大阪大学大学院医学系研究科の大学院生の友藤嘉彦さん、岡田随象 教授（遺伝統計学）らの研究グループは、腸内微生物叢由来全ゲノムシークエンスデータ（メタゲノムデータ）から腸内ウイルス叢の情報を取得することで、腸内ウイルス叢と自己免疫疾患との関連を探索・同定しました。

我々の腸内には数多くの微生物が存在し、腸内微生物叢を構成しています。腸内微生物叢は免疫反応や代謝応答に密接に関わっており、自己免疫疾患や代謝疾患の発症に寄与することが知られています。ヒトの腸内には細菌だけではなく、バクテリオファージを中心としたウイルスも多く存在しています。バクテリオファージはヒトではなく細菌に感染し、細菌の代謝や量を変化させるので、腸内微生物叢と疾患との関係性を包括的に理解するには、腸内ウイルス叢の解析が必要不可欠です。しかしながら、腸内ウイルス叢解析を行うためには複雑な解析パイプラインを構築しなければならないため、腸内ウイルス叢解析はあまり広く普及しておらず、腸内ウイルス叢と疾患との関連については殆ど調べられてきていませんでした。

今回、研究グループは、腸内微生物叢由来の全メタゲノムシークエンスデータ（メタゲノムデータ）から腸内ウイルス叢情報を取得するパイプラインを構築しました（図）。そして、この腸内ウイルス叢解析パイプラインを関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、多発性硬化症患者と健常者の計476名から取得したメタゲノムデータに対して適用することで、自己免疫疾患患者の腸内ウイルス叢の特徴を探索しました。その結果、関節リウマチ、全身性エリテマトーデス患者の腸内において、crAss-like phageというバクテリオファージが減少していることがわかりました。また、全身性エリテマトーデス患者の腸内ではPodoviridaeというバクテリオファージが減少していました。さらに、研究チームはCRISPRを利用した解析によって、crAss-like phageやPodoviridaeなどのバクテリオファージがどのような細菌に感染するのかを見出しました。

本研究成果によって、これまで殆ど着目されていなかった腸内ウイルス叢を解析することが可能になりました。そして、腸内微生物叢を介した自己免疫疾患の発症機序について、より包括的な理解が可能となり、新たな治療・診断技術の開発につながると期待されます。

本研究成果は、英国科学誌「Annals of the Rheumatic Diseases」に12月9日（木）午前0時（日本時間）に公開されました。

図. 本研究の概略

関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、多発性硬化症などに代表される自己免疫疾患は免疫系が自己を攻撃してしまうことによって発症する疾患です。自己免疫疾患の発症には環境因子と遺伝因子の双方が寄与すると考えられていますが、発症機序の全容は明らかになっていません。

我々の腸内には数多くの微生物が存在し、腸内微生物叢を構成しています。腸内微生物叢は免疫反応や代謝応答を介して我々の体に大きな影響を与えており、多くの疾患に関与しています。これまでに多くの研究チームが腸内微生物叢の中でも特に腸内細菌に着目して研究を行ってきており、最近では次世代シーケンサーを利用したメタゲノム解析によって、腸内細菌と疾患との関連を網羅的に探索することができるようになってきました。ヒトの腸内には細菌だけではなく、バクテリオファージを中心としたウイルスも多く存在しています。バクテリオファージはヒトではなく細菌に感染するウイルスで、腸内に存在しているバクテリオファージは腸内細菌に感染することで、その腸内細菌の代謝や量を変化させると考えられています。そのため、腸内微生物叢と疾患との関連を包括的に理解するためには、腸内細菌だけではなく、腸内ウイルスも解析する必要性があります。しかしながら、腸内ウイルス叢解析を行うためには複雑な解析パイプラインを構築しなければならないため、腸内ウイルス叢解析はあまり広く普及しておらず、腸内ウイルス叢と疾患との関連については殆ど調べられていませんでした。

今回、岡田教授らのグループは、腸内微生物叢由来全ゲノムシークエンスデータ（メタゲノムデータ）から腸内ウイルス叢情報を取得・解析するパイプラインを構築しました（図）。この解析パイプラインを日本人集団476名（関節リウマチ患者111名、全身性エリテマトーデス患者47名、多発性硬化症患者29名、健常者 289名）のメタゲノムデータに対して適用し、自己免疫疾患患者の腸内ウイルス叢の特徴を探索しました。その結果、関節リウマチ、全身性エリテマトーデス患者の腸内において、crAss-like phageというバクテリオファージが減少していることがわかりました。また、全身性エリテマトーデス患者の腸内ではPodoviridaeというバクテリオファージが減少していました。さらに、研究チームはCRISPRを利用した解析によって、crAss-like phageおよびPodoviridaeがどのような細菌に感染しているのかを探索しました。その結果、crAss-like phageは既知の感染先であるBacteroidetesの他、RuminococcusなどのFirmicutesにも感染する可能性が示唆されました。また、PodoviridaeとFaecalibacteriumの存在量は正の相関をしており、PodoviridaeとFaecalibacteriumとがウイルスー宿主共生関係にある可能性が示唆されました。RuminococcusやFaecalibacteriumは過去に自己免疫疾患との関連が報告されてきた細菌であり、今回同定した自己免疫疾患関連ウイルスが宿主となる細菌の機能や量を変化させることで、自己免疫疾患に寄与する可能性が示唆されました。

本研究成果によって、腸内微生物叢由来全ゲノムシークエンスデータ（メタゲノムデータ）を用いて腸内ウイルス叢の解析を行うことが可能になりました。この技術は自己免疫疾患に留まらず、様々な疾患についても適用可能であると期待されます。そして、本研究で得られた発見により、腸内微生物叢を介した自己免疫疾患の発症機序について、より包括的な理解が可能になると期待されます。

本研究で同定されたウイルスについては細菌実験や動物実験などのさらなる検証を進めることで、自己免疫疾患における治療標的としての可能性を評価することが可能であると考えられます。また、今回明らかになった、自己免疫疾患患者の腸内ウイルス叢の特徴は、診断に利用可能なバイオマーカーとして利用可能であることが期待されます。