Changes in aggressive behavior due to dysbiosis of host gut microbiota

技術要約：宿主の腸内細菌叢のディスバイオーシスによる攻撃的行動の変化

問題提起
攻撃的行動は、通常の社会的相互作用の一要素ではあるものの、深刻な社会的および個人的な結果をもたらす病的な状態として現れることがある。攻撃性の神経生物学的基盤（視床下部、モノアミン、ホルモンが関与）については部分的に理解されているが、その本質的な原因はいまだ解明されていない。近年の研究は、「マイクロバイオータ・ガット・ブレイン・アクシス（腸内細菌叢-腸-脳相関）」を新たなメカニズムとして提案しており、腸内細菌叢が宿主の行動に影響を与えることを示唆している。著者らおよび他者による先行研究では、無菌（GF）マウスは特定の病原体を含まない（SPF）マウスと比較して攻撃性が高まること、また、GFマウスへの生後早期の定着（コンベンショナル化）がこの攻撃性を減少させることが示されている。しかし、成体において抗生物質を用いて既に確立された腸内細菌叢を破壊すること（ディスバイオーシスの誘発）が、その後の攻撃的行動を変化させるかどうかは依然として不明である。

方法論
本研究では、安定した腸内環境における抗生物質誘発性ディスバイオーシスと攻撃性の因果関係を調査するために、グノバイオティック（微生物学的に制御された）マウスモデルを用いた。

• 動物モデル: BALB/cマウス（無菌（GF）の祖先由来）を使用した。これらは、4週齢の時点でSPFマウスの糞便を経口投与して「既無菌（Ex-GF）」マウスへと転換され、その後、自生的な腸内細菌叢を持つ第二世代を確立するために繁殖された。
• 実験デザイン: 腸内細菌叢が安定したと考えられる6週齢において、Ex-GFマウスを以下の2群に分けた。
  1. 対照群: 標準的な飲料水を与えた。
  2. 処置群（Ex-GF SM）: ストレプトマイシン（1 mg/mL）を6日間添加した飲料水を与えた。ストレプトマイシンは、好気性菌およびグラム陰性菌を特異的に標的とし、嫌気性菌にはほとんど影響を与えないアミノグリコシド系抗生物質として選択された。
• 行動評価: 8週齢において、厳格な無菌状態のオープンフィールド・アリーナ内で攻撃的行動を評価した。対戦相手の攻撃性を低減し評価を明確にするため、マウスは去勢された対戦相手とペアリングされた。攻撃性は、噛みつき、レスリング、尾の振る動作、攻撃的なグルーミング、追跡といった特定の行動に基づき、10分間定性的に評価された。
• 細菌叢解析: 行動テストの直後に、盲腸内容物を回収し、細菌集団を定量化した。好気性細菌はトリプチカーゼ・ソイ・アガーで、全細菌はBLアガーで培養した。
• 統計解析: データはマン・ホイットニーのU検定を用いて分析し、有意水準は P < 0.05 とした。

主な結果

• 行動的アウトカム: ストレプトマイシン処置群（Ex-GF SM）および非処置の対照群のいずれも、10分間の観察期間中に攻撃的な行動特性を示さなかった。両群間の攻撃レベルに有意差は認められなかった。
• 細菌叢の破壊: ストレプトマイシンの投与により、ディスバイオーシスの誘発に成功した。処置群の盲腸における好気性細菌の数は、対照群の1/1000にまで有意に減少した（P = 0.002）。主な減少は Enterobacteriaceae 科で見られた。
• 総細菌量: 好気性細菌の劇的な減少にもかかわらず、総細菌数（嫌気性菌を含む）は両群間で有意な差はなかった（P = 0.699）。

意義および主張
著者らは、好気性細菌を標的とする抗生物質を用いて、既に確立された微生物コミュニティを持つマウスの腸内細菌叢を破壊しても、攻撃性が増悪することはないと結論付けている。本研究はいくつかの重要な示唆を提示している：

1. 介入のクリティカル・ピリオド（決定的な時期）: これらの知見は、腸内細菌叢が攻撃性に及ぼす影響は、発達の初期段階において最も重要であることを示唆している。一度腸内細菌叢が安定すると（マウスでは8週齢頃）、その後の抗生物質によるディスバイオーシス（特に嫌気性菌を温存するもの）は、攻撃性を変化させないようである。
2. 嫌気性菌の役割: 行動の変化が見られなかったことは、ストレス反応や行動を調節することが知られている Bifidobacteria などの嫌気性細菌の保持に起因する可能性がある。本研究は、Bifidobacterium infantis がGFマウスにおける過活動やストレス反応を減衰させるという先行研究を引用している。
3. 臨床的意義: 本論文は、特に乳幼児におけるヒトへの応用において、抗生物質使用のタイミングが極めて重要であることを示唆している。攻撃性の増悪を防ぐためには、発達の初期段階で腸内細菌叢を安定させることが必要である可能性がある。逆に、安定した微生物叢を持つ個体において、嫌気性細菌を標的としない抗生物質を使用することは、攻撃性のリスクを高めないと考えられる。
4. 母体の影響: 著者らは、子の微生物叢の健全な発達には、母体の腸内細菌叢の安定性が不可欠であり、それが将来の攻撃レベルに影響を与えることを強調している。

限界
著者らは、本研究が無菌アイソレーター環境下で行われたため、非無菌環境への一般化には限界がある可能性があることを認めている。また、去勢された対戦相手の使用は、無菌状態を維持するための方法論的な必然であったが、処置群に攻撃性が認められなかったことから、結果にバイアスを与えなかったと著者らは主張している。最後に、本研究は、攻撃性と腸内細菌叢の関係を完全に立証するためには、さらなる動物モデルを通じた追加の検証が必要であることを述べている。