JP2017538702A - バクテロイデス・アシジファシエンスを有効成分として含む、代謝性疾患の予防又は治療用薬学的組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を有効成分として含む、代謝性疾患の予防または治療用組成物に関する。また、本発明は、バクテロイデス・アシジファシエンスを有効成分として含む、脂肪酸化用またはDPP−4阻害用組成物に関する。また、本発明は、樹状細胞においてAtg7遺伝子が欠損した、痩せの表現型を示す形質転換体に関する。

Description

本発明は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を有効成分として含む、代謝性疾患の予防または治療用組成物に関する。
また、本発明は、バクテロイデス・アシジファシエンスを有効成分として含む、脂肪酸化用またはDPP−4阻害用組成物に関する。
代謝性疾患(Metabolic Disease)とは、体内の過剰な栄養の蓄積及び運動不足による肥満、糖尿、高血圧及び動脈硬化などのような危険因子が一緒に現われる症候群をいい、最近では、世界保健機関と米国国立保健研究院の心臓、肺、血液研究所が制定した成人の治療プログラムIIIを通して代謝症候群またはインスリン抵抗性(Insulin resistance syndrome)症候群と公式に命名された。また、2001年に公表されたアメリカNCEP(National Cholesterol Education Program)のATPによれば、腰回りが男性40インチ(102cm)、女性35インチ(88cm)以上の腹部肥満、中性脂肪(triglycerides)150mg/dL以上、HDLコレステロールが男性40mg/dL、女性50mg/dL以下、血圧130/85mmHg以上、空腹血糖(fasting glucose)が110mg/dL以上などの5つの危険因子のうち、一人の患者が三つ以上を示す場合、これを代謝性疾患と判定することになり、東洋人の場合においては、腰回りが男性90、女性80以上の時、腹部肥満として多少調整されており、このような規定を適用する場合、韓国人は全人口の25%程度が代謝症候群の症状を示すという最近の研究報告もある
一方、粘膜免疫組織とは、呼吸器、生殖器及び消火器に至る粘膜で覆われている組織をいい、この組織は、外部環境と直接連結されて、外部抗原及び病原体に容易に露出される組織である。人体の粘膜組織には、100兆個に至る細菌、かび、原生動物等の多様な微生物が群集を成す場合、これらと共存している。全身免疫組織に比べて粘膜免疫組織は、多様な共生微生物と共存するための免疫耐性機序を有し、一方では、病原微生物に対する一次的な防御のために迅速かつ強力な免疫反応を引き起こすことができるシステムを備えている。
腸内微生物の場合、いくつかの機序を介して腸内恒常性維持及び代謝調節に関与して人の健康と疾病に影響を及ぼすことが知られている。腸内微生物は、消化されていない多糖類(Polysaccharides)を発酵させて短鎖脂肪酸(Short chain fatty acids)を作って腸上皮細胞のエネルギー源を供給する。人の腸内微生物叢は、大きく4つの門(Phylum)に分けることができるが、グラム陰性菌であるBacteroidetesとProteobacteira、グラム陽性菌であるFirmicutesとActinobacteriaである。
特に、肥満は心血関係疾患、糖尿病、骨粗鬆症のような疾患に関連されている健康を脅威する危険要素の一つである。最近、肥満が腸内微生物叢の変化及び多様性と深い関連があるという研究結果が多く発表されている。肥満マウス(ob/ob mouse)の腸内微生物を正常体重マウスのものと比較してみると、Firmicutes門が増加し、Bacteroides門は減少したことが知られている。これと同様に肥満な人に低炭水化物食あるいは低脂肪食を供給すると、Bacteroidetes門が増加して、双子を対象とした研究で肥満な人の腸内微生物を分析してみると、多様性が減少し、Bacteroidetes門の減少が報告されている。
痩せた人と肥満な人の腸内微生物遺伝子構成について分析した結果、腸内微生物叢の種類及び量で有意な差があることが確認された。すなわち、腸内微生物が豊富でない肥満患者の場合、脂肪過多症、インスリン抵抗症、脂質異常症、そして、炎症反応のような症状を見せ、腸内微生物が豊かな肥満な人に比べて、より容易に体重が増加する結果が報告されている。
腸内微生物と宿主間の相互作用が肥満と代謝症候群の発病に重要な役割をしている。腸内に共生している微生物の役割を究明し、分離/同定してプロバイオティクス(probiotics)概念を用いてこれら相互作用に変化を起こすことによって、肥満を予防/治療することができる可能性が高い。
しかし、特定の腸内微生物が直接的に脂質代謝に関与して体重及び脂肪量に影響を及ぼすことができるということは、まだ明らかにされていない。
そこで、本発明者らは、痩せの表現型を示す形質転換マウスを確立し、このマウスに特異に増加された腸内微生物を特定し、該当微生物が体内の代謝、特に脂質代謝に効果的に関与することができることを確認して、本発明を完成するに至った。
したがって、本発明の一態様は、前記有用な微生物を含む、代謝性疾患の予防または治療用組成物を提供することである。
もう一つの態様は、前記有用な微生物を代謝性疾患の予防または治療を必要とする対象に投与する段階を含む、代謝性疾患の予防または治療方法を提供することである。前記方法は、投与する段階以前に、代謝性疾患の予防または治療を必要とする対象を確認(identify)する段階(例えば、投与対象が代謝性疾患を病んでいるか、病む危険があるかどうかを確認する段階)をさらに含みうる。
もう一つの態様は、前記有用な微生物の代謝性疾患の予防または治療、または代謝性疾患の予防または治療のための薬学組成物の製造に使用するための用途を提供するものである。
また、本発明の一態様は、前記有用な微生物を含む脂肪酸化用またはDPP−4阻害用組成物またはこれに関連した疾患の予防または治療用組成物に関する。
また、本発明のもう一つの態様は、前記有用な微生物をDPP−4阻害または脂肪酸化を必要とする対象に投与する段階を含むDPP−4阻害または脂肪の酸化促進方法、またはこれに関連した疾患の予防または治療方法に関する。前記方法は、投与する段階以前に、DPP−4阻害または脂肪の酸化が必要な対象、またはこれに関連した疾患の予防または治療が必要な対象を確認する段階をさらに含みうる。
もう一つの態様は、前記有用な微生物のDPP−4阻害または脂肪の酸化またはこれに関連した疾患の予防または治療に用いるための用途、またはDPP−4阻害または脂肪の酸化またはこれに関連した疾患の予防または治療のための薬学組成物の製造に使用するための用途に関する。
本発明のもう一つの態様は、樹状細胞でAtg7遺伝子が欠損した、痩せの表現型を示す形質転換体に関する。
もう一つの態様は、樹状細胞でAtg7遺伝子を欠損させる段階を含む、痩せの表現型を示す形質転換体の製造方法に関する。
また、本発明のもう一つの態様は、Atg7またはこれをコートする遺伝子の発現阻害剤または活性阻害剤を有効成分として含む代謝性疾患の予防または治療用薬学的組成物に関する。
本発明の一態様は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を有効成分として含む、代謝性疾患の予防または治療用薬学的組成物を提供する。もう一つの態様は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を代謝性疾患の予防または治療を必要とする対象に投与する段階を含む、代謝性疾患の予防または治療方法を提供する。前記方法は、投与する段階以前に、代謝性疾患の予防または治療を必要とする対象を確認(identify)する段階をさらに含みうる。もう一つの態様は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)の代謝性疾患の予防または治療、または代謝性疾患の予防または治療のための薬学組成物の製造に使用するための用途を提供することである。
以下、本発明を詳細に 説明する。
本発明者らは、具体例として、樹状細胞においてAtg7遺伝子を欠損させたとき、マウスにおいて痩せの表現型が発揮されることを確認した後、対照群との腸内微生物を比較して、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)が痩せの表現型を発揮するAtg7ΔCD11cマウスにおいて高いレベルで存在することを確認した。また、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)がマウスの体重及び体脂肪を減少させ、血中グルコースレベルを減少させ、血中インスリンの生産を増加させることを確認した。
また、本発明によるBacteroides acidifaciens(BA)は、脂肪組織内の胆汁酸−TGR5−PPARα軸による脂肪の酸化の活性を引き起こし、これは、高エネルギー消費を引き起こした。これと同時に、BAは、内臓のDPP−4を活性化し、次に、GLP−1を増加させ、これによってグルコース恒常性に寄与する。胆汁酸、コーレート(cholate)及びタウリンもやはりTGR5受容体を介してGLP−1活性に寄与してインスリン感受性を改善した。
これによって本発明のバクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)は、代謝性疾患の予防または治療用薬学的組成物として用いることができる。
前記バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)は、微生物細胞そのものだけでなく、前記菌体の培養物、例えば、微生物細胞が含まれている培養物または微生物細胞が除外された培養物、前記培養物の乾燥物、破砕物、分画物などを含む概念である。
本明細書において、「代謝性疾患(metabolic disorder)」とは、肥満、糖尿、糖尿病の合併症、脂肪肝、高血圧、末梢血管疾患、脂質異常症、インスリン抵抗性、心血管疾患、動脈硬化症、代謝症候群、高血唐症、高脂血症及び炭水化物代謝異常などからなる群より選択された疾患を意味する。
前記代謝性疾患の一例として、肥満がある。本発明において、用語の「肥満(obesity)」は、脂肪細胞数の増加及び細胞体積の拡張として定義されている疾病であって、糖尿、高中性脂肪血症、高血圧、心血管疾患、血液凝固異常、腎臓疾患、眼疾患及び足部感染など代謝性疾患の主な原因となりうる。
また、代謝性疾患の他の例として、「糖尿病(diabetes)」とは、インスリンが不足したり、インスリンに対する感受性が低下して炭水貨物代謝に異常が生じる疾患であって、膵腸でのインスリン分泌量が少なくて発生する第1型糖尿病(インスリン依存型糖尿病:Insuline−dependent diabetes mellitus:IDDS)とインスリンに対する組織の拒絶反応による第2型糖尿病(インスリン非依存型糖尿病:Non−insulin−dependent mellitus:NIDDM)に分けることができる。全糖尿病の90%以上が第2型糖尿病である。第2型糖尿病は、遺伝および肥満、その中でも特に腹部肥満(胴回り:尻回りの割合が85:100以上の状態)に関連性が高いことが知られている。したがって、本発明の糖尿病とは、好ましくは、第2型糖尿病を意味する。前記代謝性疾患は、糖尿の合併症を含みうる。糖尿病の急性合併症(低血糖症、ケトサン症または非ケトン性高滲透性昏睡状態)は、糖尿病が適切に調節されていない場合に発生することができる。長期間の深刻な合併症は、心血管疾患(二重リスク)、慢性腎不全、失明につながることができる網膜損傷、いくつかの種類の神経の損傷および微小血管の損傷を含み、これらは、勃起不全及び 治癒遅延(poor healing)を引き起こすことができる。傷(特に、足)の治癒遅延は、壊疽(gangrene)を引き起こすおそれがあり、切断に至ることもある。
本明細書において、脂肪肝は、正常細胞内には存在しない中性脂肪が肝細胞内に非正常的に沈着して見える現象が現れたことを言う。
本明細書において、高血圧は、動脈の血圧が慢性的に高い状態で、18歳以上の成人で収縮期血圧が140mmHg以上、または拡張期血圧が90mmHg以上の場合をいい、肥満などにより発生することもある。
末梢血管疾患は、末梢血管疾患(peripheral vascular disease、PVD)という用語は、末梢動脈と静脈の損傷、機能障害などを指す。
本発明の脂質異常症は、低い高密度リポタンパク質コレステロール(high−density lipoprotein cholesterol、HDLc)、高い中性脂肪濃度及び少し高いかまたは正常である低密度リポタンパク質コレステロール(low−density lipoprotein cholesterol、LDLc)濃度の組み合せを意味する。
また、本発明のインスリン抵抗性は、生理的インスリン濃度で糖質、脂質、及びタンパク質などのエネルギー代謝を総体的に調節するための最も重要な生体ホルモンであるインスリンの作用が正常よりも低下した代謝性状態を意味する。
本発明の動脈硬化症とは、コレステロール、リン脂質、カルシウムなどを含む脂肪性物質(plaque)が血管内膜に蓄積され、動脈は硬くなり弾力性を失って狭くなり、血液の供給が阻害されたり、圧力が高くなり、動脈が破裂、剥離などが起こる状態を言う。
本発明の高血糖症とは、血液中の血糖値(血糖値)が非正常的に上昇した状態であって、インスリンの生産の異常またはインスリン機能異常によるものともいえる。
本願の高脂血症は、血中コレステロールのような脂質成分が増加し、血液の流れが円滑でなくなり動脈壁に脂質成分が付着することにより、慢性的な炎症反応を起こし、動脈の内壁が狭くなり、血管が固まる動脈硬化が誘発され、長期的には、これから生成された血栓が心臓冠状動脈や脳血管などを塞がれ、心筋梗塞、脳卒中や脳梗塞などを引き起こす原因となる。
高インスリン血症は、血液中のインスリン数値が正常よりも高い状態を意味し、器質的高インスリン血症及び機能的高インスリン血症がある。器質的高インスリン血症は、ランゲルハンス島の増殖(腺腫、肥大)により、膵腸からのインスリンが過剰に分泌されるために発生し、自発性低血糖症となる。機能性高インスリン血症は、ランゲルハンス島腺腫などがなく、自律神経、消化器系の機能障害により、胃切除後に脳卒中、肝炎などの原因によって、主に食後のインスリン値が高くなり、食後2〜4時間後に低血糖を起こすことを意味する。
本発明の炭水化物代謝異常は、ピルビン酸からブドウ糖を作り出すブドウ糖生合成の過程に問題があるか、ピルビン酸から二酸化炭素と水を作り出すTCA回路及び酸化的リン酸化の過程に問題が生じて発病する代謝異常疾患であって、第I型グリコーゲン蓄積疾患、欠損症フルトース−1,6−ビスホスファターゼ欠損症、ピルビン酸脱水素酵素複合体欠損症、ピルビン酸カルボキシラーゼ欠損症、糖原病、ガラクトース血症などをその例として挙げられ、これに制限されるものではない。
また、代謝性疾患の一例としては、代謝症候群がある。代謝症候群は、当業者において以下を含む一群の代謝性危険因子(metabolic risk factors)によって特徴化される:腹部肥満(腹部内及び周囲に過度な脂肪組織);アテローム性動脈硬化性脂質異常症(血液の脂肪疾患−高トリグリセライド、低HDLコレステロール及び高LDLコレステロール−動脈血管壁にプラーク形成を増加させる);増加された血圧;インスリン抵抗性またはグルコース過敏症;全血栓性状態(prothrombotic state;例えば、血液中の高いフィブリノーゲンまたはPAI−1(plasminogen activator inhibitor−1)の存在);及び親−炎症性状態(例えば、血液のC−反応性タンパク質の増加)。代謝症候群を病む人々は、冠状動脈心臓疾患及び動脈血管壁でプラーク形成の増加(plaque buildups)に関連した他の疾患(例えば、脳卒中及び末梢血管疾患)、そして第II型糖尿病の危険度が増加する。
代謝性疾患のもう一つの例として、心血関係疾患や心臓性疾患がある。
心臓性疾患(cardiac disorder)は、心臓疾患(heart disease)及び心血管疾患(cardiovascular disease)という用語と相互混用して用いられることができる一般的な用語である。本明細書において、心臓性疾患は、心臓の正常な機能を抑制するすべてのタイプの疾患を意味する。より特異的には、本明細書において、心臓性疾患に含まれる疾患は、冠状動脈性心臓疾患、心筋症、心血管疾患、虚血性心臓疾患、心臓麻痺、高血圧性心臓疾患、炎症性心臓疾患及び心臓弁膜症(valvularheart disease)を含むが、ここに限定されるものではない。
また、本発明の一態様は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を有効成分として含む、脂肪酸化用組成物、またはこれに関連した疾患の予防または治療用組成物を提供する。もう一つの態様は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を脂肪の酸化促進またはこれに関連した疾患の予防または治療を必要とする対象に投与する段階を含む、脂肪の酸化促進またはこれに関連した疾患の予防または治療方法を提供する。前記方法は、投与する段階以前に、脂肪の酸化促進またはこれに関連した疾患の予防または治療を必要とする対象を確認(identify)する段階をさらに含みうる。もう一つの態様は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)の脂肪の酸化促進またはこれに関連した疾患の予防または治療、または脂肪の酸化促進またはこれに関連した疾患の予防または治療のための薬学組成物の製造に使用するための用途を提供する。
前記脂肪酸化用組成物は、酸化ストレスから誘導される生理学的または病理学的状態の予防または治療用薬学組成物であってもよい。また、前記組成物は、物理的または精神的ストレスの予防または治療用薬学的組成物であってもよい。前記組成物は、老化、癌、複合性動脈硬化、関節炎、パーキンソン病、脳卒中、脳震蕩、アルツハイマー病、血管障害、高脂血症、心筋梗塞、及び脳梗塞からなる群より選択された1種以上の疾病の予防または治療用薬学的組成物であってもよい。
前記脂肪酸化用組成物は、また前記代謝性疾患だけでなく、筋肉疾患、及び筋肉減少症、悪液質、筋肉損傷、筋ジストロフィー及び筋肉疲労などの関連疾患を治療、筋肉機能、及び持久力の改善、身体遂行力の向上、持久力の能力の増大、筋肉量の増加、筋肉の損失防止、筋肉回復の増大、筋肉疲労の減少、エネルギーバランスの改善、筋肉遂行力及び/又は筋肉強度及び/又は筋肉量及び/又は筋肉機能の維持、体型の改善、または筋肉:脂肪比の改善などに用いられることができる。
また、本発明の一態様は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を有効成分として含む、DPP−4阻害用組成物または血糖低下用組成物を提供する。もう一つの態様は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)をDPP−4阻害または血糖低下を必要とする対象に投与する段階を含む、DPP−4阻害または血糖低下方法を提供する。前記方法は、投与する段階以前に、DPP−4阻害または血糖低下を必要とする対象を確認(identify)する段階をさらに含みうる。もう一つの態様は、バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)のDPP−4阻害または血糖低下、またはDPP−4阻害、または血糖低下のための薬学組成物の製造に使用するための用途を提供する。
Dipeptidylpeptidase−4(DPP−4)阻害剤は、血糖調節のための新機序の薬剤である。食べ物の摂取時、消化管では、glucagon−like peptide−1(GLP−1)とglucose−dependent insulinotropic polypeptide(GIP)が分泌される。これはインクレチンと呼ばれ、腸のK、L細胞から分泌した後、血中でDPP−4という酵素によって非常に短い時間内に分解される。DPP−4阻害剤は、インクレチン分解を担当するDPP−4酵素を阻害することにより、インクレチン血中濃度を高めることになる。この他にもDPP−4阻害剤の使用は、インスリン合成と分泌促進、glucagonの抑制および肝におけるブドウ糖合成抑制を介して血糖を調節することが知られている。
前記組成物が、代謝性疾患または脂肪の酸化関連疾患の予防用、または治療用薬学的組成物で製造される場合、前記組成物は、薬学的に許容される担体を含みうる。前記組成物に含まれる薬学的に許容される担体は、製剤時に通常的に用いられるものであって、ラクトース、デキストロース、スクロース、ソルビトール、マンニトール、澱粉、アカシアゴム、リン酸カルシウム、アルギネート、ゼラチン、ケイ酸カルシウム、微結晶性セルロース、ポリビニルピロリドン、セルロース、水、シロップ、メチルセルロース、メチルヒドロキシベンゾエート、プロピルヒドロキシベンゾエート、タルク、ステアリン酸マグネシウム、及びミネラルオイルなどを含むが、これに限定されるものではない。前記薬学的組成物は、前記成分に加えて潤滑剤、湿潤剤、甘味剤、香味剤、乳化剤、懸濁剤、保存剤などをさらに含みうる。
前記代謝性疾患または脂肪の酸化関連疾患の予防用または治療用薬学的組成物は、経口または非経口で投与することができる。非経口投与の場合には、静脈内注入、皮下注入、筋肉注入、腹腔注入、内皮投与、局所投与、鼻内投与、肺内投与及び直腸内投与などで投与することができる。経口投与の時、タンパク質またはペプチドは、消化されるために経口用組成物は、活性薬剤をコーティングしたり、胃からの分解から保護されるように剤形化されるべきである。また、前記組成物は、活性物質が標的細胞に移動することができる任意の装置によって投与することができる。
前記薬学組成物の投与対象は、動物、例えば、ヒトなどの哺乳類、またはこれらから分離した細胞、組織、またはこれらの培養物であってもよい。
前記代謝性疾患または脂肪の酸化関連疾患の予防用または治療用薬学的組成物の適切な投与量は、製剤化方法、投与方式、患者の年齢、体重、性、病的状態、食べ物、投与時間、投与経路、排泄速度及び反応感応性などの要因によって多様に処方されることができる。前記組成物の好ましい投与量は、成人の基準で100−100,000,000(10−10)cell/kgの範囲内である。用語の「薬学的有効量」は、代謝性疾患または脂肪の酸化関連疾患を予防または治療するのに十分な量を意味する。
前記組成物は,当該当業者が容易に実施することができる方法によって、薬学的に許容される担体及び/又は賦形剤を用いて製剤化することにより単位容量の形態で製造され、または多容量の容器内に入れて製造されうる。このとき、剤形は、オイルまたは水性媒質中の溶液、懸濁液、シロップ剤、または乳化液の形態であるか、エキス剤、散剤、粉末剤、顆粒剤、錠剤またはカプセル剤の形態であってもよく、分散剤または安定化剤をさらに含みうる。また、前記組成物は、個々の治療剤として投与するか、他の治療剤と併用して投与されることができ、従来の治療薬とは、順次的または同時に投与することができる。また、単回または必要に応じて追加投与することができる。
本発明によるバクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)は、食品組成物として活用されることができる。本発明の食品用組成物は、代謝性疾患の症状を予防及び改善または脂肪の酸化に効果がある食品、例えば、食品の主原料、副原料、食品添加剤、機能性食品または飲料として容易に活用することができる。
本願で前記「食品」とは、栄養素を一つまたはそれ以上含有している天然物または加工品を意味し、好ましくは、ある程度の加工工程を経て直接食べることができる状態になったものを意味し、通常の意味として、食品、食品添加剤、機能性食品及び飲料をすべて含むものをいう。
本発明による代謝性疾患の症状の予防及び改善用または脂肪酸化用組成物を添加することができる食品としては、例えば、各種の食品類、飲料、ガム、お茶、ビタミン複合剤、機能性食品などがある。さらに、本願発明において、食品には、特殊栄養食品(例えば、調剤乳類、乳幼児食など)、食肉加工品、魚肉製品、豆腐類、コンニャク類、麺類(例えば、ラーメン類、麺類など)、パン類、健康補助食品、調味食品(例えば、醤油、味噌、唐辛子味噌、合わせ味噌など)、ソース類、菓子類(例えば、スナック類)、キャンデー類、チョコレート類、ガム類、アイスクリーム類、乳加工品(例えば、発酵乳、チーズなど)、その他の加工食品、キムチ、漬物食品(各種のキムチ類、ジャンアチなど)、飲料(例えば、果実飲料、野菜類飲料、豆乳類、発酵飲料類など)、天然調味料(例えば、ラーメンスープなど)を含むが、これらに限定されるものではない。前記食品、飲料または食品添加剤は、通常の製造方法で製造されることができる。
また、前記「機能性食品」とは、食品に物理的、生化学的、生物工学的手法などを用いて該当食品の機能を特定の目的に作用、発現するように付加価値を付与した食品群や食品組成が持つ生体防御リズムの調節、疾病防止と回復などに関する体内調節機能を生体に対して十分に発現するように設計して加工した食品を意味し、具体的には、健康機能性食品であってもよい。前記機能性食品には、食品学的に許容可能な食品補助添加剤を含むことができ、機能性食品の製造に通常使用される適切な担体、賦形剤及び希釈剤をさらに含みうる。
また、本発明において、前記「飲料」とは、喉の渇きを解消したり、味を楽しむために飲むことの総称を意味し、機能性飲料を含む。前記飲料は、指示された割合で必須成分として、前記代謝性疾患の症状の予防及び改善用組成物を含むこと以外に他の成分には特別な制限はなく、通常の飲料のようにいくつかの香味剤または天然炭水化物などをさらに成分として含みうる。
また、前記記述したこと以外に、本発明の代謝性疾患症状の予防及び改善用または脂肪酸化用組成物を含む食品は、様々な栄養剤、ビタミン、鉱物(電解質)、合成風味剤及び天然風味剤などの風味剤、着色剤及び充填剤(チーズ、チョコレートなど)、ペクト酸及びその塩、アルギン酸及びその塩、有機酸、保護性コロイド増粘剤、pH調整剤、安定化剤、防腐剤、グリセリン、アルコール、炭酸飲料に使用される炭酸化剤などを含有することができ、前記成分は、独立してまたは組み合わせて用いることができる。
本発明の代謝性疾患の症状の予防及び改善用または脂肪酸化用組成物を含む食品において、前記本発明による組成物の量は、全体の食品の重量の0.001重量%ないし90重量%で含むことができ、好ましくは、0.1重量%ないし40重量%で含むことができ、飲料の場合には、100mlを基準に0.001gないし2g、好ましくは、0.01gないし0.1gの割合で含みうるが、健康及び衛生を目的としたり、健康調節を目的とする長期間の摂取の場合には、前記範囲以下であってもよく、有効成分は、安全性の面で何らの問題がないので、前記範囲以上の量で使用されることができ、 前記範囲に限定されるものではない。
また、本発明のもう一つの態様は、樹状細胞でAtg7遺伝子が欠損した、痩せの表現型を示す形質転換体を提供する。また、本発明のもう一つの態様は、樹状細胞でAtg7遺伝子を欠損させる段階を含む、痩せの表現型を示す形質転換体の製造方法を提供する。
また、本発明のもう一つの態様は、Atg7またはこれをコートする遺伝子の発現阻害剤または活性阻害剤を有効成分として含む代謝性疾患の予防または治療用薬学的組成物を提供する。
前記Atg7をコートする遺伝子の発現阻害剤は、前記遺伝子に特異的なsiRNA(small interference RNA)、shRNA(short hairpin RNA)、miRNA(microRNA)、リボザイム(ribozyme)、DNAzyme、PNA(peptide nucleic acids)、アンチセンスオリゴヌクレオチドであってもよい。
前記Atg7の活性阻害剤は、Atg7に特異的な抗体、アプタマー、天然抽出物及び化学物質であってもよい。前記抗体は、モノクローナル抗体またはポリクロナル抗体であってもよい。
本発明において、用語の「形質転換」は、外部から与えられたDNAによって生物の遺伝的な性質が変わることで、すなわち,生物のある系統の細胞から抽出された核酸の一種であるDNAを他の系統の生きている細胞に与えたとき、DNAがその細胞に入って遺伝形質が変化する現象を意味する。
本発明において、用語の「形質転換体」は、形質転換によって生成された個体を意味し、その個体に制限はないが、好ましくは、形質転換動物を意味する。
また、本発明のもう一つの態様は、Atg7またはこれをコートする遺伝子の発現阻害剤または活性阻害剤を有効成分として含む代謝性疾患の予防または改善用食品組成物を提供することができる。
また、本発明の一態様は、前記形質転換体と肥満または一般的な表現型の個体の腸内微生物を比較する段階を含む、有用な腸内微生物のスクリーニング方法を提供する。前記スクリーニング方法は、前記比較する段階以後に、肥満または一般の表現型の個体の腸内微生物と比較して前記形質転換体に個体数が多い微生物を有用な腸内微生物として選択(決定)する段階をさらに含みうる。
前記有用な腸内微生物は、代謝性疾患または脂肪酸化に有用な微生物であってもよく、好ましくは、脂質代謝性疾患に有用な微生物であってもよい。
本発明によるBacteroides acidifaciens(BA)は、脂肪組織内の胆汁酸−TGR5−PPARα軸による脂肪酸化の活性を引き起こしており、これは、高エネルギー消費を引き起こす。これと同時に、BAは、内臓のDPP−4を活性化し、次にGLP−1を増加し、これにより、グルコース恒常性に寄与する。胆汁酸、コーレート及びタウリンもTGR5受容体を介してGLP−1活性に寄与してインスリン感受性を改善する。これにより、代謝性疾患の非常に効果的な治療及び予防剤として用いられることができる。
Atg7ΔCD11cマウスで痩せの表現型を確認した図である。 (A) Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスにおける体重変化を23週間モニタリングした(左側パネル)。NCD食餌した24週齢の雄Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスの体重及び脂肪量(右側パネル)。(n=8)。 (B) 24週齢のAtg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスの写真。 (C) NCD食餌した24週齢の雄Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスの腹部脂肪組織のMRI。 (D) Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスの脂肪組織の組織学的変化(左側パネル)及び脂肪細胞のサイズ(右側パネル)。Scale bars=50 μm 。 (E) 非絶食条件下でのNCD−食餌Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスの血清におけるグルコース及びインスリンのレベル。 (F) 雄Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスのGTT(Glucose tolerance test)及びITT(insulin tolerance test)の結果。 すべてのデータは、平均±s.e.m.で示した。はP<0.05、**はP<0.01、***はP<0.001を示す。 痩せの表現型が内臓共生バクテリアからの起源であることを示す図である。 (A) コハウジング(CH;中間)及び分離(左右端)された24週齢雄Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスの写真。 (B) コハウジング及び分離されたケージでの24週齢雄Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスにおける体重及び脂肪量(n=3又は4)。 (C) CH後、各マウスの体重を追加的に10週間モニタリングした結果(n=3〜9)。 (D) Atg7f/fまたはAtg7ΔCD11cマウスの糞便の移動18週間後に未処理されたB6マウスの体重及び脂肪量(n=5)。 (E) 非絶食条件下で、Atg7f/fまたはAtg7ΔCD11cマウスの糞便抽出物を移動させた後、血清でのインスリン及びグルコースレベル(n=5)。すべてのデータは、平均±s.e.m値である。はP<0.05、**はP<0.01、***はP<0.001、nsはnot significantを示す。 内臓共生バクテリアでB.acidifaciens(BA)が、Atg7ΔCD11cマウスの糞便から拡張されることを示す図である。 門(phylum)レベル(A)及び綱から属までの(B)パイロシーケンシングデータ(n=6)。 (C) パイロシーケンシングによって検出された糞便内のBAの分布を示す種(species)の代表的な円グラフ。赤色の矢印=BA。 (D) BAに特異的なFISH(fluorescence in situ hybridization)プローブによって決定されたAtg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスのIECs(intestinal epithelial cells)及び結腸のルーメンでの増加したBAの数(n=3)。Scale bar=100μm 。すべてのデータは、平均±s.e.m値である。はP<0.05、nsはnot significantを示す。 B.acidifaciens(BA)が食餌誘導されたB6マウスの肥満の体重及び脂肪量を調節することを示す図である。 (A) 高脂肪食(HFD;左側パネル)及びPBS−及びBA−食餌マウスの写真である。各群の体重を10週間モニタリングした(右側パネル)。BAは、毎日経口投与した(5×10CFU/100μl)(n=5)。 (B) PBSまたはBA(n=5)とともに経口食餌摂取。 (C) PBS−及びBA−食餌マウスのMRI。 (D) HFD中のPBS−及びBA−食餌マウスの脂肪組織(左側パネル)及び脂肪細胞サイズ(右側パネル)の組織的変化。 すべてのデータは、≧2独立した実験の平均±s.e.m.で示す。 (E) グルコースまたはインスリンの腹腔内の注射後の一定の時点で測定されたPBS−及びBA−食餌マウスの血清を用いたGTT(Glucose tolerance test;左側パネル、n=8または9)及びITT(insulin tolerance test;右側パネル、n=7−12)の結果。 (F) PBS−またはBA−食餌マウスのエネルギー消費、総活性、及びRER(respiratory exchange ratio)(n=5)。すべてのデータは、平均±s.e.m.で示す。はP<0.05、**はP<0.01、***はP<0.001、nsはnot significantを示す。 BAがPPARα活性を介して脂肪組織内の脂肪の酸化を誘発することを示す図である。 各実験の最後の時点で脂肪酸合成(FasN、HSL、PEPCK、SCD1、及びPPARγ)、β−酸化(PPARα)、熱発生((PRDM16、PGC1a、Cidea、及びGLUT4)に関連した遺伝子のmRNAの発現レベルをAtg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウス(A;n=5)、糞便微生物移植されたマウス(B;n=5)、及びBA−食餌マウス(C;n=5)の精巣上体脂肪組織を用いてリアルタイムPCRを介して決定した。 毎日BA投与1日、7日及び14日後に脂肪組織でのPPARα(D)及びTGR5(E)の発現レベルをRT−PCRを介して分析した。 すべてのデータは、≧2独立した実験の平均±s.e.m.である。はP<0.05、**はP<0.01、***はP<0.001、nsはnot significantを示す。 B.acidifaciens(BA)が腸内のDPP−4(dipeptidal peptidasel−4)分泌を調節してGLP−1の生成を誘発するということを示す図である。 PBS−及びBA−食餌マウスの血清におけるグルコース及びインスリンレベル(A)及び活性化GLP−1(B)(normal chow diet、NCD;high−fat diet、HFD;n=5)。 (C) 未処理のB6マウスにBAまたはBAの培養上層液または培地単独を投与した1時間後、発光分析を介して小腸のDPP−4のレベルを確認した。 (D) CE−MS(Capillary Electrophoresis Mass Spectrometry)を用いたPBS−及びBA−食餌マウス(n=5)の糞便でコーレート及びタウリンの定量。 すべてのデータは、≧2独立した実験の平均±s.e.m.である。はP<0.05、**はP<0.01、***はP<0.001、nsはnot significantを示す。 B.acidifaciens(BA)がインスリン感受性及び肥満を予防または治療することができるメカニズムを示す図である。 痩せの表現型であるAtg7ΔCD11cマウスで拡張された特異的腸内共生バクテリア(すなわち、BA)を確認した。BAの投与は、脂肪組織内の胆汁酸−TGR5−PPARα軸による脂肪の酸化の活性を引き起こしており、これは、高エネルギー消費を引き起こす。同時に、BAは、内臓のDPP−4を活性化し、次にGLP−1を増加し、これによってグルコース恒常性に寄与する。胆汁酸、コーレート及びタウリンもTGR5受容体を介してGLP−1活性に寄与してインスリン感受性を改善する。 PPARαはperoxisome proliferator−activated receptor α、SCFAsはshort−chain fatty acidsを示す。 Atg7ΔCD11cマウスが性別を問わず痩せの表現型を示すことを確認した図である。 NCD食餌7ないし23週齢の雄(左側)及び雌(右側)Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスの体重。 24週齢のAtg7ΔCD11cマウスの痩せの表現型が炎症に関連していないことを示す図である。 (A) cytometric bead array mouse−inflammatory kit(BD Biosciences)を用いて測定したAtg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウス(n=7)の血清における炎症前サイトカインのレベル。 (B) リアルタイムPCRによるF4/80(左側)及びTNFα(右側)mRNA発現レベル。 (C) 小腸及び大腸のヘマトキシリン−エオシン染色(hematoxylin eosin staining)結果。Scale Bar=100μm。 すべてのデータは、≧2の独立した実験での平均±s.e.m.である。はP<0.05、nsはnot significantを示す。 Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスの糞便代謝物のOPLS−DA(Orthogonal partial least squares discriminate analysis)を示す図である。 (A) Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウス(n=7)の糞便での1H−NMR(nuclear magnetic resonance)のOPLS−DAからの交差−確認値プロット(Cross−validated score plots)。 (B) Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウス(n=7)の糞便での1H−NMRデータのOPLS−DAからの予想構成要素のためのS−プロット。 (C) ガスクロマトグラフィ−質量分析法を用いたAtg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウス(n=135)の糞便での短鎖脂肪酸(例えば、アセテート、ブチレート及びプロピオネート(propionate))及び乳酸(lactate)の定量。すべてのデータは、平均±s.e.m.である。はP<0.05、**はP<0.01を示す。 コ−ハウジング(co−housing、CH)ケージ及び糞便微生物の桐油でのマウスの補償的体重の変化を示す図である。 CHケージ内のAtg7f/f(n=5)及びAtg7ΔCD11c(n=4)マウスの体重、分離して飼育されたAtg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウス(S)の体重をそれぞれ灰色及び青色の円に基づいて線グラフで示した。 図3Cに示したAtg7ΔCD11cマウスの糞便での種レベルのパイロシーケンシングデータは、色の凡例を示す。 DNAメタゲノム内のバクテロイデスコンティックの生物学的配置を示す図である。 Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスの糞便でのコンティック数の相対的な存在度を比較したものである。すべてのデータは、平均±s.e.m.で示す。はP<0.05、***はP<0.001、nsはnot significantを示す。 経口投与されたB.acidifaciens(BA)が一時的に結腸に残っていることを示す図である。 結腸及び糞便を零時、及びBA(5×10CFU/100μl)経口投与1日ないし5日後に得て、BA−特異的FISH(fluorescence in situ hybridization)プローブを介して染色した。 (A) BAの共焦点画像(黄色の矢印)。 (B) 特定時点で糞便でのBAの定量。スライドあたりに≧20部位で個数を数えた。すべてのデータは、3つの独立した実験の平均±s.e.m.で示す。***はP<0.001、N.D. はnot detectedを示す。 BAまたはPBSが提供されたNCD食餌B6マウスにおけるB.acidifaciens(BA)の体重及び脂肪量に対する効果的な機能を示す図である。 (A)10週間後の写真及び体重(それぞれ左、右のパネル)。BAは、毎日経口投与された(5×10CFU/100μl)。 (B) PBSまたはBAと経口食餌摂取。 (C) MRI分析。 (D) 脂肪組織の組織学的変化(左側パネル)及び脂肪細胞のサイズの変化(右側パネル)。 (E) グルコース及びインスリンの腹腔内注射後に特定時点でのGTT(Glucose tolerance test)(左側パネル、n=8−9)及びITT(insulin tolerance test)(右側パネル、n=7−12)の結果。 (F) PBS−またはBA−食餌マウス(n=5)におけるエネルギー消費、総活性及びRER(respiratory exchange ratio)。 すべてのデータは、平均±s.e.m.で示す。はP<0.05、**はP<0.01、***はP<0.001、nsはnot significantを示す。 NCDまたはHFD及びB.sartorii(BS)の食餌されたマウスが、類似した体重及び食餌摂取を有することを確認した図である。 (A) BS(n=5)(5×10CFU/100μl)の経口投与の10週間に伴う体重。 (B)食餌摂取。 データは、2回の独立的実験の平均±s.e.m.である。nsはnot significantを示す。 B.acidifaciens(BA)の投与が肝及び末梢インスリン感受性を改善することを示す図である。 6週間、BA−、加熱不活性化した(heat-inactivated)BA−食餌マウス及びNCD食餌された対照群マウス(n=3)の高インスリン血症正常血糖グルコースクランプ(hyperinsulinemic−euglycemic clamp)を行った結果である。 クランプ実験の中でインスリンの水液量を一次実験に基づいて3mUと決めた。全身グルコース吸収(末梢インスリン感受性、A)及びインスリン−媒介の肝グルコース生成率の抑制(肝インスリン感受性、B)が加熱不活性化したBA食餌群に比べてBA−食餌マウスで有意に増加した。すべてのデータは、平均±s.e.m.で示す。はP<0.05、nsはnot significantを示す。 10週間、経口B.acidifaciens(BA)投与後、糞便におけるSCFAs(short−chain fatty acids)のレベル及び乳酸のレベルを示す図である。NCD(A;n=5)及びHFD(B;n=6)食餌マウスで糞便内のアセテート、ブチレート、プロピオネート、及び乳酸のレベルをガスクロマトグラフィー− 質量分析計を通じて測定した。 すべてのデータは、平均±s.e.m.である。**はP<0.01、nsはnotsignificantを示す。 Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスで肝および小腸での脂質代謝の類似レベルを示す図である。 脂肪酸合成(FasN、HSL、PEPCK、SCD1、及びPPARγ)、β−酸化(PPARα)、熱発生((PRDM16、PGC1a、Cidea、及びGLUT4)に関連した遺伝子のmRNAの発現レベルをAtg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウス(A;n=5)の肝(A)及び小腸(B)を用いてリアルタイムPCRを介して決定した。 すべてのデータは、平均±s.e.m.である。 B.acidifaciens(BA)がβ−細胞過刺激を誘発しないことを示す図である。 BA(5×10CFU/100μl)を10週間投与したマウス(n=5)から膵腸組織を得た。 (A) 膵腸島(islet)の共焦点画像(α−細胞は赤色、β−細胞は緑色)。Scale Bar=50μm。セクションを連続してマウス抗−グルカゴンIgG Ab(K79bB10;Sigma−Aldrich、St. Louis、MO)及びウサギポリクローナル抗−インスリンAb(Santa Cruz Biotechnology、Santa Cruz、CA)と反応させた後、PE−接合された抗−マウスIgG(eBioscience、San Diego、CA)及びFITC−接合された抗−ウサギIgG(eBioscience、San Diego、CA)のそれぞれと反応させた。 (B) β−細胞部位のサイズをImageJ software programを用いて定量した。膵腸島をスライドあたり10個の部位で任意に選択した。すべてのデータは、平均±s.e.mである。***はP<0.001、nsはnot significantを示す。 Atg7ΔCD11c、糞便微生物移植(fecal microbiota transplantation、FMT)、及びB.acidifaciens(BA)−食餌マウスの血漿におけるトリグリセリド及びコレステロールレベルを示す図である。 血漿トリグリセリド及び総コレステロールの濃度は、Atg7ΔCD11cマウス(A;n=3)、FMTマウス(B;n=5)、及びBA−食餌マウス(C;n=5)内で酵素的アッセイキットを用いて分析した。すべてのデータは、平均±s.e.m.である。nsはnot significant、NCDはnormal chow diet、HFDはhigh−fat dietを示す。 B.acidifaciens(BA)がCD11c細胞の自己消化を調節できることを示す図である。 BAとの共培養6及び24時間後、骨髄−由来CD11c細胞内のBAの数をEGアガープレート上で決めた(MOI=10)。Atg7f/fまたはAtg7ΔCD11cマウスから骨髄を得た。すべてのデータは、独立した3回の実験の平均±s.e.m.である。はP<0.05、N.D. はnot detectedを示す。
以下、本発明を実施例を通じてより詳細に説明する。しかし、これらの実施例は、本発明を例示的に説明するためのもので、本発明の範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1:動物実験
すべての動物実験は、牙山動物実験倫理委員会の承認を得た(許可番号:PN2014−13−069)。すべての実験は、ケタミン(100mg/kg)及びキシラジン(20mg/kg)による麻酔下で行った。
実施例2:マウス及びバクテリア株
C57BL/6(B6)、及びCD11c−Cre、Villine−Cre,及びLysM−CreマウスをそれぞれCharles River Laboratories(Orient Bio Inc.,Sungnam,Korea)、及びJackson Laboratory(Bar Harbor、ME)から購入した。ATG7flox/floxマウスは、Dr.Masaaki Komatsu(Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science、Japan)から提供された。Atg7ΔCD11cマウスは、CD11ccreマウス及びATG7f/fマウスをソウル牙山病院の動物室で交配することにより製造した。すべてのマウスに無病原菌条件の下で滅菌された飼料と食水を提供した。B.acidifaciens(JCM10556)及びB.sartorii(JCM17136)は、RIKEN BioResource CenterのJapan Collection of Microorganisms(JCM)から購入した。
実施例3:454パイロシーケンシング分析
QIAamp DNA stool mini kits(Qiagen、Valencia、CA)を用いて糞便からcDNAを抽出した。16SrRNA遺伝子のV1ないしV3部位を標的するプライマーを用いてPCR増幅を行った。バクテリアの増幅のために、バーコードが付着したプライマー9F(5'−CCTATCCCCTGTGTGCCTTGGCAGTC−TCAG−AC−AGAGTTTGATCMTGGCTCAG−3';下線を引いた配列は、標的部位のプライマーを意味)及び541R(5'−CCATCTCATCCCTGCGTGTCTCCGAC−TCAG−X−AC−ATTACCGCGGCTGCTGG−3';'X'は、各対象の特異的バーコードを意味)(http://oklbb.ezbiocloud.net/content/1001)を用いた。
増幅は、下記の条件の下で行った:95℃で5分間変性開始、95℃で30秒間30サイクル変性、55℃で30秒間プライマーアニーリング、及び72℃で30秒間増幅、及び72℃で5分間最終延長。前提された産物の同一濃度を一緒に集めて、短い部分(非標的物)は、AMPure bead kit(Agencourt Bioscience,Beverly,MA)を用いて除去した。産物の質及びサイズをDNA75001チップを用いたBioanalyzer2100(Agilent,Palo Alto,CA)上で測定した。混合した増幅物のシーケンシングは、エマルジョンPCRを介して行った後、ピコタイター(picotiter)プレート上に置いた。シーケンシングは、GS Junior Sequencing System(Roche、Branford、CT)上でChunlab(Seoul、Korea)で行った。パイロシーケンシングデータ分析は、従来技術に基づいて行った(Lim Y.W.et al.)
実施例4:CE−TOF−MS(Capillary electrophoresis(CE)time−of−flight mass spectrometry)測定
CE−TOF−MSを用いた荷電した代謝産物の量的分析を下記のように行った。10mgの凍結乾燥された糞便サンプルを3−mmジルコニア−シリカビーズ(BioSpec Products、Bartlesville、OK)を用いて粉砕し、内部標準としてカチオンとしてメチオニンスルホン(Wako、Osaka、Japan)、アニオンとしてMES(Dojindo、Kumamoto、Japan)、及びCSA(D−Camphol−10−sulfonic acid;Wako)をそれぞれ20μm含むMeOHの400μlを用いて均質化した。次に、200μlの脱−イオン水及び500μlのクロロホルムを追加した。Shakemaster neo(Bio Medical Science、Tokyo、Japan)を用いて10分間1,500r.p.m.で撹拌し、溶液を4℃で15分間4,600gに遠心分離し、Millipore5,000−Daカットオフフィルター(Millipore、Billerica、MA)を用いてフィルタリングしてタンパク質を除去した。濾液を凍結乾燥し、参照化合物として3−アミノピロリジン(Sigma−Aldrich)及びトリメサート(trimesate)(Wako)をそれぞれ200μmを含む25μl水に溶解させた。すべてのCE−TOF−MS実験は、Agilent Technologies equipment:CEキャピラリー電気泳動システム、G3250AALC/MSD TOFシステム、1100シリーズbinary HPLCポンプ、G1603ACE−MSアダプター、及びG1607A CE−ESI−MSsprayerキットを用いて行った。ピーク注釈(annotation)及び定量を決めるために、データを内部のソフトウェア(Sugimoto M et al.)を用いて(MasterHands)処理した。
実施例5:GC−MS(Gas chromatography mass s
pectrometry)測定
糞便の有機物濃度をガスクロマトグラフィー−質量分析計で決めた。糞便のエーテル抽出物の部分標本(80ml)をN−tert−ブチルジメチルシリル−Nメチルトリフルオロアセトアミドと混合した。バイアルを密封し、80℃で20分間湯煎で加熱し、48時間室温に置いて誘導体化(derivatization)した。誘導体化されたサンプルをHP−5MSコラム(0.25mm×30mm×0.25mm)及び5973Network mass Selective Detector(Agilent Technologies)を備えた6890N Network GC System(Agilent Technologies)で処理した。
純粋なヘリウム(99.9999%)をキャリアガスとして用いて、1.2ml min−1の速度で運搬した。
出口圧力を20:1で分割して97kPaに設定した。注入口及び移動線の温度は、それぞれ250及び260℃であった。温度プログラムを下記のように使用した:60℃(3分)、60−120℃(5℃/分)、120−300℃(20℃/分)。次に、各サンプルの1μlを30分の反応時間の間に注入した。有機酸の濃度をピーク領域と標準を比較して定量した。
実施例6:GLP−1(glucagon−like peptide−1)の測定
血液サンプルを対照群及びBA−食餌マウスから得て、30分間、4℃で1800gで遠心分離した。DPP−4(dipeptidyl peptidasel−4)阻害剤を追加し、GLP−1濃度をGLP−1 ELISA kit(Shibayagi)を用いて決めた。
実施例7:DPP−4の測定
DPP−4レベルを測定した。野生型B6マウスに6時間の絶食後、BA(5×109CFU/100μl)またはこれの培養上層液(100μl/head)または培養培地単独をDPP−4阻害剤シタグリプチン(40mg/mouse;Merck Sharp Dohme and Chibret Laboratories,Rahway,NJ)とともに投与し、次にグルコースを30分後に提供した。15分後、回腸の腸内上皮細胞を前処理マウスから回収し、PBSで洗滌してルミナール物質を除去した。粘液を掻き出し、上皮を1〜2mmの長さに切り取り、1mlPBS内に位置させた。スライス組織を遠心分離(6,000g、4oC、5min)でスピンダウンし、50μlの上層液をキット試薬とともに2時間の間、37℃でDPP−4Glo protease assay(Promega、Madison、WI)を用いてインキュベーションした。DPP−4活性をシタグリプチンの不在下の対照群サンプルの値で計算した。
実施例8:統計
GraphPad Prism software(GraphPad、LaJolla、CA)を統計的分析に用いた。両群間の有意的な差をtwo−tailed paired t−testまたはMann−Whitney t−testで分析した。多数群の場合、two−way ANOVA及びそれに続くBonferroni post−hoc testを用いて分析した(はP<0.05、**はP<0.01、***はP<0.001を示す)。
実施例9:Atg7ΔCD11cマウスで減少した体重と脂肪量を確認
代謝性疾患の発病における兔疫細胞の自己消化作用の役割を確認するために、Atg7コンディショナルノックアウトマウスの樹状細胞(Atg7ΔCD11c)、消化管上皮細胞(Atg7Δvillin)、及びマクロファージ(Atg7ΔLysM)で体重及び行動を観察した。マウスにNCD(normal chow diet)を供給した。
以後、Atg7ΔCD11cマウスとそれの同産子の対照群マウス(Atg7flox/flox(f/f))の間の体重の差が増加することを確認した(図1A)。
重要なことに、24週齢Atg7ΔCD11cマウスは、Atg7f/fマウスに比べて非常に低い体重および脂肪量を有することが確認された(図1、A及びB)。雌および雄の両方で痩せの表現型(Atg7ΔCD11C;図8)が現れた。
MRI(Magnetic resonance imaging)分析では、同産子のAtg7f/fマウスに比べて、Atg7ΔCD11cマウスで著しく減少した腹部の脂肪組織を軸方向および冠状方向のいずれの方向から確認された(図1C)。また、Atg7f/fマウスに比べて、Atg7ΔCD11cマウスから得た内臓脂肪組織の単一脂肪細胞のサイズが有意に小さかった(図1D)。
痩せの表現型のAtg7ΔCD11cマウスにおける全身性または粘膜性炎症の関与を確認するために、血清での炎症前サイトカイン(proinflammatory cytokine)のレベル及び内臓脂肪組織内のF4/80及びTNFαのmRNA発現を確認し、小腸及び大腸の組織を分析した。Atg7ΔCD11cマウスで全身性及び粘膜性炎症の多数の標識子が類似したり、減少したレベルを確認し、これはAtg7ΔCD11cマウスの痩せの表現型が炎症に関連していないことを示す(図9)。
重要なことに、非絶食条件の下でAtg7f/fマウスよりも高いインスリン及び続けて低いグルコースレベルをAtg7ΔCD11cマウスの血清で確認した(図1E)。同産子Atg7f/fマウスに比べてAtg7ΔCD11cマウスは、GTT(glucose tolerance test)及びITT(insulin tolerance test)によって決定されたインスリン抵抗性は、同産子Atg7f/fマウスと比べてAtg7ΔCD11cマウスで向上したことを確認した(図1F)。総合して、これらのデータは、Atg7ΔCD11cマウスが減少した脂肪量及び向上したグルコース恒常性を有することを示す。
実施例10:Atg7ΔCD11cマウスの糞便における低SCFAsレベルの確認
老齢のAtg7ΔCD11cマウスが低い体重及び脂肪量を持つため、糞便から実施例4のCE−TOF−MS(capillary electrophoresis time−of−flight mass spectrometry)及び実施例5のGC−MS(gas chromatography mass spectrometry)を用いて痩せの表現型とエネルギーの利用との間の関連性を確認した。
OPLS−DA(orthogonal partial least squares discriminate analysis)におけるAtg7ΔCD11cマウスの個別的プロットは、Atg7f/fマウスと明らかに分離される(図10A)。
さらに、一部のSCFAs、例えば、アセテート、ブチレート、プロピオネート及び乳酸は、軸からリモートスポットに位置し(図10B)、これは、このような因子がAtg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスを区別するのに寄与することを示す。実際に、Atg7f/fマウスに比べてAtg7ΔCD11cマウスでアセテート、ブチレート、及びプロピオネートの量は、著しく減少され、これに比べて乳酸の量は、より高かった(図10C)。
実施例11:共生バクテリアが老齢のAtg7ΔCD11cマウスの痩せの表現型に関連したことを確認
Atg7ΔCD11cマウスの痩せの表現型が共生バクテリアに関連するかどうかを確認するために、コハウジング(co−housing、CH)及びFMT(fecal microbiota transplantation)実験を行った。生まれた時からAtg7ΔCD11c及びAtg7f/fマウスは、ケージを共有して糞便に露出させた。
その結果、Atg7ΔCD11cとケージを共有したAtg7f/fマウスは、Atg7f/fマウスに比べて、より多くの重量と脂肪を損失した(図2、A及びB;図11)。また、Atg7f/fマウスとケージを共有したAtg7ΔCD11cマウスは、Atg7ΔCD11cマウスに比べて体重と脂肪が増加した(図2、A及びB;図11)。CHマウスの表現型が共生微生物によるかどうかを確認するために、コハウジング実験後、マウスを各自のケージに移動させた。図2Cに示すように、Atg7ΔCD11cマウスが単独飼育されている場合に体重を失っており、Atg7f/fマウスは、そうではなかった。また、野生型B6マウスにAtg7ΔCD11cマウスの糞便抽出物を12週間経口投与した結果、野生型B6またはAtg7f/fマウスの糞便に比べて有意に低い体重および脂肪量を示した(図2D)。また、重要なことに、Atg7ΔCD11cマウスの糞便抽出物を投与した野生型B6マウスは、Atg7f/fマウスの抽出物を投与したマウスに比べて高いインスリンレベルとそれに続く低血清グルコースレベルを示した(図2E)。
総合してみると、これらの結果は、Atg7ΔCD11cマウスの痩せの表現型に必須な役割を果たすことを示す。
実施例12:Atg7ΔCD11cマウスの糞便からバクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens,BA)の拡張
腸内共生バクテリアの多様性と組成を確認するために、メタジェノミクス分析を用いた。パイロシーケンシング分析において、Bacteroidetes、Firmicutes、及びProteobacteriaの割合、門(phylum)レベルの腸内微生物の一次分布において、Atg7f/f及びAtg7ΔCD11cマウスの糞便が相互に類似することを確認した(図3A)。Bacteroidia(綱)、Bacteroidales(目)、Bacteroidaceae(科)、及びBacteroides(属)の分布も類似、または有意的な差がなかった(図3B)。しかし、種のレベルで、BAの割合がAtg7f/fマウスに比べてAtg7ΔCD11cマウスの糞便で有意に拡張されたことを確認した(5.48±1.76%vs.0.77±0.18%)(図3C、red arrow;図12及び13)。
一方、Atg7ΔCD11cまたはAtg7f/fマウスの糞便からB.sartoriiを含む他のBacteroides種の割合は、差がなかった(図13)。
アルファの多様性で、Atg7ΔCD11cマウスの糞便微生物の種豊富度(Chao 1 index)が著しく減少された反面、群集多様性(Shannon/Simpson index)は、Atg7f/fマウスの糞便微生物と類似した(下記表1)。
痩せの表現型のAtg7ΔCD11cマウスのBAの拡張を確認するために、FISH(fluorescence in situ hybridization)分析を行った。図3Dに示すように、増加されたBAの数を結腸のルーメンで検出し、少ないBAがAtg7ΔCD11cマウスの結腸上皮細胞に内在化されたことを確認した。
総合してみると、これらの結果は、共生バクテリアでは、BAが痩せの表現型内臓で拡張されたことを示す。
実施例13:高脂肪食(high fat diet、HFD)−提供B6マウスへのBAの経口投与が痩せの表現型を誘導することを確認
拡張されたBAが脂質代謝を調節するかどうかを確認するために、BA(JCM10556)を得て、多量の微生物を確保するために培養し、これを非処理B6マウスに提供した。
投与の最適の条件を決めるために、BA(5×109CFU/100μl)を食餌したマウスの結腸組織及び内のBAをFISH分析で定量した。経口投与1日後、結腸上皮細胞のルーメンで多数のBAを検出した(図14A)。
経口投与2日後にピークされた糞便内のBAの数は、続いてすぐに消えて回復された(図14B)。BAの経口投与は、食餌の影響なく、NCD及びHFDが提供された野生型B6マウスの体重及び脂肪量を減少させることを確認した(図4、A−C;図15、A−C)。対照的に、対照群に使用したB.sartorii−提供マウスでは、体重減少が確認されなかった(図16)。また、PBS−およびHFD−提供のマウスに比べてBA−及びHFD−提供B6マウスで精巣上体(epididymal)の脂肪組織での単一脂肪細胞のサイズが有意により小さかった(図4D)。また、GTT及びITTにより決定されたインスリン抵抗性は、PBS−及びHFD−提供のマウスに比べてBA−及びHFD−提供のマウスで著しく改善された(図4E)。
BA食餌による肝及び末梢(peripheral)のインスリン感受性に対する効果を確認するために、加熱不活性化したBAを対照群として用いた高インスリン血症正常血糖グルコースクランプ(hyperinsulinemic−euglycemic clamp)技術を用いた。
興味深いことに、BA食餌は、肝及び末梢(peripheral)のインスリン感受性を改善した(図17)。BAの経口投与の時、NCD−食餌マウスの糞便でブチレートが減少することを確認したが、アセテート、プロピオネート、及び乳酸のレベルは、変わらないことを確認した(図18A)。類似した傾向をHFD−食餌群で確認した(図18B)。エネルギー消費、活性及び基質利用を測定するために、5日間CLAMS(comprehensive laboratory animal monitoring system)ケージで個別的に飼育した後、BAが供給されたマウスをモニタリングした。PBSまたはBAが供給されたマウスの群が類似した運動活性(locomotor activity)及び呼吸交換率(respiratory exchange ratio)を示す一方、BA−及びHFD−食餌マウスは、PBS−及びHFD−食餌マウスに比べてより多いエネルギーを消費することを確認した(図4F)。経口BAが投与されたNCD−食餌マウスで類似した効果を示した(図15)。
総合して、BAの長期間投与は、エネルギー消費を誘導し、これによって食餌−誘導された肥満マウスで優性の痩せの表現型を誘発する。
実施例14:痩せの表現型のマウスが脂肪組織でPPAR(peroxisome proliferator−activated receptor)α発現の増加を示すことを確認
Atg7ΔCD11c、FMTB6、及びBA−食餌B6マウスで減少した体重および脂肪量を検出したことに基づいて脂肪組織、肝、及び小腸での脂質代謝に関連した遺伝子の発現レベルを分析した。重要なことに、脂質β−酸化、特にPPARαに関連した遺伝子の発現がAtg7ΔCD11cマウスの精巣上体の脂肪組織に限って増加した(図5A)。小腸及び肝では、有意的な差を確認することができなかった(図19A及びB)。これらの結果と一貫して、PPARαの発現は、Atg7ΔCD11cの排泄抽出物を食餌したB6マウス、及びHFD並びにBAを10週間の食餌したマウスの精巣上体の脂肪組織から有意的に上向き調節されたことを確認した(図5、B及びC)。
向上されたβ−酸化レベルがバクテリア単独によって活性化されるか、または痩せの表現型の産物によって活性化されていないのかにツイ確認するために、時間依存性の方法によるBA投与によるB6マウスにおけるPPARα発現レベルを測定した。
興味深いことに、B6マウスの精巣上体脂肪組織におけるPPARαのmRNAレベルは、BA投与2週後に有意に増加した(図5D)。
また、PPARα活性によるエネルギー消費を刺激することができるTGR5、GPBAR1(G−protein−coupled bile acid receptor)の発現レベルを測定した。
その結果、BA投与によって脂肪組織におけるTGR5発現レベルが増加することを確認した(図5E)。これらの結果は、BAによる痩せの表現型がTGR5−PPARα活性による脂肪組織内の脂肪の酸化を開始することを示す。
実施例15:BAがDPP4(dipeptidyl peptidase−4)の調節及び胆汁酸の生成によってGLP−1(glucagon−likepeptide−1)の生成を媒介することを確認
グルコース恒常性の調節でBAの役割を確認した。予想したように、BA−食餌B6マウスにおいてPBS−食餌B6マウスよりも血清でより高いインスリン及び低グルコースレベルを示した(図6A)。
これらの血漿インスリンレベルの増加がβ−細胞の過剰な刺激によるものかを確認するために、BA食餌10週後、膵腸組織内のα−及びβ−細胞の染色を行った。
その結果、BA食餌は、β−細胞の過刺激を誘発するものではないことを確認した(図20)。
BA−食餌痩せマウスにおけるインスリン分泌の高いレベルのメカニズムを確認するために、血液へのインスリン放出を刺激するGLP−1レベルを測定した。
血清のGLP−1レベルは、NCD−及びHFD−食餌マウスで著しく増加することを確認した(図6B)。
GLP−1の阻害活性を持つよく知られている酵素であるDPP−4のレベルがBAまたはこれの培養上層液の経口投与後、小腸回腸で減少することを確認した(図6C)。
さらに、タンパク質の量を反映したDPP−4活性を測定した。従来の研究では、胆汁液がTGR5活性を介したGLP−1分泌の刺激を介してグルコース恒常性に重要な役割を果たしていることを示した。
その結果、BAを10週間食餌したB6マウスの糞便内の一次胆汁酸から脱結合された(deconjugated)コーレート、CA(cholicacid)の塩、及びタウリンの有意的に増加されたレベルを確認したが、コレステロールの有意的な損失は、確認できなかった(図6D;図21)。これらの結果は、BAまたはこの代謝産物がDPP−4酵素の活性を下げ、これによりGLP−1活性を引き起こし、インスリン感受性およびグルコース抵抗性を改善することを示す。
総合してみると、本発明者は、特異的腸内の共生バクテリア(すなわち、BA)が痩せの表現型のAtg7ΔCD11cマウスで拡張されることを確認した。BAの投与は、脂肪組織内の胆汁酸−TGR5−PPARα軸による脂肪の酸化の活性を引き起こしており、これは高エネルギー消費を引き起こす。
同時に、BAは、内臓のDPP−4を活性化し、次にGLP−1を増加し、これによってグルコース恒常性に寄与する。胆汁酸、コーレート及びタウリンもTGR5受容体を介してGLP−1活性に寄与してインスリン感受性を改善する。
したがって、BAは、糖尿、肥満のような代謝性疾患の予防または治療に重要な役割を果たすことが分かる(図7)。

Claims (16)

  1. バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を有効成分として含む、代謝性疾患の予防または治療用薬学的組成物。
  2. 前記代謝性疾患は、肥満、糖尿、糖尿病の合併症、脂肪肝、高血圧、末梢血管疾患、脂質異常症、インスリン抵抗性、心血管疾患、動脈硬化症、代謝症候群、高血糖症、高脂血症、及び炭水化物代謝異常からなる群より選択された1種以上であることを特徴とする、請求項1に記載の代謝性疾患の予防または治療用薬学的組成物。
  3. 前記バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)は、肥満や一般の表現型に比べて痩せの表現型で腸内総菌における割合が高いことを特徴とする、請求項1に記載の代謝性疾患の予防または治療用薬学的組成物。
  4. 前記バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)は、脂肪組織内の脂肪の酸化を活性化させ、腸内のDPP−4(dipeptidal peptidase−4)の活性を抑制し、GLP−1を増加させるものである、請求項1に記載の代謝性疾患の予防または治療用薬学的組成物。
  5. バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を有効成分として含む、脂肪酸化用組成物。
  6. バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を有効成分として含む、DPP−4(dipeptidalpeptidase−4)阻害用組成物。
  7. バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を有効成分にする、代謝性疾患の改善または予防用食品組成物。
  8. 樹状細胞においてAtg7遺伝子が欠損した、痩せの表現型を示す形質転換体。
  9. 個体の樹状細胞にAtg7遺伝子を欠損させる段階を含む、痩せの表現型を示す形質転換体の製造方法。
  10. Atg7またはこれをコートする遺伝子の発現阻害剤または活性阻害剤を有効成分として含む、代謝性疾患の予防または治療用薬学的組成物。
  11. 代謝性疾患の予防または治療を必要とする対象にバクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を投与する段階を含む、代謝性疾患の予防または治療方法。
  12. バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)の代謝性疾患の予防または治療のための用途。
  13. バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)の代謝性疾患の予防または治療のための薬学組成物の製造に使用するための用途。
  14. 脂肪の酸化またはDPP−4の阻止を必要とする対象にバクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)を投与する段階を含む、脂肪酸化またはDPP−4の阻害方法。
  15. バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)の脂肪酸化またはDPP−4を阻止するための用途。
  16. バクテロイデス・アシジファシエンス(Bacteroides acidifaciens)の脂肪酸化またはDPP−4を阻害するための薬学組成物の製造に使用するための用途。
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