より多くの植物を食べることは健康状態の改善と広く関係していますが、科学者たちはその正確な理由をまだ解明していません。新しい研究は、繊維は物語の一部にすぎないことを示唆しています。消化に抵抗する特定の植物タンパク質も、腸内細菌を形成し、腸内細菌が有益な物質を生成するか潜在的に有害な物質を生成するかを決定する上で驚くほど重要な役割を果たしている可能性があります。
植物ベースの食事は、消化器の健康、免疫機能、代謝、心臓血管の健康をサポートします。理由の 1 つは、それらが腸内の微生物の多様なコミュニティ (まとめて腸内マイクロバイオームとして知られています) の維持に役立つためです。これらの細菌の多くは有益であり、人間の消化器系だけでは処理できない食品成分の分解を助けます。
繊維は腸内細菌の餌となるため、特に重要です。植物には、果物や野菜に鮮やかな色を与え、環境の脅威から守るのに役立つ天然物質であるファイトケミカルも含まれています。これらの化合物は人間の健康にも貢献します。しかし研究者らは、腸内細菌が植物性食品を消化する際に起こる複雑な化学相互作用を理解し始めたばかりである。
ジェナ・アブサリム氏とルートヴィヒ癌研究所プリンストン支部所長ジョシュア・ラビノウィッツ氏が主導した2つの研究は、重要な新たな洞察を提供する。 1 つは、 米国科学アカデミーの議事録植物繊維と特定のタンパク質が腸内細菌にどのように影響を及ぼし、潜在的に有害な化合物よりも有益な化合物の生成を促進するかを示しています。もうひとつは、 自然の代謝 6月、体内を循環する多くの重要な化合物はもっぱら腸内細菌に由来するという長年の考えに異議を唱える。
「ヒトのマイクロバイオームを操作したり、その代謝産物そのものを治療に利用したりすることについて、医学分野全体で関心が高まっている」とラビノウィッツ氏は述べた。 「食事は、マイクロバイオームとその生産物を制御する上で大きな期待を持っています。しかし、効果的な治療介入を考案するには、食事のどの側面がどの微生物の生産物を制御するかを理解する必要があります。」
植物性食品が腸で生成される化学物質をどのように変化させるか
で PNAS 研究では、研究者はフェノール代謝物と呼ばれる物質のグループを調べました。代謝産物は、体または微生物が栄養素を分解して処理するときに形成される化学物質です。正常な生物学的機能に不可欠なものもあれば、蓄積すると健康上の問題を引き起こす可能性があるものもあります。
研究チームが調査したフェノール代謝産物は、腸内細菌がチロシンとフェニルアラニンという2つのアミノ酸を処理する際に生成される。アミノ酸はタンパク質の構成要素ですが、最終的に生成される化合物は健康に非常に異なる影響を与える可能性があります。
フェニルアラニンに由来する 2 つの代謝産物、フェニルプロピオン酸と馬尿酸は、健康な体重と腸の健康の改善に関連しています。対照的に、チロシンに由来する 2 つの化合物、p-クレゾール硫酸塩とフェノール硫酸塩は、がん患者の転帰の悪化と腎臓病患者の全身への悪影響に関連していると考えられています。
研究者らは、植物性食品のさまざまな成分が腸内微生物が生成する物質に影響を与えるかどうかを理解したいと考えました。
「私たちの研究では、植物由来の繊維と難消化性タンパク質（これを『繊維を模倣したタンパク質』（Prif）と呼ぶ）の両方が、フェノール代謝物のバランスをチロシンから作られる有害な種類からフェニルアラニンに由来する健康的な種類にシフトさせることが示された」とアブサリム氏は述べた。
見過ごされてきた植物タンパク質は食物繊維と並行して機能する
食物繊維の健康上の利点は広範囲に研究されてきましたが、科学者たちは、完全に分解されずに消化器系を通過する植物タンパク質についてはあまり注目してきませんでした。
研究者らは、Prifと呼ばれるこれらの難消化性タンパク質が腸内微生物叢に到達し、細菌の代謝の材料として機能することを発見した。そうすることで、どの微生物が繁栄し、どの化合物が生成されるかに影響を与えます。
重要なのは、これらのタンパク質は単独では機能しないということです。それらは植物繊維と協力して腸内細菌が栄養素を処理する方法を変化させ、その活動を有益なフェノール代謝物の生成にシフトさせます。
この発見は、植物性食品の栄養価が、繊維、ビタミン、ミネラルの一般的な濃度以上のものに依存している可能性があることを示唆しています。消化を逃れたタンパク質の量と種類も、食物が腸内微生物叢にどのような影響を与えるかを判断するのに役立つ可能性があります。
腸内細菌の繊維が不足すると、腸の保護粘液を餌にする可能性があります
最も興味深い発見の 1 つは、腸内細菌が有害な代謝産物を生成するために使用される原料をどこで入手するかに関するものです。
研究者らは調査するために、タンパク質を安定した（非放射性）同位体で標識し、タンパク質がどこへ移動し、マウスの消化器系でどのように処理されたかを正確に追跡できるようにした。この技術は、分子を放射性にすることなく、検出可能な化学的特徴を分子に与えることによって機能します。
実験により、有益なフェノールと有害なフェノールの供給源間の重要な違いが明らかになりました。
潜在的に有害なフェノールは、腸を覆う粘液層にあるタンパク質など、宿主に属するタンパク質を分解する腸内細菌に由来します。この保護粘液は、腸内細菌を腸の内側の細胞から分離するのに役立ち、体の自然な防御の一部を形成します。
一方、有益なフェノールは、ほぼ完全に食物によって供給される難消化性タンパク質から生成されました。
繊維は腸の保護粘液の細菌による分解を抑制し、有害なフェノールの生成を減らします。難消化性植物タンパク質（Prif）は、今度は腸内細菌により多くの食物タンパク質を供給し、代わりに有益な化合物の生成を促します。
これらの研究結果を総合すると、植物性食品が腸内化学に影響を与える 2 つの相補的な方法が明らかになりました。繊維は細菌が腸の保護粘液内のタンパク質を消費するのを阻止するのに役立ち、Prifはより健康的な代謝産物の生成をサポートする代替栄養源を提供します。
「プリフは、腸内マイクロバイオームの構成を形成し、代謝の健康に広範囲に影響を与える可能性がある、新たなクラスの食事栄養素であると我々は考えています」とアブサリム氏は述べた。
その影響は、最終的には栄養表示や食事の推奨事項にも及ぶ可能性がある。
「食品包装には最終的に繊維のすぐ下にPrifが記載されるかもしれない」とラビノウィッツ氏は語った。
腸内細菌についての科学者の考えに疑問を投げかける第二の発見
コンパニオンスタディ 自然の代謝 腸内細菌は、伝統的に腸内細菌によるものと考えられてきたすべての代謝産物の生成に本当に関与しているのでしょうか?
研究者らは、フェノール代謝物とともに、食物タンパク質に含まれる別のアミノ酸であるトリプトファンから形成されるインドール代謝物も調べた。
これらの物質は、炎症、免疫活性、疾患に関連する生物学的プロセスに関与しているため、かなりの科学的関心を集めています。研究者らは、炎症性腸疾患、神経変性疾患、がんへのそれらの関与を調査してきました。一部のインドール代謝産物は、がんの広がりや免疫系の腫瘍を攻撃する能力に影響を与えることもわかっています。
科学者たちは一般に、腸内細菌がこれらの化合物の供給源であると想定しています。この信念により、潜在的に有益なインドール代謝物の生成を増加させるプロバイオティクスや食事療法の開発への取り組みが促進されてきました。
ただし、このアプローチは重要な前提に依存しています。それは、研究者が影響を与えたい化合物のほとんどまたはすべての生成には腸内微生物が関与しているということです。
身体自身の細胞がこれらの代謝産物を大量に生成する場合、マイクロバイオームを変更することは、そのレベルを制御する最も効果的な方法ではない可能性があります。
腸内細菌のせいで、あなたの体は化合物を作ることができます
調査するために、研究チームはマウス、ラット、ヒトの細胞における同位体追跡を使用して、さまざまな代謝産物がどのように生成されるかを追跡しました。
その結果は従来の考え方に疑問を投げかけました。哺乳動物細胞は、腸内細菌とは独立して、多数のフェノールおよびインドール代謝物を生成することができました。
これらの中には、以前は微生物の代謝産物と考えられていた 2 つの生物学的に重要な化合物であるインドール-3-乳酸塩とインドール-3-酢酸塩が含まれていました。
研究者らはまた、抗生物質が腸内微生物叢を破壊したときに何が起こるかも調べた。特定の代謝産物が腸内細菌に完全に依存している場合、それらの細菌が枯渇すると、その濃度は急激に低下すると予想されます。
しかし、抗生物質で治療したマウスの血液中には、多くの代謝産物がかなりのレベルで残存していた。同様のパターンは、がん治療を受けている人々を含む、抗生物質を受けている患者のサンプルにも現れました。
他の化合物は異なる挙動を示しました。微生物のみによって生成されるインドール-3-プロピオネートとp-クレゾール硫酸のレベルは、抗生物質による治療後に低下しました。
これらの結果は、一部の代謝産物は腸内細菌に依存する一方、他の代謝産物は身体自身の代謝プロセスによっても製造できるというさらなる証拠を提供しました。
この区別は、研究者が有益な代謝物を増加させたり、有害な代謝物を減らしたりすることを目的とした治療法を開発する方法を変える可能性があるため、重要です。
これらの発見が栄養と将来の治療に何を意味するか
2 つの研究を合わせると、食事、腸内細菌、および身体自身の代謝がどのように相互作用するかについて、より詳細な理解が得られます。
1つ目は、繊維と協力して細菌の活動に影響を与え、有害な代謝産物からバランスを変えるのに役立つ可能性がある、見落とされている植物タンパク質のカテゴリーを特定します。 2つ目は、これまで腸内細菌のみに由来すると考えられていた多くの化合物を体自体が生成できることを示しています。
どちらの発見も、代謝疾患、消化器系の健康、がん、およびマイクロバイオームに関係するその他の状態の研究に影響を及ぼします。
彼らはまた、食事、プロバイオティクス、またはその他の治療法を通じて腸内化学を操作する試みでは、微生物の活動と身体自身の代謝能力の両方を考慮する必要があることを示唆しています。
実験的証拠の多くは動物や実験室での研究から得られているため、これらのメカニズムが人々の長期的な健康結果にどのような影響を与えるかを判断するには追加の研究が必要です。
それにもかかわらず、さまざまな食品成分と微生物の代謝との関係をより深く理解できれば、最終的には食事のアドバイスがより正確になり、研究者が新しい治療戦略を特定するのに役立つ可能性があります。
ラビノウィッツ教授は、「さらに、さまざまな食品がどのようにマイクロバイオームと相互作用して細菌の代謝産物の生成を調節するのかをより明確に把握できれば、栄養士や医師が病気の予防や治療のために人々に与える指導がより明確になるだろう」と述べた。
これらの研究は、ルートヴィヒ癌研究所、国立衛生研究所、国立糖尿病・消化器・腎臓病研究所、プリンストン大学共同研究イノベーションのためのプリンストン・アライアンスから資金提供を受けました。
ジョシュア・ラビノウィッツ氏は、ルートヴィッヒ癌研究所プリンストン支部所長としての役職とは別に、化学部門およびルイス・シグラー統合ゲノミクス研究所の教授であり、ラトガース癌研究所の会員でもあります。
