16 bean soup mix 05
写真: Bean appreciator / CC0 / Wikimedia Commons

腸内細菌が腸を保護する粘液のタンパク質を分解し、有害性が指摘される物質の原料にしていることが、マウス実験で分かりました。食物繊維はこの分解を抑え、消化されにくい植物タンパク質は、健康に好ましいとされる物質の生成を支えていました。別の研究では、従来は腸内細菌に由来すると考えられていた複数の物質を、哺乳類の細胞も作れることが示されました。

粘液由来と食物由来で異なった代謝産物

研究を率いたのは、ルートヴィヒがん研究所プリンストン支部のジェナ・アブサリム氏と、同支部長のジョシュア・ラビノウィッツ氏らです。米国科学アカデミー紀要（PNAS）に掲載された研究では、腸内細菌がタンパク質の構成成分であるアミノ酸を処理して作る「フェノール代謝産物」に着目しました。代謝産物とは、体や微生物が栄養素を分解・変換する過程で生じる物質です。

対象となったアミノ酸は、フェニルアラニンとチロシンです。フェニルアラニンに由来するフェニルプロピオン酸と馬尿酸は、健康的な体重や良好な腸の健康との関連が知られています。一方、チロシンに由来するp-クレゾール硫酸とフェノール硫酸は、がん患者の転帰の悪化や、腎疾患患者の全身への有害作用との関連が指摘されています。

研究チームは、放射性を持たない安定同位体でタンパク質に目印を付け、マウスの消化管内での行方を追跡しました。有害性が指摘されるフェノール代謝産物は、腸を覆う粘液中のタンパク質など、マウス自身のタンパク質を腸内細菌が分解することで生じていました。一方、好ましいとされるフェノール代謝産物の原料は、ほぼすべて食物に含まれる難消化性タンパク質でした。

粘液は腸を守る一方、細菌の栄養源にもなる

腸の粘液層は、腸内の微生物を腸の表面の細胞から隔てる防御の一部です。大腸の粘液層には、細菌を含む緩い外側の層と、ほとんど細菌が存在しない緻密な内側の層があります。外側には、粘液を構成するムチンというタンパク質上の糖鎖を分解できる細菌が生息しています。

糖鎖は糖がつながった構造で、大腸の粘液に含まれるものも腸内細菌のエネルギー源になります。発酵できる食物繊維の供給が制限されると、微生物は食物中の別の成分や粘液層の糖鎖に頼るようになり、腸を保護する粘液層の分解につながる可能性があります。

食物繊維と難消化性タンパク質が別々の働き

マウス実験では、食物繊維が腸内細菌による粘液中のタンパク質の分解を抑え、有害性が指摘されるフェノール代謝産物の生成を減らしました。一方、消化されずに腸内細菌に届く植物タンパク質は、細菌が利用できる食物由来の原料を増やし、好ましいとされるフェノール代謝産物の生成を促していました。

研究チームは、この植物タンパク質群を「食物繊維のように働くタンパク質」を意味するPrifと呼んでいます。アブサリム氏は、Prifを腸内微生物の構成を変える新たな栄養成分群と捉え、代謝の健康に広く影響する可能性があるとしています。ラビノウィッツ氏は、将来、食品包装で食物繊維の下にPrifが表示される可能性にも言及しています。

今回調べられた物質の一つであるp-クレゾール硫酸については、既存研究でも有害作用が検討されています。レイモンド・ヴァンホルダー氏らは、インドキシル硫酸とp-クレゾール硫酸を扱う試験管内・動物研究27件を系統的に検討しました。研究方法の評価が高かった11件では、主な機能障害が尿毒症に伴う心血管疾患や腎障害に関係しており、研究チームは両物質の毒性と血管・腎疾患の進行への関与を支持する結果と評価しています。

腸内細菌だけでなく、体の細胞も物質を作る

もう一つの研究は、6月に学術誌Nature Metabolismに掲載されました。マウス、ラット、ヒト細胞を使った同位体追跡により、哺乳類の細胞が腸内細菌とは独立して、多数のフェノール代謝産物やインドール代謝産物を作れることが示されました。インドール代謝産物は、タンパク質を構成するアミノ酸の一つ、トリプトファンから生じる物質群です。

体の細胞が作れる物質には、従来は微生物の代謝産物と考えられていたインドール-3-乳酸とインドール-3-酢酸が含まれます。抗生物質を投与したマウスでも、多くの代謝産物が血液中に相当量残り、抗生物質を投与された患者の検体でも同様の傾向が見られました。一方、微生物だけが作るインドール-3-プロピオン酸とp-クレゾール硫酸は、抗生物質の投与後に減少しました。

食物繊維の摂取量には既存の目標値

今回、代謝産物への影響が調べられた食物繊維には、日本でも生活習慣病の発症予防を目的とする摂取目標量が定められています。「日本人の食事摂取基準（2025年版）」では、成人について、研究上の根拠から得られた1日25グラムという値に、現在の摂取状況を踏まえた実施可能性を加味し、性・年齢別の目標量を設定しています。

平成30年・令和元年の国民健康・栄養調査では、成人の各年齢区分における食物繊維摂取量の中央値は、男性で1日12.45〜16.23グラム、女性で11.5〜16.41グラムでした。ラビノウィッツ氏は、食品と腸内微生物の相互作用を詳しく理解することが、病気の予防や治療に向けた栄養指導の精度向上につながると見込んでいます。