はじめに

ヒトの腸内に生息する細菌集団（腸内細菌叢・マイクロバイオータ）とその代謝物を含む腸内環境（マイクロバイオーム）は，すべての臓器機能に影響を与え，疾患の感受性や病態に影響を与えている可能性が示唆されている^1）．すなわち，マイクロバイオータは菌体成分や代謝物を介して宿主の免疫系・代謝系・神経系などあらゆる生理機能に作用しうる．ヒトの腸内には数百種類の腸内細菌が存在するが，各腸内細菌は異なる菌体成分・代謝能を有するため，マイクロバイオータの組成変化は，腸内の菌体成分や代謝物の組成を変動させ，その結果，宿主生理機能も変化させる．現代社会は，食事や生活スタイルの変化，抗菌薬などの薬剤使用の増加により，腸内細菌叢の構成異常（dysbiosis，ディスバイオーシス）が生じやすくなっているといえる．また，大規模な臨床研究により，腸内ディスバイオーシスが多様な疾患と関連していることが明らかになってきた．さらに，これらの因果関係が動物モデルで再現され，マイクロバイオータが疾患に与える作用機構（mode of action：MOA）の解明につながっている^2）．特定の腸内細菌の欠損（減少）または増加と疾患感受性や病態変化との関連性，そしてその根底にあるMOAの理解は，腸内細菌をターゲットにした新規モダリティによる創薬アプローチの開発基盤を提供する．実際に，マイクロバイオータの構成菌や食事因子による組成変化，腸内細菌間相互作用，宿主への影響についての理解が深まるにつれて，疾患を治療・予防し，健康を増進させることを目的としたマイクロバイオ―ム創薬研究を行う企業が多数設立さてている．マイクロバイオーム医薬品を開発する企業は2022年3月現在，世界で300ほど，研究プログラムについては1,000以上もあるが（https://www.microbiometimes.com/drug-database-2/），そのほとんど（9割ほど）は欧米発である．

１マイクロバイオーム創薬アプローチ

腸内ディスバイオーシスを改善させる方法として，現在複数のアプローチがとられている（概念図1）．

第一に，便微生物叢移植法（fecal microbiota transplantation：FMT）は多様な疾患で有効性が報告されている（中原の稿）．病原体の伝播と糞便サンプルの組成を完全にコントロールすることが難しいという懸念点はあるが^3）4），FMTは治療行為としても，生きた生物学的製剤（live biotherapeutic products：LBPs）のディスカバリープラットフォームとしてもきわめて重要な意義をもっている．

第二に，腸内細菌利用糖（microbiota-accessible carbohydrates：MACs）は，投与する糖の種類によって増加する腸内細菌も異なるため，各MACの特性と各腸内細菌の機能が明らかになった場合には非常に有用なアプリケーションとなる可能性がある．FMTやLBPsとの併用投与も特定の腸内細菌（群）の効果を増強する，という観点で期待できる^5）．MACsに焦点を当てたマイクロバイオーム創薬企業はまだそう多くはないが，米国のKaleido Biosciences社（レキシントン，マサチューセッツ州）は，潰瘍性大腸炎，COVID-19，NAFLD（非アルコール性脂肪性肝疾患），心血管疾患，肝硬変患者のアンモニア産生減少などに有効な自社開発の合成糖を腸内ディスバイオーシスの改善を目的として非臨床・臨床試験を行っている^6）．

第三に，単数または複数の生きた腸内細菌からなるLBPsは，疾患患者で減少または欠損している腸内細菌を補充することにより，マイクロバイオータの機能を回復できる可能性がある（金ら，林，濵地らの稿）．ほとんどの腸内細菌は難培養性で，長い間扱うことが困難であったが，培養技術の進歩により，多くのマイクロバイオータ構成菌をin vitroで増殖させることが可能になった^7）．そして，各腸内細菌株の特性評価がゲノムおよび代謝レベルで可能となり，その結果，細菌科・属・種間および内においても特性が異なることが明らかになった^8）9）．そのため，LBPs候補菌の選定は株レベルで行われる必要がある．

第四に，特定の機能遺伝子を導入した遺伝子改変細菌株が治療効果を高めるために開発されている．しかし，腸内細菌のなかには遺伝子操作の難しいものも多いというのが課題である^10）11）．

第五に，腸内細菌に由来する新規の生理活性物質の利用である（岩井らの稿）．一般的に創薬研究においては，標的分子に作用する分子（低分子化合物や抗体）をスクリーニングするが，腸内細菌由来の生理活性物質においてはまず表現型スクリーニングを行い，そのうえで生物学的標的分子が同定される．このアプローチにより同定した分子標的は，必ずしも新規標的になるとは限らず，既知の分子標的が同定される可能性もある．

第六に，ファージ（カクテル）投与で特定の腸内細菌を除去することにより，Clostridioides difficileや多剤耐性菌などの感染症を治療することが期待されている（安藤の稿）．ファージは宿主特異性が非常に高いため，疾患の原因になっている細菌が明らかな場合にはファージ療法はシャープな切れ味を発揮するが，疾患とかかわっている細菌が複数存在する，あるいははっきりしない場合には開発が困難になる可能性がある．

第七に，既存の医薬品のなかにマイクロバイオータの組成を変化させるものがあり，これらが腸内細菌を介して新たな適応症を獲得できる可能性がある．例えば，経口糖尿病治療薬であるメトホルミンは，肝臓におけるAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）の活性化を介した糖新生抑制効果が血糖降下作用の主たるメカニズムと考えられていたが，近年，マイクロバイオータの組成変化によって薬剤効果を高めているということが明らかになった^12）．さらに，メトホルミンは抗腫瘍効果を発揮する^13），認知機能を改善する^14）など，マイクロバイオータを介した新たな機能も報告されている．

２マイクロバイオーム創薬の疾患領域

現在，欧米を中心にマイクロバイオーム創薬開発が行われているが，以下の疾患領域に焦点を当てている企業が多く存在する（概念図2）．

❶ 感染性疾患

抗菌剤の投与などによって正常な腸内細菌叢のバランスが崩れると，Clostridioides difficileや抗菌剤耐性（antimicrobial resistance：AMR）株などの増殖リスクが高くなる．これは，マイクロバイオータによる，腸管病原性細菌（pathobiont）の定着を阻止する作用（コロナイゼーションレジスタンス，colonization resistance：CR）が減弱するためである．実際に，C. difficile感染症（C. difficile infection：CDI）にはFMTが著効することが知られており，有効例は90％以上でその後の副作用も報告されていないことから注目を浴びている．腸内細菌によるCRはCDI予防に加えAMRの拡散予防にも寄与する可能性があることから，これらに有効なLBPsの開発が行われている（金らの稿）．

❷ 炎症性腸疾患

炎症性腸疾患（inflammatory bowel disease：IBD）は環境・遺伝学的要因に加え，腸内細菌が関与する疾患であると言われているが，実際にIBD患者では，Clostridium clusters IV＆XIVaに属する菌が減少していることが知られている^15）．また，糞便中の酢酸，酪酸，プロピオン酸などのSCFAs濃度（短鎖脂肪酸）も減少していることが知られているが，実際に酪酸産生菌であるFaecalibacterium prausnitzii，Roseburia hominis，Eubacterium rectaleや^16），酢酸・プロピオン酸産生菌であるDialister invisusなどがIBD患者で減少している^17）．これらの菌がIBDの制御にどのようにかかわっているのかはいまだ不明であるが，酪酸は制御性T細胞を誘導したり^18），腸管バリア機能を強化したりする作用があるため^19），炎症の抑制に寄与している可能性が考えられる．そのため，このような機能をもつLBPsがIBDの治療薬として開発されている（濵地らの稿）．また，潰瘍性大腸炎患者で発現の低下がみられた腸内細菌由来の遺伝子産物から，マウスの実験的腸炎の症状を軽減するタンパク質が同定され，この腸炎抑制タンパク質を発現する遺伝子組換え細菌の臨床応用も期待されている（岩井らの稿）．さらに，クローン病との関連が示唆されている腸管接着性侵入性大腸菌（adherent-invasive Escherichia coli：AIEC）に対するファージカクテルも開発されている（安藤の稿）．

❸ がん免疫

さらに近年，がん免疫療法（免疫チェックポイント阻害薬，immune checkpoint inhibitor：ICI）の効果発揮に腸内細菌叢が関与するということも報告された．すなわち，マウスを用いた実験で，BacteroidesがCTLA-4阻害抗体の^20），Bifidobacterium，Akkermansia muciniphilaがPD-1阻害抗体による抗腫瘍免疫作用を発揮・増強させることが示された^21）22）．さらに化学療法薬であるシクロホスファミド投与後の細胞傷害性T細胞の活性化にEnterococcus hirae， Barnesiella intestinihominis，Lactobacillus johnsoniiが関与することも報告されている^23）．以上のことから，特定の腸内細菌が腫瘍免疫において重要な役割を果たしている可能性が示唆されている（林の稿）．また，ICIの反応性と相関する細菌株の遺伝子情報から，実際にICIの効果を増強する細菌由来ペプチドも見つかっている（岩井らの稿）．さらに，口腔内pathobiontであるFusobacterium nucleatumは，大腸の腫瘍形成の加速，大腸がん患者の生存期間の短縮，化学療法への耐性と関連していることが報告されていることから^24），F. nucleatum特異的ファージカクテルの開発も行われている（https://www.biomx.com/）．

❹ 代謝性疾患

代謝性疾患においては，A-Mansia Biotech社（ベルギー）が，動物実験で糖尿病改善作用が認められたAkkermansia muciniphilaを肥満と糖代謝異常をもつ被験者に投与する臨床試験を実施し，良好な効果を得ており，現在LBPとして開発を進めている^25）．Caelus Health社（オランダ）は，インスリン抵抗性をもつ被験者に酪酸産生菌であるAnaerobutyricum soehngenii L2-7株製剤を投与する臨床試験を実施しており，4週間投与で有効性が示されている^26）．一方，アルコール性肝炎を悪化させることが示唆されている細胞溶解毒素産生性のEnterococcus faecalisなどを選択的に除去するファージカクテルの開発も進められている（安藤の稿）．

❺ 中枢神経系・精神疾患

腸内細菌由来の代謝産物が神経内分泌機能や行動にも影響を与えていることがしだいにわかってきた．酪酸などのSCFAsは飽満を促すレプチンやPYYなどの神経ペプチドの産生量を制御することが報告されている^27）．さらに，セロトニンのような神経伝達物質の生合成を腸内細菌が制御することや^28），腸内細菌自身がトリプタミンなどの神経伝達物質を合成することも明らかになっている^29）．また，無菌マウスでは不安に関連した行動が通常マウスに比べて多いが，これは循環しているACTHやコルチコステロンの量が多いことに起因する^30）．そのため，腸内細菌叢の組成や代謝物の変化が行動にも影響を及ぼしている可能性がある．自閉症に関してもマイクロバイオータの組成変化との関連性が言われている．そこで，健常者と自閉症患者の腸内細菌叢の遺伝子情報をもとに機械学習を行ったところ，自閉症患者で減少している可能性のある二次胆汁酸が同定され，実際に自閉症モデルマウスへの投与により不安関連行動の改善がみられている（岩井らの稿）．

３日本におけるマイクロバイオーム創薬のための課題

日本におけるマイクロバイオーム創薬研究は欧米と比べて開発企業や研究プログラムの数において大きく遅れをとっている．マイクロバイオーム創薬，特にLBPsの開発を日本で推し進めるためには少なくとも以下について早急に決めておく必要がある．

❶ LBPsの定義

米国FDA（Food and Drug Administration）の生物学的評価および研究センター（The Center for Drug Evaluation and Research：CBER）において，LBPsとは，①天然由来・遺伝子組換え・または単離された細菌や酵母など，生きている微生物が含まれる，②ヒトの疾患の予防・治療に適用できる，③特異的免疫原性ワクチンではない，生物学的製品 と定義している．日本でもLBPsを米国と同様に定義するのか，また，既存の市販細菌（プロバイオティクス）製剤とLBPsを区別するか否か，さらに，プロバイオティクス製剤を（特定の機能をもつ）LBPsとして再開発可能か（可能な場合，非臨床試験の簡素化・臨床試験の一部省略化・類似薬効製剤に準じた薬価の設定），についてもしっかりと議論する必要がある（朝原らの稿）．

❷ マイクロバイオーム医薬品開発に関するガイドライン

1） ガイドラインの範囲と審査基準

まず，ガイドライン対象の製剤について，FMT，特定の菌種を濃縮/精製した便由来細菌（エタノール処理糞便など），単離・培養した選択菌（複数菌または単一菌）に加えて，遺伝子組換え菌，さらにはファージ，MACs，腸内細菌由来の低分子化合物など，どのモダリティまでを含めるか，について決めておく必要がある．そしてこのガイドラインを整備するまでのロードマップやスケジュールについてもしっかりと提示することが重要である．また，ICH（International Conference on Harmonisation of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use，日米EU医薬品規制調和国際会議）の目的にもあるように，新薬承認審査の基準を国際的に統一する，ということもマイクロバイオーム創薬を日本で今後推し進めていくために検討すべきであろう．

2） ガイドライン細目

マイクロバイオーム創薬ガイドライン作成に際して以下の細目について具体化していく必要がある（金らの稿，濵地らの稿）．

【CMC（chemistry, manufacturing and control：化学・製造および品質管理）】

・試験法・規格

菌数算定のための試験や，LBP構成菌の情報（単離場所，継代歴，全ゲノム配列，薬剤耐性遺伝子の有無など）についての要求範囲を決めておく必要がある．

・製剤化・製造・分析施設

現在，欧米を中心に開発中のLBPs構成菌には嫌気度の非常に高い細菌が多く含まれている．そのため，今後日本でもLBPs開発が行われる際には，すべての製造ステップで嫌気度を維持することが求められる可能性が高い．そのため，既存の製造プロトコールの拡大や，特殊な設備・機器・運用に関する専門知識が必要になるだろう．欧米やオーストラリアでは，LBP製造サービスを提供する受託製造組織（contract manufacturing market：CMO）や，受託開発製造組織（contract development and manufacturing organizations：CDMO）が存在するが，国内には委託施設が限られるため，製造管理のハードルは非常に高いことが予想される．

【安全性試験（非臨床試験）】

・試験を実施するうえでの規格と試験結果の解釈

原薬に含まれる細菌由来代謝物や不純物の管理・規格および試験方法や，生菌剤の用量・投与回数の目安，非臨床試験結果の臨床へのトランスレーションについて検討しておく必要がある．

【臨床試験】

・LBPsの効果を適切に評価するための条件設定

LBPsがその効果を発揮するためには投与される被験者の腸内環境も非常に重要であると考えられる．そのような観点から，

① 被験者の選抜方法：腸内細菌叢は個人によって大きく異なるため，ランダムに被験者を選ぶと数が膨大になる可能性がある．

② 試験期間中および前後の食事の影響：食事は腸内環境を変化させる要因の一つであるため，LBPsの効果に影響を与える可能性がある．

③ 投与量・回数：投与する菌数や，生菌カクテルの場合には各構成菌の菌数の割合，さらに，投与回数や投与間隔などによってLBPの定着数・効果に差が出る可能性がある^31）．

④ 抗菌剤投与の有無：LBPsの定着を促進させるためには有効である一方で，耐性菌の出現や日和見感染を誘発させてしまう恐れがある．

⑤ 人種差の確認，海外データのブリッジング：腸内細菌叢の組成は人種・居住地によっても異なるため，海外データをどの程度一般化できるかが不透明である． ということも考慮しておく必要がある．

　おわりに

マイクロバイオーム創薬は新規モダリティとして多様な疾患に応用できる可能性があることから大きな注目が集まっている．一方で，その開発プロセスはいまだ手探り状態であるといえる．しかし，欧米ではマイクロバイオームの期待の大きさから多額の資金が投入され，開発を担うバイオベンチャー企業が失敗を恐れずに猛進を続けている．本特集を通じて日本国内におけるマイクロバイオーム創薬研究がますます盛り上がっていくことを切に願う．

著者プロフィール

金　倫基：北里大学にて学位取得（薬学博士，檀原宏文教授）．博士課程のときにヤクルト中央研究所にて研究を行う（野本康二博士・現 東京農業大学教授）．その後，ミシガン大学医学部Post-Doctoral fellow（Gabriel Nuñez教授），筑波大学医学医療系助教（渋谷彰教授），ミシガン大学医学部Research Investigator（Gabriel Nuñez教授），Vedanta Biosciences, Inc. Senior Scientist，慶應義塾大学薬学部生化学講座准教授（長谷耕二教授）を経て2018年10月より慶應義塾大学薬学部創薬研究センター教授（現職）に就任．自然免疫受容体Nod-like receptorsやHost-Pathogen-Microbiotaの相互作用についての研究に従事．現在は腸内細菌と多様な疾患との関連性についての研究を行っている．