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β‐グルカンと脳腸相関のメカニズムを解説

はじめに

こんにちは。最近の記事では脳腸相関について紹介をしています。先日の記事では、β―グルカンといって、大麦などに含まれている食物繊維が脳腸相関を通して認知症を予防するという記事を書きました(下記の記事です)。

ですが、かみ砕いて説明することを意識した結果、どんなふうに脳と腸が関わっていたのか?と言うことについては、説明があいまいになってしまいました。

そこで、今回は記事を分けて、あらためてどんなメカニズムでβ-グルカンが認知症を予防したのかを少し詳しく紹介したいと思います。ただ、今回の記事も、できるだけ、分かりやすく書くために、ものすごいたくさんグラフや表があったんですが、絞って絞って、ぎゅ~~っと短くまとめているので、英語にアレルギーがない方や、この分野の論文に慣れている方は、リンクも貼ってあるので、論文の詳細なデータを見ていただければと思います。

この記事のポイント(今回はちょっと難しい!)

  • β-グルカンを摂取したマウスの腸内細菌叢(そう)は大きく改善されて、腸管の免疫機能なども改善されていました。
  • β-グルカンを与えなかったマウスの脳内ではミクログリアが活性化されていたり、炎症反応が起きていることが分かりました。
  • β-グルカンを摂取することで、血液中のLPS濃度が低くなり、脳内の炎症が抑えられ、認知症を予防したと考えられます。
【Pon(食品会社研究員/社会人大学院生/ブロガー)】
この記事を書いているわたしは、企業研究員として食や健康に関する研究をしています。博士課程で病気の原因を研究する疫学の研究も行っています。腸内環境については5年間くらい研究を続けています。
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β‐グルカンを摂取したマウスでは認知症が予防された

上記画像は前回記事より引用。

最初に、全体の結果をおさらいしたいと思います(前回記事はこちら)。この研究では、物体を記憶させた後に、マウスに物体を探させて、どのくらい物体周辺を探していたかを計測した試験です。

βーグルカン(図には食物繊維と記載)を与えたマウスでは認知症を発症していないコントロールマウスとだいたい同じくらい物体の周りを探していたのに、βーグルカンを与えなかったマウスでは、物体の周りを探している時間が減ったんです。

この結果が、β-グルカンを与えなかったマウスでは、おそらく認知機能障害が起こっているんだろうということでした。

前回の記事では、研究内容については、ここまでしか説明しませんでしたが、今回はもう少し踏み込んで、脳や腸でどのようなことが起こっていたかを紹介します。

認知症マウスの腸内環境は免疫機能が弱まっていた

腸管ではどんなことが起こっているのか?

はじめに腸内ではどのようなことが起こっていたかを紹介したいと思います。

上の図の左側が腸内で起こっていた変化ですが、腸内細菌の組成を比べますと、β―グルカン(食物繊維)を与えなかったマウスではファーミキューテス門とプロテオバクテリア門が増加し、バクテロイデス門が減少していました。

グラフを見ても、かなり大きな変化が起こっているのが分かりますが、β―グルカンを与えたマウスでは、その組成がコントロール、つまり認知症を発症させていないマウスとだいたい同じになっています。

細かい細菌の割合については、論文の中では考察されていませんでしたが、β―グルカンがない群では細菌の多様性が低かったと報告されています。

さらに重要なことは、左下の顕微鏡写真です。この写真では、腸管上皮に広がっているムチン層というネバネバの層を青く染色して写真を撮っていますが、βーグルカンなしの場合にはこのムチン層がうすくなっています。

このムチン層は腸だけでなく、鼻腔、口腔などのあらゆる粘膜に広がっていて、わたしたちの体を感染症などから守る働きをしています。つまり、βーグルカンなしのマウスは腸管免疫が弱まり、感染症などのリスクも高くなっている可能性があります。

このメカニズムなどについては、下記の記事に詳しく説明があります。

脳ではどんなことが起こっているの?

話は変わって脳で、どんなことが起こっているのかについて紹介をしたいと思います。さきほどの図の右側には、ミクログリアという細胞の活性を写真とグラフで示しています。

右下にある顕微鏡写真を見ると、とてもキレイに差が出ているので良く分かると思いますが、βーグルカンなしのマウスでミクログリアが強く活性しています。

ミクログリアは神経組織にいる細胞ですが、神経組織に炎症が起きたりすると、その修復のために働きます。つまりβーグルカンなしのマウスでは脳内に炎症が起きている可能性が高いと言うことですが、論文の中では、炎症が起こっていることを示すデータもしっかりと報告されています。

脳と腸はどのように関わっていたのか?

最後に脳と腸がどのようにかかわっていたのか?についてですが、これは、LPSが関わっていると考えられます。

LPSというのは、あまり聞いたことがない方もいるかもしれませんが、リポポリサッカライドとかリポ多糖とか内毒素とかエンドトキシンなどとも呼ばれ、腸内細菌の世界ではよく登場する悪役です(名前多い!)。

腸内細菌が死滅した時などに産生する毒素なのですが、通常は腸管内で産生されても、血液中には吸収されません。

ところが、βーグルカンなしのマウスでは、ムチン層が薄くなっているために、LPSが血中に吸収されてしまっていたようです。そのため、脳血管などにも炎症が起こり、脳神経組織でもミクログリアなどの活性につながったものと考えられます。

まとめ

ここまで読んで下さりありがとうございました。ちょっと小難しい内容だったかもしれませんが、データはとてもクリアーな論文でした。今回の結果をまとめると、

  1. βーグルカンを摂取しないと、腸管免疫が弱まり、血液にLPSが吸収されます。
  2. LPSは血管を通して、脳にまで運ばれ、脳で炎症を引き起こします。
  3. 脳で起きた炎症によって、認知機能に障害が起こりました。

という感じです。

今回の研究結果はあくまでもマウスの結果ですので、そのままわたしたちにも当てはまると考えるのは間違いではありますが、腸が脳に影響を与えるメカニズムには、血管を通して腸から脳に様々な物質が送られているからだということが伝わったらよいなと思いました。

脳腸相関の研究でとくに注目されるのはセロトニンなどですが、LPSが腸内環境に及ぼす影響というのは実はとても大きいです。

そして、LPSが認知機能にまでも影響を与えることもあるというのは、結構注目すべきことかと思います。腸管免疫と言われると、感染症などを気にする方が多いと思いますが、脳への影響についても気にして行きたいなと思わされました。

それでは。

参考文献

Shi, Hongli et al. “β-glucan attenuates cognitive impairment via the gut-brain axis in diet-induced obese mice.” Microbiome vol. 8,1 143. 2 Oct. 2020, doi:10.1186/s40168-020-00920-y LINK

食品会社勤務の企業研究員。公衆衛生の講座に在籍する、社会人博士課程の大学院生でもあります。食の機能性研究、腸内細菌の研究に軸を置いています。興味関心は公衆衛生、疫学。統計の専門家に憧れます。興味のある研究について、Twitterやブログで発信しています。