腸内細菌叢の肥満における役割：減量手術後の影響 (MICROOBAR)

1. はじめに 肥満は、健康に大きな影響を与え、高い経済的負担を伴う慢性疾患です。 世界人口におけるその有病率は、1975年の5％から2014年には13％に増加しました。 これらの数字に基づくと、世界人口の5分の1が2025年までに肥満になると予想されています。 さらに、肥満は2型糖尿病（T2DM）発症の最も重要な危険因子として認識されています。 それに伴い、T2DMの有病率の並行した上昇が観察されており、現在世界人口の9％に影響を与えており、2025年までに12％に増加すると推定されています。 肥満に関連する代謝変化は、冠動脈性心疾患や心筋梗塞を含む心血管疾患のリスクを高めます。

   現在、減量および血糖コントロール改善のための推奨治療は、特に薬物療法と生活習慣改善を通じて十分な結果が得られなかった肥満患者において、減量手術です。 利用可能なさまざまな外科的技術の中でも、胃腸管構造を大幅に再編成し、腸管吸収不良と食物摂取制限を組み合わせる腹腔鏡下胃バイパス術（LGB）は、病的肥満の治療において欧州で最も認知され広く行われている手技です。

   最近、異なる減量手術手技間の代謝転帰を比較したメタアナリシスが発表されています。しかし、これらは少数のランダム化比較試験に基づいており、主に、後ろ向き研究デザイン、幅広い体格指数（BMI）と糖尿病罹病期間を持つ不均一なコホートの組み入れ、短い追跡期間など、重要な限界がある研究に基づいています。 これらの研究のほとんどは同等の短期転帰を示しています。それにもかかわらず、STAMPEDE試験は、3年後のLGBによる優れた代謝結果を示しました。 逆に、厳密な吸収不良手技を含む研究は、より高いT2DM寛解率と疾患再発の低いリスクを示しています。

   大規模で不均一な臨床コホートの最近の分析は、より短い糖尿病罹病期間、より低いベースライン空腹時血糖値、および胃内容物を遠位小腸に迂回させる手技（制限的手技ではなく）が、2年間の追跡後のより高いT2DM寛解率の独立した予測因子であることを特定しました。 これがこれらの手技によって達成されるより大きな体重減少の結果であるのか、または特に腸管ホルモン動態などの他の要因が関与しているのかは不明なままです。 十二指腸を除外する腸管バイパス手術は、急速な胃排出と未消化食物の早期回腸到達により、インクレチンホルモン、具体的にはグルカゴン様ペプチド1（GLP-1）と食欲促進ペプチドYY（PYY）の分泌増加をもたらします。 過剰なGLP-1分泌は、手術後のT2DMにおけるβ細胞機能改善の主なメカニズムの一つと考えられています。 しかし、一部の研究は、糖尿病寛解の主な要因としてのGLP-1の役割に疑問を投げかけています。 さらに、胃底部の除外は、食欲促進ホルモンであるグレリンの分泌減少をもたらし、食欲抑制とインスリン分泌増加につながります。 実際、両方のメカニズムはLGB後の観察研究で説明されており、改善されたグルコース恒常性と関連しています。

   さらに、最近の研究は、腸内細菌叢が代謝調節および局所的・全身的炎症反応の調節において重要な役割を果たす可能性があることを示唆しています。 肥満とT2DMは、腸内細菌の存在量と組成、およびその生物学的多様性の変化と関連しています。 腸内細菌叢が代謝特性に影響を与える正確なメカニズムは不明なままですが、それらは食物繊維の発酵産物、特にエネルギー恒常性に影響を与える短鎖脂肪酸（SCFA：酪酸、プロピオン酸、酢酸）を含む可能性があります。 SCFAが天然リガンドであると見られる広範な細胞種および組織における受容体の最近の発見は、腸内細菌叢-代謝相互作用におけるそれらの潜在的な役割をさらに強調しています。 代謝調節に対する腸内細菌叢の直接的な影響の別の関連メカニズムは、インスリン抵抗性とT2DMの発症に寄与する亜臨床炎症の発症と進行との関連にある可能性があります。 肥満とT2DMは、細菌性リポ多糖の循環系への移行増加と関連しており、その後、脂肪組織内の自然免疫活性化を引き起こすことが提案されています。

   腸内細菌叢の調節が、肥満およびT2DMの齧歯類モデルにおいて肥満を効果的に予防し代謝状態を改善することが示されている一方で、肥満糖尿病患者におけるそのような効果を支持するヒトデータははるかに決定的ではありません。 痩せたドナーからの糞便微生物移植の影響を探った最近の研究は、代謝症候群を有する男性受容者において、移植後6週（18週後ではない）にインスリン感受性の中等度の改善を示しました。 したがって、腸内細菌叢は関連する寄与因子であり、おそらく生活習慣と宿主生物学を橋渡しする重要な因子であると思われます。

   これまでに、過体重および中等度肥満において腸内細菌叢異常が特定されており、腸内細菌叢組成の実質的な変化（特定の細菌群の増加または減少）および微生物遺伝子豊富度の低下によって示され、これらはインスリン抵抗性、低度炎症、脂肪細胞肥大などの代謝障害と関連しています。 しかし、重度肥満（BMI > 35 kg/m²）および病的肥満（BMI > 40 kg/m²）の世界的な有病率の増加にもかかわらず、極端な形態の肥満における腸内細菌叢特性はほとんど探られていません。現在、それぞれ男性の2.3％、女性の5％に影響を与えています。 重度肥満の一部の個人は代謝的に健康なままですが、一般的にBMI > 35 kg/m²に達すると慢性疾患のリスクが著しく増加します。 さらに、代謝的に健康な肥満個人は、時間の経過とともに代謝変化および併存疾患を発症することが多いです。

   減量手術後の代謝および炎症の改善、およびそれが腸内細菌叢変化と関連していることは十分に文書化されていますが、最近の研究は、微生物豊富度の低下と組成変化が過体重または中等度肥満における有害な代謝転帰と関連しているが、重度肥満では依然として十分に特徴づけられていないことを示しています。 さらに、新たな証拠は、腸内細菌叢組成が減量手術後に完全には回復しないことを示唆しています。 加えて、Santos-Marcosらは最近、腸内細菌叢組成における性関連の違い、および異なるホルモン段階にある女性間の変動を報告しており、これは代謝疾患および関連併存疾患の発生率で観察される性的二形性の基礎にある可能性があります。

   減量手術は、体重減少を促進し血糖コントロールを改善する効果的な介入です。 胆汁酸および腸管ホルモンの陽性調節に加えて、この手術は腸内細菌叢組成に深い変化を誘導し、これは減量手術によって媒介される健康効果の重要な寄与因子です。 しかし、重度肥満の場合、最近のデータは一般的な見解に疑問を投げかけており、低微生物豊富度（手術前）に関連する細菌種は、実質的な代謝改善にもかかわらず、減量手術後にわずかにしか変化しないように見えるためです。 この前提の妥当性または不一致を検証するために、外科的減量介入を受ける肥満個人における代謝パラメータと危険因子の比較分析を確立しました。 さらに、胃腸ペプチドなどの末梢バイオマーカーの発現と同定は、肥満表現型のより良い特徴づけとより正確な診断を可能にし、それにより肥満の治療とフォローアップを個別化された基礎で改善する可能性があります。

   さらに、腸内細菌叢の変化が代謝異常と密接に関連しているかどうか、および減量手術による減量介入が、肥満の異なる程度および表現型、ならびに性別間で、腸内微生物多様性と代謝バイオマーカーにおける差動反応を決定する可能性があるかどうかを探ることを提案します。

2. 材料と方法 2.1. 研究デザインと参加者 前向き、介入的、比較的、トランスレーショナルな臨床研究がデザインされました。 提案された目的を達成するために、同じ病院の一般・消化器外科で減量手術を受ける予定の60人の肥満患者が募集されます。 患者は、Hospital Universitario Doctor Pesetの内分泌科肥満ユニットに通院する際に順次登録され、必要な数に達し、以下に説明する組み入れ基準と除外基準を満たす場合に限り参加します。

   • 組み入れ基準：体格指数（BMI）が40 kg/m²を超える（または> 35 kg/m²で少なくとも1つの肥満併存疾患を有する）、年齢18歳から65歳、肥満の既知の罹病期間が5年を超える患者。
   • 除外基準：研究の性質上、急性または慢性炎症性疾患、確立された肝不全または腎不全（平均からのトランスアミナーゼ値±2 SDおよび推定糸球体濾過率[CKD-EPI式] >60と定義）、腫瘍性疾患、または二次性肥満の原因（例：甲状腺機能低下症、クッシング症候群）を有する患者は除外されます。

参加前に、すべての患者（またはその法的代理人）は、研究目的の詳細な説明を受け、すべての質問に回答した後、インフォームド・コンセント書に署名します。 本研究は、ヘルシンキ宣言およびその後の改正の倫理原則に従い、病院倫理委員会の承認を受けます。 研究期間中に収集されたすべての医療情報とデータは、国内法に従って機密保持されます。

肥満度の影響を評価するために、患者はBMIに従って3つのグループに分類されます：1）重度肥満：BMI 35-40 kg/m²、2）病的肥満：BMI 40-50 kg/m²、3）極度肥満：BMI >50 kg/m²。

代謝プロファイルの影響を評価するために、患者はまた、年齢と性別で調整された、代謝的に健康な肥満（MHO）と代謝的に異常な肥満（MAO）の2つのグループに分けられます。 以前に確立された基準によると、MAO個人は、以下の心血管代謝変化の少なくとも2つを有するものと定義されます：1）空腹時血漿グルコース ≥100 mg/dLまたは抗糖尿病薬の使用；2）収縮期血圧（SBP） ≥130 mmHgおよび/または拡張期血圧（DBP） ≥85 mmHg、または降圧薬の使用；3）トリグリセリド濃度 ≥150 mg/dL；4）HDLコレステロール <40 mg/dL（男性）または <50 mg/dL（女性）、または脂質降下薬の使用。 逆に、MHO個人は、上記の基準のいずれも満たさないものと定義されます。 さらに、性関連の違いも分析されます。

手術前に、栄養士-管理栄養士が、患者の栄養要件に合わせて個別化され肥満に調整された低カロリー食からなる食事介入を実施します。 食事計画は質的に完全で、以下のマクロ栄養素分布に従います：炭水化物55％、脂質30％、タンパク質15％。 代謝外科手術手技の前の2週間、Optisource®サシェを使用した超低カロリー食が、1日3回の摂取に分けて投与されます。 減量手術後の食事介入は、体重減少と代謝正常化を目指して段階的に実施されます。 フォローアップ訪問は、個人の耐容性と栄養要件を考慮して、1、6、12か月に行われます。

2.2. データ収集と分析 すべての被験者は、栄養状態評価および心血管危険因子と併存疾患（高血圧、閉塞性睡眠時無呼吸、脂質異常症）を含む初期評価を受け、二次性肥満の原因を除外するための評価を受けます。 研究全体を通じて、ベースライン時および手術後のフォローアップ中に、患者は分析評価、体組成および基礎代謝評価、微生物叢研究、および胃腸ホルモン測定を受けます。 得られた結果はSPSS 17.0を使用して分析されます。 カテゴリ変数については、頻度分布とケースの総割合が評価されます。 量的変数については、平均、範囲、標準偏差が分析されます。 量的変数が正規分布に従うかどうかを判断するために、コルモゴロフ-スミルノフ検定が実行されます。 グループ間（性別、代謝プロファイル）の代謝変数の差は、非対応t検定またはマン・ホイットニーのU検定を使用して分析され、肥満度についてはANOVAが実行されます。 外科的介入後の変化を評価するために、反復測定ANOVAまたは対応のあるt検定が実施されます。 最後に、相関はピアソンまたはスピアマン二変量相関を使用して評価されます。 さらに、特定のグループの予測モデルを開発するためにロジスティック回帰分析が実行されます。