鼻のマイクロバイオーム-敵か味方か？
The Microbiome of the Nose—Friend or Foe?

図1　生涯を通じて鼻腔微生物叢を調節する因子。

12鼻腔の細菌群集に関する研究から、鼻には日和見病原体が生息しており、それが呼吸器の他の部位に広がり、アレルギー性鼻炎（AR）、慢性鼻副鼻腔炎（CRS）、急性気道感染症（急アレルギー性鼻炎TI）、中耳炎（OM）、喘息などの疾患の発症に関与していることが明らかになっている13,14。本総説の目的は、鼻内細菌叢とマイクロバイオームの変化が、いくつかの免疫系疾患や感染症にどのように関連しているかを説明することである。また、プロバイオティクスが鼻腔内細菌叢とマイクロバイオームを調節することによって、補助療法として、あるいは予防として、どのように健康を増進できるかを明らかにすることも目的としている。

鼻腔マイクロバイオーム

鼻腔マイクロバイオームと慢性鼻副鼻腔炎

慢性鼻副鼻腔炎発症における細菌感染の因果関係はまだ証明されていないものの、細菌感染が副鼻腔内の炎症反応を誘発し、結果として慢性的な変化や症状を引き起こすという仮説がある6,15。これまでの記述的研究から、慢性鼻副鼻腔炎患者の鼻腔マイクロバイオームには、コアグラーゼ陰性ブドウ球菌、緑膿菌、黄色ブドウ球菌が最も多く含まれることが示されている16-21

さらに最近、Lalらは鼻ポリープのある慢性鼻副鼻腔炎患者とない慢性鼻副鼻腔炎患者、および健常対照者における中肉孔と下肉孔の微生物叢を比較した。その結果、鼻ポリープのない慢性鼻副鼻腔炎患者の中肉腔から採取したサンプルは、レンサ球菌、ヘモフィルス属、フソバクテリウム属に富んでいたが、健常対照と比較して細菌の多様性が失われていた。鼻ポリープのある慢性鼻副鼻腔炎患者の中肉腔から採取したサンプルは、ブドウ球菌、アロイコッカス、コリネバクテリウム属に富んでいた22。

Copeらは、慢性鼻副鼻腔炎患者と健常対照者の内視鏡副鼻腔手術中に採取したサンプルの解析に16S rRNA遺伝子シーケンスを使用し、慢性鼻副鼻腔炎患者は、細菌コロニー形成の特異的パターン、特異的に濃縮された遺伝子経路、および特異的な宿主免疫応答を有する、異なるサブグループに分けられることを決定した23。コリネバクテリウム科を主に含むサブグループは、ペルオキシソーム増殖剤活性化受容体-γシグナル伝達経路をコードしており、IL-5の発現が亢進し、鼻ポリープの発生率が有意に増加した23。これらの知見は、慢性鼻副鼻腔炎患者の鼻内細菌叢が慢性鼻副鼻腔炎の表現型に影響を及ぼすだけでなく、免疫反応も調節できるという考えを支持するものである。表1にまとめたように、鼻腔内細菌異常症は慢性鼻副鼻腔炎の発症と鼻ポリープの形成に関与しているが、その病態生理学的機序を明らかにするためにはさらなる研究が必要である。

表1 慢性鼻副鼻腔炎患者における鼻腔微生物叢の変化。

障害	鼻腔微生物叢の変化と健常人との比較
慢性鼻副鼻腔炎
一般的に	↑ コアグラーゼ陰性ブドウ球菌16,17,19
	↑ 緑膿菌16,17,19
	↑ 黄色ブドウ球菌16,17,19
	↓ 細菌の多様性6
鼻ポリープ	↑↑ 黄色ブドウ球菌20
	↑ アロイコッカス属22
	↑ コリネバクテリウム属22
	↓ 細菌の多様性20
鼻ポリープなし	↑ ブドウ球菌属20
	↑ レンサ球菌属22
	↑ ヘモフィルス属22
	↑ フソバクテリウム属22
	↓ 細菌の多様性22
	↓ プレボテラ属20
喘息	↑ コアグラーゼ陰性ブドウ球菌21
	↑ 黄色ブドウ球菌21
	↓ 細菌の多様性21

鼻腔マイクロバイオームと喘息

鼻腔内細菌叢と喘息の表現型および重症度との関係はまだ十分に定義されていないが、24-26最近の研究では、鼻腔内細菌叢が喘息の発症、発症、および重症度に重要な役割を果たしていることが示されている。27-30培養に依存しないシークエンシング法により、鼻腔内細菌叢の組成が、増悪性喘息の成人患者、非増悪性喘息患者、および健常対照者で異なることが示されている31。-33健康な人と比較すると、喘息患者の鼻腔マイクロバイオータはバクテロイデーテス（Bacteroidetes）とプロテオバクテリア（Proteobacteria）の分類群に富んでおり、特にプレボテラ・ブッカリス（Prevotella buccalis）とガードネレラ・ヴァギナリス（Gardnerella vaginalis）は喘息患者でより豊富であった33。P. buccalis、G. vaginalis、Dialister invisus、Alkanindiges hongkongensisの各菌種は、喘息の活動性によって存在量が異なり、メタゲノム解析により細菌のグリセロ脂質代謝に違いがあることが明らかになった33。

Teoらは、生後1年間の鼻咽頭微生物叢を調査し、鼻咽頭微生物叢が将来の喘息発症リスクとそれに伴う炎症症状の重症度を決定する因子であり、特に無症候性の溶連菌の早期コロニー形成が将来の喘息発症の強力な予測因子であることを明らかにした30。Pérez-Losadaらはまた、喘息の小児および青年の鼻腔内細菌叢の組成と構造は、健常対照群と比較して有意に異なっており、異なる喘息の表現型クラスター間で異なっていることを明らかにした34。

別の研究では、Pérez-Losadaらが標的16S rRNA配列決定法を用いて喘息小児の鼻咽頭微生物叢の特徴を明らかにし、鼻腔マイクロバイオームがモラクセラ、スタフィロコッカス、コリネバクテリウム、ヘモフィルス、フソバクテリウム、プレボテラ、ドロシグラヌムによって支配されており、これらは成人の鼻咽頭で報告されているものとは異なっていることを明らかにした29。鼻と上咽頭のマイクロバイオームが最終的に喘息の病態生理にどのような影響を及ぼすのかを明らかにし、喘息患者の鼻腔マイクロバイオーム異常症をターゲットとした、オーダーメイドの治療法を開発するためには、さらなる調査が必要である。

鼻腔マイクロバイオームとアレルギー性鼻炎

鼻内細菌叢の異常とアレルギー性鼻炎の発症との関係についての研究はまだ限られているが、鼻内細菌叢は局所的な免疫反応の調節、病態生理学、アレルギー性鼻炎の発症において重要な役割を担っている可能性がある。Choiらは、季節性アレルギー性鼻炎（Sアレルギー性鼻炎）患者と健常対照者を対象に、花粉飛散前と飛散中の鼻腔微生物叢を調査した35。花粉シーズン中、Sアレルギー性鼻炎患者では症状と鼻汁好酸球が増加し、健常対照群と比較して中咽頭の細菌多様性が有意に増加するという相関関係がみられた35。このパターンは、疾患の重症度が細菌多様性の減少と相関すると考えられる慢性鼻副鼻腔炎患者にみられるパターンとは異なる。Lalらは、アレルギー性鼻炎患者と健常対照者における中肉腔および下肉腔の微生物叢を比較した22。しかし、Lalらは、健常対照者と比較してアレルギー性鼻炎患者における生物多様性の増加という所見を再現することができなかった。

鼻腔マイクロバイオームと急性気道感染症

複数の研究により、黄色ブドウ球菌、ライノウイルス、インフルエンザウイルスなどの日和見病原体に対する宿主免疫と防御における鼻のマイクロバイオームの影響が徐々に明らかにされている1,36。-38インフルエンザウイルスと上皮細胞との相互作用は、他の要因の中でも特に複雑な細菌群集によって媒介され、これらの細菌群集は自然免疫応答と適応型宿主免疫応答を制御し、感染リスクに影響を及ぼす。

Salkらは、健康な成人に弱毒生インフルエンザワクチンを経鼻投与するヒト実験試験を実施した42。De Lastoursらは、インフルエンザウイルスに感染した成人が肺炎球菌と黄色ブドウ球菌の鼻腔内保菌を増加させることを示した43。特に、肺炎球菌はインフルエンザウイルスと相互に有益な関係を築くことが示されており、A型インフルエンザウイルス感染が肺炎球菌の感染を促進することが示唆されている44,45。Wenらは、インフルエンザAウイルス感染患者の鼻咽頭微生物叢が健常対照群と異なることを発見し、インフルエンザAウイルス感染患者では、レンサ球菌、フィロバクテリウム、モラクセラ、ブドウ球菌、コリネバクテリウム、ドロシグラヌムが優勢であることを示した46。その結果、肺炎球菌はインフルエンザAウイルス感染を促進するために、ウイルスのヘマグルチニンを活性化するプロテアーゼを分泌し、さらには宿主の自然免疫反応を調節することができる44,47。

他のウイルスも鼻のマイクロバイオームの変化と関連している。Wolterらは、インフルエンザウイルス、アデノウイルス、ライノウイルスによる呼吸器ウイルス感染後、肺炎球菌によるコロニー形成密度が上昇し、侵襲性肺炎球菌性肺炎のリスクが増加することを明らかにした49。

鼻腔マイクロバイオームは、他のウイルスによる感染にも影響を及ぼし、調節することができる。Rosas-Salazarらは、ヒトライノウイルスと呼吸器合胞体ウイルスに感染した乳児の間で、分類学的組成と存在量に有意差があることを明らかにした50。Toivonenらは、鼻咽頭微生物叢が異なるライノウイルス種による感染に影響を及ぼすことを明らかにした51。ヘモフィルス属の微生物叢が優勢な乳児はライノウイルスA種に感染しやすかったが、モラクセラ属の微生物叢が優勢な乳児はライノウイルスC種に感染しやすかった51。Mansbachらは、気管支炎で入院した乳児において、優勢なHaemophilus鼻咽頭微生物叢と呼吸器合胞体ウイルスのクリアランス遅延との間に関連があることを発見した52。

表2 急性気道感染症患者における鼻腔微生物叢の変化

障害	鼻腔微生物叢の変化と健常人との比較
急性呼吸器感染症
インフルエンザAウイルス	↑ 病原性細菌36,41,42
	↑ 肺炎球菌43
	↑ 黄色ブドウ球菌43,46
	↑ フィロバクテリウム属46
	↑ モラクセラ属46
	↑ コリネバクテリウム属46
	↑Dolosigranulumspp.46
	↓ シュードモナス属45
ライノウイルスA	↑ 肺炎球菌48,49
	↑ ヘモフィルス属51
ライノウイルスC	↑ 肺炎球菌48,49
	↑ モラクセラ属菌51
アデノウイルス	↑ 肺炎球菌49
呼吸器合胞体ウイルス	↑ ヘモフィルス属51

鼻腔マイクロバイオームと中耳炎

表3に示したように、鼻のマイクロバイオームは中耳炎の発症に影響を及ぼし、病原性細菌の保菌数が増加すると、おそらく中耳への細菌の移動に起因する侵襲性疾患のリスクが上昇する10,53,54。Hiltyらは、鼻咽頭スワブと16S rRNAのマルチプレックスパイロシークエンシングを用いて、急性中耳炎の有無にかかわらず163人の乳児の鼻咽頭微生物叢を調査し、急性中耳炎の乳児では、健常対照と比較して常在菌が少ないことを明らかにした55。

表3 中耳炎患者における鼻腔微生物叢の変化

障害	鼻腔微生物叢の変化と健常人との比較
中耳炎
一般的に	↑ モラクセラ属56,59
↑ 肺炎球菌56,57,59
↑ パスツレラ属56
↑ ヘモフィルス属57,59
↑ アクチノマイセス属57
↑ ロチア属57
↑ ナイセリア属57
↑Veillonellaspp.57
↓ 常在細菌56
↓ 細菌の多様性57,59
↓ ラクトコッカス属57
↓ プロピオニバクテリウム属57
↓ コリネバクテリウム属57
↓Dolosigranulumspp.57
↓ ブドウ球菌属57
↓ シュードモナス属59
↓ミロイデス属59
↓ エルシニア属59
↓ スフィンゴモナス属59
リカレント	↑ ジェメラ属58
	↑ ナイセリア属58
	↓ コリネバクテリウム属58
	↓Dolosigranulumspp.58

Lauferらは、中耳炎の小児では肺炎球菌のコロニー形成の頻度が有意に高く、Haemophilus、Actin中耳炎yces、Rothia、Neisseria、Veillonellaの鼻腔内コロニー形成も中耳炎のリスク上昇と関連していることを明らかにした56。一方、コリネバクテリウム、ドロシグラヌルム、プロピオニバクテリウム、ラクトコッカス、スタフィロコッカスによるコロニー形成は、肺炎球菌によるコロニー形成および中耳炎のリスク低下と関連していた56。最近、Lappanらは、再発性急性中耳炎患者と健常対照者の鼻咽頭マイクロバイオームが異なっており、健常対照者と比較して再発性急性中耳炎患者の鼻咽頭ではジェメラとナイセリアがより多く、対照者の鼻咽頭ではコリネバクテリウムとドロシグラヌラムが有意に多いことを発見した57。

Chonmaitreeらは、急性中耳炎のエピソード中に採取された971の鼻咽頭サンプルを分析し、3つの耳病原体属の存在量が増加していることを発見した：急性中耳炎エピソードでは、耳病原体属の存在量が増加し、シュードモナス、マイロイデス、エルシニア、スフィンゴモナスの存在量が減少した58。プロバイオティクスを鼻や鼻咽頭のマイクロバイオームの調節や中耳炎に対する防御にどのように利用できるかを明らかにするためには、さらなる研究が必要である。

鼻腔マイクロバイオーム異常症におけるプロバイオティクス介入の役割

アレルギー性鼻炎におけるプロバイオティクス介入

アレルギー性鼻炎の病態生理学におけるディスバイオシスの役割は十分に理解されていないにもかかわらず、補助療法としてのプロバイオティクスの使用には有望な進展がみられる。Ishidaらは、発酵乳中の乳酸菌92の投与が、乳酸菌を含まない牛乳の投与と比較して、通年性アレルギー性鼻炎（Pアレルギー性鼻炎）の参加者の鼻症状のスコアを有意に改善することを明らかにした59。Pアレルギー性鼻炎の小児60人を対象とした二重盲検プラセボ対照無作為化試験では、半数に抗ヒスタミン薬であるレボセチリジンとパラカゼイ乳酸菌を併用し、半数にレボセチリジンとプラセボを併用した。L. paracaseiを併用した群では、プラセボと比較して、小児鼻結膜炎のQOLスコアが改善し、鼻のかゆみとくしゃみのスコアが有意に改善したことが報告された60。

Jerzynskaらは、イネ科植物花粉に感作されたアレルギー性鼻炎の小児を対象に、イネ科植物特異的舌下免疫療法（SLIT）の免疫学的効果に対する乳酸菌ラムノサスGGとビタミンD補充効果を検討した。これらの結果は、プロバイオティクスがPアレルギー性鼻炎およびSアレルギー性鼻炎の補助的治療において重要な役割を果たす可能性を示唆している。

慢性鼻副鼻腔炎におけるプロバイオティクス介入

アレルギー性鼻炎とは対照的に、慢性鼻副鼻腔炎の補助的治療におけるプロバイオティクスの使用に関する現在の研究は限られており、慢性鼻副鼻腔炎の治療におけるプロバイオティクスの顕著な役割は支持されていない。Mukerjiらによる二重盲検無作為化プラセボ対照試験では、77人の慢性鼻副鼻腔炎患者において、L. rhamnosusを含む製剤の経口投与による副鼻腔QOLスコアの有意な臨床的改善はみられなかった、しかし、鼻ポリープのない慢性鼻副鼻腔炎患者において、症状、鼻腔洗浄液中の炎症性バイオマーカー、鼻腔常在菌に変化はみられなかった64。この分野ではさらなる研究が必要であるが、プロバイオティクスは現在、慢性鼻副鼻腔炎の補助療法としては推奨されていない。

呼吸器感染症におけるプロバイオティクス介入

インフルエンザウイルス感染に対する感受性において鼻や喉のマイクロバイオームが重要な役割を担っていることから1,36,38、鼻のマイクロバイオームと自然免疫応答および適応的宿主免疫応答の調節におけるプロバイオティクスの潜在的役割について研究が行われている。Salkらは、弱毒化インフルエンザ生ワクチン（LAIV）の経鼻投与を受けた若年成人の鼻腔マイクロバイオームの変化を測定し、LAIVが鼻腔マイクロバイオームを変化させ、分類群の豊富さが増加し、インフルエンザ特異的IgA抗体産生が変動することを明らかにした42。

さらに最近、分子プロファイリング研究により、種特異的相互作用が黄色ブドウ球菌の鼻腔内コロニー形成と持続を回避する上で重要な役割を果たしていることが明らかになった5。具体的には、コリネバクテリウム属は鼻腔内で黄色ブドウ球菌と相互作用しており65、コリネバクテリウム・シュードジフテリチカムを鼻腔内に人工接種すると、黄色ブドウ球菌の鼻腔内定着を根絶するようである66。このことは、Agr QSを欠損した黄色ブドウ球菌株に対して選択的優位性を与え、病原性状態から常在性状態への転換を誘導している可能性がある。

Streptococcus salivarius24SMBcとStreptococcus oralis89aの組み合わせからなるプロバイオティクス製品を1週間投与した場合の鼻孔内微生物叢への影響を、次世代シーケンサーを用いて評価した。プロバイオティクス投与直後から黄色ブドウ球菌の有意な減少が検出され、潜在的な病原体の過剰繁殖を抑制しうる有益な微生物の総数が増加していた69。

2つの別々の無作為化二重盲検プラセボ対照試験において、プレバイオティクスとプロバイオティクスを投与された新生児は、プラセボ群と比較して呼吸器感染症の発症率が有意に低かった70,71。特に、全呼吸器感染症の80%を占めるライノウイルス誘発エピソードの発生率は、プレバイオティクス群とプロバイオティクス群（プラセボ群と比較して）で有意に低いことが判明した70。別のランダム化共生試験では、4556人の乳児にラクトバチルス・プランタラムを含む経口製剤が投与された。呼吸器感染症の発生率が有意に減少した71。

動物を用いた実験では、経鼻ワクチンによる免疫増強に関しても有望な結果が得られている。子ブタの鼻粘膜と扁桃に枯草菌ワクチンを経鼻投与したところ、鼻粘膜と扁桃の樹状細胞、免疫グロブリンA+ B細胞、T細胞の数が増加し、toll-like receptor（TLR）-2とTLR-9 mRNAの発現も増加した。これは、呼吸器疾患に対するヒト鼻粘膜の免疫力を高めるために、ヒトに枯草菌を経鼻投与するさらなる研究の基礎を築くものである72。

結論

健康な人では、鼻腔マイクロバイオームは年齢によって変化し、様々な要因によって形成される。興味深いことに、呼吸器の病的状態は鼻腔内微生物叢の生物多様性の減少と関連しているようであり、この特徴は腸でも観察される。鼻腔内微生物叢の異常は、慢性鼻副鼻腔炎、喘息、アレルギー性鼻炎、気管支炎、インフルエンザ、中耳炎など、多くの疾患の病態生理に関与しているが、アレルギー性鼻炎における鼻腔内微生物叢の異常の役割をさらに明らかにするためには、さらなる研究が必要である。現在の研究では、鼻腔内細菌叢プロファイルが免疫応答に影響を及ぼし、慢性鼻副鼻腔炎の表現型を調節する可能性が示唆されている。鼻腔内細菌叢プロファイルを臨床における予後予測ツールとして使用する可能性を探るためには、さらなる研究が必要である。

しかし、鼻腔マイクロバイオーム・プロファイルの特性解析の臨床応用の可能性を検討する際には、利用可能な方法論が多岐にわたり、運用コストが異なり、結果が相反する可能性があることを考慮することが重要である。例えば、比較的安価なポリメラーゼ連鎖反応法は、比較的小さな遺伝子の配列しか同定できない。これに対して、より高価な次世代シーケンサーは、様々な個人におけるマイクロバイオーム・プロファイルのより完全な特徴付けを可能にする、広範囲に応用可能なハイスループットの方法論である。このような方法は臨床において有用であり、患者の治療やフォローアップを個別化・最適化することが可能であるが、運用コストを考慮する必要があり、現在のところ、患者ケアにおける疾患バイオマーカーや予後因子としてのこれらの手法の利用を危うくしている。さらに、慢性鼻副鼻腔炎、アレルギー性鼻炎、急性気道感染症などの疾患では、鼻腔マイクロバイオームの豊富さと多様性の変化が、炎症による二次的なものである可能性も考慮しなければならない。

現在のところ、プロバイオティクスの介入は、免疫反応、症状スコア、QOLの改善、および種特異的相互作用と免疫学的調節を通じた急性気道感染症の予防により、Pアレルギー性鼻炎およびSアレルギー性鼻炎の補助的治療において有望な役割を果たす可能性があることが研究により示唆されている。これらの介入を臨床にどのように応用できるかを完全に明らかにするためには、さらなる研究が必要である。しかし、プロバイオティクスが慢性鼻副鼻腔炎の治療において役割を果たせるかどうかは、依然として不明である。

利益相反申告書

著者は、本論文の研究、執筆、および／または出版に関して、潜在的な利益相反がないことを表明した。

資金調達

著者は、本論文の研究、執筆、および/または出版に関して、以下の財政的支援を受けたことを明らかにした：本研究は、欧州地域開発基金（ERDF）-感染症および組織再生のための生物工学的治療（助成金番号NORTE-01-0145-FEDER-0000012）を通じて、PORTUGAL 2020 Partnership Agreementに基づくNorte Portugal Regional Programme（NORTE 2020）の支援を受けた。