腸内・結膜細菌叢と移植片対宿主病TheAssociationbetweenGutandConjunctivalMicrobiotaandGraftVersusHostDisease佐藤真理*清水映輔*小川葉子*はじめに血液悪性疾患の根治療法である造血幹細胞移植(hematopoieticstemcelltransplantation:HSCT)において,造血細胞供者(ドナー)の免疫機構が宿主(レシピエント)の全身の標的組織を攻撃する疾患である移植片対宿主病(graft-versus-hostdisease:GVHD)が主要な合併症となっている.急性CGVHD(acuteGVHD:aGVHD)はおもに皮膚,消化管,肝臓のC3臓器を標的とし,皮疹,下痢,黄疸を主症状とする.一方,慢性GVHD(chronicGVHD:cGVHD)はそれらの臓器に加えて眼,口腔,爪,肺気管支といったより多臓器に多彩な病態を引き起こし,膠原病的特徴をもつ.HSCTは年々増加し全世界で年間C60,000件,わが国では年間5,000件以上行われているが,免疫抑制薬投与などの予防策を行ってもCcGVHDはC30~70%と依然として高い確率で起こる1).多様なCcGVHDの標的臓器のなかで,眼CGVHDは失明・視覚障害に陥ることもある重症ドライアイを引き起こす(図1)2).cGVHD関連ドライアイはCHSCT後C2年間で約半数の患者で発症し3),眼はcGVHDにおいて頻度の高い標的臓器として知られている.現在,眼CcGVHDに対して,人工涙液点眼,角膜保護剤,ムチン産生促進剤,ステロイド点眼などを駆使して治療が行われているが,筆者らが慶應義塾大学病院ドライアイ外来にてCHSCT後患者のフォローアップを行っているなかでも視機能の大幅な低下が避けられない重症例や治療抵抗例を経験することも多い.皮膚や粘膜,腸管における細菌叢は,宿主の免疫系と相互作用をもち免疫機能に影響を与えることが知られている4).微生物を培養することなくそのままゲノムをシークエンスするメタゲノム解析の進歩により,細菌叢の異常「dysbiosis」がさまざまな疾患にかかわることが明らかになってきた5).近年,炎症性腸疾患やCSjogren症候群といったさまざまな自己免疫疾患・膠原病に加え,GVHDにおいても腸内菌叢の構成変化(dysbiosis)と病態との関連が報告され,治療ターゲットとしても注目されている.本稿では,GVHDと腸内細菌叢の関連についての現在の知見をまとめ,筆者らの研究グループのCcGVHDモデルマウスを使用した実験から得られた眼GVHDに対する経口抗菌薬を用いた腸内細菌叢への介入の結果,また結膜細菌叢と眼CGVHDの関連についても述べる.CI腸内細菌叢とGVHD腸管はCGVHDのおもな標的臓器であり,また他の標的臓器におけるCGVHDの病態形成にも重要な役割を担う.HSCT後患者の腸内細菌叢がどのように変化するのか,またCGVHDの重症度や予後,死亡率と相関する細菌群に関する報告も多数存在する.C1.HSCT後患者の腸内環境腸管はCGVHDのおもな標的臓器であると同時に全身のCGVHDの進行に重要に役割を担う.抗癌剤や放射線*MariSato,EisukeShimizu&YokoOgawa:慶應義塾大学医学部眼科学教室〔別刷請求先〕佐藤真理:〒160-8582東京都新宿区信濃町C35慶應義塾大学医学部眼科学教室C0910-1810/22/\100/頁/JCOPY(15)C565図1眼移植片対宿主病(GVHD)眼表面の炎症,重症ドライアイによる角膜上皮障害,結膜の難治性線維化などをきたす.(文献C2より引用)C-腸内細菌叢↓腸内細菌叢の多様性↓嫌気性共生細菌↑Enterococcus.spp.↑Proteobacteria↑Streptococcus.spp.腸上皮SCFAlgA放射線,抗癌剤による上皮障害GVHD抗菌ペプチド粘液腸管内腔DAMPs上皮細胞Paneth細胞Goblet細胞タイトジャンクションの脆弱化PAMPsバリアの破綻B-cellreceptor粘膜固有層B細胞樹状細胞Allo-reactiveなリンパ球の活性化T細胞T-cellreceptol抗原提示細胞の活性化図2造血幹細胞移植(HSCT)後患者の腸内環境腸管はCGVHDのおもな標的臓器であると同時に全身のCGVHDの進行に重要に役割を担う.HSCT後患者の腸内では,前処置や炎症反応によりバリア機構の破綻や腸内細菌叢のCdysbiosisが生じ,GVHDの病態形成に関与すると考えられている.(文献C4より一部改変して引用)表1造血幹細胞移植(HSCT)後・GVHD患者の腸内細菌叢に関するおもな報告著者雑誌名対象サンプル得られた知見C報告年JenqetalHSCT後の患者C67例腸内細菌叢の多様性とCGVHD関連死亡率に負の相関を認めた.CBiolBloodMarrowTransplantC2015HSCT後C12日に採便Blautia(Clostridialspecies)がCGVHD関連死亡率の低下と関連した.TauretalHSCT後の患者C80例CBlood腸内細菌叢の多様性が低い群はCHSCT後C3年の死亡率が高かった.C2014HSCT後C7日に採便JenqetalCHSCT後の患者HSCT後早期にCClostridialesが減少しCLactbacillalesが増殖した.JExpMedC腸CaGVHD発症時の便を解析HSCT前に抗菌薬アンピリシンでCLactballilalesを除菌するとCaGVHDが2012aGVHDモデルマウス悪化した.CJenqetal酪酸投与が腸管上皮細胞を修復した.NatImmunolaGVHDモデルマウスC201617種類のCClostridialesの細菌群投与で生存期間が延長した.ChiusoloetalHSCT後の患者aGVHD発症群は未発症群と比較しCFirmicutes門とCProteobacteria門のCBloodC2015腸CaGVHD発症時の便を解析割合が増加,Bacteriodetes門が減少していた.Stein-ThoeringeretalHSCT後の患者HSCT後早期のCEnterococcus.spp.の増殖がCaGVHDの発症率,死亡率CScienceC2019aGVHDモデルマウスに関連した.HSCT後患者・GVHD患者の腸内細菌叢には,多様性の低下や特定の菌群の割合に顕著な変化が生じており,予後やCGVHDの発症と関連することが示唆される.表2造血幹細胞移植(HSCT)後患者に対する抗菌薬投与の影響に関するおもな報告著者雑誌名対象得られた知見C報告年vanBekkumetal無菌CGVHDモデルマウスCJNatlCancerInst無菌モデルマウス,広域抗菌投与モデルマウスの両群で死亡率が低下した.C1974aGVHDモデルマウスStorbetalHSCT後の抗菌薬投与による腸管の殺菌でCGradeII-IVのCaGVHDの発症率が抑制さCNEnglJMedC1983再生不良性貧血患者C130例れた.Beelenetalシプロフロキサシン単独と比較しメトロニダゾール+シプロフロキサシンCBloodHSCT後の患者C134例C1999投与群でCaGVHDの発症率が低かった.Simms-WaldripetalCBiolBloodMarrowTransplant小児のCHSCT後患者C15例嫌気性菌に対するスペクトラムをもつ抗菌薬投与群でCGVHDが悪化した.C2017CVossenetal便培養を行い,抗菌薬による腸内殺菌が成功しているかを検証した.PLoSOneHSCT後患者C112例C2014腸内の殺菌が成功していた群ではCaGVHDの発症率が低かった.RoutyetalHSCT後の患者500例HSCT前に抗菌薬による腸内の殺菌を行った群ではGradeII-IVのCOncoimmunologyC2017HSCT前に抗菌薬で殺菌aGVHD発症率が高かった.Shonoetal好中球減少性発熱に対し,広域スペクトラム抗菌薬の使用群でCGVHD関CSciTranslMedHSCT後患者C875例C2016連死亡率が高かった.抗菌薬投与による腸管の殺菌に関してはCGVHDや予後に対してよい影響を与えたという報告と逆に悪化させたという報告が混在する.好中球減少性発熱を予防しつつ,かつCGVHDを促進してしまうCdysbiosisを起こしにくい適切な抗菌薬投与方法の確立が求められている.加えて,2017年に報告されたカナダで行われたC500例に対する後ろ向き研究では,抗菌薬による腸管の殺菌はgradeCII~IVのCaGVHDの発症率を増加させたと報告された20).このように,抗菌薬投与による腸内細菌叢への介入に関してはCGVHDや予後に対してよい影響を与えたという報告と逆に悪化させたという報告が混在する.この異なった結果を説明することはむずかしいが,抗菌薬耐性菌の存在が腸管の殺菌の成功を妨げたのではないかと考えられている.実際にC2014年に報告されたC112例の小児患者に対する後ろ向き研究では,便培養を行い腸管除菌が本当に成功しているか検証したところ,腸管殺菌の失敗がCGVHD発症率を増加させたと報告された21).また,HSCT前の寛解導入,地固め化学療法中に発熱性好中球減少症に対する予防,治療として抗菌薬の投与が行われることが多く,腸内細菌叢を変化させCGVHD発症や予後に関与する可能性がある.2016年の単施設の後ろ向き研究ではこの疑問に答えるべく発熱性好中球減少症に対する異なる抗菌薬の影響を検討した22).その結果,タゾバクタム/ピペラシリンのようにより広いスペクトラムをもつ抗菌薬投与を受けた群では,セフェピムなどのより狭いスペクトラムの抗菌薬を投与された群と比較しCGVHD関連死亡率が上昇していた.aGVHDモデルマウスを使用した実験でも同様に,バンコマイシン,セフォペラゾン,クリンダマイシン,アンピシリンのカクテルを飲水から投与した結果,aGVHDがより悪化することが報告された23).これらの結果をまとめると,広域抗菌薬は腸管CGVHD,aGVHDを悪化させ,より狭いスペクトラムの抗菌薬投与が腸内細菌叢のCdysbiosisを予防し,腸管CGVHDやGVHD関連死亡率の抑制につながるのではないかという仮説に至る.HSCT後患者において,好中球減少性発熱を予防しつつ,かつCGVHDを促進してしまうCdys-biosisを起こしにくい適切な抗菌薬投与方法の確立が求められている.C4.慢性GVHDモデルマウスに対する経口抗菌薬投与上記のようにCGVHDやCHSCT後の死亡率に対しての抗菌薬による腸内細菌叢への介入については多数の報告がなされているが,ほとんどはCaGVHDに対するものでありCcGVHD,とくに眼CGVHDと腸内細菌叢の関連や抗菌薬投与の影響に関しては明らかになっていない.そこで筆者らはCcGVHDマウスモデルに対し,種々の抗菌薬を経口投与し病態への影響を評価した24).種々の抗菌薬(ゲンタマイシン,アンピシリン,フラジオマイシン,バンコマイシン)中,ゲンタマイシン投与群で全身GVHDスコア,角膜フルオレセイン染色スコア,涙液量減少,涙液層破壊時間短縮,涙腺組織で病的線維化,炎症細胞浸潤がコントロール群と比較し有意に抑制されていた(図3a,b).ゲンタマイシン投与群の涙腺において制御性CT細胞は有意に多く保持され,Th17細胞は有意に浸潤が抑制されていた.また,全身のCcGVHD標的臓器でゲンタマイシン投与群において有意にCIL-6産生マクロファージの浸潤が抑制されていた(図3c).以上よりゲンタマイシン経口投与が全身のCGVHD症状,また眼CGVHDを抑制することが示唆された.今後,次世代シーケンスを用いてゲンタマイシン投与群の腸内細菌叢解析を行い,cGVHD抑制メカニズムの追求と腸内細菌叢の眼CGVHDに対する治療ターゲットとしての可能性を追求する.CII結膜細菌叢と眼cGVHD1.結膜細菌叢と免疫機構眼表面の上皮は自然免疫の最前線の防御壁として重要な役割をもつ.病原微生物の認知がもっとも重要な役割の一つであるが,内因性の細菌叢に対する過剰な宿主による防御反応は粘膜における炎症を引き起こす.細胞はPAMPsをおもにCToll様受容体(Toll-likereceptor:TLR)ファミリーによって認識する.健康な眼表面は,継続的に細菌やその産生物に暴露されているにもかかわらず炎症反応を生じない.ヒトの結膜,また角膜上皮細胞はCTLR3を介してCviraldouble-strandedRNAmimicpolyI:Cを認識し炎症性サイトカインを産生するが,TLR4のリガンドであるClipophlysaccharideには反応しないことが報告されている25).また,ヒト眼表面の上皮細胞はCTRL5を介し,病原菌の鞭毛を認識し炎症性サイトカインを放出するが,病原性をもたない細菌とは反応しないことがわかっている.このように眼表面の上皮(19)あたらしい眼科Vol.39,No.5,2022C569図3cGHVDモデルマウスにおける経口ゲンタマイシン(GM)の病態抑制効果a:GM経口投与群でCGVHDの全身重症度,角膜上皮障害が有意に抑制された.Cb:GM経口投与群の涙腺組織の線維化が有意に抑制された.Cc:GM経口投与群で,単位面積あたりの涙腺組織に浸潤するCIL-6産生マクロファージ数が有意に抑制された.(文献C24より引用)aDetectionratioRiskratio*CpvaluePositive(%)Negative(%)Total(%)CvsControlCvsnonGVHDCvsGVHDCGVHD24(75.0)8(25.0)32(100)<0.01<0.01C─CnonGVHD10(35.7)18(64.3)28(100)>0.99C─<0.01CControl5(25.0)15(75.0)20(100)C─>0.99<0.01*CDunn’smultiplecomparisonstestCRR(RiskRatio)95%CCI**CPvalueCGVHDvsControlC2.38C1.33C4.27<0.01CGVHDvsnonGVHDC2.29C1.24C4.25<0.01CnonGVHDvsControlC1.22C0.76C1.96C0.43**CFisher’sexactprobabilitytestCbProfileofthedetectedspeciesGVHDCnonGVHDCControlCnumberCdetectedCtotalCnumberCdetectedCtotalCnumberCdetectedCtotalCeyeCeyeCeyeCeyeCeyeCeyeCStaphylococcusEpidermidisC18/32C75.0%56.3%2/10C20.0%C7.1%C3/5C60.0%C15.0%CAlpha-haemo.StreptococcusC7/32C29.2%21.9%─C───C─C─CCorynebacteriumspeciesC5/32C20.8%15.6%2/10C20.0%7.1%─C──PropionibacteriumAcnesC3/32C12.5%9.4%2/10C20.0%C7.1%C1/5C20.0%C5.0%CAerobicgrampositivecocciC3/32C12.5%9.4%─C───C─C─CStaphylococcusAureusC2/32C8.3%6.3%2/10C20.0%C7.1%C─C─C─CHaemophilusinfluenzaeC1/32C4.2%3.1%─C─C─C─C─C─CAerobicgrampositiverodC1/32C4.2%C3.1%C─C───C─C─CStaphylococcusspeciesC─C─C─C2/10C20.0%7.1%─C─C─CEnterobactorcloacaeC─C─C─C1/10C10.0%C3.6%C─C──PropionibacteriumspeciesC─C─C─C─C─C─C1/5C20.0%C5.0%CnumberCPercentagenumberCPercentagenumberCPercentageMultipledetectionC1145.8%13.6%00.0%105NumberofSpeciesp=0.0002,r=0.500.Spearman’srankcorrelationcoe.cientICOscore0246図4眼GVHD患者の結膜細菌叢解析a:眼CGVHD患者群において,有意に結膜擦過物が細菌培養陽性となる割合が高い.Cb:眼CGVHD患者群では常在細菌に加え病原微生物の陽性率が有意に高い.Cc:眼GVHDの重症度であるCICO(InternationalChronicOcularGVHDCConsensusGroup)scoreと培養陽性の菌種の数に正の相関を認めた.(文献C26より引用)多くの種類の菌が培養陽性となる結果であった(図4c).この結果に対する考察であるが,GVHD患者では放射線照射,抗菌薬,免疫抑制薬,抗癌剤投与などさまざまな介入がなされており,これらが結膜細菌叢に影響を与えている可能性がある.また,眼CGVHD患者では眼表面において,goblet細胞数の減少,ムチン,IgA,ラクトフェリンといった抗菌物質の分泌低下が報告されており,眼表面のバリア機能が低下している可能性がある27).この実験は培養による結果であり,16SリボソームRNAの次世代シーケンスによる細菌叢解析のように微量な細菌や培養で増殖しないタイプの細菌を検知できていない.また,GVHDで眼表面が障害された結果として細菌叢が変化したのか,あるいは細菌叢が異なることが眼CGVHDを起こしたのか因果関係は不明である.今後,HSCT前後の結膜細菌叢を次世代シーケンスで解析し,眼CGVHD発症のリスク因子となるような結膜細菌叢のスペクトラムを明らかにしたい.おわりにGVHD患者において,腸内細菌叢,また結膜細菌叢が変化しており,その病態に寄与している可能性がある.腸内細菌叢とCcGVHD,とくに眼CGVHDの関連は未だ不明な点が多いが,cGVHDモデルマウスを使用した研究では有効な治療ターゲットであることが示唆された.HSCT後患者の理想的な腸内・結膜細菌叢がどのようなものなのかを明らかにすることでCGVHDの抑制,予防につなががることが期待される.謝辞:稿を終えるにあたり,慶應義塾大学眼科学教室根岸一乃教授,榛村重人准教授,株式会社坪田ラボ坪田一男CCEO,先端生命科学研究所福田真嗣特任教授のご指導に深謝いたします.文献1)ZeiserCR,CBlazarBR:PathophysiologyCofCchronicCgraft-versus-hostCdiseaseCandCtherapeuticCtargets.CNEnglJMedC377:2565-2579,C20172)HayashiCS,CShimizuCE,CUchinoCMCetal:TheCoverlapCsyn-drome:acasereportofchronicgraft-versus-hostdiseaseafterthedevelopmentofapseudomembrane.CorneaC40:C1188-1192,C20213)OgawaY,OkamotoS,WakuiMetal:Dryeyeafterhae-matopoieticCstemCcellCtransplantation.CBrCJCOphthalmolC83:1125-30,C19994)ShonoCY,CvanCdenCBrinkMRM:GutCmicrobiotaCinjuryCinCallogeneicChaematopoieticCstemCcellCtransplantation.CNatCRevCancer18:283-295,C20185)LinD,HuB,LiPetal:RolesoftheintestinalmicrobiotaandCmicrobialCmetabolitesCinCacuteCGVHD.CExpCHematolCOncolC10:49,C20216)TeshimaCT,CReddyCP,CZeiserR:AcuteCgraft-versus-hostdisease:novelCbiologicalCinsights.CBiolCBloodCMarrowCTransplantC22:11-16,C20167)HazenbergCMD,CHaverkateCNJE,CvanCLierCYFCetal:CHumanCectoenzyme-expressingILC3:immunosuppresC-siveCinnateCcellsCthatCareCdepletedCinCgraft-versus-hostCdisease.BloodAdvC3:3650-3660,C20198)JenqCRR,CTaurCY,CDevlinCSMCetal:IntestinalCblautiaCisCassociatedwithreduceddeathfromgraft-versus-hostdis-ease.BiolBloodMarrowTransplantC21:1373-1383,C20159)TaurY,JenqRR,PeralesMAetal:Thee.ectsofintesti-nalCtractCbacterialCdiversityConCmortalityCfollowingCalloge-neicChematopoieticCstemCcellCtransplantation.CBloodC124:C1174-1182,C201410)JenqCRR,CUbedaCC,CTaurCYCetal:RegulationCofCintestinalCinflammationbymicrobiotafollowingallogeneicbonemar-rowtransplantation.JExpMedC209:903-911,C201211)Stein-ThoeringerCCK,CNicholsCKB,CLazrakCACetal:Lac-tosedrivesEnterococcusexpansiontopromotegraft-ver-sus-hostdisease.ScienceC366:1143-1149,C201912)KimSO,SheikhHI,HaSDetal:G-CSF-mediatedinhibi-tionofJNKisakeymechanismforLactobacillusrhamno-sus-inducedCsuppressionCofCTNFCproductionCinCmacro-phages.CellMicrobiolC8:1958-1971,C200613)MathewsonCND,CJenqCR,CMathewCAVCetal:GutCmicrobi-ome-derivedmetabolitesmodulateintestinalepithelialcelldamageCandCmitigateCgraft-versus-hostCdisease.CNatCImmunolC17:505-513,C201614)LaterzaL,RizzattiG,GaetaniEetal:ThegutmicrobiotaandCimmuneCsystemCrelat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