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腸と脳のリンク ビタミンB12を産生する腸内細菌が神経伝達物質に与える影響

https://neurosciencenews.com/b12-acetylcholine-microbiome-25422/

特集ニューロサイエンス-2024年1月4日
要約：新たな研究で、線虫C.elegansのビタミンB12を産生する腸内細菌と、記憶や認知機能に重要な神経伝達物質アセチルコリンとの分子的関連が明らかになった。

研究者らは、ある種の細菌が突然変異ミミズの発作を抑えることを発見したが、それらはすべてB12を産生する能力を共有していた。B12はコリンレベルの調整に役立ち、アセチルコリン産生に影響を与える。

この関連性は、腸内細菌叢、栄養素、脳の健康との間の複雑な関係を浮き彫りにし、片頭痛やうつ病のような神経疾患に光を当てる可能性がある。

重要な事実

ビタミンB12を産生する腸内細菌は、重要な神経伝達物質であるアセチルコリンの産生に影響を及ぼす。
アセチルコリンレベルの低下は、神経系の興奮性／抑制性バランスを回復させる。
この研究は、ビタミンB12と興奮性／抑制性のアンバランスに関連するヒトの神経疾患に関する洞察を提供する可能性がある。
出典 UMass

マーク・アルケマ（Mark Alkema）教授（神経生物学）の新しい研究が、『ネイチャー・セル・バイオロジー（Nature Cell Biology）』誌に発表され、線虫の腸内に存在する特定のB12産生細菌と、記憶や認知機能に重要な神経伝達物質であるアセチルコリンの産生との間に、重要な分子的関連があることが明らかになった。

科学者の間では、食事と腸内細菌叢が脳の健康に重要な役割を果たしているのではないかという認識が広がっている。マイクロバイオームの組成の変化は、不安、うつ病、片頭痛、神経変性などの神経疾患と関連している。しかし、個々の細菌や栄養素が脳機能に及ぼす因果関係を解明することは困難であった。

これは人を示している。
さらなる実験の結果、これらのバクテリアに共通する属性は、ビタミンB12を産生する能力であることが判明した。出典：ニューロサイエンス・ニュース
「アルケマ研究室の博士研究員で、今回の研究の筆頭著者であるウー・ギュ・カン博士は、「腸内には、体内の細胞の数よりも多くの細菌が存在します。

「脳の複雑さ、腸内細菌叢を構成する数百の細菌種、代謝産物の多様性から、細菌が脳機能にどのような影響を与えるかを見極めることはほとんど不可能です」。

特定の脳機能に対する個々の細菌の影響を分離するために、カン博士は、脳の興奮性／抑制性シグナル伝達の不均衡をもたらし、ミミズの発作様行動につながる突然変異を持つミミズに、単一の細菌種からなる餌を与えた。ヒトでも同様の遺伝子変異が片頭痛を引き起こす。

カンはこれらの変異線虫に単一の細菌種の餌を与え、発作頻度の変化を観察した。彼がテストした40種類の細菌食のうち、18種類は発作の回数を減少させた。さらに実験を進めたところ、これらの細菌に共通するのはビタミンB12を産生する能力であることがわかった。

アルケマ博士とカン博士によれば、B12は体内のコリン濃度を下げる。様々な食品に含まれ、肝臓で脂肪を代謝するのに不可欠な化合物であるコリンは、B12依存性のメチオニン／S-アデノシルメチオニン（Met/SAM）サイクル、すなわち腸内でメチオニン（ヒトが食事によって獲得し、代謝に不可欠なアミノ酸）を生成する代謝経路で使用することができる。

しかし、コリンは神経系で神経伝達物質アセチルコリンを作るのにも使われる。アセチルコリンが多すぎると興奮性のバランスが崩れ、突然変異ミミズの発作のような行動を引き起こす。

B12が多く存在すると、Met/SAMサイクルでより多くのコリンが使われ、アセチルコリンを生成するためのコリンは少なくなる。アセチルコリンの量を減らすと、神経系の興奮性／抑制性のバランスが回復し、線虫の発作活動が抑えられる。

研究者らは、マイクロバイオーム、ビタミンB12、脳機能および行動間の「クロストーク」の影響は、生物が遺伝的または環境的にストレスを受けている条件下でのみ明らかになると指摘した。

ヒトにおけるビタミンB12の欠乏は、統合失調症、うつ病、片頭痛などの興奮性／抑制性の不均衡を特徴とする神経疾患と関連している。

「このミミズで発見された分子メカニズムが、ヒトのいくつかの神経疾患における興奮性シグナル伝達に対するB12の影響も説明できるかどうかを調べるのは興味深いことです」とアルケマは言う。

アルケマ教授らは、他のヒト疾患モデルミミズを用い、他の代謝産物や細菌を試験することで、腸内細菌叢と脳機能との他の関連性を明らかにし、ヒトの健康増進にも役立てたいと考えている。

この研究は、Riccio Fund for NeuroscienceとNational Institutes of Healthから一部資金提供を受け、UMass ChanのAlkema研究室とWalhout研究室、およびコーネル大学のFrank C. Shroeder教授（化学・化学生物学）の研究室との共同研究である。

このマイクロバイオームと神経科学の研究ニュースについて
著者 ジェームズ・フェッセンデン
出典 UMass
連絡先 ジェームズ・フェッセンデン - UMass
画像 画像はNeuroscience Newsにクレジットされている。

オリジナル研究： クローズドアクセス。
「腸内細菌が産生するビタミンB12がコリン作動性シグナル伝達を調節する」Woo Kyu Kang他著 Nature Cell Biology誌

要旨

腸内細菌が産生するビタミンB12がコリン作動性シグナル伝達を調節する

腸内細菌叢が脳機能と行動に影響を及ぼすことを示す証拠は増えつつある。しかし、腸内細菌が宿主の神経系機能をどのように調節しているのか、その分子基盤はほとんどわかっていない。

今回我々は、腸内に生息するビタミンB12産生細菌が、宿主であるCaenorhabditis elegantの興奮性コリン作動性シグナル伝達と行動を調節することを明らかにした。

ビタミンB12は、腸内のメチオニン（Met）/S-アデノシルメチオニンサイクルの再配線を通じて、神経系のコリン作動性シグナル伝達を減少させる。我々は、メチオニン／S-アデノシルメチオニンサイクルとコリン酸化経路との間に保存された代謝的クロストークを同定した。

さらに、ビタミンB12によるこれらの経路の代謝的再配線は、神経細胞がアセチルコリンを合成するのに必要な遊離コリンの利用可能性を制限することによって、コリン作動性シグナルを減少させることを示した。

我々の研究は、腸内細菌が宿主の行動を調節し、神経学的健康に影響を及ぼす可能性のある腸脳コミュニケーション経路を明らかにした。

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アセチュルコリン脳研究腸脳軸微生物微生物生物学神経科学質量ビタミンB12
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