微量栄養素情報センター

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要約

腸内細菌叢とは、細菌、酵母、古細菌、ウイルスなど、消化管内（主に大腸）に生息する何兆もの微生物のことである。 私たちは微生物に生息場所を提供し、その見返りとして微生物は有益な化合物や機能性を私たちに提供している。

現在までの研究の大半は、糞便微生物叢（下記参照）に含まれる細菌に焦点を当てたものである。 私たちの食生活の選択は、特定の細菌種の豊富さやそれらが産生する化合物に直接影響を与える。 様々な植物性食品（果物、野菜、穀類、豆類、ナッツ類、種子類）が豊富な食事は、小腸での消化を受けず大腸まで到達し、善玉菌を増殖させる多くの基質（水溶性食物繊維、糖鎖、ファイトケミカル）を提供する。 生きている微生物（主に発酵食品から得られる）を含む食品を毎日摂取することは健康に有益であるように思われるが、生きている微生物たちの具体的な健康への寄与を正確に特定することができない。

プロバイオティクス、プレバイオティクス、ポストバイオティクスは、食品やサプリメントに含まれることが多い成分群である（ただし、これに限らない）。 これらは、腸内細菌叢との相互作用を通じて、健康を促進することが示されている。 通常、経口投与された場合、これらの成分由来の効果は摂取中やその直後に実感されるが、その反応には非常に個人差がある。

概要

私たちの消化管に生息する微生物は、健康とウェルビーイングに重要な役割を果たしている。 微生物は消化管全体に存在するが、その大部分は大腸に生息している。 消化管（腸）に生息する微生物の集合体を腸内細菌叢と呼ぶ。

腸内細菌叢の主な機能には次のようなものがある：

1. 病原体や病原性共生生物（疾患原因となる腸内細菌）からの防御。病原体とは病気を引き起こす生命体である。 病原性共生生物は、特定の条件下で有害となる細菌である。 腸内常在菌は、病気を引き起こす細菌の数を抑えるためにいくつかの戦略をとっている：
   • 空間と栄養素の制限
   • 抗菌物質の生産
   • pHと酸素レベルの変化
   • 大腸粘液層の支持
   • 宿主免疫反応の誘導
2. 有益な化合物の生産。腸内細菌は大腸に到達した基質を処理する際に、様々な低分子化合物や代謝物を産生する。 これらの化合物は血液やリンパ液に吸収され、他の臓器や組織に移動することができるため、大腸の内部や体の他の部分に影響を及ぼす。腸内細菌が生産する化合物の例として下記のものが挙げられる。
   • ビタミンK及び一部のビタミンB群物質
   • 短鎖脂肪酸などの発酵生産物
   • ホルモンやペプチド、神経伝達物質などのシグナル伝達分子
   • 腸内細菌が生産するガス
   • バクテリオシンなどの抗菌物質

私たちが食べたものは、特定の細菌種の量とそれらが生産するものに影響を与える。 食品選びについて考えるとき、それは私たちの身体にとってのエネルギーや栄養素についてだけでなく、私たちの腸内細菌叢を育てるものについても考えていることになる。

栄養学の研究

食物繊維

どんなものであるか

概要

• 複雑な炭水化物の一種で、ヒトの小腸の酵素では消化されない。

• 物理的・化学的性質によって、水溶性・不溶性・粘性・発酵性に分類される。

• 豆類、野菜、ナッツ類、種子類、果物、全粒穀物など、さまざまな植物性食品に含まれている。

微生物叢特異的な点

• 食物繊維とレジスタントスターチの発酵は、腸内細菌叢の機能の一つ

• 発酵性食物繊維の供給源：全粒穀物（小麦、オート麦、大麦）、ナッツ類、種子類、マメ科植物（豆、エンドウ豆、レンズ豆）、果物（リンゴ）、野菜（アボカド、タマネギ、ニンニク）　

• レジスタントスターチの供給源：グリーンバナナ、マメ科植物（豆、エンドウ豆、レンズ豆）

• 水溶性食物繊維の微生物発酵により、短鎖脂肪酸（SCFAs）が生成される。 SCFAsは、大腸内や体内の他の部位で数多くの有益な作用を媒介する。

わかっていること

• 特定の細菌には、様々な食物繊維を分解し、多様な代謝物を産生する能力がある。

• 食物繊維の微生物発酵により、短鎖脂肪酸（SCFAs）が生成される。

• 最も研究されているSCFAsは酪酸、酢酸、プロピオン酸だが、その他にも数多くのSCFAsが腸内細菌叢によって産生される。

• 酪酸は大腸の細胞に栄養を与え、有益な細菌が繁殖しやすい環境を作るという主な役割を担っている。

• SCFAsには無数の細胞効果が観察されている：

• 酢酸は酪酸に変換され、大腸内で利用される。

• 酢酸とプロピオン酸は血流へ吸収され、グルコースや脂質の代謝経路に組み込まれる。

• 様々なSCFAsが幅広い体組織の細胞受容体と相互作用し、インスリン分泌、食欲、腸管輸送、血圧に影響を及ぼす。

• 発酵性の食物繊維が制限されると、微生物は食事からの代替基質や大腸粘液層に存在する宿主糖鎖に頼るようになり得る。その結果、有害な代謝産物が産生されたり、保護粘液層が分解されたりする可能性がある。

参考文献と詳細情報については、繊維と腸の健康（詳細）の記事をご覧ください。

糖鎖

どんなものであるか

概要

• β-グリコシド結合で結ばれた多数の単糖からなる複合糖質の一種である。 ヒトはこのタイプの結合を分解するのに必要な酵素を持たないため、糖鎖は小腸で消化されにくい。

• ほとんどの既知の繊維とは異なる構造組成を持っている。

• 多くの供給源からもたらされる:
  • 植物：細胞壁と細胞内区画
  • 動物：組織と軟骨
  • 内因性供給源：大腸粘液および母乳

微生物叢特異的な点

• 個々の微生物が好む糖鎖は異なる。 ある腸内細菌は「ゼネラリスト（万能選手）」であり、何十種類もの糖鎖を分解することができるが、ある腸内細菌は「スペシャリスト（専門家）」であり、単種か数種類の糖鎖しか分解することができない。

• 結腸粘液層に存在する内因性供給源である糖鎖は、重要なエネルギー源として腸内細菌叢に利用される。同時に宿主がもつ遺伝子による要因（例えば関連遺伝子によって決められるムチンタンパクの化学構造）及び腸内細菌の組成は、腸内細菌と結腸粘液層両者の相互作用に影響を与える。

わかっていること

• ヒト母乳オリゴ糖（HMOs）は、ヒト母乳中に豊富に存在する多様で複雑な糖鎖のファミリーである。
  • HMOsと内因性糖鎖は、乳児の腸内細菌叢の発達を形成し、パイオニア細菌種（ビフィズス菌の一種など）を選択し、連続的なコロニー形成を可能にする。
  • 乳児用調製粉乳にHMOs を添加することで、ビフィズス菌（母乳で育てられた乳児の方が粉ミルクで育った乳児よりも通常多く保持している細菌）のような細菌の成長をサポートする。

参考文献と詳細情報については、腸の健康（詳細）の記事をご覧ください。

ファイトケミカル

どんなものであるか

概要

• ファイトケミカルは、健康上の利益をもたらす可能性のある、植物性化合物のグループである。

微生物叢特異的な点

• 多くのファイトケミカルは小腸での消化を免れ、大腸に到達し、腸内細菌によって修飾される。

• ファイトケミカルは、以下のような形で腸の健康に影響を与える可能性がある：

1. 大腸の細胞レセプターと相互作用する代謝産物の生成。
2. プレバイオティクス効果または抗菌効果により、特定の細菌種の存在量に影響を与える。

わかっていること

•  ファイトケミカルの一種であるポリフェノールは、腸内でいくつかの有益な効果を発揮すると考えられている：

• ファイトケミカルのポリフェノールクラスには、フラボノイド・フェノール酸・リグナン・スチルベン・クルクミノイド・クマリン・タンニンなどが含まれる。

• 実験結果は主にin vitro（試験管内）と動物実験に基づいている。 ポリフェノールは、以下のような形で腸の健康に役立つ可能性がある：

• 善玉菌の増殖を選択的に促進する（プレバイオティクス効果）

• 特に病原性微生物に対して抗菌効果を発揮する

• 細胞因子と相互作用して炎症を抑える

• （以下に関する）個人差が大きい場合は、様々なファイトケミカルの摂取から得られる潜在的効果に大きく影響する：

1. 腸内細菌叢組成の個人差
   •  ファイトケミカルを代謝するのに必要な酵素を持つ特定の細菌種が存在しなければならないが、これらの種の存在は個人差が大きい。
2. CYPファミリー酵素の遺伝的変異性
   • 腸管、大腸、肝臓の細胞内では、CYPファミリーの酵素がさらにファイトケミカルを様々な分解産物に変化させる。
   • 遺伝的変異は、CYP酵素反応の効率に影響を与え、非機能的なものから機能的な能力の高いものまであり、標的組織に到達するファイトケミカルの形態と量にさらに影響を及ぼす。

参考文献と詳細情報については、ファイトケミカルと腸の健康（詳細）の記事をご覧ください。

発酵食品

どんなものであるか

概要

• 発酵食品と発酵飲料は、望ましい微生物の増殖と食品成分の酵素的変換によって作られる。

• 発酵食品はプロバイオティクスとは異なる。 発酵食品は、プロバイオティクスやプレバイオティクス、シンバイオティクス、ポストバイオティクスを含む「生物的な」物質を含み、提供することができる幅広いカテゴリーの食品である。

• 生きた微生物が存在する発酵食品の例： ヨーグルト、サワークリーム、ケフィア、ほとんどのチーズ、味噌、納豆、テンペ、多くのコンブチャ、非加熱発酵野菜（キムチ、ザワークラウトなど）。

• 微生物が生きていない発酵食品の例： サワードウパン、加熱処理または低温殺菌された発酵野菜、 ソーセージ、醤油、酢、一部のコンブチャ、ワイン、ほとんどのビールと蒸留酒、コーヒーとチョコレート豆（焙煎後）。

微生物叢特異的な点

• 発酵食品は、その栄養機能に加えて、宿主免疫系の調節や生物活性化合物の供給、あるいは腸内細菌叢の組成と活性の調節を通じて健康に役立つ可能性がある。

わかっていること

• 生きた微生物（発酵食品を含む）を含む食品を食事から多く摂取することは、適度な健康上の利益につながる。

• 健康効果をもたらす特定の成分を特定することは難しく、 発酵食品は複雑な混合物である。 マクロ栄養素（三大栄養素）と微量栄養素、食品マトリックス、存在し得るプロバイオティクス・プレバイオティクス・ポストバイオティクス、これら全てが観察される健康上の効果に寄与しているかもしれない。

参考文献と詳細情報については、腸の健康（詳細）の記事をご覧ください。

プロバイオティクス

どんなものであるか

概要

• 生きた微生物であり、適切な量を投与すると宿主に健康上の利益をもたらす。

• 一般的に利用できるプロバイオティクスの菌株は、乳酸菌とビフィズス菌である。

• プロバイオティクスは、発酵乳製品（ヨーグルト、ケフィアなど）に添加されるか、サプリメントとして摂取するのが最も一般的である。

微生物叢特異的な点

• 特定の代謝産物や有益な機能を産生する特異的な細菌株が同定されている。

• これらの菌株やそれに関連する機能が不足している場合（例えば、病気、薬の使用、欠如などが原因）、プロバイオティクスがその不足を補う可能性がある。

• プロバイオティクスが健康に寄与する方法は、以下のようなものがある
  • 常在する腸内細菌への影響
  • 腸管バリア機能の強化
  • 局所もしくは全身的免疫応答の調節
  • 全身における代謝反応の調節
  • 酵素機能の提供

わかっていること

• プロバイオティクスの効能は、菌株と用量に依存する。 この特異性のため、製品に含まれるプロバイオティクスの属、種、菌株、有効量を表示すべきである。
• 現在までに研究されているプロバイオティクス菌株のほとんどは、大腸に一時的にしか留まらないため、定期的な摂取が必要である。

• 臨床試験のシステマティックレビューやメタアナリシスから得られた根拠は、急性下痢の治療、抗生物質関連下痢やクロストリジオイデス・ディフィシル（C. difficile）腸炎の発症率の低下、母乳で育てられた乳児の疝痛治療、乳糖不耐症の症状管理など、いくつかの症状におけるプロバイオティクスの使用を支持している。
•  成人および小児における抗生物質関連下痢の期間を短縮するために抗生物質療法とともにプロバイオティクスを使用することについては、中程度の科学的根拠が存在する。

• プロバイオティクスの影響は個人差が大きい。 多くの変数がプロバイオティクスの反応に影響を及ぼし、これには宿主因子（健康状態、遺伝的背景、生活習慣の因子など）や、協力し合う可能性のある細菌種の有無が含まれる。

• プロバイオティクスを添加する前に、リスクのある集団における安全性を考慮すべきである。 リスクのある集団には、慢性疾患や重篤な疾患を持つ人、免疫不全の人、早産児などが含まれる。

参考文献と詳細情報については、腸の健康（詳細）の記事にあるプロバイオティクスの項目をご覧ください。

プレバイオティクス

どんなものであるか

概要

• プレバイオティクスは、宿主微生物によって選択的に利用され、健康上の利益をもたらす基質である。

• プレバイオティクスは、特定の有益な細菌の増殖を促進する難消化性の基質である。

•  一般的には発酵性食物繊維であるが、ポリフェノール、多価不飽和脂肪酸（PUFA）、共役脂肪酸、その他のオリゴ糖など他の種類の化合物もプレバイオティクスの可能性について研究されている。

微生物叢特異的な点

• プレバイオティクスは特定の有益な細菌を増加させる可能性がある。

• プレバイオティクスは、細菌組成に変化がなくても代謝産物に影響を与える可能性がある。

わかっていること

• プレバイオティクスの影響は、それが消費されている間のみ続く。 したがって、プレバイオティクスの効果を持続させるには、継続的な摂取が必要である。

• イヌリン、フラクトオリゴ糖（FOS）、ガラクトオリゴ糖（GOS）は最も広く研究されているプレバイオティクスであり、一般的にこれらはビフィズス菌と乳酸菌を増加させる。
  • これらの細菌群は乳酸と酢酸を産生することが知られており、これらは内腔のpHを低下させ、病原菌の増殖を抑制する。
  • 両属はまた、商業化されたプロバイオティクス菌株の供給源でもある。

• プレバイオティクスに対する反応は非常に個人差がある。
  • 宿主特有の要因（健康状態、遺伝的背景）と初期の腸内細菌叢組成がプレバイオティクスの影響に寄与する。
  • あるプレバイオティクスを代謝する特定の細菌種の存在によって、個人は応答者と非応答者に分類され得る。

参考文献と詳細情報については、腸の健康（詳細）の記事にあるプレバイオティクスの項目をご覧ください。

ポストバイオティクス

どんなものであるか

概要

• ポストバイオティクスとは、宿主に健康上の利益をもたらす無生物微生物および／またはその構成成分の製剤である。

• 代謝産物の有無にかかわらず、観察された健康上の有益性に寄与する不活性化された微生物細胞または細胞成分を含んでいなければならない。

微生物叢特異的な点

• 腸内で有益な健康効果を発揮するのは生きている微生物だけではない。

• 生育不能な微生物細胞やその成分も大腸に到達し、局所的に作用したり、体の他の部位に移動したりする。

わかっていること

• 全体として、ポストバイオティクスは、プロバイオティクスの有益な効果の一部を模倣する一方、リスクのある集団に生きた微生物を投与するリスクを回避していると思われる。

• 宿主の腸管細胞や免疫細胞との物理的相互作用が重要な作用機序のようである。

• これらの製品の有効性に関する研究は、まだ始まったばかりである。

参考文献と詳細情報については、腸の健康（詳細）の記事にあるポストバイオティクスの項目をご覧ください。

This article was underwritten, in part, by a grant from Amway.

Authors and Reviewers

Written in May 2024 by:
Giana Angelo, Ph.D.
Linus Pauling Institute
Oregon State University

Reviewed in July 2024 by:
Mary Ellen Sanders, Ph.D.
Mary Ellen Sanders, LLC
Probiotics Consulting
Centennial, CO

Reviewed in October 2024 by:
Hannah D. Holscher, Ph.D., R.D.
Associate Professor of Nutrition
University of Illinois Urbana-Champaign