抗生物質による腸内免疫調節が実験的自己免疫性神経炎(EAN)を軽減する

学術的背景

ギラン・バレー症候群(GBS)は、末梢神経の炎症性脱髄病変を引き起こす急性自己免疫疾患です。急性弛緩性麻痺の最も一般的な原因として、世界中で年間10万人あたり1-4例の発症率があります。GBSの病理学的特徴には、筋肉髄鞘抗原反応性T細胞およびマクロファージの子神経膜への集積が含まれます。GBSの一部の病理学的特徴はサブタイプによって異なりますが、その中核的なメカニズムは分子模倣(molecular mimicry)メカニズムによって駆動される自己抗体介在性の免疫反応であり、末梢神経ガングリオシドおよびその他の未知の神経上皮を攻撃すると考えられています。このメカニズムは通常、呼吸器感染および特に胃腸感染(例：カンピロバクター腸炎)と関連していると考えられています。

最近の研究では、腸内微生物叢の構成とGBSおよびその動物モデルである実験的自己免疫性神経炎(EAN)との間に相関関係があることが示されています。腸内微生物は腸管恒常性と免疫寛容の調節に重要な役割を果たしており、不利な腸内細菌叢の変化は多発性硬化症(MS)やクローン病などの多くの自己免疫疾患の症状を悪化させます。これらの基礎に基づいて、著者らは抗生物質治療による腸内細菌の除去が腸管および全身性の細胞性免疫効果を調節し、EANに有益な影響を与える可能性があると仮定しました。この新しい研究方向はまだ末梢神経障害では研究されていません。既存の治療法(静脈内免疫グロブリンや血漿交換など)ではGBSを完全にコントロールできず、障害率が依然として高いため、新しい治療法が必要とされています。

研究ソース

本研究は「抗生物質による腸内免疫調節が実験的自己免疫性神経炎(EAN)を軽減する」と題され、Alina Sprenger-Svačina、Ines Klein、Martin K. R. Svačinaらによって執筆されました。研究者らはケルン大学医学部および関連機関に所属しています。論文は2024年の「Journal of Neuroimmune Pharmacology」に掲載され、2023年11月30日に受理され、2024年4月21日に正式に受理されました。

研究方法

動物実験

実験はドイツのノルトライン・ヴェストファーレン州環境・消費者保護局のガイドラインに従って実施されました。合計17匹の成体ルイス・ラット(7匹の雄と10匹の雌、12週齢)を使用し、そのうち10匹がEANモデルに使用され、7匹が健康対照群として使用されました。EANを誘導するために、ラットの後肢皮下に100μgのミエリンP0ペプチド180-199と完全フロイントアジュバントを注射しました。免疫直後に、1グループのラットに抗生物質治療(飲料水にコリスチン、メトロニダゾール、バンコマイシンを添加)を14日間行いました。毎日の飲水量の管理と抗生物質入り飲料水の交換により、抗生物質の摂取を確保しました。

糞便サンプルの収集および遺伝子解析

EAN誘導前、実験9日目および14日目にそれぞれ各動物から糞便サンプルを収集し、-80°Cで保存して後の分析に備えました。FastDNA Spin Kit for Soilを使用して細菌ゲノムDNAを抽出し、Illumina MiSeqプラットフォームを使用して16S rRNA遺伝子の増幅およびシーケンシングを行いました。データはDADA2ソフトウェアとQIIME 2を使用して処理し、分類サンプル推論および多様性分析を行いました。

組織収集と免疫組織化学

ラットは深麻酔下で心臓灌流を行い、4%パラホルムアルデヒドで組織を固定し、坐骨神経と十二指腸組織を採取し、それぞれ凍結切片とパラフィン包埋を行いました。免疫蛍光染色法を使用して、腸粘膜透過性および各種免疫細胞(Zonulin、CD3/CD8およびCD3/FoxP3陽性細胞など)を評価しました。

統計解析

研究ではGraphPad Prism 9.2.0を使用して統計解析を行い、Mann-Whitney U検定、Kruskal-WallisまたはOne-Way ANOVA検定を用いてグループ間の差異を検出しました。同時にRソフトウェアを使用して関連データのグラフを作成しました。各細菌分類の相対的豊富度について、多重比較による統計的誤差を修正するために調整後のp値を計算しました。

研究結果

抗生物質治療によるEANの重症度改善

抗生物質治療を受けたEANラットは、免疫後3日目から明らかに軽度の神経炎症状を示し、平均神経炎スコアが有意に低くなりました。

抗生物質治療による子神経膜内T細胞浸潤の減少

抗生物質を投与されなかったEANラットは、坐骨神経のCD3+ T細胞数が有意に高かったのに対し、抗生物質を投与されたグループは健康対照群と有意差のないT細胞数を示しました。同時に、抗生物質治療グループは腸粘膜CD8+ T細胞の減少と、抗炎症特性を持つ腸内細菌(乳酸菌やSutterellaceae寄生菌など)の増加を示しました。

抗生物質治療による抗炎症細菌の増加

抗生物質治療は腸内微生物叢のα多様性を有意に減少させ、β多様性の有意な変化を引き起こしました。抗生物質グループの腸内微生物叢は、Sutterellaceae科、乳酸菌属、Sutterellaceae寄生属の有意な増加を示し、一方でBacillaceae科、Anaerotruncus属、UBA1819属は有意に減少しました。

EANにおける腸粘膜バリア機能障害

EAN非抗生物質グループでは、腸粘膜のzonulinレベルが健康対照群よりも有意に高く、腸バリアの透過性増加を示しました。しかし、抗生物質グループは中間レベルの粘膜zonulinを示し、健康対照群と有意な差はありませんでした。

抗生物質治療による腸管CD8+細胞傷害性T細胞の減少

非抗生物質処理マウスの腸管のCD3+CD8+細胞傷害性T細胞は、抗生物質グループと健康対照群よりも有意に高かったのに対し、抗生物質治療は疾患マウスの腸管細胞傷害性T細胞を健康対照レベルまで減少させました。

考察

研究結果は、EANにおいて腸粘膜が特異的な免疫特性を示すことを明らかにしました。これには粘膜固有層におけるCD8+細胞傷害性T細胞の増加および粘膜透過性の増加が含まれます。抗生物質治療は、疾患マウスの腸粘膜CD8+細胞傷害性T細胞数を減少させ、同時に坐骨神経内のT細胞浸潤を有意に減少させ、EANの病理における腸管免疫-末梢神経軸の役割を示唆しています。

注目すべきは、抗生物質が既知の抗炎症作用を持つ腸内細菌(SutterellaceaeやLactobacillusなど)の相対的豊富度を増加させたことで、抗生物質誘導性の腸内免疫調節が神経炎の調節に重要な役割を果たす可能性があることを示しています。本研究は、抗生物質治療が腸内免疫調節を通じて末梢神経炎を改善する可能性があることを示し、潜在的な臨床転換価値を持っています。

本論文は、抗生物質による腸内免疫調節が免疫性神経障害モデルを改善する可能性があるという初期の証拠を初めて提供しました。将来の転換研究では、患者における効果をさらに確認する必要があります。