LPS細胞実験

LPS、βグルカン、ペプチドグリカンのマクロファージ活性化力と相乗効果

免疫賦活機能性食品では、ラクトフェリンなど蛋白性の因子もありますが、乳酸菌を主体とした発酵食品、キノコ類、酵母等、微生物が主役になっているものが圧倒的に多く存在します。実は、動植物の免疫系は微生物など環境中の外来異物が自然な形で体内に入ることで活性化されます。活性化の仕組みは「自然免疫」と呼ばれ、この１０年の間に、分子レベルでの細胞内シグナルトランスダクション経路の詳細が明らかになってきました。

乳酸菌は、グラム陽性細菌の一種であり、免疫賦活の有効成分は、細胞壁のペプチドグリカンです。ペプチドグリカンは、多糖とペプチド（数個のアミノ酸）から成り、ペプチド部分が架橋し網目のような構造になっています。酵母やキノコの免疫賦活の有効成分はβグルカンです。βグルカンは、グルコースがβ１,３結合あるいはβ１,６結合で連なったものです。いずれも、分子量は加水分解しないものでは数百万ダルトンであり、水溶物は高い粘性を持ちます。一方、グラム陰性細菌由来のLPSも自然免疫を活性化します。LPSは脂質にオリゴ糖ユニットが連なった構造で、オリゴ糖ユニットの結合数によって、分子量は５千から数万ダルトンのラダー分布を見せます。ちなみにパントエア菌のLPSは、分子量５０００と分子量４５０００付近にピークを持つ分子量分布を示します。

ペプチドグリカンやβグルカンは、マクロファージなど自然免疫担当細胞の細胞膜上の外来異物レセプターＴＬＲ２（toll-like receptor 2）に結合することで、免疫担当細胞を活性化します。一方LPSは、ＴＬＲ４と呼ばれる別のレセプターに結合することで、やはり免疫担当細胞を活性化します。

ここでは、グラム陰性細菌；LPS（パントエア菌由来；IP-PA1）と乳酸菌のペプチドグリカン（乳酸菌死菌体）、及び酵母のβグルカン（パン酵母抽出物）のマクロファージ活性化能を比較検討しました。

図1　他の免疫活性化素材との相乗効果

図１の結果から、マクロファージの活性化力の観点からすると、LPSがペプチドグリカンやβグルカンに比較して優位性が高いことがわかります。比活性が高いことは、微量で有効であることを意味します。例えば動物用飼料として与える場合、LPSでは１０μｇ～２０μｇ／ｋｇ体重という微量で有効性が見られますが、βグルカンでは５０～２００ｍｇ／ｋｇ体重、ペプチドグリカンでは２００μｇ／ｋｇ体重で用いられています。一方、興味深いことに、LPSとペプチドグリカンあるいはβグルカンはマクロファージの活性化について相乗効果を示すことが明らかとなりました。このことは、異なるＴＬＲに結合する免疫賦活物質を上手に組み合わせることで、より優れた免疫制御作用が得られる可能性を示しています。

前記の例からもわかるように、ＴＬＲからのシグナルは互いにクロストークしていると思われます。例えば、精製したパントエア・アグロメランス由来のLPS（IP-PA1）と、同量のIP-PA1を含有する発酵法で製造したLPS素材を、上記と同様の実験系でマクロファージからのＮＯ産生を比較すると、IP-PA1が１０ｎｇ／ｍｌ濃度のあたりでは、LPS素材のほうが、精製したIP-PA1よりも１．７倍程度高くなります（図２）。LPS素材は、発酵法で製造した素材で、LPSのほか、パントエア・アグロメランスの核酸を微量に含みます。細菌のＣｐＧＤＮＡは、ＴＬＲ９という別のＴＬＲレセプターに結合してマクロファージを活性化することがわかっていますが、ＤｅＮａｒｄｏらは、ＴＬＲ９からのシグナルはＴＬＲ４からのシグナルによって相乗的に高められることを報告しており*1、LPS素材でもその現象が見られているのではないかと考えられます。

*1 De Nardo, D., De Nardo, C. M., Nguyen, T., Hamilton, J. A., and Scholz, G. M., J. Immunol. 183 8110-8118 (2009)

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