって腸管上皮を横切り、血流に入り、糸球体でろ過され、腎臓での積極的な再吸収を受けることなく尿中に排泄される[42] 。 したがって、分画的な尿中排泄物は腸管透過性の間接的な測定値として使用できる。

最も一般的に使用されるプローブ分子は糖類である。好ましい吸収部位の地域差が示唆されているが[43] 、ショ糖は急速に代謝され(グルコースとフルクトースにせいぜい胃および十二指腸の透過性に関する情報を提供する程度であるため、摂取後の最初の1時間にのみ有用であることに注意することが重要である。さらに、マンニトールやラムノースなどの他の単糖類や、ラクチュロースやスクラロースなどの二糖類は、すべて小腸や大腸で吸収されるため、尿中排泄のタイミングが地域分析を差別化するための最良の方法となる。0~2 時間は小腸透過性を主に反映し,8~24 時間はほとんど大腸透過性を反映している[44] 。 また、これらの糖類のうち、大腸菌によって代謝されないのはスクラロースであり、同様にポリエチレングリコール(PEG)400 や放射性クロムとエチレンジアミン四酢酸(51Cr-EDTA)との錯体は大腸菌によって分解されない。しかし、これらのプローブ分子の有用性は、糖類、特にマンニトールとスクラロースのいくつかの “バックグラウンド “の摂取によって多少損なわれる。

比較的最近まで、透過性試験の解釈は、以下の前提に基づいていた。ラクチュロースは比較的大きな分子であり、リーク経路を介して、または上皮の損傷部位でのみ交差することができ、バリアの完全性のマーカーと考えられている。マンニトールはラクチュロースの3分の1の大きさと言われており、ナトリウムイオン、水、小溶質の通過を可能にする細孔経路を通過すると想定されているため、マンニトールやラムノースなどの他の単糖類が表面積の指標とみなされていた[42] 。 ラクトロース:マンニトールの比は、リーク経路の透過性と上皮損傷の合計を表面積に正規化したものではないかという推論であった。しかし、糖プローブ分子の分子サイズのレビュー(表1)は、報告されたまたは推定された分子径に関連する違いがないことを示唆しており、したがって、それらが異なる経路を介して上皮を通過するとは考えにくいようである。

表1. 糖および他のプローブ分子の分子サイズ

プローブ分子のモル重量、Da モル直径、Å、報告されたモル直径、Å、推定*。

  • ラムノース 164 8.2 6.9
  • マンニトール 182 6.7 7.2
  • ラクチュロース 342 9.5 9.7
  • セルビオース 342 10.5 9.7
  • スクラロース 398 NA 10.4
  • Cr-EDTA 340 10.5 9.6
  • デキストラン 4 kDa 4,000 NA 30.0

*半径=0.33*(MM^0.46)の式に基づいて計算している。

Å=ångström; Cr-EDTA=クロムとエチレンジアミン四酢酸の錯体、Da=ダルトン


実際、経口摂取後に健康な腸内で1時間の間に吸収される糖類の質量は、米国の子供に投与されたラムノースの2%、ラクチュロースの0.07%までである[45] 。 健康な成人では,24時間の間の分画排泄量は,13C-マンニトールで31.2±3.4%(SEMラクチュロースで0.32±0.03%である。 [46] したがって、分子径が類似しているにもかかわらず、単糖と二糖の回収率には100倍の差がある;しかしながら、より大きな分子が「漏出」経路を通過する場合、後者はより小さな分子の通過も許容する可能性があり、異なる糖が実際に異なる経路を介して腸管バリアを通過するという説得力のある証拠は存在しない。

三次分子構造などの他の要因が、単糖類と二糖類の吸収率の顕著な違いを説明するために関連している可能性があるが、単糖類であるマンニトールは二糖類であるラクツロースと比較して30~100倍もの差がある。実際には、液体クロマトグラフィー-質量分析法に基づく現代の測定方法は、正確に糖類を測定し、したがって、最も一般的に使用される組み合わせは、ラクチュロースまたはスクラロース(二糖類として)とマンニトールまたはラムノース(単糖類として)との組み合わせである。マンニトールおよびスクラロースへの環境暴露による潜在的な「汚染」のために、ラクチュロースおよびラムノースまたは13C-マンニトール糖類は、生体内試験透過性測定のためにますます使用される。さらに、上記のように,0-2時間尿のコレクションは、主に小腸透過性を反映し,8-24時間コレクションは、ほぼ独占的に大腸透過性を反映している。

全体的に、これらの検査は、正常値の不確実性、検査手順の標準化の欠如、および治療に対する標準化された検査の応答性を含む妥当性検証の欠如に基づいて、まだ限られた妥当性を有している。

腸管バリアの試験管内試験または組織測定

いくつかの方法が、ヒトの腸から採取した生検で腸管透過性を評価するために使用され、ウッシングチャンバー内の粘膜生検を横切るプローブ分子の移動によって測定される(経上皮抵抗および短絡電流測定の測定と関連して)。他のアプローチでは、粘膜生検中のタイトジャンクションタンパク質を定量するか、またはそれらは、細胞単分子膜中の糞便上清、またはラットまたはマウスの大腸粘膜を試験管内試験で評価する。

試験管内試験でのバリア機能の測定と比較して、生体内試験での測定には違いがある。ヒトの生体内試験における上皮バリアを横断することができるプローブ分子の分子サイズは、試験管内試験と比較して少なくとも10倍小さいことから、約4〜40 kDaの分子(例えば、デキストラン4または40)が、試験管内試験におけるウスティングチャンバー内の腸粘膜を容易に横断することが示されている。また、試験管内試験での研究では除外されている生体内での追加の機能的障壁を反映している可能性のある違いがあり、これには、前頭葉扁桃体、粘膜下ニューロンによる神経支配、および生体内での循環へのプローブ分子の通過を妨げる他の潜在的障壁を構成する末端毛細血管の透過性が含まれる。例えば、細胞間複合体は、VIPニューロンやコリン作動性ニューロンなど、粘膜下神経叢からの神経管制下にあり[47, 48]、これらは生検粘膜では失われている。

ヒトにおける腸管バリアの内視鏡的測定

2つの技法が利用可能である:第1に、内視鏡検査中に静脈内投与されたフルオレセインの腸管腔内への漏出を示す共焦点内視鏡検査[49](例えば。下痢を主とする過敏性腸症候群患者の腸管粘膜における食物関連の変化に応答して);および第二に、直径2mmのカテーテルを内視鏡に通し、直接可視化の下で十二指腸粘膜と接触させて配置する内視鏡的粘膜インピーダンス、および粘膜上に2mm間隔で配置された2つの円周方向センサーを0.10秒の間、粘膜上に配置する。 10s、減圧された内腔を持つ十二指腸の4象限で、すべての流体を吸引した。[50]これらのチャレンジテスト中の食品関連の変化の研究は、実際に腸の一過性の “漏れ “の概念をサポートする可能性のあるバリアの変化があることができることをいくつかの証拠を提供している。

腸の疾患状態における異常なバリア機能

炎症性疾患や潰瘍性疾患が腸管バリア機能の異常をもたらすことは明らかである。しかし、これは次項で述べるように、リーキーガットと関連している疾患の範疇ではない。炎症性腸疾患(IBDおよびIBD患者の一親等近親者、[3,51]セリアック病、HLA-DQ2/8(セリアック病と関連する遺伝子型、[52,53]腸管移植片対宿主病、腸管感染症および感染症、ヒト免疫不全ウイルス感染症および後天性免疫不全症候群(HIV/AIDs)と関連する遺伝子型)を有する患者のあからさまなセリアック病を伴わないグルテン過敏症などの疾患については、バリア機能の異常が十分に記述されている。 42] また、過敏性腸症候群における腸管透過性の異常、およびIBSにおける疼痛との関連を記録した広範な文献[54]もあるが、バリア機能の変化の程度は炎症性腸疾患やセリアック病に比べて明らかに低い。IBD患者を対象とした長期的研究では、腸管透過性の亢進がクローン病の再発に先行していることが示唆されている[55]。

喘息、自閉症、パーキンソン病、多発性硬化症、湿疹、乾癬、好酸球性食道炎、環境腸症など、他のいくつかの非消化管疾患がリーキーガットと関連しているが、限られた、あるいは裏付けのないデータに基づいている[6,42]。クワシオルコル、線維筋痛症、うつ病、慢性疲労症候群、多臓器不全症候群(ショック、火傷、外傷非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLDアルコール性肝硬変、肥満、メタボリックシンドローム、膵炎、関節リウマチ。2つの別個のグループが独立して、好酸球性食道炎患者の小腸透過性を研究した;1つのグループは小腸透過性の増加を記録したが、これが食道の好酸球浸潤につながるメカニズムは不明である;[57] 2つ目のグループは小腸透過性の増加を記録しなかったが、彼らは要素食で好酸球性食道炎の改善を報告した。 58] おそらく変化した腸管バリア機能に関連するこれらの疾患や障害のすべては、通常、非特異的な “リーキーガット “に関連するものではなく、病理学的疾患である。

リーキーガット プロの議論

非消化管疾患におけるリーキーガットの概念は、ストレスに関連した状態における腸粘膜バリアの機能不全と非薬物介入に対するバリアの変化の反応、腸管透過性およびマイクロバイオームの変化と疾患状態の関連性、および中央アフリカ諸国の健康な人や子供の多様なグループを含む多様な状態における腸管指示療法の結果としての腸管透過性の変化の証拠によって裏付けられている。

持久運動による腸粘膜バリアの機能低下と非薬物介入の効果

表2は、腸管透過性への影響または粘膜損傷の生化学的証拠が文書化されている腸管バリアへのストレスをもたらす2種類の状態と、食事療法や非薬理学的介入による回復に関する文献を要約したものである。これらの研究は、腸管バリアの一過性の漏出という概念を支持するバリア機能の変化と正常化の例が文書化されている「ストレス」状態があることを示唆している。また,4日間のクロスカントリースキー行進という長期の生理的ストレス下にある若年成人において、腸内細菌叢の組成の変化(α-多様性の増加および同定された属の50%以上の相対的な豊富さの変化によって特徴づけられる。 59]腸管バリア機能におけるマイクロバイオータの役割についての議論は、現在の論文の範囲を超えている。特定の細菌株の粘膜濃縮に関連した上皮バリア機能障害が、遺伝的素因を持つ個人における炎症性腸疾患などの病理学的結果を最終的に導く疾患関連微生物叢へのシフトを引き起こす可能性があるという仮説を探るためには、さらなる研究が必要である[60]。

表2.

腸管透過性への影響または粘膜損傷の生化学的証拠が文書化された、腸管バリアへのストレスをもたらす条件に関する文献の要約、および食事療法、非薬理学的介入による回復に関する文献の要約

バリアストレッサー;臨床シナリオ 特定研究 バリア機能に及ぼす食事療法の効果とその効果 参照番号

腸管透過性 粘膜損傷
  • 持久運動 マラソンランナー 便潜血または血性下痢のある方 バイクチャレンジ 尿イオヘキソール(MW 821Da) ↑ 血清I-FABP ↑, ゾヌリン ↓ 70
  • ランニングチャレンジ LRR ↑とコア温度と相関(例:>39℃)ND 71
    自転車チャレンジ LRR ↑血清 I-FABP ↑シトルリン(対アラニン)は LRR 72 に影響なし ↑血清 I-FABP と胃の低灌流を逆転させた。
  • バイキングチャレンジND 血清I-FABP ↑ スクロース(対硝酸塩)逆転 ↑ 血清I-FABPなしΔ 胃低灌流 73
  • ランナー7名、ボクサー2名、ラグビー3名 LRR ↑ ND 初乳 vs. プラセボが LRR ↑と試験管内試験での細胞株のアポトーシスを減少させた 74
  • NSAID腸症:NSAIDは小腸潰瘍や炎症を引き起こす多様なNSAID(例:インドメタシン51CrEDTA、サッカライドND 75-77)。
  • インドメタシン LRR ↑ ND カルノシン亜鉛(対プラセボ)は LRR を減少させ、HT29 細胞の増殖を増加させた(対 ZnSO4) 78
  • アスピリンは大腸透過性を増加させた:尿SLRとスクラロースNDビフィドバクテリウムBB-12とadolescentis(IVS-1)とガラクトオリゴ糖プレバイオティクスは大腸透過性を低下させる79
  • 肥満の有無にかかわらず妊娠中は血清ゾヌリンの増加と血清LPSの増加がみられ、代謝リスクマーカーND 80と関連している。
  • 高血清ゾヌリンND n-3 PUFA、食物繊維、ビタミンやミネラルの範囲:高血清ゾヌリンの減少、腸内細菌叢のより豊かさ 81

血清ゾヌリンまたはLPS NDプロバイオティクスおよび/またはLC-PUFA 82に影響なし
Da=ダルトン;I-FABP=腸管脂肪酸結合タンパク質;LC-PUFA=長鎖多価不飽和脂肪酸;LPS=リポ多糖類;LRR=ラクチュロース-ラムノース比;ND=不確定;NSAIDs=非ステロイド性抗炎症剤;PUFA=多価不飽和脂肪酸;SLR=スクラロース-ラクチュロース比

腸管透過性およびマイクロバイオームの変化と疾患状態の関連性

文献の詳細なレビューから、疾患の動物モデルでは、疾患表現型、バリアの変化、微生物相の変化という3つの点で関係があることが明らかになっている。慢性肝疾患に最もよく例示されているように、この関係の方向性については、動物実験からも議論の余地がある。例えば、ある仮説では、小腸細菌の過剰増殖によって腸内細菌(例えば、大腸菌)によるエタノールの内因性産生が増加し、その結果、腸管透過性の増加、細菌の転座、および転座した細菌またはその産物による肝炎症が引き起こされると主張している[61]。 別の仮説としては、肝疾患が全身性の炎症反応を引き起こし、それが腸管透過性の増加につながり、細菌の転座およびさらなる肝障害をもたらすというものがある[62,63]。

文献上の多くの研究、特にヒトの研究では、この3つの関連性の焦点がすべて検討されているわけではなく、したがって「三角関係」とは、この3つの因子のうちの2つの関連性に基づく仮説や推論に基づいたものである。表3は、加齢、食物アレルギー、肝臓病、非経口栄養(または経腸排除神経精神疾患を対象としたヒトまたはヒトデータがない動物モデルでの研究から得られた情報をまとめたものである。一般的に、データは仮説生成的なものとみなされるべきであり、すなわち、リーキーガットは(肝臓病の場合のように)疾患の原因または効果である可能性があり、炎症性または疾患に影響を与える他の結果につながる正常な微生物群または不活性微生物群のいずれかが存在する可能性がある。いくつかの状況では、マイクロバイオータの変化は、ラクトバチルス・カセイ株シロタまたは8つの凍結乾燥細菌株を含むVSL#3による治療に応答して肝硬変で実証されたように、ヒトにおける疾患の重症度の低下をもたらす可能性がある[64]。

表3.

腸管透過性の亢進およびマイクロバイオータの変化を伴う疾患または障害の要約。各カテゴリーにおいて、バリア機能とマイクロバイオータが変化したことが、同じヒトの研究で記録されることはまれである。

原文参照

EoE=好酸球性食道炎;FABP=脂肪酸結合蛋白質;FITC=フルオレセインイソチオシアネート;IBD=炎症性腸疾患;I-FABP=腸管脂肪酸結合蛋白質;IgA=免疫グロブリンA;IP=腸管透過性;LMR=ラクチュロース・マンニトール排泄比。LPS=リポ多糖類;LRR=ラクツロース-ラムノース比;NAFLD=非アルコール性脂肪性肝疾患;NASH=非アルコール性脂肪性肝炎;SIBO=小腸細菌過増殖;TJ=タイトジャンクション;TLR=トール様受容体;TPN=全非経口栄養;ZO=zonula occludens

腸管治療による腸管透過性の変化

第三の主張は、表4にまとめられているように、腸管治療の結果としての腸管透過性の変化を示す生体内試験ヒト研究の文献からの例によって提供される。特筆すべき研究は、約100人の患者を対象にした経口グルタミンの無作為化プラセボ対照試験であり、IBS-SSS(症状重症度スコア便の頻度および一貫性の改善と関連して、LMRの正常化が示されている[65]。しかし、他の研究のほとんどは小規模であり、異なる栄養素や多様な方法を使用しており、複製が必要である。

表4.

栄養剤、サプリメント、または食物繊維を用いた腸指示療法の結果としての腸管透過性の変化を示した生体内試験ヒト研究の文献からの例

コメントのあるセラピー患者さん 参照番号
  • グルタミン点滴術前の栄養不足 手術前に腸管透過性が亢進した患者は、グルタミンを濃縮した全非経口栄養では改善しなかった 122
  • 経腸グルタミン 50-80%やけど 経腸グルタミン群の尿中 LMR は標準経腸式 123 よりも低い
  • 経腸グルタミン 30-75%熱傷 経腸グルタミン群の血漿DAO活性および尿中LMRは未処理熱傷群に比べて低かった 124
  • 経腸的グルタミン クローン病患者 グルタミンとアクティブコントロール(ホエイ)の両方で LMR 125 を低下させた
  • 経口グルタミン 感染後IBS 尿中LMR上昇はグルタミン群では正常化されたが、対照群では正常化されなかった 65
  • ガラクトオリゴ糖 肥満 アスピリン後のスクラロース:ラクチュロース比とスクラロース排泄量が減少し、大腸透過性が改善されたことを示す 79
  • イヌリン濃縮パスタ 健康な若年ボランティア 血清ゾヌリンと尿中LMRは減少したが、マンニトール排泄は減少しなかった 126
  • サイリウム 子供のIBSのスクロースとスクラロースの回復に効果なし、LMR 127
    肥満のために食事療法のRxを受けているファイバーNAFLD患者 19から29g/日に栄養繊維を増やすと、血清ZO値が減少し、肝性ステアトーシスが改善された 128
    ルバーブ投与群の血漿中DAO活性は対照群よりも低かった。
  • タラガムのゲル化複合体 + Strep. テルモスフィラスST10 健康な参加者 小腸と大腸の両方の透過性の改善を示唆するLMRの減少とスクラロース濃度のredcued 130
  • アスコルビン酸 健康な女性参加者 アスピリンまたはアスコルビン酸のいずれかを摂取した場合、プラセボを摂取した場合と比較して,6時間のラクツロースの排泄量が増加した 131
  • 発酵食品とアミラーゼ消化物を離乳食に使用したタンザニアの 6~25 ヶ月児の急性下痢症 入院から 3 日目までの L/M 比の低下は、発酵食品とアミラーゼ消化物を離乳食に使用した群(89%)の方が、従来型または高エネルギー密度アミラーゼ消化物を使用したおかゆ群(それぞれ 44%,75%)よりも有意に大きかった 132
  • (マラウイ) 飼料中の豆類の追加摂取は LMR に影響を与えずにラクツロース排泄を減少させた。
  • 微量栄養強化された補完/代替食品 ザンビアの乳児 6 ~ 18 ヶ月齢の LMR(ベースラインの尿中 L:M 比、社会経済的地位、母親の教育、出生の季節、ベースラインの発育阻害、および母親の妊産婦期の HIV ステータス、子供の性別、同時授乳状況、ベースライン時の貧血によって層別化した調整)は、特に男児の間で、HIV 陰性の母親 134 の乳児の間で強化された食事を持つグループで悪化した。DAO=ジアミンオキシダーゼ、LMR=ラクトロースマンニトール排泄比

また、プロバイオティクスまたは常在菌が腸管バリア機能を改善することも期待されている[66]が、これまでのエビデンスはまばらであり、多くの場合、ヒトの研究よりも動物モデルに基づいており、有益な効果は酪酸塩の効果を介している可能性があり、文書化された効果はAkkermansia municiphilaという生物について報告されている[67]。 ラクトバチルス・プランタラム(Lactobacillus plantarum)由来の表層タンパク質の最小ドメインである微小統合膜タンパク質(MIMP)がある。MIMP は、デキストラン硫酸ナトリウム(DSS)誘発性大腸炎の実験モデルにおいて有意な抗炎症効果を示した [68] 。 これは複数のメカニズムによって達成された。腸管バリアの調節(経口投与後の血清中の FITC-デキストランの出現、結腸組織における接合体接着分子(JAM)-1、オクルーディンおよび ZO-1 の発現のアップレギュレーションと同様に微生物相(豊富さと多様性の増加。DSS群で豊富だったFirmicutesとClostridiaの代わりにLeuconostocaeとLeuconostocの増加を含むおよびtoll-like receptor (TLR)4関連経路を介した炎症性サイトカインの増加を含む [68]。 [68]

これらの観察の積み重ねは、透過性の増加と関連している可能性のある非病理学的状況があることを示唆しており、これらの比較的軽微な摂動は、食事的、非薬理学的アプローチによって逆転させることができる。プレバイオティクスやプロバイオティクスを含む、そのようなアプローチのさらなる研究が待ち望まれている。

リーキーガット 問題点

他の著者によって示されているように、[6, 16] しかしながら、バリアの「漏出性」に生物学的または臨床的関連性を帰属させる際には、考慮すべき重要な落とし穴があり、注意が必要である。第一に、変化した透過性は表出現象である可能性がある。例えば、炎症性のプロセスはバリアの完全性を損なう可能性があり、食事成分や胆汁酸などの管腔内因子などの他の因子は、独立してバリア機能に影響を与えうる。第二に、アレルゲン、ストレス、および身体活動は確かに腸管バリア機能を変化させうるが、それがどのように臨床的な結果をもたらすかは不明である。第三に、バリア機能の障害(例えば、バリア構成要素の遺伝的欠陥)は、単独では、疾患の実験動物モデルにおける疾患表現型にはつながらない。第四に、透過性の増大は必ずしも劇症的ではなく、ヒトにおいてバリア機能を回復または改善する介入が疾患の自然史を変化させることができるという説得力のある証拠は存在しない。したがって、例えば、抗腫瘍壊死因子-α(TNF-α)療法が炎症性腸疾患(IBD)患者の粘膜炎症を減少させ、腸管透過性を回復させ、酪酸、亜鉛、および一部のプロバイオティクスも粘膜バリア機能障害を改善するのに対し、透過性操作をIBDの治療標的として考慮すべきであることはまだ証明されていない[69]。

結論

上皮バリアの超構造と機能は十分に特徴づけられているが、バリアの他の構成要素、特に粘液層とその摂動の役割と相互作用については不明な点が多い。腸管バリア機能の役割は重要であると考えられているが、有効な臨床診断テストがないため、未解明な点が多い。

化学物質、栄養素、プレバイオティクス、さらには植物抽出物(例:インディゴナチュラリス)がバリア機能を改善するが、有効な薬物治療法はまだ存在せず、バリア機能を回復させて局所消化管疾患や全身疾患の臨床症状を改善する効果はまだ証明されていない。臨床医は、消化器疾患におけるバリア機能障害の可能性と、今後の治療のターゲットとしての可能性を認識しておく必要がある。

使用されている略語

5-HTセロトニン
51Cr-EDTA 放射性クロムとエチレンジアミン四酢酸の複合体
AMPs 抗菌タンパク質
CLCA1 塩化物チャネルレギュレーター、カルシウム活性化-1
CMCカルボキシメチルセルロース
ダダルトン
DAOジアミン酸化酵素
悪性脳腫瘍ではDMBT1が欠失している 1
硫酸デキストランナトリウム
EoE好酸球性食道炎
FABP腸内脂肪酸結合タンパク質
FCGBP Fcグロブリン結合タンパク質
FITC フルオレセインイソチオシアネート
GLUT2 グルコーストランスポーター2
HIV/AIDSs ヒト免疫不全ウイルス感染症と後天性免疫不全症候群
IBD炎症性腸疾患
IECs 腸管上皮細胞
I-FABP腸内脂肪酸結合蛋白質
免疫グロブリンA
JAM 接合部接着分子
LC-PUFA長鎖多価不飽和脂肪酸
LMRラクツロース・マンニトール排泄率
LPSリポ多糖類
LRRラクチュロース-ラムノース比
MIMPマイクロインテグラル膜蛋白質
エムユーシームチン
非アルコール性脂肪性肝疾患
NASH 非アルコール性脂肪肝炎
非ステロイド性抗炎症薬
PEGポリエチレングリコール
PUFA 多価不飽和脂肪酸
プロリンアミノ酸
平均のSEM標準誤差
セリンアミノ酸
シボ小腸菌過多症
SLRスクラロースとラクツロースの比率
Thr スレオニンアミノ酸
TJタイトジャンクション
TLRトール様受容体
TNF-α腫瘍壊死因子α
ティーピーエヌエッチピーエッチ
トゥイーンポリソルベート80
ZG16ザイモゲン顆粒タンパク質16
潜伏動物