JP2023104356A - Method for measuring higher brain functions - Google Patents

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Shun Katada
幸一 三澤
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Abstract

To provide an objective and low-invasive method for evaluating a subject's higher brain functions.SOLUTION: A method for measuring one or more higher brain functions selected from execution function, attentive function and cognitive flexibility includes the step of measuring, in a biological sample taken from a subject, at least one of the ratios of the numbers of bacterial strains classified as Bacteroides, Ruminococcus, Streptococcus, Parabacteroides, Dorea and Actinomyces to the total number of bacterial strains.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、腸内細菌叢の構成を指標とする高次脳機能の測定方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for measuring higher brain function using the composition of intestinal microflora as an index.

実行機能、注意機能、認知柔軟性といった認知機能は、高次脳機能とも呼ばれ、加齢や頭部外傷、脳卒中などによって当該機能が障害されると、日常生活及び社会生活への適応が困難となる場合がある。
高次脳機能の中でも最上位に位置する実行機能は、遂行機能とも言われ、将来の目標達成のために適切な構えを維持する能力と定義され、認知機能の中でも上位に位置し、全ての認知機能が正常に機能するために必須な機能と考えられている(非特許文献1)。また、高次脳機能である認知機能の中の注意制御と認知柔軟性は、新しい行動パターンの促進や、非慣習的な状況における行動の最適化に重要な役割を果たし、人間の目標志向的な行動を支えていると考えられている。
Cognitive functions such as executive function, attention function, and cognitive flexibility are also called higher brain functions, and when these functions are impaired due to aging, head injury, stroke, etc., it is difficult to adapt to daily and social life. may be.
The executive function, which is positioned at the top of the higher brain functions, is also called the executive function, and is defined as the ability to maintain an appropriate posture in order to achieve future goals. It is considered an essential function for normal cognitive function (Non-Patent Document 1). In addition, attention control and cognitive flexibility, which are higher brain functions, play important roles in promoting new behavioral patterns and optimizing behavior in unconventional situations. believed to support such behavior.

斯かる高次脳機能を司る神経基盤は一般に前頭前野(prefrontal cortex)に存在すると考えられており、したがって、前頭前野の発達が不十分であったり、傷害を受けることによって高次脳機能が低下すると、無計画な行動をする、物事の優先順位をつけられない、いきあたりばったりな行動になってしまう、効率よく仕事ができない、指示されないと行動が開始できない等の症状が現れる。 It is generally believed that the neural basis that controls these higher brain functions resides in the prefrontal cortex, and therefore the prefrontal cortex is underdeveloped or damaged, resulting in lower higher brain functions. Then, symptoms such as unplanned behavior, inability to prioritize things, haphazard behavior, inability to work efficiently, and inability to start behavior without instructions appear.

現在、高次脳機能の検査法の一つとして、分割注意、複数課題の処理能力を評価する「TMT(Trail Making Test)A及びB」が確立されており、高次脳機能障害を早期かつ鋭敏に検出できることから広く使用されている。しかしながら、認知症専門医や臨床心理士による定期的検査及び患者の定期的通院が必要なこと、被測定者の気分、体調、やる気などにより点数が左右されることなどから、さらに簡便で客観的な検査法や指標の開発が求められている。また、認知症診断においては脳脊髄液検査が有用とされているが侵襲性が課題となっており、低侵襲診断に応用可能な検査法や指標の開発も必要である。 Currently, "TMT (Trail Making Test) A and B", which evaluate divided attention and ability to process multiple tasks, have been established as one of the test methods for higher brain function. It is widely used because it can be detected sharply. However, it is easier and more objective because it requires regular examinations by dementia specialists and clinical psychologists and regular hospital visits for patients, and the score is affected by the mood, physical condition, motivation, etc. of the subject. Development of inspection methods and indicators is required. Cerebrospinal fluid examination is considered useful in diagnosing dementia, but its invasiveness is a problem, and it is necessary to develop examination methods and indicators that can be applied to minimally invasive diagnosis.

一方、ヒトの消化管内には1000種類以上、100兆個以上の細菌が生息し、腸内細菌叢(フローラ)を形成している。腸内細菌叢の構成は、年齢、食習慣、疾患、微生物感染、ストレス、薬物投与等の種々の要因によって個人ごとに異なっている。最近の研究により、消化器疾患にとどまらず、代謝疾患、免疫疾患、精神疾患等、様々な疾患の発症機序に腸内細菌叢が関与していることが明らかにされつつある。特に、腸内細菌叢の構成が肥満や肥満に起因する代謝疾患と密接に関係している可能性が示唆されている。
しかしながら、腸内細菌叢の構成と高次脳機能の関係について詳細は明らかになっていない。
On the other hand, more than 1000 species and more than 100 trillion bacteria live in the human gastrointestinal tract, forming an intestinal flora. The composition of the intestinal microflora varies from individual to individual due to various factors such as age, dietary habits, disease, microbial infection, stress, and drug administration. Recent studies have revealed that the intestinal microbiota is involved in the pathogenesis of various diseases such as metabolic diseases, immune diseases, and psychiatric diseases, in addition to gastrointestinal diseases. In particular, it has been suggested that the composition of the intestinal flora is closely related to obesity and obesity-induced metabolic diseases.
However, the details of the relationship between the composition of the gut microbiota and higher brain functions have not been elucidated.

福井 俊哉、認知神経科学 (2010) 12: 156-164Toshiya Fukui, Cognitive Neuroscience (2010) 12: 156-164

本発明は、被験者の高次脳機能を評価するための、客観的で、低侵襲的な方法を提供することに関する。 The present invention relates to providing an objective, minimally invasive method for assessing higher brain function in a subject.

本発明者らは、斯かる課題に鑑み検討したところ、腸内細菌叢における特定の属に分類される菌種数の総菌種数に対する比率(属多様性)とTMT-A及び/又はTMT-Bの遂行時間との間に有意な相関又は相関傾向がみられること、被験者の生体試料中の該特定属の多様性を指標として高次脳機能を測定することができることを見出した。 The present inventors have studied in view of such problems, and found that the ratio of the number of bacterial species classified into a specific genus in the intestinal flora to the total number of bacterial species (genus diversity) and TMT-A and / or TMT It was found that there is a significant correlation or tendency to correlate with the performance time of -B, and that higher brain functions can be measured using the diversity of the specific genus in the subject's biological sample as an index.

すなわち、本発明は、以下の1)に係るものである。
1)被験者から採取された生体試料中のバクテロイデス(Bacteroides)属、ルミノコッカス(Ruminococcus)属、ストレプトコッカス(Streptococcus)属、パラバクテロイデス(Parabacteroides)属、ドレア(Dorea)属及びアクチノマイセス(Actinomyces)属のそれぞれの属に分類される菌種数の総菌種数に対する比率の1以上を測定する工程を含む、実行機能、注意機能及び認知柔軟性から選択される1種以上の高次脳機能の測定方法。
That is, the present invention relates to the following 1).
1) genus Bacteroides, genus Ruminococcus, genus Streptococcus, genus Parabacteroides, genus Dorea and genus Actinomyces in biological samples collected from subjects One or more higher brain functions selected from executive function, attention function and cognitive flexibility, including the step of measuring 1 or more of the ratio of the number of bacterial species classified into each genus to the total number of bacterial species Measuring method.

本発明の方法によれば、被験者の高次脳機能を、低侵襲的、客観的に且つ簡便に検査することができ、高次脳機能低下の早期変化を客観的に評価できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the method of the present invention, the higher brain function of a subject can be tested objectively and simply in a minimally invasive manner, and early changes in deterioration of higher brain function can be objectively evaluated.

本発明において、「高次脳機能」は、実行機能、注意機能及び認知柔軟性から選ばれる1種以上の認知機能を意味するが、実行機能及び注意機能から選ばれる1種以上を含むのが好ましく、少なくとも実行機能を含むのがより好ましい。 In the present invention, "higher brain function" means one or more cognitive functions selected from executive functions, attentional functions and cognitive flexibility, and includes one or more selected from executive functions and attentional functions. Preferably, and more preferably, it includes at least executive functions.

本発明において、「実行機能」とは、遂行機能とも言われ、将来の目標達成のために適切な構えを維持する能力と定義され、具体的には、1)課題の表象、2)企画(プランニング)、3)課題の遂行、4)望ましくない反応の抑制、5)評価と必要に応じた修正、の各能力をその構成要素とすると考えられている(前記非特許文献1)。 In the present invention, "executive function" is also referred to as executive function, and is defined as the ability to maintain an appropriate posture to achieve future goals. Specifically, 1) task representation, 2) planning ( planning), 3) execution of tasks, 4) suppression of undesired reactions, and 5) evaluation and correction as necessary (Non-Patent Document 1).

「注意機能」とは、注意制御機能とも云われ、多くの情報の中から、ある重要な情報に意識的に注意を向ける機能をいう(株式会社サイエンス社、大山正・中島義明 編、実験心理学への招待[改訂版]、p99)。注意機能は主に「選択性注意」、「注意の転換」、「注意の分割」の3つの機能から構成される(早稲田大学臨床心理学研究、第13巻、第1号、p33)。ここで、選択性注意とは、多くの刺激や対象から、特定の刺激や対象に注意を向ける機能であり、注意の転換とは、特定の刺激や対象に向けていた注意を必要に応じて中断し、他の刺激や対象に適切に切り替える機能であり、注意の分割とは、複数の対象に同時に注意を配分させる機能である。 "Attention function" is also known as attention control function, and refers to the function of consciously directing attention to certain important information from a large amount of information (Science Co., Ltd., Tadashi Oyama and Yoshiaki Nakajima, Experimental Psychology). Invitation to School [revised edition], p99). The attention function is mainly composed of three functions of "selective attention", "attention conversion", and "attention division" (Waseda University Clinical Psychology Research, Vol. 13, No. 1, p33). Here, selective attention is the function of directing attention from many stimuli and objects to a specific stimulus or object, and diverting attention is the ability to switch attention from a specific stimulus or object to a specific stimulus or object as needed. It is the ability to pause and switch to other stimuli or objects as appropriate, and splitting attention is the ability to distribute attention to multiple objects simultaneously.

「認知柔軟性」とは、不適応な考えを入れ替えたり、バランスのある思考や適応した思考を取り入れる能力のことをいう(徳吉陽河・岩崎祥一(2012)認知の柔軟性尺度(CFI)日本語版の作成と妥当性 日本心理学会第76回大会論文集、672)。 “Cognitive flexibility” refers to the ability to replace maladaptive thoughts and incorporate balanced and adaptive thinking (Yokawa Tokuyoshi and Shoichi Iwasaki (2012) Cognitive Flexibility Scale (CFI) Preparation and Validity of the Japanese Version Proceedings of the 76th Conference of the Japanese Psychological Association, 672).

本発明における高次脳機能(実行機能、注意機能及び認知柔軟性)は、TMT(Trail Making Test)により評価することができる。
TMTは高次脳機能の検査として良く用いられる方法であり、視覚注意、視覚探索、視覚運動協調性、注意の持続と選択、視覚-運動の協調性、情報処理の迅速さ、干渉を伴う短期記憶等、高次の注意機能を反映するとされている。特にTMT-Aは注意機能(注意の選択性)、TMT-Bは実行機能の指標として用いられる。
Higher brain functions (executive function, attention function and cognitive flexibility) in the present invention can be evaluated by TMT (Trail Making Test).
TMT is a method that is often used as a test of higher brain functions, and includes visual attention, visual search, visuomotor coordination, attentional maintenance and selection, visual-motor coordination, speed of information processing, and short-term interference. It is said to reflect higher attentional functions such as memory. In particular, TMT-A is used as an index of attentional function (selectivity of attention), and TMT-B is used as an index of executive function.

本発明において、「高次脳機能の測定」とは、高次脳機能の状態又は程度、実行機能障害の有無の測定を含み、好ましくは、高次脳機能の状態の測定である。
ここで、「測定」は、「検出」、「検査」、「判定」、「評価」又は「評価支援」という用語で言い換えることもできる。なお、本明細書において「判定」又は「評価」という用語は、医師による判定や評価を含むものではない。
In the present invention, "measurement of higher brain function" includes measurement of the state or degree of higher brain function and the presence or absence of executive dysfunction, preferably measurement of the state of higher brain function.
Here, "measurement" can also be interchanged with the terms "detection", "inspection", "determination", "evaluation" or "evaluation aid". In addition, the term "judgment" or "evaluation" used herein does not include judgment or evaluation by a doctor.

本発明において、「腸内細菌叢」とは、腸内フローラとも称される、消化管、特に大腸に存在する腸内細菌集団を意味する。腸内細菌叢は、典型的には、糞便の菌叢として測定することができる。 In the present invention, "intestinal flora" means an intestinal bacterial population present in the gastrointestinal tract, particularly the large intestine, also called intestinal flora. Intestinal flora can typically be measured as fecal flora.

本発明の高次脳機能の測定方法は、被験者から採取された生体試料中の、バクテロイデス(Bacteroides)属、ルミノコッカス(Ruminococcus)属、ストレプトコッカス(Streptococcus)属、パラバクテロイデス(Parabacteroides)属、ドレア(Dorea)属及びアクチノマイセス(Actinomyces)属のそれぞれの属に分類される菌種数の総菌種数に対する比率の1以上を測定する工程を含む。 The method for measuring higher brain function of the present invention is a biological sample collected from a subject. Dorea) and Actinomyces genus, the step of measuring one or more of the ratio of the number of bacterial strains classified into each genus to the total number of bacterial strains.

本発明において、被験者は特に限定されないが、例えば、加齢にともない高次脳機能が低下する中高年齢以上のヒト、高次脳機能、例えば実行機能に特徴的な自覚症状(例えば、物事の優先順位をつけられない、いきあたりばったりな行動になってしまう、効率よく作業ができない、指示されないと行動が開始できない、必要に応じて作業内容を修正できない等)を有するヒト、高次脳機能の低下が疑われるヒト等が挙げられる。 In the present invention, the subject is not particularly limited. Impossible to prioritize, haphazard behavior, inability to work efficiently, inability to start behavior without instructions, inability to modify work content as needed, etc.), decline in higher brain function. is suspected, and the like.

本発明において、生体試料としては、被験者の腸内細菌が含まれる検体、例えば、糞便や腸管内容物等が挙げられるが、採取容易性及び被験者に対する負担軽減の点から糞便を用いるのが好ましい。 In the present invention, the biological sample includes a specimen containing intestinal bacteria of a subject, such as stool and intestinal contents. From the viewpoint of ease of collection and reduction of the burden on the subject, it is preferable to use stool.

本発明において、生体試料中のある属に分類される菌種数の総菌種数に対する比率としては、次式:〔ある属に分類される菌種数/総菌種数〕×100(%)により算出される値が好ましく用いられる。斯かる値は、生体試料が由来する被験者の腸内細菌叢における該ある属に分類される菌種数の総菌種数に対する比率に相当し、該被験者の腸内細菌叢における該ある属の多様性(属多様性)を示すものである。ここで、ある属の多様性が高いとは、腸内細菌叢に該ある属に分類される細菌の種類が多く存在していることを示しており、ある属の多様性の値が大きい程、腸内細菌叢に該ある属に分類される菌種が多様に存在していることになる。 In the present invention, the ratio of the number of bacterial species classified into a certain genus in the biological sample to the total number of bacterial species is calculated by the following formula: [number of bacterial species classified into a certain genus/total number of bacterial species] × 100 (% ) is preferably used. Such a value corresponds to the ratio of the number of bacterial species classified into the genus in the intestinal flora of the subject from whom the biological sample is derived to the total number of bacterial species, and the number of the genus in the intestinal flora of the subject. It shows diversity (genus diversity). Here, the high diversity of a certain genus indicates that there are many types of bacteria classified into that genus in the intestinal flora. , the intestinal microflora contains a variety of bacterial species classified into a certain genus.

生体試料中のある属に分類される菌種数の総菌種数に対する比率を測定する手段は、特に限定されないが、好適には、16S rRNA遺伝子の塩基配列に基づいて、生体試料中の菌種を解析する方法が挙げられる。
以下、16S rRNA遺伝子の塩基配列に基づいて生体試料中の菌種を分類、同定する方法を説明する。
Although the means for measuring the ratio of the number of bacterial species classified into a certain genus in a biological sample to the total number of bacterial species is not particularly limited, it is preferable to measure the number of bacterial species in the biological sample based on the base sequence of the 16S rRNA gene. A method of analyzing species is included.
A method for classifying and identifying bacterial strains in a biological sample based on the nucleotide sequence of the 16S rRNA gene will be described below.

1)生体試料からのゲノムDNAの抽出
被験者から採取された生体試料について、公知の溶菌酵素法(BMC Microbiol.,2004,4:16)やビーズ法(Science, 2008,320,1647-1651)等により、核酸を遊離させた後、DNAの分離抽出法として知られている公知の方法、例えば、フェノール-クロロホルム法(Mol.Biol.,1986,191,615-624)やグアニジン法(Science,2005,308:1635-1638)等の汎用法を採用することにより細菌ゲノムDNAの抽出が行われる。
1) Extraction of genomic DNA from biological samples For biological samples collected from subjects, known bacteriolytic enzyme method (BMC Microbiol., 2004, 4:16), bead method (Science, 2008, 320, 1647-1651), etc. After releasing the nucleic acid, known methods known as DNA separation and extraction methods, such as the phenol-chloroform method (Mol. Biol., 1986, 191, 615-624) and the guanidine method (Science, 2005, 308 : 1635-1638) are employed to extract bacterial genomic DNA.

2)ゲノムDNA中の16S rRNA遺伝子の配列決定
次に、抽出した細菌ゲノムDNAに含まれる16S rRNA遺伝子の配列が決定される。すなわち、各菌種に特徴的な16S rRNA遺伝子の配列が決定され、その配列データに基づいて腸内細菌叢の構造が解析される。このため、該菌叢構造を反映するように、配列決定を行うべき16S rRNA遺伝子の領域を選択する必要があるが、迅速に解析を行い、配列の読み取りエラーを排除すべく、各菌種の配列の特徴が反映される限り、短い領域の配列を決定して比較することが望ましい。
配列決定を行うべき16S rRNA遺伝子の領域は、PCRによって増幅されるが、この場合のプライマーは、菌種間で普遍的に保存されている領域に設定することが好ましい。斯かるプライマーとしては、これらに限定されるものではないが、例えば表1に示すものが挙げられ、ForwardとReverseを所望の領域が増幅されるように適宜組み合わせて用いることができる(BMC Microbiology, 2012, 12:66)。
2) Sequencing of 16S rRNA gene in genomic DNA Next, the sequence of the 16S rRNA gene contained in the extracted bacterial genomic DNA is determined. That is, the sequence of the 16S rRNA gene characteristic to each bacterial species is determined, and the structure of the intestinal flora is analyzed based on the sequence data. Therefore, it is necessary to select the region of the 16S rRNA gene to be sequenced so as to reflect the bacterial flora structure. As long as the features of the sequences are reflected, it is preferable to determine and compare the sequences of short regions.
The region of the 16S rRNA gene to be sequenced is amplified by PCR, and the primers in this case are preferably set to regions that are universally conserved among bacterial strains. Examples of such primers include, but are not limited to, those shown in Table 1. Forward and reverse can be used in appropriate combination so that the desired region is amplified (BMC Microbiology, 2012, 12:66).

Figure 2023104356000001
Figure 2023104356000001

増幅されたPCR産物を精製後、配列決定が行われる。配列決定は既知の如何なる方法をも用いることができるが、例えば、次世代型超高速シークエンス装置、例えば、MiSeq(Illumina社)等を使用すると、迅速に配列決定することができる。
細菌の16S rRNA遺伝子上には、塩基配列が菌種間で保存されずに、変化に富む領域(V1~V9)が存在することが知られている。したがって、斯かる領域の少なくとも1つ、例えば、V1及びV2を含む領域、又はV3及びV4を含む領域の塩基配列を決定することが望ましい。V1及びV2を含む領域は、例えば、27F及び338Rのプライマーセットにより増幅することができ、V3及びV4を含む領域は、例えば、338F及び907Rのプライマーセットにより増幅することができる。
After purification of the amplified PCR products, sequencing is performed. Any known method can be used for sequencing. For example, rapid sequencing can be achieved by using a next-generation ultra-high-speed sequencing device such as MiSeq (Illumina).
It is known that the 16S rRNA gene of bacteria has a highly variable region (V1 to V9) whose base sequence is not conserved among bacterial strains. Therefore, it is desirable to determine the nucleotide sequence of at least one such region, eg, the region containing V1 and V2, or the region containing V3 and V4. A region containing V1 and V2 can be amplified, for example, with a primer set of 27F and 338R, and a region containing V3 and V4 can be amplified, for example, with a primer set of 338F and 907R.

取得された配列データの解析は、得られた塩基配列のデータ群について、Qiime(Quantitative Insights Into Microbial Ecology)等の解析ソフトを用いて行うことができ、配列からの菌種の同定は、The Ribosomal Database Project(Lan, Y et al, Using the RDP classifier to predict taxonomic novelty and reduce the search space for finding novel organisms. PLoS One 2012. 7:e32491.)の体系に従って行うことができる。また、微生物同定データベース(テクノスルガ・ラボ社)、NCBI nucleatide database、NCBI 16S microbial rRNA database、Greengenes database、SILVAといった遺伝子配列データベースに対するBLAST アルゴリズムを用いた相同性検索によっても可能である(J.Mol.Biol.,1990,215(3):403-410)。
配列データの解析において、特定の菌種の塩基配列と少なくとも97%の同一性を有する塩基配列データが少なくとも1コピーあれば、該特定の菌種(又は近縁種)が存在すると判断することができる。
Analysis of the obtained sequence data can be performed using analysis software such as Qiime (Quantitative Insights Into Microbial Ecology) for the data group of the obtained base sequence. It can be performed according to the system of Database Project (Lan, Y et al, Using the RDP classifier to predict taxonomic novelty and reduce the search space for finding novel organisms. PLoS One 2012. 7:e32491.). It is also possible by homology search using the BLAST algorithm against gene sequence databases such as microorganism identification database (Techno Suruga Labo), NCBI nucleotide database, NCBI 16S microbial rRNA database, Greengenes database, and SILVA (J. Mol. Biol., 1990, 215(3):403-410).
In sequence data analysis, if there is at least one copy of nucleotide sequence data that has at least 97% identity with the nucleotide sequence of a specific bacterial strain, it can be determined that the specific bacterial strain (or related species) exists. can.

本明細書において、塩基配列に関する「少なくとも97%の同一性」とは、97%以上、好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上、さらに好ましくは100%の同一性をいう。 As used herein, "at least 97% identity" with respect to nucleotide sequences means identity of 97% or more, preferably 98% or more, more preferably 99% or more, and still more preferably 100%.

後記実施例に示すとおり、バクテロイデス属に分類される菌種数の総菌種数に対する比率(すなわち、バクテロイデス属の多様性)は、高次脳機能の検査として汎用されているTMTの遂行時間と良好な相関関係が認められた。すなわち、TMT-A及びTMT-Bの遂行時間は、バクテロイデス属の多様性と有意に負に相関する。ルミノコッカス属の多様性は、TMTの遂行時間と良好な相関関係が認められた。すなわち、TMT-Bの遂行時間は、ルミノコッカス属の多様性と有意に負に相関する。ストレプトコッカス属の多様性は、TMTの遂行時間と相関する傾向が認められた。すなわち、TMT-A及びTMT-Bの遂行時間は、ストレプトコッカス属の多様性と正に相関する傾向を有する。パラバクテロイデス属の多様性は、TMTの遂行時間と良好な相関関係が認められた。すなわち、TMT-A及びTMT-Bの遂行時間は、パラバクテロイデス属の多様性と有意に負に相関する。ドレア属の多様性は、TMTの遂行時間と良好な相関関係が認められた。すなわち、TMT-Bの遂行時間は、ドレア属の多様性と有意に負に相関する。アクチノマイセス属の多様性は、TMTの遂行時間と相関する傾向が認められた。すなわち、TMT-Aの遂行時間は、アクチノマイセス属の多様性と正に相関する傾向を有する。
また、これら6属の多様性を用いて主成分分析を行い、第1主成分を算出したところ、該第1主成分とTMT-A及びTMT-Bの遂行時間との間にそれぞれ有意な相関が認められた。さらに、これら6属の多様性を説明変数とし、TMT-A及びTMT-Bの遂行時間のそれぞれを目的変数として重回帰分析を行ったところ、有意な回帰式が得られた。
したがって、被験者の生体試料中のバクテロイデス属、ルミノコッカス属、ストレプトコッカス属、パラバクテロイデス属、ドレア属及びアクチノマイセス属のそれぞれの属に分類される菌種数の総菌種数に対する比率の1以上を測定し、それを基準値と比較することにより、当該被験者の高次脳機能、具体的には実行機能、注意機能及び認知柔軟性から選ばれる1種以上を測定できる。
As shown in the examples below, the ratio of the number of bacterial species classified to the genus Bacteroides to the total number of bacterial species (that is, the diversity of the genus Bacteroides) is the performance time of TMT, which is widely used as a test of higher brain function. A good correlation was observed. Thus, TMT-A and TMT-B performance times are significantly negatively correlated with Bacteroidetes diversity. Ruminococcus diversity was found to correlate well with TMT performance time. Thus, TMT-B performance time is significantly negatively correlated with Ruminococcus diversity. Diversity in Streptococcus tended to correlate with TMT performance time. That is, the performance times of TMT-A and TMT-B tend to be positively correlated with Streptococcus diversity. The diversity of the genus Parabacteroides correlated well with the duration of TMT. Thus, the performance times of TMT-A and TMT-B are significantly and negatively correlated with the diversity of the genus Parabacteroides. Drea diversity was found to correlate well with TMT performance time. Thus, TMT-B performance time is significantly negatively correlated with Drea diversity. Actinomyces diversity tended to correlate with the duration of TMT. That is, TMT-A performance time tends to be positively correlated with Actinomyces diversity.
In addition, when principal component analysis was performed using the diversity of these six genera and the first principal component was calculated, there was a significant correlation between the first principal component and the performance time of TMT-A and TMT-B, respectively. was accepted. Furthermore, multiple regression analysis was performed using the diversity of these six genera as an explanatory variable and the performance time of TMT-A and TMT-B as objective variables, and a significant regression equation was obtained.
Therefore, the ratio of the number of bacterial species classified into each of the genera Bacteroides, Ruminococcus, Streptococcus, Parabacteroides, Dorea and Actinomyces in the biological sample of the subject to the total number of bacterial species is 1 or more By measuring and comparing it with the reference value, it is possible to measure the higher brain function of the subject, specifically one or more selected from executive function, attention function and cognitive flexibility.

多様性算出の対象となる腸内細菌属は、バクテロイデス属、ルミノコッカス属、ストレプトコッカス属、パラバクテロイデス属、ドレア属及びアクチノマイセス属から選択される1以上の属であればよいが、バクテロイデス属、ルミノコッカス属、パラバクテロイデス属及びドレア属から選択される1以上の属が好ましく、バクテロイデス属及びパラバクテロイデス属から選択される1以上の属がより好ましい。また、測定精度の観点から、バクテロイデス属、ルミノコッカス属、ストレプトコッカス属、パラバクテロイデス属、ドレア属及びアクチノマイセス属の6属について多様性を算出することがさらに好ましい。2以上の属の多様性を算出する場合、各々の属について多様性を算出すればよい。 The enterobacterial genus that is the target of diversity calculation may be one or more genera selected from the genus Bacteroides, Ruminococcus, Streptococcus, Parabacteroides, Dorea, and Actinomyces. , Ruminococcus, Parabacteroides and Dorea are preferred, and one or more genera selected from Bacteroides and Parabacteroides are more preferred. Moreover, from the viewpoint of measurement accuracy, it is more preferable to calculate the diversity for the six genera Bacteroides, Ruminococcus, Streptococcus, Parabacteroides, Dorea and Actinomyces. When calculating the diversity of two or more genera, the diversity should be calculated for each genus.

一例においては、被験者の実行機能が測定される。ここで、多様性を算出する腸内細菌属は、バクテロイデス属、ルミノコッカス属、ストレプトコッカス属、パラバクテロイデス属及びドレア属から選択される1以上の属が好ましく、バクテロイデス属、ルミノコッカス属、パラバクテロイデス属及びドレア属から選択される1以上の属がより好ましい。また、測定精度の観点から、バクテロイデス属、ルミノコッカス属、ストレプトコッカス属、パラバクテロイデス属、ドレア属及びアクチノマイセス属の6属について多様性を算出することがさらに好ましい。別の一例においては、被験者の注意機能が測定される。ここで、多様性を算出する腸内細菌属は、バクテロイデス属、ストレプトコッカス属、パラバクテロイデス属及びアクチノマイセス属から選択される1以上の属が好ましく、バクテロイデス属及びパラバクテロイデス属から選択される1以上の属がより好ましい。また、測定精度の観点から、バクテロイデス属、ルミノコッカス属、ストレプトコッカス属、パラバクテロイデス属、ドレア属及びアクチノマイセス属の6属について多様性を算出することがさらに好ましい。2以上の属の多様性を算出する場合、各々の属について多様性を算出すればよい。 In one example, a subject's executive function is measured. Here, the enterobacterial genus for calculating the diversity is preferably one or more genera selected from the genus Bacteroides, Ruminococcus, Streptococcus, Parabacteroides and Dorea, Bacteroides, Ruminococcus, Parabacteroides More preferred are one or more genera selected from the genera and Dorea. Moreover, from the viewpoint of measurement accuracy, it is more preferable to calculate the diversity for the six genera Bacteroides, Ruminococcus, Streptococcus, Parabacteroides, Dorea and Actinomyces. In another example, the subject's attentional function is measured. Here, the enterobacterial genus for calculating the diversity is preferably one or more genera selected from the genus Bacteroides, the genus Streptococcus, the genus Parabacteroides and the genus Actinomyces, and the genus Bacteroides and the genus Parabacteroides 1 The above genera are more preferred. Moreover, from the viewpoint of measurement accuracy, it is more preferable to calculate the diversity for the six genera Bacteroides, Ruminococcus, Streptococcus, Parabacteroides, Dorea and Actinomyces. When calculating the diversity of two or more genera, the diversity should be calculated for each genus.

基準値は、例えば、上記属の多様性と高次脳機能の状態との関連づけから以下のように設定することができる。
高次脳機能の状態をTMTにより評価する。その評価結果に基づき、高次脳機能が正常と判断される被験体から構成される健常群と、高次脳機能が低いと判断される被験体から構成される高次脳機能障害群を作成する。これとは別途、前述の方法により上記属の多様性を算出する。そして高次脳機能の評価結果と上記属の多様性との相関性に基づき、高次脳機能の状態を評価するのに適した基準値が決定される。具体的には、各群に属するヒトの上記属の多様性の統計解析結果に基づき、各群を特徴づける上記属の多様性の数値範囲を決定する。この数値範囲は、各群の平均値を中心とした上下の一定範囲に設定することにより決定する。ここで「一定範囲」とは、標準偏差(SD)等の統計数値や、1/2SD値、1/3SD値などを用いてもよいし、予め設定した任意の数値を用いてもよい。又は各群の中央値を中心とした上下の一定範囲に設定することもできる。ここで「一定範囲」とは、第1四分位点や第3四分位点などを用いてもよいし、予め設定した任意の数値を用いてもよい。
2以上の属の多様性を算出する場合は、各々の属について基準値を設定することが好ましい。
そして、例えば、被験者から得られた上記属の多様性が高次脳機能障害群の上記属の多様性の範囲内に属する場合には、当該被験者は「高次脳機能が低下している」、「高次脳機能障害がある」又は「高次脳機能障害がある可能性が高い」と評価できる。
For example, the reference value can be set as follows based on the association between the diversity of the genera and the state of higher brain function.
The state of higher brain function is assessed by TMT. Based on the evaluation results, create a healthy group consisting of subjects judged to have normal higher brain function and a higher brain dysfunction group consisting of subjects judged to have low higher brain function. do. Separately, the diversity of the genus is calculated by the method described above. Then, based on the correlation between the evaluation result of the higher brain function and the diversity of the genus, a reference value suitable for evaluating the state of the higher brain function is determined. Specifically, based on the results of statistical analysis of the diversity of the genera of humans belonging to each group, the numerical range of the diversity of the genera that characterizes each group is determined. This numerical range is determined by setting a certain range above and below the average value of each group. Here, the "fixed range" may be a statistical value such as standard deviation (SD), a 1/2 SD value, a 1/3 SD value, or the like, or may be an arbitrary numerical value set in advance. Alternatively, it can be set within a certain range above and below the median value of each group. Here, the “fixed range” may be the first quartile, the third quartile, or the like, or may be an arbitrary numerical value set in advance.
When calculating the diversity of two or more genera, it is preferable to set a reference value for each genera.
Then, for example, when the diversity of the genus obtained from the subject falls within the range of the diversity of the genus of the higher brain dysfunction group, the subject "has decreased higher brain function." , "higher brain dysfunction" or "high possibility of higher brain dysfunction" can be evaluated.

斯くして、本発明の方法によれば、被験者の高次脳機能の状態や程度を、非侵襲で、簡便かつ的確に評価することができる。 Thus, according to the method of the present invention, the state and degree of higher brain function of a subject can be evaluated non-invasively, simply and accurately.

以下、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically by showing examples.

試験例 TMTにより評価された高次脳機能と腸内細菌の多様性の相関解析
〔1.試験概要〕
(試験手順)
65歳以上75歳未満の男女40名(平均年齢69±4歳)を対象に、高次脳機能の評価としてTMTの測定を行った。TMTは、TMT-A及びTMT-Bの遂行時間(秒)を上限300秒として測定した。また、高次脳機能の測定の前日又は当日に採便キット(テクノスルガ・ラボ社)を用いて糞便を採取した。DNA抽出及びシーケンス解析はテクノスルガ・ラボ社に委託し、糞便中の菌種を同定した。同定された菌種から各菌属の多様性(属多様性)を算出し、TMT遂行時間との関連性を解析した。本明細書における腸内細菌の属多様性とは、試料に含まれる総菌種数の中で、特定の属に分類される菌種が存在する割合を表している。つまり、属多様性が高いとは、試料の中に含まれるある種の属に分類される菌種の種類が多く存在していることを示しており、属多様性の値が大きいことは、すなわちその属に分類される菌種が多様に存在していることを示す指標となる。
Test Example Correlation analysis between higher brain function evaluated by TMT and diversity of intestinal bacteria [1. Test overview]
(Procedure of test)
Forty males and females aged 65 to 75 (average age 69±4) were subjected to TMT measurement as an evaluation of higher brain function. TMT was measured with the performance time (seconds) of TMT-A and TMT-B set at an upper limit of 300 seconds. In addition, on the day before or on the day of the higher brain function measurement, feces were collected using a stool collection kit (Techno Suruga Labo). DNA extraction and sequence analysis were entrusted to Technosuruga Labo, Inc., and the bacterial strains in feces were identified. Diversity of each genus (genus diversity) was calculated from the identified bacterial species, and the relationship with TMT execution time was analyzed. The genus diversity of intestinal bacteria as used herein refers to the ratio of bacterial species classified into a specific genus to the total number of bacterial species contained in a sample. In other words, a high genus diversity indicates that there are many types of fungal species classified into a certain genus contained in the sample. In other words, it serves as an indicator of the existence of a variety of fungal species classified into that genus.

(DNA抽出)
採取した糞便は保存液中で保管し、テクノスルガ・ラボ社へ輸送し、DNA精製装置(GENE PREP STAR PI-480、倉敷紡績社)によりDNA抽出を実施した。
(DNA extraction)
The collected feces were stored in a preservative solution, transported to Technosuruga Labo, Inc., and subjected to DNA extraction using a DNA purifier (GENE PREP STAR PI-480, Kurashiki Boseki Co., Ltd.).

(シーケンス解析)
16S rDNA V3~V4領域を解析対象としPCRを行い、次世代シーケンサーMiSeq(Illumina社)により配列決定し、テクノスルガ・ラボ社の微生物同定データベースを用いて解析を行った。
(sequence analysis)
The 16S rDNA V3-V4 region was subjected to PCR, sequenced by the next-generation sequencer MiSeq (Illumina), and analyzed using Techno Suruga Labo's microorganism identification database.

(各菌属の多様性の算出)
シーケンス解析結果より各菌属の多様性(当該属に属する種の多寡を示す値、〔サンプル中の属内の菌種数/総菌種数〕×100(%))を算出し、解析対象40名において多様性の平均値が1%を超える20属を相関解析の対象とした。
(Calculation of diversity of each fungal genus)
From the results of sequence analysis, the diversity of each bacterial genus (value indicating the amount of species belonging to the genus, [number of bacterial species within the genus in the sample/total number of bacterial species] × 100 (%)) is calculated and analyzed. Twenty genera with an average diversity exceeding 1% in 40 individuals were included in the correlation analysis.

(データ解析)
測定されたTMTの遂行時間と各菌属の多様性について、ピアソンの積率相関分析、主成分分析及び重回帰分析を行った(統計解析ソフトはSPSS 24.0を使用)。
(data analysis)
Pearson's product-moment correlation analysis, principal component analysis and multiple regression analysis were performed on the measured TMT performance time and the diversity of each fungal genus (SPSS 24.0 was used as statistical analysis software).

〔2.結果〕
相関分析の結果、20属中6属(バクテロイデス属、ルミノコッカス属、ストレプトコッカス属、パラバクテロイデス属、ドレア属、アクチノマイセス属)の多様性とTMTの遂行時間との間に有意な相関(P<0.05)又は相関傾向(P<0.1)があることが明らかになった(表1)。これら6属の多様性を用いて主成分分析を行い、第1主成分を算出した。算出した第1主成分とTMTの遂行時間との間に有意な相関が認められた(表1)。さらにこれら6属の多様性を説明変数、TMTの遂行時間を目的変数とし重回帰分析を行った結果、有意な回帰式が得られた。自由度調整済み重相関係数を表1に示す。TMT-Aは注意機能(注意の選択性)、TMT-Bは実行機能の指標として用いられるテストであることから、これら6属の多様性は高次脳機能評価のマーカーとなることが示された。
[2. result〕
Correlation analysis showed a significant correlation (P <0.05) or a trend towards a correlation (P<0.1) (Table 1). A principal component analysis was performed using the diversity of these six genera to calculate the first principal component. A significant correlation was observed between the calculated first principal component and the duration of TMT (Table 1). Furthermore, multiple regression analysis was performed using the diversity of these six genera as an explanatory variable and the performance time of TMT as an objective variable. As a result, a significant regression equation was obtained. Table 1 shows the adjusted multiple correlation coefficients. Since TMT-A is a test used as an index of attentional function (attentional selectivity) and TMT-B is a test used as an index of executive function, the diversity of these six genera has been shown to be a marker for evaluating higher brain function. rice field.

Figure 2023104356000002
Figure 2023104356000002

Claims (5)

被験者から採取された生体試料中のバクテロイデス属、ルミノコッカス属、ストレプトコッカス属、パラバクテロイデス属、ドレア属及びアクチノマイセス属のそれぞれの属に分類される菌種数の総菌種数に対する比率の1以上を測定する工程を含む、実行機能、注意機能及び認知柔軟性から選択される1種以上の高次脳機能の測定方法。 1 of the ratio of the number of bacterial species classified into each of the genera Bacteroides, Ruminococcus, Streptococcus, Parabacteroides, Dorea and Actinomyces in the biological sample collected from the subject to the total number of bacterial species A method for measuring one or more higher brain functions selected from executive function, attention function and cognitive flexibility, comprising the step of measuring the above. バクテロイデス属、ルミノコッカス属、ストレプトコッカス属、パラバクテロイデス属、ドレア属及びアクチノマイセス属のそれぞれの属に分類される菌種数の総菌種数に対する比率が測定される、請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the ratio of the number of bacterial species classified into each of the genera Bacteroides, Ruminococcus, Streptococcus, Parabacteroides, Dorea and Actinomyces to the total number of bacterial species is measured. . 被験者から採取された生体試料が糞便試料である、請求項1又は2記載の方法。 3. The method of claim 1 or 2, wherein the biological sample taken from the subject is a stool sample. 高次脳機能が少なくとも実行機能を含む、請求項1~3のいずれか1項記載の方法。 4. The method of any one of claims 1-3, wherein the higher brain functions include at least executive functions. 高次脳機能が少なくとも注意機能を含む、請求項1~3のいずれか1項記載の方法。
4. The method of any one of claims 1-3, wherein the higher brain functions include at least attentional functions.
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