JP2022502067A - アッカーマンシアムシニフィラ菌株およびその用途 - Google Patents

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Abstract

本発明はアッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)およびその用途に関するものであって、具体的に、前記菌株、その培養液などまたはそれから分離したB2UM07タンパク質を有効性分として含む食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善、緩和または治療用組成物、およびその食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善、緩和および治療用途、およびこれを用いた食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善、緩和および治療方法を提供し、これによって抗肥満効果のうちの体重減少およびグルコース恒常性調節はもちろん、褐色脂肪に与える影響および食欲調節ホルモンを分泌する効果を発揮する。【選択図】図1a

Description

関連出願との相互引用
本出願は2018年10月11日付韓国特許出願第10−2018−0121137号および2019年10月10日付韓国特許出願第10−2019−0125670号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、食欲抑制および代謝性疾患予防、改善、緩和および治療効能を有するアッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)およびその用途に関するものである。
肥満は高カロリー食餌のような食習慣の変化、運動不足などによって人体内過度な体脂肪が蓄積された状態で2型糖尿病、心血管疾患、肝疾患、各種癌の発病と関連していて臨床的重要性が非常に大きい。一方、腸内微生物は肥満と糖尿など代謝性疾患と深い相関関係があると知られており、特に糖尿病治療剤であるメトホルミンを処理したマウスの腸内にアッカーマンシアムシニフィラ菌株が増加し、この菌株を高脂肪食餌マウスに投与時、グルコース恒常性が改善されるのが明らかになるにつれて肥満治療剤としての可能性を注目されており、抗肥満製剤研究の新たなパラダイムを提示したことがある。
人の総細胞数の10倍に近い腸内微生物のうちの抗肥満効能が検証されたアッカーマンシアムシニフィラ菌株の抗肥満効果機序を理解するための多様な研究が行われたが、従来の研究は抗肥満指標として体重減少、慢性代謝性炎症改善、損傷された障壁の復原または血中脂質指標改善などに焦点が合わせられている。
しかし、抗肥満効果は前記で言及した指標以外に多様な機序が存在し、特に褐色脂肪の誘導は体温維持恒常性メカニズムと連係して腸内微生物と相互作用するのが最近報告された。脂肪組織はエネルギーを中性脂肪の形態に貯蔵する白色脂肪とエネルギーを熱として放出する褐色脂肪に分けられ、褐色脂肪は組織特異的なUCP−1因子を通じてエネルギー消費を誘導することによってグルコース恒常性を調節しインスリン敏感度を高める機能を有している。
一方、食欲調節ホルモンであるグルカゴン様ペプチド(glucagon−like peptide、GLP−1)は食べ物摂取によって小腸から分泌されるホルモンで飽満感を増加させて、食欲を調節し、膵臓でインスリン分泌を誘導することによって血糖を調節する。
GLP−1は、小腸(ileum)および大腸(colon)に存在する腸内分泌細胞の一種であるL−cellsから分泌される。
前記GLP−1は、糖尿病治療効果、肥満治療効果、心臓病治療効果、脳血管疾患および神経細胞炎症治療効果(Salcedo I et al., Neuroprotective and neurotrophic actions of glucagon−like peptide−1(GLP−1):an emerging opportunity to treat neurodegenerative and cerebrovascular disorders. British Journal of Pharmacology(2012) 166, 1586−1599)、動脈硬化症治療効果(Burgmaier M et al., Glucagon−like peptide−1(GLP−1) and its split products GLP−1(9−37) and GLP−1(28−37) stabilize atherosclerotic lesions in apoe−/−mice. Atherosclerosis(2013) 231, 427−435)などと関連があると知られている。
また、GLP−1は、膵臓でブドウ糖依存的インスリン分泌刺激、インスリン遺伝子発現増進、膵臓β細胞増殖増進効果、膵臓β細胞生存増進効果、グルカゴン分泌阻害効果、血糖降下などを通じて糖尿病治療効果を示すのに関与し、胃腸が空になる速度を遅らせ、食欲を抑制し、飽満感を増進させて食べ物摂取を抑制するのに関与して肥満治療効果を示すのに関与する。そして、局所貧血(ischemia)から心臓細胞(cardiomyocytes)保護効果および心臓麻痺の恐れがある患者の心臓機能向上効果を通じて心臓病治療効果を示す(Sokos, G.G. et al., Glucagon−like peptide−1 infusion improves left ventricular ejection fraction and functional status in patients with chronic heart failure. J.Card.Fail.(2006) 12:694−699., Ban, K., et al., Cardioprotective and vasodilatory actions of glucagon−like peptide−1 receptor are mediated through both glucagon−like peptide−1 receptor−dependent and −independent pathways. Circulation(2008) 117:2340−2350.)。
前記GLP−1は、G protein−coupled receptors(GPCRs)の一種であるTGR5およびGPR119の活性化(Reimann, F., et al., Glucose sensing in L cells:a primary cell study. Cell Metab.(2008) 8:532−539;Lauffer, L.M., et al., GPR119 is essential for oleoylethanolamide−induced glucagon−like peptide−1 secretion from the intestinal enteroendocrine L−cell. Diabetes(2009) 58:1058−1066)またはα−gustducinの活性化(Jang, H.J., et al., 2007. Gut expressed gustducin and taste receptors regulate secretion of glucagon−like peptide−1. Proceeding of the National Academy of Science 104, 1506915074.)によって分泌が促進されると知られている。特に、褐色脂肪組織(brown adipose tissue)および筋肉(muscle)に発現されたG protein−coupled receptor(GPCR) TGR5(GPR131)の活性化はエネルギー消費を増加させて肥満治療効果を示し、肝疾患改善に関連があると知られており(Lieu T et al., GPBA:A G protein−coupled receptor for bile acids and an emerging therapeutic target for disorders of digestion and sensation. British Journal of Pharmacology(2013) in press)、動脈硬化症を抑制すると報告された(Pols TWH et al., TGR5 activation inhibits atherosclerosis by reducing macrophage inflammation. Cell Metabolism(2011) 14、747)。
また、肥満患者に過度に蓄積された中性脂肪は脂肪組織だけでなく、肝や筋肉に貯蔵されてインスリン抵抗性を誘導する。したがって、過度に貯蔵された中性脂肪の消耗が根本的な肥満とこれによる代謝性疾患の予防および治療になり得る。脂肪細胞は大きく白色脂肪、褐色脂肪細胞、およびベージュ脂肪細胞に分類される。白色脂肪細胞は中性脂肪の大きな脂肪球に貯蔵されて主に腹部で多く発見され、健康に否定的な役割を果たすと知られている。褐色脂肪は白色脂肪細胞に比べて多くのミトコンドリアと小さい大きさの脂肪球を含有しており、熱発生を通じた体温維持と適切な運動によって誘導できると報告されている。褐色脂肪細胞が多く含有されるように誘導したマウスは高脂肪食餌による肥満に対して相対的に体重減少と熱量消耗の増加を誘導して肥満と代謝性疾患に効果的であった。また、褐色脂肪ではUCP−1(uncoupling protein−1)タンパク質が多く発現され、これは脂肪細胞で熱量の貯蔵でない熱量消耗で熱発生に決定的な役割を果たすと知られている。褐色脂肪と共にベージュ脂肪細胞も重要な脂肪細胞と認識されている。ベージュ脂肪細胞は健康に有害な白色脂肪細胞から運動や寒さなどの刺激によって誘導され、白色脂肪細胞の形質は減少されるが、褐色脂肪細胞の特徴を有するようになって、UCP−1の発現の増加を示すようになる。これらのベージュ脂肪細胞もマウスから発見される褐色脂肪細胞と同様に肥満および代謝疾患に有益であると知られている。
韓国登録特許第10−1809172号明細書 韓国公開特許第10−2015−0133646号明細書
このような背景下で、本発明者らは代謝性疾患を効果的に予防および治療するための目的で現在抗肥満研究に用いられている標準菌株、アッカーマンシアムシニフィラ菌株(Akkermansia muciniphila、Akk;米国菌株銀行、寄託番号:ATCC BAA−835)と健康な韓国人糞便から分離した分離菌株アッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株(受託番号:KCTC13530)を用いてアッカーマンシアムシニフィラが褐色脂肪活性に影響を与えるUCP−1因子を高め、小腸で食欲調節ホルモンGLP−1発現を誘導するのを確認した。
また、本発明者はこの過程がホストのIL−6サイトカインに依存的に誘導されるのを明らかにし、最終的に抗肥満機序でGLP−1の分泌誘導を促進するアッカーマンシアムシニフィラ菌株培養液、菌体、上澄液、その抽出物または分画物、または菌株に由来したターゲットタンパク質を糾明して本発明を完成した。
前記目的を達成するための一つの様態として、本発明は、受託番号KCTC 13530BPのアッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila、Akk)SNUG−61027菌株を提供する。当該菌株に対する具体的な情報は次の通りである。
寄託機関名:韓国生命工学研究院
受託番号:KCTC 13530BP
受託日付:20180525
本発明の前記菌株は、配列目録1の塩基配列からなる16S rDNAを含む。
また、本発明は、前記アッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027(受託番号KCTC 13530BP)菌株またはその培養液を有効性分として含む食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物を提供する。
本発明の用語「培養液」はアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027(受託番号KCTC 13530BP)菌株が試験管内で成長および生存できるように栄養分を供給することができる培地に前記菌株を一定期間培養して得られる前記菌株、その代謝物、余分の栄養分などを含む全体培地を意味するが、菌株培養後に菌株を除去した上澄液、これらの抽出物および分画物を全て含む概念である。前記培養液中の菌体を除去した液体を「上澄液」とも言い、培養液を一定時間静置して下層に沈んだ部分を除いた上層の液体のみを取るか、ろ過を通じて菌体を除去するか、培養液を遠心分離して下部の沈殿を除去し上部の液体のみを取って獲得することができる。
前記「菌体」は本発明の菌株自体を意味するものであって、醗酵食品から分離して選別した菌株自体または前記菌株を培養して培養液から分離した菌株を含む。前記菌体は培養液を遠心分離して下層に沈んだ部分を取って獲得することができ、または重力によって培養液の下層に沈むので一定時間静置してから上部の液体を除去することによって獲得することができる。
また、本発明のアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027(受託番号KCTC 13530BP)菌株培養液、菌体または上澄液の抽出物はエチルアセテート(ethyl acetate;EtOAc)またはエタノール(ethanol、ethyl alcohol;EtOH)で抽出した抽出物であってもよいが、これに限定されない。さらに、本発明のアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株培養液、菌体または上澄液の分画物はエチルアセテート抽出物をメタノールで分画した分画物であってもよいが、これに限定されない。本発明のアッカーマンシアムシニフィラ(受託番号KCTC 13530BP)菌株培養液、上澄液または抽出物の分画物は当業界に広く知られている通常の分画方法によって収得でき、例えば、陰イオン交換カラムまたはサイズカラムなどを用いたクロマトグラフィー法によって収得できる。
本発明の「代謝性疾患」は慢性的な代謝障害によって耐糖能障害、糖尿、脂肪肝、高血圧、異常脂質血症、肥満、心血管系アテローム動脈硬化症などの様々な疾患が一個人に1または2以上現れることを意味し、一例として耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患および肥満から選択されたいずれか一つであり得る。
本発明によってIL−6増加、GLP−1発現増加、褐色脂肪の活性増加が誘導されて前記代謝性疾患に有利な効果を示すことができ、さらに前記代謝性疾患が予防、改善または治療できる。
発明は、配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質を有効性分として含む食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物を提供する。
前記B2UM07タンパク質はLC/MS−MSを通じて本発明の効能分画内タンパク質identificationを実施する時、既存菌株のNCBI Database matchingを通じて確認され、その情報は以下の通りである。
Gene:Amuc_1631
UniProtKB−B2UM07
Protein name−Carboxyl−terminal protease
Organism:Akkermansia muciniphila
前記B2UM07タンパク質はアッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したものであってもよく、具体的に、前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株はSNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であってもよい。
本発明は、配列番号2のアミノ酸配列からなるタンパク質以外にも前記配列の変異体も本発明の範囲内に含まれると見なす。変異体は塩基配列またはアミノ酸配列は変化するが、配列番号2のアミノ酸配列と類似の機能的特性を有する塩基配列からなるアミノ酸配列からなるタンパク質である。具体的に、本発明によるタンパク質は、配列番号2のアミノ酸配列と70%以上、さらに好ましくは80%以上、より一層好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上の配列相同性を有するアミノ酸配列を含むことができる。
また、本発明は前記B2UM07タンパク質をコーディングする遺伝子を提供する。本発明の遺伝子はB2UM07タンパク質をそれぞれコーディングするゲノムDNAとcDNAを全て含む。好ましく、前記遺伝子は配列番号2のタンパク質を暗号化する塩基配列を含むことができる。
また、前記塩基配列の変異体が本発明の範囲内に含まれる。具体的に、前記遺伝子は配列番号2のタンパク質を暗号化する塩基配列と60%以上、さらに好ましくは70%以上、より一層好ましくは80%以上、最も好ましくは90%以上の配列相同性を有する塩基配列を含むことができる。
発明の他の様相は、本発明によるB2UM07タンパク質をコーディングする遺伝子を含む組換えベクターを提供する。本発明の「組換え」という用語は、細胞が異種の核酸を複製するか、前記核酸を発現するかまたはペプチド、異種のペプチドまたは異種の核酸によって暗号されたタンパク質を発現する細胞を指して称するものである。組換え細胞は、前記細胞の天然形態では発見されない遺伝子または遺伝子切片を、センスまたはアンチセンス形態のうちの一つに発現することができる。また、組換え細胞は天然状態の細胞で発見される遺伝子を発現することができ、しかし前記遺伝子は変形されたものであって人為的な手段によって細胞内に再導入されたものである。
前記「ベクター」は、細胞内に伝達するDNA断片、核酸分子を指す時に使用される。ベクターはDNAを複製させ、宿主細胞で独立的に再生産できる。また、本発明は、前記組換えベクターに形質転換された形質転換体を提供する。ベクターを大腸菌で形質切換させる方法としてはCaClバッファーを用いた適格細胞(competent cell)使用、電気穿孔法(electroporation)、熱衝撃法(heat shock)などの当業界に通常知られている方法を使用することができる。前記形質転換大腸菌を培養する方法は当業界で通常使用される大腸菌の培養法を用いることができる。
本発明による薬学的組成物は、人間を含む哺乳動物に多様な経路で投与できる。本発明の用語「投与」とは、適切な方法で個体に所定の物質を導入することを意味し、投与方式は通常使用される全ての方式であってもよく、例えば、経口、皮膚、静脈、筋肉、皮下などの経路で投与でき、好ましくは、経口で投与できる。本発明の薬学的組成物はそれぞれ通常の方法によって散剤、顆粒剤、錠剤、カプセル剤、懸濁液、エマルジョン、シロップなどの経口型剤形、または軟膏剤、エアゾール、経皮剤、坐剤および滅菌注射用液などの非経口剤形などに剤形化して使用できる。本発明の薬学的組成物は、薬剤学的に適し生理学的に許容される担体、賦形剤および希釈剤などの補助剤を追加的に含有するものであってもよい。
本発明の薬学的組成物に含まれる担体、賦形剤および希釈剤としては、ラクトース、デキストロース、スクロース、ソルビトール、マンニトル、キシリトール、エリスリトール、マルチト−ル、デンプン、アラビアガム、アルギネート、ゼラチン、カルシウムホスフェート、カルシウムシリケート、セルロース、メチルセルロース、微結晶性セルロース、ポリビニルピロリドン、水、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、マグネシウムステアレート、および鉱物油が挙げられる。製剤化する場合には通常使用する充填剤、増量剤、結合剤、湿潤剤、崩壊剤、界面活性剤などの希釈剤または賦形剤を使用することができる。
本発明の薬学的組成物を人間に適用する具体例において、本発明の薬学的組成物は単独で投与できるが、一般に投与方式と標準薬剤学的慣行(standard pharmaceutical practice)を考慮して選択された薬剤学的担体と混合されて投与できる。例えば、本発明のアッカーマンシアムシニフィラ菌株含有組成物は、デンプンまたはラクトースを含有する錠剤形態に、または単独または賦形剤を含有するカプセル形態に、またはうまみを出すか色を帯びるようにする化学薬品を含有するエリキシルまたは懸濁剤形態に経口、口腔内または舌下投与できる。
本発明の薬学的組成物の投与容量は患者の年齢、体重、性別、投与形態、健康状態および疾患程度によって変わり、医師または薬剤師の判断によって一定時間間隔で1日1回乃至数回に分割投与することもできる。例えば、有効成分含量を基準にして1日投与量が0.1〜500mg/kg、好ましくは0.5〜300mg/kgであってもよい。前記投与量は平均的な場合を例示したものであって、個人的な差によってその投与量が高いか低くてもよい。
本発明のまた他の一例は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株SNUG−61027(受託番号KCTC 13530BP)またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物を有効性分として含む食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品を提供する。
前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であり得る。
本発明によってIL−6増加、GLP−1発現増加、褐色脂肪の活性増加が誘導されて前記代謝性疾患に有利な効果を示すことができ、さらに前記代謝性疾患が緩和または治療できる。
また、本発明は、配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質を有効性分として含む食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品を提供する。
前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であり得る。
前記B2UM07タンパク質はアッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したものであってもよく、具体的に、前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株はSNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であってもよく、具体的な内容は前記前述の通りである。
前記健康機能性食品は、各種飲料、醗酵乳、食品添加剤などであってもよい。
前記健康機能性食品に含まれている有効性分としてのアッカーマンシアムシニフィラ菌株の含量は食品の形態、所望の用途などによって適切に特別な制限がなく、例えば、全体食品重量の0.01〜15重量%で加えることができ、健康飲料組成物は100mlを基準にして0.02〜10g、好ましくは0.3〜1gの比率で加えることができる。
本発明の健康機能食品のうちの飲料には指示された比率で必須成分として前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株を含有すること以外に液体成分には特別な制限はなく、通常の飲料のように様々な香味剤または天然炭水化物などを追加成分として含有することができる。
前述の天然炭水化物の例はモノサッカライド、例えば、ブドウ糖、果糖などのジサッカライド、例えばマルトース、スクロースなどのおよびポリサッカライド、例えばデキストリン、シクロデキストリンなどのような通常の糖およびキシリトール、ソルビトール、エリトリトールなどの糖アルコールである。前述のもの以外の香味剤として天然香味剤(タウマチン、ステビア抽出物(例えば、レバウジオシドA、グリチルリチンなど)および合成香味剤(サッカリン、アスパルタムなど)を有利に使用することができる。前記天然炭水化物の比率は、本発明の組成物100ml当り一般に約1〜20g、好ましくは約5〜12gである。
前記以外に、本発明の健康機能食品は、様々な栄養剤、ビタミン、鉱物(電解質)、合成風味剤および天然風味剤などの風味剤、着色剤および増進剤(チーズ、チョコレートなど)、ペクチン酸およびその塩、アルギン酸およびその塩、有機酸、保護性コロイド増粘剤、pH調節剤、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る。
その他に、本発明の健康機能食品は、天然果物ジュースおよび果物ジュース飲料および野菜飲料の製造のための果肉を含有することができる。このような成分は、独立的にまたは組み合わせて使用することができる。このような添加剤の比率はあまり重要ではないが、本発明の健康機能食品100重量部当り0〜約20重量部の範囲で選択されるのが一般的である。
本発明は、アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途を提供する。
本発明の用途に使用される前記アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)は、配列目録1の塩基配列からなる16S rDNAを含むものであってもよい。
本発明の用途が適用される前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であり得る。
また、本発明は、配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途を提供する。
本発明の用途に使用される前記B2UM07タンパク質は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したものであってもよい。
本発明の用途に使用される前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であってもよい。
本発明は、アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物を処理する段階を含む食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法を提供する。
本発明の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法に使用される前記アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)は、配列目録1の塩基配列からなる16S rDNAを含むものであってもよい。
本発明の方法が適用される前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であり得る。
本発明は、配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質を処理する段階を含む食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法を提供する。
本発明の方法に使用される前記B2UM07タンパク質は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したものであってもよい。
本発明の方法に使用される前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であってもよい。
本発明は、アッカーマンシアムシニフィラの抗肥満効果のうちの体重減少およびグルコース恒常性調節以外に褐色脂肪の活性化効果および食欲調節ホルモンGLP−1分泌能を確認し、このような効能がホストの特定サイトカイン、IL−6に依存的であるのを確認した。また、本発明では、GLP−1誘導能力が顕著に増加された新規アッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)を発掘し、アッカーマンシアムシニフィラ菌株培養液から分離されたB2UM07(P9)タンパク質が顕著に優れたGLP−1誘導能力、体内グルコース恒常性維持能力および体重減少効果を示すのを確認した。したがって、前記新規アッカーマンシアムシニフィラ菌株およびB2UM07タンパク質は、食欲抑制または代謝性疾患の治療または予防に有用に使用できる。
高脂肪食餌マウスモデルにアッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila、Akk)菌株投与後、肝と褐色脂肪重量改善効果を実験した結果である。 図1−1の続きである。 qPCRを用いてアッカーマンシアムシニフィラ菌株によるUCP−1発現および褐色脂肪関連マーカー増加を確認した実験結果である。 qPCRを用いてアッカーマンシアムシニフィラ菌株による小腸内IL−6サイトカイン増加およびGLP−1増加を確認した実験結果である。 図3−1の続きである。 図3−2の続きである。 アッカーマンシアムシニフィラ菌株による褐色脂肪発現および発熱反応がIL−6サイトカインに依存的であるのを確認した実験結果である。 図4−1の続きである。 図4−2の続きである。 図4−3の続きである。 図4−4の続きである。 図4−5の続きである。 図4−6の続きである。 図4−7の続きである。 in vitro上でアッカーマンシアムシニフィラによるGLP−1発現はバクテリア分泌物質によることであるのを確認した実験結果である(ELISA)。 in vitro上でアッカーマンシアムシニフィラによるGLP−1発現は短鎖脂肪酸(SCFA)でない他の要素によることであるのを確認した実験結果である(GC−MS)。 in vitro上でアッカーマンシアムシニフィラの大きさ分画によるGLP−1発現能を確認した実験結果である。 GLP−1誘導分画(100K、300K)にタンパク質分解酵素(proteinase K;PK)を処理した後、GLP−1発現を確認した実験結果である。 陰イオン交換カラムとサイズカラムを用いたGLP−1誘導分画(100K)の分画化およびGLP−1誘導分画実験結果である。 図8−1の続きである。 LC/MS−MSを用いたアッカーマンシアムシニフィラのGLP−1誘導分画(100K、m2−m4、G17−G20)タンパク質定性分析実験結果である。 図9−1の続きである。 純粋精製した候補タンパク質によるGLP−1誘導能を確認した実験結果である(SDS−PAGE gel)。 図10−1の続きである。 ターゲットタンパク質の腹腔投与時体内グルコース恒常性能力を確認した実験結果である。 図11−1の続きである。 図11−2の続きである。 ターゲットタンパク質の口腔投与時体内グルコース恒常性能力を確認した実験結果である。 図12−1の続きである。 図12−2の続きである。
以下、本発明を下記の実施例または実験例によってさらに詳細に説明する。但し、下記の実施例は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲がこれらのみに限定されるのではない。
実施例1.高脂肪食餌マウスモデルにアッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila、Akk)菌株投与後、肝と褐色脂肪重量減少効果分析
アッカーマンシアムシニフィラ(ATCC BAA−835、Akk)菌株を0.5%ムチン(mucin)添加brain heart infusion(BHI)固体培地で72時間嫌気培養した後、スタックを確保した。6週齢雄C57BL/6マウスに高脂肪食餌(60%脂肪)飼料摂取と同時に菌株を4×10CFU/200μl/mouse濃度で毎日経口投与した(HF+Akk、n=8/グループ)。低脂肪食餌(10%脂肪)飼料(LF)と高脂肪食餌飼料(HF)のみ摂取したグループを対照群として使用した。14週後、対照群と菌株投与グループを比較した。16時間絶食後、脂肪組織と肝組織を採取、組織重量を測定した(図1A)。
その結果、HF群と比較してHF+Akk群の鼠経脂肪組織(inguinal white adipose tissue、igWAT)および副睾丸脂肪組織(epididymal white adipose tissue、EpiWAT)重量は有意的変化がなかったが、褐色脂肪組織(interscapular brown adipose tissue、iBAT)重量は有意的に減少するのを確認した。また、褐色脂肪(iBAT)および肝組織重量を体重と相関関係分析をした時(図1B)、褐色脂肪および肝組織重量が体重と有意的に比例するのを確認することによって、褐色脂肪と肝重量の減少現象はアッカーマンシアムシニフィラの標的組織である可能性を提示した。
また、ヘマトキシリンエオシン染色(H&E染色)を通じて褐色脂肪組織および肝組織の脂肪大きさをグループ別に比較した結果、アッカーマンシアムシニフィラ投与群で対照群に比べて褐色脂肪組織および肝組織の脂肪大きさが顕著に減少したことが観察された(図1CおよびD)。
したがって、実験結果、アッカーマンシアムシニフィラが褐色脂肪組織の重量および脂肪大きさ減少および肝組織重量減少に寄与するのを確認した(図1A〜D)。
実施例2.アッカーマンシアムシニフィラ菌株によるUCP−1発現および褐色脂肪関連マーカー増加
褐色脂肪組織(iBAT)で、褐色脂肪活性化マーカーであるuncoupling protein(UCP−1)をimmuno−histochemistry(IHC)染色をしてグループ別に比較した(図2A)。組織のRNAを抽出、cDNA合成後、UCP−1の遺伝子発現をqPCRで確認し、褐色脂肪分化関連マーカー(CIDEA、PRDM16、PPARGC1α、Apelin)も確認した(図2B)。
実験結果、アッカーマンシアムシニフィラを投与した高脂肪誘導マウスで褐色脂肪組織の褐色脂肪関連マーカーが非投与群より有意的に増加したのを確認し、褐色脂肪活性に関与するUCP−1因子を組織染色した結果からも増加が確認されてアッカーマンシアムシニフィラの褐色脂肪誘導機序を確認した。
実施例3.アッカーマンシアムシニフィラ菌株による小腸および大腸内IL−6サイトカイン増加およびGLP−1増加
小腸(ileum)組織と大腸(colon)組織のRNAを抽出、cDNAを合成後、免疫サイトカインマーカー(TNF−α、IL−1β、IL−18、IL−6、IL−10)の発現程度をグループ別に比較した(図3A、B)。
マウス腸細胞株(CT26 cell)にラクトバシラス3種(KCTC2180、KCTC3112、KCTC1048)とビフィドバクテリウム3種(KCTC3127、KCTC3128、KCTC3352)またはアッカーマンシアムシニフィラ(Akk)を処理時、IL−6サイトカインの発現能を比較した。E.coliからの脂質多糖類(Lipopolysaccharide、LPS)を陽性対照群として使用した(図3C)。
小腸組織で腸分泌食欲調節ホルモン、グルカゴン様ペプチド−1(GLP−1)の発現を誘導する関連遺伝子(gcg、pcsk1、pcsk2)をqPCRで確認した(図3D)。
実験結果、アッカーマンシアムシニフィラ投与によってマウス小腸および大腸細胞内IL−6サイトカインが有意的に増加し、血清内食欲調節ホルモン、グルカゴン様ペプチド−1(GLP−1)の発現が有意的に増加したのを確認した(図3A〜3D)。特に、マウス腸細胞株でアッカーマンシアムシニフィラは他のラクトバシラスおよびビフィドバクテリウム菌株に比べて顕著に増加されたIL−6水準を示した。
実施例4.アッカーマンシアムシニフィラ菌株による褐色脂肪発現および発熱反応がIL−6サイトカインに依存的なのかどうか
アッカーマンシアムシニフィラの褐色脂肪活性化効能がIL−6サイトカイン依存的なのかどうかを確認した。
このために、6週齢雄C57BL/6 Wild type(WT)マウスとIL−6遺伝子欠乏マウス(IL−6KO)マウスにそれぞれ高脂肪食餌(60% high fat;HF)飼料摂取と同時に菌株を4×10CFU/200μl/mouse濃度で毎日経口投与した(IL−6KO群はn=6、それ以外の群はn=8/グループ)。低脂肪食餌(10% low fat;LF)飼料と高脂肪食餌飼料のみ摂取したグループを対照群として使用した。14週後、WTマウスとIL−6KOマウスで高脂肪食餌のみ行ったグループと菌株投与グループを比較した。
16時間絶食後、褐色脂肪組織を分離してRNAを抽出、cDNAを合成した後、UCP−1発現をqPCRで確認した(図4A)。デジタル温度計(TESTO925)を使用して直腸温度を測定した(図4B)。褐色脂肪の皮膚温度を熱画像カメラ(FLIR)を用いて測定した(図4CおよびD)。
血清内GLP−1濃度を測定するために5時間朝に空腹を誘導した後、2g/kg濃度でグルコースを口腔投与した。10分後、眼窩採血を通じてplasmaを採血してGLP−1の半減期を抑制する1μg/ml diprotin A(6019;Tocris)が添加された冷たく維持されたチューブに入れた。遠心分離(4,000Xg、10min)後、上清液を−80℃に凍結した。その後、マウスGLP−1 ELISA kitを通じてGLP−1発現を測定した(図4E)。
小腸(ileum)組織と大腸(colon)組織内GLP−1発現を誘導する関連遺伝子(gcg、pcsk1、pcsk2)をWTマウスとIL−6KOマウスでqPCRで確認した(図4F〜H)。
実験結果、アッカーマンシアムシニフィラ投与によって発現が増加する褐色脂肪関連遺伝子UCP−1はIL−6遺伝子欠乏マウスで発現が増加しなかった(図4A)。また、褐色脂肪部位の皮膚表面温度を赤外線カメラで測定または肛門体温計で測定時にもIL−6KOマウスでは褐色脂肪活性化による熱発生が現れないのを確認した(図4B〜4D)。また、WTマウスとは異なり、IL−6KOマウスでは血清内GLP−1濃度がむしろ減少し、GLP−1の発現を誘導する遺伝子(gcg、pcsk1、pcsk2)水準にも変化がなくて、小腸内食欲調節ホルモンGLP−1の増加もIL−6に依存的であるのを確認した(図4E〜H)。
実施例5.アッカーマンシアムシニフィラによるGLP−1発現はバクテリア分泌物質によることであるのを確認(in vitro)
Akk菌株(アッカーマンシアムシニフィラATCC BAA−835)またはアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株を0.5%ムチン(mucin)培地に培養後、液体培養のために0.1%または5% Fetal bovine serum(FBS)添加BHI培地に36時間培養した。
GLP−1を分泌するNCI−H716(ATCC CCL−251)細胞株をコラーゲンがコーティングされた96−wellプレートに2×10cells/ml濃度でseeding後、細胞間グルコースに対する細胞代謝同期化(synchronization)をするために0.2%ウシ血清アルブミン(BSA)添加されたHBSS(Hanks Buffered Saline Solution)で2時間培養した。その後、Akk菌株(ATCC BAA−835)またはアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027の菌ペレット(菌株対細胞比率:1:20)または培養上清液(cell free supernatant;CFS)を10%v/v濃度で処理した。2時間後上清液を獲得して上清液内GLP−1発現程度をELISA kitを通じて測定した(図5A)。GLP−1発現効能を濃度別に確認するために前記のような方法でSNUG−61027菌株の培養上清液を10〜100%v/v濃度で、または対照群(con)としてビフィドバクテリウムビフィダム(KBL483;韓国人糞便由来分離菌株)を10〜100%v/v濃度で処理後、2時間後に上清液を獲得して上清液内GLP−1発現を確認した(図5B)。
実験結果、アッカーマンシアムシニフィラの生菌と上清液をGLP−1誘導細胞株(L細胞)に処理した時、生菌処理時にはGLP−1が測定されない反面、上清液処理時にはGLP−1が高く発現されるのを確認し、その発現水準はATCC BAA−835よりSNUG−61027菌株で有意的に顕著な増加を示した(図5A)。また、SNUG−61027菌株の培養上清液処理時のGLP−1の発現水準は濃度依存的に増加した(図5B)。
実施例6.アッカーマンシアムシニフィラによるGLP−1発現は短鎖脂肪酸でない他の要素によることであるのを確認(in vitro)
アッカーマンシアムシニフィラ分泌短鎖脂肪酸(short chain fatty acid、SCFA)分析のためにGC−MSを用いて代表的な短鎖脂肪酸、アセテート(acetate)、プロピオネート(propionate)、ブチレート(butyrate)の発現を確認した(図6A)。アセテートとプロピオネート(1mM、10mM)と菌株培養上清液(100%v/v)を処理後2時間後、GLP−1発現程度を確認した(図6B)。
実験結果、アッカーマンシアムシニフィラはアセテートとプロピオネートを分泌するのを確認した(図6A)。しかし、アセテートとプロピオネートによって誘導されるGLP−1はアッカーマンシアムシニフィラの培養上清液によって発現されるGLP−1より顕著に少なかった(図6B)。したがって、アッカーマンシアムシニフィラによって誘導されるGLP−1はアセテートとプロピオネート以外の要素が関与するのが分かった。
実施例7.サイズフィルター、陰イオン交換カラムとサイズカラムを用いたGLP−1誘導分画(100K)の分画化およびGLP−1誘導分画確認
培養液内活性物質を分離するために大きさ別フィルターを用いて各分画を確保した。その後、これを濃縮した後、GLP−1誘導能を確認した時、100kDa〜300kDaの間の分画で高い水準のGLP−1が発現されるのを確認した。また、効能分画(100K〜300K、30K〜100K)内タンパク質を除去するために、タンパク質分解酵素(proteinase K;PK)を100μg/ml濃度で55℃で1時間処理後、90℃で10分間非活性化後、GLP−1発現を測定した。その結果、タンパク質が除去された分画ではGLP−1発現が誘導されないのを確認し、これを通じて分画内タンパク質によってGLP−1が誘導されるのを確認した。アッカーマンシアムシニフィラ上清液の100kDa〜300kDa(100K)を再び分画化するためにMonoQ陰イオン交換カラム(MomoQ 5/50、GE Healthcare)およびAKTAexplorer system(GE Healthcare)を用いてFPLC(fast protein liquid chromatography)を行った。80μg/mlの100K分画が注入され、1ml/minの速度でサンプルを分画化した。その後、各分画をL細胞に処理した後、GLP−1発現程度を測定した。実験結果、m2−m4分画で高い含量のGLP−1が発現されるのを確認した(図8A)。
その後、m2−m4分画を30Kフィルターで濃縮した後、濃縮されたサンプルを再びGPCサイズカラム(GPC/SEC)を用いてFPLCを行った。分画にはhiload 16/600 Superdex pg(GE Healthcare)AKTAexplorer systemを使用して3ml/minの速度でサンプルを分画化した。同様の方法で各分画をL細胞に処理、GLP−1発現能を確認した。実験結果、G17−G20分画でGLP−1が高い水準で発現されるのを確認した(図8B)。
実施例8.LC/MS−MSを用いたアッカーマンシアムシニフィラのGLP−1誘導分画(100K、m2−m4、G17−G20)タンパク質定性分析
アッカーマンシアムシニフィラ上清液から確保された、Sample1)100K concentrate、Sample2)MonoQ concentrate、Sample3)GPC concentrateをLC/MS−MSを通じて定性分析した。上清液の基本培地で発見できるbovine関連タンパク質は除き、各分画で確認されるタンパク質個数を確認した。
このために、大きさフィルターを通じて確保した各サンプルに対する定性分析を行い、最後に濃縮されたと思われるGPC concentrate内発現するタンパク質またはペプチド10種をintensity別に羅列し、他の分画内発現程度と比較した。LC−MS/MS(Nanoflow Easy−nLC 100/Q Exactive mass spectrometer)分析機器を使用した。Maxquantソフトウェア1.5を用いてprocessingされ、Universal Protein Resource(Uniprot) protein databaseを用いてannotationをすることによってタンパク質を定性分析した。総タンパク質とペプチドはfalse discovery rate<1%未満であるもののみ選定した。
実験結果、候補タンパク質が最も濃縮されたと思われるSample3)G17−G20分画で10個のタンパク質を確認した(図9A、B)。
実施例9.純粋精製した候補タンパク質によるGLP−1誘導能確認
アッカーマンシアムシニフィラ濃縮分画に由来したタンパク質10種をクローニング後、E.coli BL21細胞で発現してタンパク質を純粋分離した。タンパク質10種のうちの1種(Beta−galactosidase)はクローニングで有効な発現ベクターを得られなくて以下の段階で除いた。その後、発現後分離したタンパク質9種をSDS−PAGEを通じて純粋分離されたのを確認した。Amuc1100はアッカーマンシアムシニフィラ由来抗肥満機能が知られたタンパク質であって(Plovier H. et al., A purified membrane protein from Akkermansia muciniphila or the pasteurized bacterium improves metabolism in obese and diabetic mice. Nat Med.(2017)23:107−113)陽性対照群として使用された。分離された各タンパク質をL細胞に処理してGLP−1発現を確認した。
このために、合成されたターゲットタンパク質をIPTG誘導プロモーターがあるpET−21bプラスミド(Novagen)に挿入後、his−tagを通じて純粋精製した。これをSDS−PAGE gelを通じて確認した。合成されたプラスミドをBL21 Escherichia coli菌株にtransformationして培養させることによってタンパク質を大量生産、分離し、タンパク質濃度を測定後、NCI−H716細胞株に処理した。
実験結果、興味深くB2UKW8(P1)、B2URM2(P5)、B2UM07(P9)タンパク質によってGLP−1の発現が誘導されるのを確認し、特にB2UM07タンパク質の場合、10μg/mlおよび100μg/ml全てでAmuc1100タンパク質より顕著に高い水準でGLP−1を誘導するのを確認した(図10C)。
実施例10.ターゲットタンパク質の体内グルコース恒常性能力確認(正常食餌、腹腔投与)
発掘されたターゲットタンパク質によって体内グルコース恒常性能力が向上されるか確認するために、P1(B2UKW8)、P5(B2UKW8)、P9(B2UM07)タンパク質を正常食餌マウスに腹腔で100μg/mouse濃度で一週間投与後、耐糖性テストを行った。
このために、効能タンパク質3種(P1、P5、P9)を正常食餌マウスに100μg/200μl濃度で毎日腹部投与後、7日後、投与しないグループと体重を比較し(n=8/グループ、図11C)、投与14日後、グルコースを2g/kg濃度で口腔投与後、15分〜120分間血糖を測定して時間別耐糖性テストを行った(図11Aおよび11B)。
実験結果、結果、P9(B2UM07)投与グループが他のグループに比べて有意的に血糖が低く維持されるのを確認した。これは従来耐糖能があると知られたアッカーマンシアムシニフィラ由来Amuc1100タンパク質より効果的と示された。P1(B2UKW8)とP5(B2UKW8)は耐糖能傾向性のみ確認されたが、P9グループの場合、体重減少も有意的に確認された(図11C)。
実施例11.ターゲットタンパク質の体内グルコース恒常性能力確認(高脂肪食餌、口腔投与)
発掘されたターゲットタンパク質によって体内グルコース恒常性能力が向上されるか確認するために、P9(B2UM07)タンパク質を高脂肪食餌マウスに口腔で100μg/mouse濃度で8週間投与後、耐糖性テストを行った。グルコースを口腔投与(2g/kg)後、15分〜120分間血糖を測定した。
実験結果、P9(B2UM07)投与グループは高脂肪食餌マウスグループに比べて有意的な体重増加抑制効果を示し、その効果はAmuc1100投与グループより大きく示された(図12A)。また、グルコース投与30分後、高脂肪食餌マウスグループに比べて有意的にグルコース恒常性能力が調節されるのを確認した(図12Bおよび12C)。
KCTC13530BP
Figure 2022502067
このような背景下で、本発明者らは代謝性疾患を効果的に予防および治療するための目的で現在抗肥満研究に用いられている標準菌株、アッカーマンシアムシニフィラ菌株(Akkermansia muciniphila、Akk;米国菌株銀行、寄託番号:ATCC BAA−835)と健康な韓国人糞便から分離した分離菌株アッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株(受託番号:KCTC13530)を用いてアッカーマンシアムシニフィラが褐色脂肪活性に影響を与えるUCP−1因子を高め、小腸で食欲調節ホルモンGLP−1分泌を誘導するのを確認した。
本発明によってIL−6増加、GLP−1分泌増加、褐色脂肪の活性増加が誘導されて前記代謝性疾患に有利な効果を示すことができ、さらに前記代謝性疾患が予防、改善または治療できる。
本発明によってIL−6増加、GLP−1分泌増加、褐色脂肪の活性増加が誘導されて前記代謝性疾患に有利な効果を示すことができ、さらに前記代謝性疾患が緩和または治療できる。
前述の天然炭水化物の例はモノサッカライド、例えば、ブドウ糖、果糖などのジサッカライド、例えばマルトース、スクロースなどのポリサッカライド、例えばデキストリン、シクロデキストリンなどのような通常の糖およびキシリトール、ソルビトール、エリトリトールなどの糖アルコールである。前述のもの以外の香味剤として天然香味剤(タウマチン、ステビア抽出物(例えば、レバウジオシドA、グリチルリチンなど)および合成香味剤(サッカリン、アスパルタムなど)を有利に使用することができる。前記天然炭水化物の比率は、本発明の組成物100ml当り一般に約1〜20g、好ましくは約5〜12gである。
本発明の方法に使用される前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であってもよい。
以下、本発明の実施形態を示す。
(1)アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)。
(2)前記菌株は、配列目録1の塩基配列からなる16S rDNAを含むことを特徴とする、(1)に記載のアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)。
(3)(1)のアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物を有効性分として含む、食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
(4)前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、(3)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
(5)前記アッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物は、IL−6増加、GLP−1発現増加、および褐色脂肪の活性増加のうちのいずれか一つ以上を誘導することを特徴とする、(3)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
(6)配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質を有効性分として含む、食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
(7)前記B2UM07タンパク質は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したことを特徴とする、(6)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
(8)前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であることを特徴とする、(7)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
(9)前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、(6)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
(10)(1)のアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物を有効性分として含む、食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
(11)前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、(10)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
(12)前記アッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物は、IL−6増加、GLP−1発現増加、および褐色脂肪の活性増加のうちのいずれか一つ以上を誘導することを特徴とする、(10)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
(13)配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質を有効性分として含む、食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
(14)前記B2UM07タンパク質は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したことを特徴とする、(13)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
(15)前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であることを特徴とする、(14)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
(16)前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、(13)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
(17)アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
(18)前記アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)は、配列目録1の塩基配列からなる16S rDNAを含むことを特徴とする、(17)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
(19)前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、(17)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
(20)配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
(21)前記B2UM07タンパク質は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したことを特徴とする、(20)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
(22)前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であることを特徴とする、(21)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
(23)アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物を処理する段階を含む、食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
(24)前記アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)は、配列目録1の塩基配列からなる16S rDNAを含むことを特徴とする、(23)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
(25)前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、(23)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
(26)配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質を処理する段階を含む、食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
(27)前記B2UM07タンパク質は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したことを特徴とする、(26)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
(28)前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であることを特徴とする、(27)に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
高脂肪食餌マウスモデルにアッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila、Akk)菌株投与後、肝と褐色脂肪重量改善効果を実験した結果である。 図1−1の続きである。 qPCRを用いてアッカーマンシアムシニフィラ菌株によるUCP−1発現および褐色脂肪関連マーカー増加を確認した実験結果である。 qPCRを用いてアッカーマンシアムシニフィラ菌株による小腸内IL−6サイトカイン増加およびGLP−1増加を確認した実験結果である。 図3−1の続きである。 図3−2の続きである。 アッカーマンシアムシニフィラ菌株による褐色脂肪発現および発熱反応がIL−6サイトカインに依存的であるのを確認した実験結果である。 図4−1の続きである。 図4−2の続きである。 図4−3の続きである。 図4−4の続きである。 図4−5の続きである。 図4−6の続きである。 図4−7の続きである。 in vitro上でアッカーマンシアムシニフィラによるGLP−1分泌はバクテリア分泌物質によることであるのを確認した実験結果である(ELISA)。 in vitro上でアッカーマンシアムシニフィラによるGLP−1分泌は短鎖脂肪酸(SCFA)でない他の要素によることであるのを確認した実験結果である(GC−MS)。 in vitro上でアッカーマンシアムシニフィラの大きさ分画によるGLP−1分泌能を確認した実験結果である。 GLP−1誘導分画(100K、300K)にタンパク質分解酵素(proteinase K;PK)を処理した後、GLP−1分泌を確認した実験結果である。 陰イオン交換カラムとサイズカラムを用いたGLP−1誘導分画(100K)の分画化およびGLP−1誘導分画実験結果である。 図8−1の続きである。 LC/MS−MSを用いたアッカーマンシアムシニフィラのGLP−1誘導分画(100K、m2−m4、G17−G20)タンパク質定性分析実験結果である。 図9−1の続きである。 純粋精製した候補タンパク質によるGLP−1誘導能を確認した実験結果である(SDS−PAGE gel)。 図10−1の続きである。 ターゲットタンパク質の腹腔投与時体内グルコース恒常性能力を確認した実験結果である。 図11−1の続きである。 図11−2の続きである。 ターゲットタンパク質の口腔投与時体内グルコース恒常性能力を確認した実験結果である。 図12−1の続きである。 図12−2の続きである。
小腸組織で腸分泌食欲調節ホルモン、グルカゴン様ペプチド−1(GLP−1)の分泌を誘導する関連遺伝子(gcg、pcsk1、pcsk2)をqPCRで確認した(図3D)。
実験結果、アッカーマンシアムシニフィラ投与によってマウス小腸および大腸細胞内IL−6サイトカインが有意的に増加し、血清内食欲調節ホルモン、グルカゴン様ペプチド−1(GLP−1)の分泌が有意的に増加したのを確認した(図3A〜3D)。特に、マウス腸細胞株でアッカーマンシアムシニフィラは他のラクトバシラスおよびビフィドバクテリウム菌株に比べて顕著に増加されたIL−6水準を示した。
16時間絶食後、褐色脂肪組織を分離してRNAを抽出、cDNAを合成した後、UCP−1発現をqPCRで確認した(図4A)。デジタル温度計(TESTO925)を使用して直腸温度を測定した(図4B)。褐色脂肪組織の皮膚温度を熱画像カメラ(FLIR)を用いて測定した(図4CおよびD)。
血清内GLP−1濃度を測定するために5時間朝に空腹を誘導した後、2g/kg濃度でグルコースを口腔投与した。10分後、眼窩採血を通じてplasmaを採血してGLP−1の半減期を抑制する1μg/ml diprotin A(6019;Tocris)が添加された冷たく維持されたチューブに入れた。遠心分離(4,000Xg、10min)後、上清液を−80℃に凍結した。その後、マウスGLP−1 ELISA kitを通じてGLP−1分泌を測定した(図4E)。
小腸(ileum)組織と大腸(colon)組織内GLP−1分泌を誘導する関連遺伝子(gcg、pcsk1、pcsk2)をWTマウスとIL−6KOマウスでqPCRで確認した(図4F〜H)。
実験結果、アッカーマンシアムシニフィラ投与によって発現が増加する褐色脂肪関連遺伝子UCP−1はIL−6遺伝子欠乏マウスで発現が増加しなかった(図4A)。また、褐色脂肪部位の皮膚表面温度を赤外線カメラで測定または肛門体温計で測定時にもIL−6KOマウスでは褐色脂肪活性化による熱発生が現れないのを確認した(図4B〜4D)。また、WTマウスとは異なり、IL−6KOマウスでは血清内GLP−1濃度がむしろ減少し、GLP−1の分泌を誘導する遺伝子(gcg、pcsk1、pcsk2)水準にも変化がなくて、小腸内食欲調節ホルモンGLP−1の増加もIL−6に依存的であるのを確認した(図4E〜H)。
実施例5.アッカーマンシアムシニフィラによるGLP−1分泌はバクテリア分泌物質によることであるのを確認(in vitro)
Akk菌株(アッカーマンシアムシニフィラATCC BAA−835)またはアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株を0.5%ムチン(mucin)培地に培養後、液体培養のために0.1%または5% Fetal bovine serum(FBS)添加BHI培地に36時間培養した。
GLP−1を分泌するNCI−H716(ATCC CCL−251)細胞株をコラーゲンがコーティングされた96−wellプレートに2×10cells/ml濃度でseeding後、細胞間グルコースに対する細胞代謝同期化(synchronization)をするために0.2%ウシ血清アルブミン(BSA)添加されたHBSS(Hanks Buffered Saline Solution)で2時間培養した。その後、Akk菌株(ATCC BAA−835)またはアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027の菌ペレット(菌株対細胞比率:1:20)または培養上清液(cell free supernatant;CFS)を10%v/v濃度で処理した。2時間後上清液を獲得して上清液内GLP−1分泌程度をELISA kitを通じて測定した(図5A)。GLP−1分泌効能を濃度別に確認するために前記のような方法でSNUG−61027菌株の培養上清液を10〜100%v/v濃度で、または対照群(con)としてビフィドバクテリウムビフィダム(KBL483;韓国人糞便由来分離菌株)を10〜100%v/v濃度で処理後、2時間後に上清液を獲得して上清液内GLP−1分泌を確認した(図5B)。
実験結果、アッカーマンシアムシニフィラの生菌と上清液をGLP−1誘導細胞株(L細胞)に処理した時、生菌処理時にはGLP−1が測定されない反面、上清液処理時にはGLP−1が高く分泌されるのを確認し、その分泌水準はATCC BAA−835よりSNUG−61027菌株で有意的に顕著な増加を示した(図5A)。また、SNUG−61027菌株の培養上清液処理時のGLP−1の分泌水準は濃度依存的に増加した(図5B)。
実施例6.アッカーマンシアムシニフィラによるGLP−1分泌は短鎖脂肪酸でない他の要素によることであるのを確認(in vitro)
アッカーマンシアムシニフィラ分泌短鎖脂肪酸(short chain fatty acid、SCFA)分析のためにGC−MSを用いて代表的な短鎖脂肪酸、アセテート(acetate)、プロピオネート(propionate)、ブチレート(butyrate)の生産を確認した(図6A)。アセテートとプロピオネート(1mM、10mM)と菌株培養上清液(100%v/v)を処理後2時間後、GLP−1分泌程度を確認した(図6B)。
実験結果、アッカーマンシアムシニフィラはアセテートとプロピオネートを分泌するのを確認した(図6A)。しかし、アセテートとプロピオネートによって誘導されるGLP−1はアッカーマンシアムシニフィラの培養上清液によって誘導されるGLP−1より顕著に少なかった(図6B)。したがって、アッカーマンシアムシニフィラによって誘導されるGLP−1はアセテートとプロピオネート以外の要素が関与するのが分かった。
実施例7.サイズフィルター、陰イオン交換カラムとサイズカラムを用いたGLP−1誘導分画(100K)の分画化およびGLP−1誘導分画確認
培養液内活性物質を分離するために大きさ別フィルターを用いて各分画を確保した。その後、これを濃縮した後、GLP−1誘導能を確認した時、100kDa〜300kDaの間の分画で高い水準のGLP−1が分泌されるのを確認した。また、効能分画(100K〜300K、30K〜100K)内タンパク質を除去するために、タンパク質分解酵素(proteinase K;PK)を100μg/ml濃度で55℃で1時間処理後、90℃で10分間非活性化後、GLP−1分泌を測定した。その結果、タンパク質が除去された分画ではGLP−1分泌が誘導されないのを確認し、これを通じて分画内タンパク質によってGLP−1が誘導されるのを確認した。アッカーマンシアムシニフィラ上清液の100kDa〜300kDa(100K)を再び分画化するためにMonoQ陰イオン交換カラム(MomoQ 5/50、GE Healthcare)およびAKTAexplorer system(GE Healthcare)を用いてFPLC(fast protein liquid chromatography)を行った。80μg/mlの100K分画が注入され、1ml/minの速度でサンプルを分画化した。その後、各分画をL細胞に処理した後、GLP−1分泌程度を測定した。実験結果、m2−m4分画で高い含量のGLP−1が分泌されるのを確認した(図8A)。
その後、m2−m4分画を30Kフィルターで濃縮した後、濃縮されたサンプルを再びGPCサイズカラム(GPC/SEC)を用いてFPLCを行った。分画にはhiload 16/600 Superdex pg(GE Healthcare)AKTAexplorer systemを使用して3ml/minの速度でサンプルを分画化した。同様の方法で各分画をL細胞に処理、GLP−1分泌能を確認した。実験結果、G17−G20分画でGLP−1が高い水準で分泌されるのを確認した(図8B)。
実施例9.純粋精製した候補タンパク質によるGLP−1誘導能確認
アッカーマンシアムシニフィラ濃縮分画に由来したタンパク質10種をクローニング後、E.coli BL21細胞で発現してタンパク質を純粋分離した。タンパク質10種のうちの1種(Beta−galactosidase)はクローニングで有効な発現ベクターを得られなくて以下の段階で除いた。その後、発現後分離したタンパク質9種をSDS−PAGEを通じて純粋分離されたのを確認した。Amuc1100はアッカーマンシアムシニフィラ由来抗肥満機能が知られたタンパク質であって(Plovier H. et al., A purified membrane protein from Akkermansia muciniphila or the pasteurized bacterium improves metabolism in obese and diabetic mice. Nat Med.(2017)23:107−113)陽性対照群として使用された。分離された各タンパク質をL細胞に処理してGLP−1分泌を確認した。
実験結果、興味深くB2UKW8(P1)、B2URM2(P5)、B2UM07(P9)タンパク質によってGLP−1の分泌が誘導されるのを確認し、特にB2UM07タンパク質の場合、10μg/mlおよび100μg/ml全てでAmuc1100タンパク質より顕著に高い水準でGLP−1を誘導するのを確認した(図10C)。
実験結果、P9(B2UM07)投与グループが他のグループに比べて有意的に血糖が低く維持されるのを確認した。これは従来耐糖能があると知られたアッカーマンシアムシニフィラ由来Amuc1100タンパク質より効果的と示された。P1(B2UKW8)とP5(B2UKW8)は耐糖能傾向性のみ確認されたが、P9グループの場合、体重減少も有意的に確認された(図11C)。

Claims (28)

  1. アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)。
  2. 前記菌株は、配列目録1の塩基配列からなる16S rDNAを含むことを特徴とする、請求項1に記載のアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)。
  3. 請求項1のアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物を有効性分として含む、食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
  4. 前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、請求項3に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
  5. 前記アッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物は、IL−6増加、GLP−1発現増加、および褐色脂肪の活性増加のうちのいずれか一つ以上を誘導することを特徴とする、請求項3に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
  6. 配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質を有効性分として含む、食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
  7. 前記B2UM07タンパク質は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したことを特徴とする、請求項6に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
  8. 前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であることを特徴とする、請求項7に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
  9. 前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、請求項6に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、改善または治療用薬学的組成物。
  10. 請求項1のアッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物を有効性分として含む、食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
  11. 前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、請求項10に記載の食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
  12. 前記アッカーマンシアムシニフィラSNUG−61027菌株、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物は、IL−6増加、GLP−1発現増加、および褐色脂肪の活性増加のうちのいずれか一つ以上を誘導することを特徴とする、請求項10に記載の食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
  13. 配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質を有効性分として含む、食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
  14. 前記B2UM07タンパク質は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したことを特徴とする、請求項13に記載の食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
  15. 前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であることを特徴とする、請求項14に記載の食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
  16. 前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、請求項13に記載の食欲抑制または代謝性疾患の改善または緩和用健康機能性食品。
  17. アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
  18. 前記アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)は、配列目録1の塩基配列からなる16S rDNAを含むことを特徴とする、請求項17に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
  19. 前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、請求項17に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
  20. 配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
  21. 前記B2UM07タンパク質は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したことを特徴とする、請求項20に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
  22. 前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であることを特徴とする、請求項21に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和のための用途。
  23. アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)、またはその培養液、上澄液、抽出物または分画物を処理する段階を含む、食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
  24. 前記アッカーマンシアムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)は、配列目録1の塩基配列からなる16S rDNAを含むことを特徴とする、請求項23に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
  25. 前記代謝性疾患は、耐糖能障害、糖尿、動脈硬化、高脂血症、高コレステロール症、脂肪肝、心血管疾患または肥満であることを特徴とする、請求項23に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
  26. 配列番号2のアミノ酸配列からなるB2UM07タンパク質を処理する段階を含む、食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
  27. 前記B2UM07タンパク質は、アッカーマンシアムシニフィラ菌株に由来したことを特徴とする、請求項26に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
  28. 前記アッカーマンシアムシニフィラ菌株は、SNUG−61027菌株(受託番号KCTC 13530BP)であることを特徴とする、請求項27に記載の食欲抑制または代謝性疾患の予防、治療、改善または緩和方法。
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