Elucidation of the molecular mechanisms of endurance enhancement by gut microbiota-derived metabolites

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ヒトの腸内にはおよそ1,000種類で40兆個にもおよぶとされる腸内細菌が生息しており、これら腸内細菌叢は宿主細胞と相互作用することで、複雑な腸内生態系を形成している。われわれはこれまでに、腸内細菌叢のメタゲノム解析と腸内代謝物質のメタボローム解析を組み合わせたメタボロゲノミクス解析手法を考案し、腸内細菌叢から産生される代謝物質が宿主の健康維持や疾患発症に関与することを明らかにした。一方、腸内細菌叢が疾患だけでなく脳機能や精神状態、ホルモンバランスなどの様々な生理機能にも影響を与えることが続々と報告されており、人間はヒトの細胞と腸内細菌の細胞とで構成されるSuperorganismと考えられることから、疾患のみならずヒトの様々な生理機能にも腸内細菌叢が影響を与え得ると考えられる。そこで本研究では、腸内細菌叢を体内における「もう一つの臓器」と捉え、そこから産生される代謝物質が、栄養源やシグナル因子として機能するという仮説のもと、生理機能の一つとして運動機能のうちの持久力と腸内細菌叢に着目した研究を行った。その結果、駅伝選手の腸内には、主要な腸内細菌の一種であるBacteroides uniformisが同年代の健康成人に比べて有意に多いことを見出した。またB. uniformisをマウスに10週間経口投与し強制水泳試験を実施したところ、その遊泳時間が2倍も増加することを明らかにした。更にB. uniformisをヒト腸内で増加させる食品成分としてα-シクロデキストリンを同定し、8週間の摂食試験を実施したところ、対照群と比較して運動後の疲労感が有意に軽減することや、走行試験での有意な持久力向上効果が認められた。これらの結果から、腸内細菌叢由来代謝物質が、宿主体内において栄養源やシグナル因子として機能することを明らかとした。