Isoallolithocholic Acid のメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）腹膜感染における治療可能性

背景紹介

メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus, MRSA）は、1961年に発見されて以来、世界的に最も一般的な抗生物質耐性菌の一つとなっています。MRSA感染は、致命的な敗血症、肺炎、および皮膚および軟部組織感染の高発生率を引き起こす可能性があります。その急速な伝播と広範な耐性のため、多くの抗生物質がMRSA感染に対して無効です。世界保健機関（WHO）は、MRSAを高優先度の多剤耐性病原体として指定しています。そのため、MRSA感染に対処するための新しい抗菌薬または代替戦略を探求することが急務となっています。

胆汁酸（Bile Acids, BAs）は、ステロイド由来の天然産物であり、消化、免疫、および脂質代謝において重要な役割を果たしています。近年の研究では、胆汁酸代謝物であるisoallolithocholic acid（isoallo-LCA）が百歳以上の高齢者における感染リスクを低下させる可能性があることが示されていますが、その具体的な作用機序はまだ明確ではありません。本研究は、isoallo-LCAがMRSA関連腹膜感染において果たす役割とその潜在的な治療価値を探求することを目的としています。

論文の出典

本論文は、Ying Lu、Jun Du、Shicheng Peng、Ying Wang、およびYongtao Xiaoによって共同執筆され、著者らは上海交通大学医学院附属新華医院小児消化器病・栄養科、上海市小児消化器病・栄養重点実験室、および上海市小児研究所に所属しています。論文は2024年12月4日に『The Journal of Antibiotics』誌に掲載されました。

研究のプロセスと結果

1. 胆汁酸のMRSAに対する抗菌活性評価

研究ではまず、isoallo-LCAを含む複数の胆汁酸がMRSAおよびその他の病原菌（黄色ブドウ球菌、緑膿菌、大腸菌、サルモネラ菌、およびカンジダ・アルビカンス）に対してどのような抗菌活性を示すかを評価しました。実験は、細菌増殖抑制実験および最小発育阻止濃度（MIC）測定を通じて行われました。

• 実験方法：異なる濃度の胆汁酸（0-25 μM）を細菌懸濁液と混合し、光密度（OD600）およびコロニー形成単位（CFU）を測定して細菌の増殖を評価しました。
• 結果：isoallo-LCAは、MRSAおよび黄色ブドウ球菌の増殖を著しく抑制し、その最小発育阻止濃度（MIC90）は3.0 μMでした。一方、isoallo-LCAは他の病原菌（緑膿菌、大腸菌、サルモネラ菌、およびカンジダ・アルビカンス）に対しては明らかな抗菌活性を示しませんでした。

2. Isoallo-LCAのMRSAバイオフィルムへの影響

MRSAは、バイオフィルム（biofilm）を形成することでその耐性を強化することが知られています。研究では、isoallo-LCAがMRSAバイオフィルムの形成および除去にどのような影響を与えるかをさらに評価しました。

• 実験方法：結晶紫染色法（crystal violet staining）を使用して、isoallo-LCAがMRSAバイオフィルムの抑制および除去に及ぼす影響を評価しました。
• 結果：isoallo-LCA（10 μM）は、MRSAバイオフィルムの形成を著しく減少させ、成熟したバイオフィルムの約50%を除去することができました。

3. Isoallo-LCAの細胞膜透過性実験

isoallo-LCAの抗菌メカニズムを探るため、研究ではSytox Green染色法を用いて、MRSA細胞膜の透過性に及ぼす影響を評価しました。

• 実験方法：MRSA細胞をSytox Green染料および異なる濃度のisoallo-LCA（2-10 μM）と共にインキュベートし、蛍光顕微鏡および蛍光分光光度計を使用して細胞膜透過性の変化を観察しました。
• 結果：isoallo-LCAは、MRSA細胞膜の透過性を急速に増加させ、細胞膜の完全性を損なうことが明らかになりました。

4. 電子顕微鏡観察

走査型電子顕微鏡（SEM）および透過型電子顕微鏡（TEM）を使用して、isoallo-LCAがMRSA細胞構造に及ぼす影響をさらに観察しました。

• 結果：SEMでは、isoallo-LCA処理後のMRSA細胞表面に明らかな損傷は見られませんでしたが、TEMでは細胞膜構造が著しく変形し、細胞質内に明るい領域が現れることが確認されました。

5. Isoallo-LCAの溶血活性および細胞毒性評価

研究では、isoallo-LCAの哺乳動物細胞に対する毒性も評価しました。

• 実験方法：溶血実験および乳酸脱水素酵素（LDH）細胞毒性実験を用いて、isoallo-LCAがヒト赤血球および哺乳動物細胞（RAW264.7およびHEK293T）に及ぼす毒性を評価しました。
• 結果：isoallo-LCAは、100 μMまでの濃度で赤血球および哺乳動物細胞に対する毒性が低い（%）ことが示されました。

6. マウスMRSA腹膜感染モデルにおけるisoallo-LCAの効果

研究の最後に、マウスMRSA腹膜感染モデルにおいてisoallo-LCAの治療効果を評価しました。

• 実験方法：マウスを4つのグループ（DMSO対照群、isoallo-LCA群、MRSA感染群、およびMRSA感染+isoallo-LCA群）に分け、腹腔内にMRSA（1.5 × 10^7 CFU）を注射して感染モデルを確立し、感染2時間後にisoallo-LCA（2 mg/kg）を注射しました。
• 結果：isoallo-LCAは、腹膜洗浄液、肝臓、および脾臓中のMRSA量を著しく減少させ、MRSA感染による腹膜炎症および臓器損傷を軽減しました。さらに、isoallo-LCAは腹膜洗浄液中の炎症性サイトカイン（IL-6およびIL-1β）のレベルを低下させ、抗炎症性サイトカインIL-10の発現を増加させました。

研究の結論と意義

本研究は、胆汁酸代謝物であるisoallo-LCAがMRSA感染において潜在的な治療価値を持つことを初めて明らかにしました。isoallo-LCAは、MRSA細胞膜の完全性を破壊することで、MRSAの増殖およびバイオフィルム形成を著しく抑制します。マウスモデルでは、isoallo-LCAはMRSA感染による腹膜炎症および臓器損傷を効果的に軽減しました。これらの発見は、isoallo-LCAが新しいMRSA感染治療薬としての可能性を示しています。

研究のハイライト

1. 新しい抗菌メカニズム：isoallo-LCAは、MRSA細胞膜の完全性を破壊することで抗菌作用を発揮し、新しい抗菌薬の開発に新たな視点を提供します。
2. 顕著な体内効果：マウスモデルにおいて、isoallo-LCAはMRSA量を著しく減少させ、炎症反応を軽減し、MRSA感染治療における潜在的な応用価値を示しました。
3. 低毒性：isoallo-LCAは哺乳動物細胞に対する毒性が低く、良好な安全性を示しています。

研究の価値

本研究は、MRSA感染の治療に新しい候補薬を提供するだけでなく、胆汁酸代謝物の抗菌分野における応用に新たな研究方向を開拓しました。将来的に、isoallo-LCAは多剤耐性菌感染治療における重要な薬剤の一つとなる可能性があります。