1. 循環系を介した脳-腸-腸内細菌相関

ヒト腸管には数百種，1×10¹⁴個にも及ぶ腸内細菌が常在し，二次胆汁酸や短鎖脂肪酸，トリプトファン代謝産物など多様な代謝産物が産生され，宿主に様々な影響を与える．運動ニューロンが進行的に変性するALSモデルマウスでは，上述のように無菌マウスにおいて予後が悪化したが，ニコチンアミド（NAM）単体やNAM産生能を有するAkkermansia muciniphilaノトバイオートマウスでは，血中・脳脊髄液中のNAM濃度が増加し，ALS様症状の改善や生存率の向上が認められた．さらに，ALS患者の血中・脳脊髄液中のNAM濃度は健常者と比べて有意に低く，ショットガンメタゲノム解析でもトリプトファン代謝やNAM合成に関わる遺伝子が減少していることが報告された⁽³⁾3) E. Blacher, S. Bashiardes, H. Shapiro, D. Rothschild, U. Mor, M. Dori-Bachash, C. Kleimeyer, C. Moresi, Y. Harnik, M. Zur et al.: Nature, 572, 474 (2019).．また，認知症患者の約7割を占めるアルツハイマー病は，海馬や大脳皮質にアミロイドβ等が凝集した老人班が慢性的な炎症応答を惹起し，神経細胞が脱落することが主な原因だと考えられているが，腸内細菌叢や代謝産物の変化に関しても多く報告されている．Zhouらはアルツハイマー病モデルマウスに酢酸や酪酸などの短鎖脂肪酸を投与すると，認知機能の低下が遅延した一方で，受容体であるGPR41,43をKOすると，海馬での神経新生が減弱し，認知機能の低下が加速することを報告した⁽⁶⁾6) Y. Zhou, L. Xie, J. Schröder, I. S. Schuster, M. Nakai, G. Sun, Y. B. Y. Sun, E. Mariño, M. A. Degli-Esposti, F. Z. Marques et al.: J. Neurosci., 43, 6460 (2023).．血中に吸収された短鎖脂肪酸などはトランスポーターによって血液脳関門を通過し，ミクログリアやアストロサイトの成熟や機能を調整したり，バリア機能改善作用を発揮し，神経疾患の予防や治療に寄与すると考えられている⁽⁷⁾7) H. Ahmed, Q. Leyrolle, V. Koistinen, O. Kärkkäinen, S. Layé, N. Delzenne & K. Hanhineva: Gut Microbes, 14, 2102878 (2022).．

2. 免疫系を介した脳-腸-腸内細菌相関

腸管は細菌やウイルスなどの外来異物に恒常的に暴露されるため，腸管免疫系を構成するパイエル板や粘膜固有層には多くのリンパ球が存在し，病原細菌の体内への侵入を防ぐと同時に，食事由来成分に対する過剰な免疫反応を抑制する．この腸管免疫の発達や維持に腸内細菌が重要な役割を果たしており，Dysbiosisが生じると自己免疫疾患などの発症に繋がる可能性が報告されている．その一例として，有髄神経線維を構成する髄鞘（ミエリン鞘）に対する自己抗体が産生されてしまう多発性硬化症（MS: Multiple sclerosis）と腸内細菌叢の関連性が注目されている．MSは，知覚・感覚・運動障害をはじめとする情報伝達障害が憎悪と寛解を繰り返しながら進行する．MSのモデル動物として，実験的自己免疫性脳脊髄炎（EAE: Experimental autoimmune encephalomyelitis）が最も研究されており，ミエリンオリゴデンドロサイト糖タンパク質（MOG: Myelin-oligodendrocyte glycoprotein）などの自己抗原ペプチドと，アジュバントである百日咳毒素と共に投与することで中枢神経炎症が惹起される．このEAEモデルマウスに対して，アンピシリンを投与すると症状が緩和すること，腸内細菌依存的にMOG反応性T細胞が増殖したことから，アンピシリン感受性の腸内細菌がEAE発症に寄与することが示唆された．さらに，その腸内細菌としてErysipelotrichaceae OTU0002がMOG特異的T細胞のTh17細胞への分化と炎症応答を誘導すること，Lactobacillus reuteriが産生するUvrAタンパク質がMOG交叉反応性を示すことが報告された⁽⁸⁾8) E. Miyauchi, S. W. Kim, W. Suda, M. Kawasumi, S. Onawa, N. Taguchi-Atarashi, H. Morita, T. D. Taylor, M. Hattori & H. Ohno: Nature, 585, 102 (2020).．EAEと多発性硬化症では発症に関与する自己抗原が異なる可能性も考えられるが，ヒトにおいても同様に，腸内細菌を介した免疫応答異常が重要であることが示唆されている．

3. 神経系を介した脳-腸-腸内細菌相関

腸管神経系は脳からの指令がなくても蠕動運動などの機能を遂行できる自律神経回路を有しており，脳に次いで多くのニューロンが存在することからしばしば，「第二の脳」と呼ばれる．特に腸管での機械的・化学的刺激は，求心性迷走神経や求心性脊髄神経を介して，中枢神経系へ情報が伝達される．この求心性迷走神経を介してパーキンソン病が進行するBraak仮説が近年注目されている．パーキンソン病は中脳黒質にレビー小体が蓄積し，ニューロンが脱落することで，振戦や筋固縮などの運動障害が生じる神経変性疾患である．またレビー小体が大脳皮質に蓄積するとレビー小体型認知症を発症するため，これらの疾患はまとめてレビー小体病と呼ばれる．レビー小体は，ドーパミン作動性経路の調節に関与するαシヌクレインタンパク質が，何らかの原因により高リン酸化され，立体構造が変化して凝集能を有することで形成される．このレビー小体が中枢神経系をどのように伝播するか模式化した仮説をBraak仮説といい，嗅球や迷走神経背側核から始まり，青斑核を含む橋被蓋へ進展し，その後中脳黒質や大脳皮質へと上行すると考えられている⁽⁹⁾9) H. Nishiwaki, M. Ito, T. Ishida, T. Hamaguchi, T. Maeda, K. Kashihara, Y. Tsuboi, J. Ueyama, T. Shimamura, H. Mori et al.: Mov. Disord., 35, 1626 (2020).．さらにαシヌクレインの異常伝播はプリオン様の性質を有することが示唆されており，腸内細菌などの外的因子が契機となる可能性が考えられている．実際，バイオフィルム形成に関わるE. coliのcurliというタンパク質がαシヌクレインの折りたたみ構造の異常を誘発すること⁽¹⁰⁾10) T. R. Sampson, C. Challis, N. Jain, A. Moiseyenko, M. S. Ladinsky, G. G. Shastri, T. Thron, B. D. Needham, I. Horvath, J. W. Debelius et al.: eLife, 9, e53111 (2020).や，食物繊維を多く含む餌を投与すると，腸管粘膜層が増大し，αシヌクレインの異常凝集・伝播が抑制されること⁽¹¹⁾11) K. J. Schmit, P. Garcia, A. Sciortino, V. T. E. Aho, B. Pardo Rodriguez, M. H. Thomas, J. J. Gérardy, I. Bastero Acha, R. Halder, C. Cialini et al.: Cell Rep., 42, 113071 (2023).などが報告されている．

1. 認知機能改善作用に関する予備臨床試験⁽¹⁸⁾

ビフィズス菌MCC1274の摂取による認知機能の維持・改善作用を検討するため，小林らはMCIの方を対象とした予備臨床試験を実施した．認知症のスクリーニング検査として使用されるミニメンタルステートテスト（MMSE）スコアが22–26点の方を対象に，ビフィズス菌MCC1274を一日あたり2×10¹⁰ cfu/日，24週間摂取させる前後比較試験を実施した．摂取開始前，摂取8週・16週・24週後の時点でMMSEにより認知機能を評価したところ，経時的にスコアが上昇し，摂取16週・24週時点で有意な改善作用が認められた．

2. 認知機能改善作用に関するランダム化比較試験⁽¹⁹⁾

前後比較試験により，ビフィズス菌MCC1274による認知機能改善作用が示唆されたため，50～80歳のMCIが疑われる方を対象にしたランダム化比較試験（RCT）に取り組んだ．健常者～中度認知症患者の認知機能を評価できるRBANSという神経心理学検査を実施し，総合評価点が十分に低い方の中から，MMSEスコアが22点以上の方を除外することで認知症が疑われる方を除外し，計80名に対してビフィズス菌MCC1274（2×10¹⁰ cfu/日）またはプラセボカプセルを16週間摂取させた．主要評価項目はRBANS神経心理検査のスコアとし，副次評価項目に，MCIの方の認知機能が評価可能なJMCIS（あたまの健康チェック）を採用した．介入前後でこれらのスコアを比較したところ，ビフィズス菌MCC1274摂取群ではRBANSにおいて即時記憶，視空間・構成，遅延記憶の3領域ならびに評価点合計が，JMCISにおいても評価点合計が，プラセボ摂取群と比較して有意に改善した（図1図1■ビフィズス菌MCC1274摂取による認知機能改善作用^（20））．

図1■ビフィズス菌MCC1274摂取による認知機能改善作用^（20）

3. 作用機序解明のためのランダム化比較試験⁽²¹⁾

次に筆者らは，ビフィズス菌MCC1274の作用機序を解明すべく，順天堂大学消化器内科などに来院された65歳以上のMCI患者115名を対象としたRCTを実施し，脳萎縮度や腸内細菌叢を調査した．介入前後の脳のMRI画像をVSRAD®により解析し，脳萎縮度を評価したところ，プラセボ群では全脳萎縮領域の割合（全体的な脳の萎縮割合）が有意に上昇し，脳萎縮の進行が示唆された．その一方でビフィズス菌MCC1274摂取群では，スコアの変動は認められなかった．当該スコアの変動値に関しても両群間で有意な差が認められ，ビフィズス菌MCC1274摂取による脳萎縮の進行抑制が認められた．16S rRNA遺伝子による腸内細菌叢解析では，介入後の両群間の比較ならびにビフィズス菌MCC1274摂取群の前後比較いずれにおいても，大きな変化は認められなかった．このことから，ビフィズス菌MCC1274が有する認知機能改善作用は腸内細菌叢の変化を介したものではなく，本菌株自体が直接作用することが示唆された．

以上の研究によりビフィズス菌MCC1274の摂取は，中高年の方の加齢に伴い低下する総合的な認知機能（特に記憶力に関連する即時記憶や遅延記憶，空間認識力に関連する視空間・構成）を維持・改善する可能性が示された．また，ビフィズス菌は発酵乳などの乳製品に使用された食経験が豊富であること，いずれの臨床試験においてもビフィズス菌MCC1274の摂取による有害事象は認められなかったことから，安全上の懸念は少ないと考えられる．

1. ビフィズス菌MCC1274摂取が脳へ与える影響⁽²²⁾

これまでの研究から，ビフィズス菌MCC1274の摂取は，記憶形成に関与する海馬において，アミロイドβの産生・蓄積抑制作用，抗炎症作用などが確認されている．まず，アミロイドβはアルツハイマー病発症の原因物質の1つと考えられており，前駆体であるAmyloid Precursor Protein（APP）が2種類のプロテアーゼによって切断されることで産生される．ビフィズス菌MCC1274はプロテアーゼの発現量・バランスを変化させることで，アミロイドβ（特に毒性の高いアミロイドβ₄₂）の産生・蓄積を抑制することが確認されている．また，中枢神経系における免疫担当細胞であるミクログリアは，異常タンパク質を感知すると活性化し貪食する．しかし異常たんぱく質が過剰に蓄積すると，慢性的な炎症状態に陥り，炎症性サイトカインが神経細胞に対して毒性を発揮する．海馬における活性化ミクログリアをIba1による免疫染色法で定量したところ，ビフィズス菌MCC1274投与群において減少していた．さらにIL-1βやIL-6などの炎症性サイトカインも減少しており，本菌株摂取による抗炎症作用が確認された．

2. ビフィズス菌MCC1274が腸から脳へ情報を伝達する作用機序

これまでの研究から，本菌株はいくつかの特徴的な代謝産物を産生することが解明されている．まず，ビフィズス菌は糖源から酢酸と乳酸などの有機酸を産生する偏性嫌気性菌である．また，ヒト常在性ビフィズス菌（HRB）共通の特徴としてインドール-3-乳酸（ILA）や葉酸を多く産生する．さらに，本菌株の特徴として共役リノール酸（CLA）の産生能や，高いβグルコシダーゼ活性を有している⁽²³⁾23) R. Yao, C. B. Wong, K. Nakamura, E. Mitsuyama, A. Tanaka, T. Kuhara, T. Odamaki & J. Z. Xiao: Benef. Microbes, 10, 521 (2019).．本菌株の有するβグルコシダーゼはポリフェノール類等の配糖体を遊離させるため，食事由来の大豆イソフラボンであるダイジンやゲニスチンを，アグリコン型であるダイゼインやゲニステインへと変換し，体内への吸収効率を高めるのではないかと推測される．アグリコン型イソフラボンは，エストロゲンと構造上類似しており，エストロゲン様作用や抗酸化・抗炎症作用，さらに認知機能改善作用を発揮する．このような多様な代謝産物が循環系や免疫系，神経系を介して脳に作用し，認知機能を維持・改善する可能性が考えられる（図2図2■ビフィズス菌MCC1274の想定される作用機序（Biorender.comを利用して作成））．

図2■ビフィズス菌MCC1274の想定される作用機序（Biorender.comを利用して作成）