インフルエンザに感染すると、内在性ビフィドバクテリウム・アニマリスの腸内集団が拡大し、マウスを感染から保護します

Influenza infection elicits an expansion of gut population of endogenous Bifidobacterium animalis which protects mice against infection.

• Qiang Zhang
• Jin Hu
• Jia-Wu Feng
• Xiao-Tong Hu
• Ting Wang
• Wen-Xiao Gong
• Kun Huang
• Yi-Xiong Guo
• Zhong Zou
• Xian Lin
• Run Zhou
• Yu-Qi Yuan
• An-Ding Zhang
• Hong Wei
• Gang Cao
• Chen Liu
• Ling-Ling Chen
• Mei-Lin Jin

抄録

背景:

インフルエンザは世界の健康を脅かす重篤な呼吸器疾患である。腸内細菌叢がインフルエンザの感染を防御するために宿主の反応を調節することは広く知られているが、そのメカニズムの詳細はほとんど知られていない。本研究では、致死量50（LD）という現象とメタゲノム解析を活用して、特定の抗インフルエンザ腸内微生物を同定し、そのメカニズムを解析しました。

BACKGROUND: Influenza is a severe respiratory illness that continually threatens global health. It has been widely known that gut microbiota modulates the host response to protect against influenza infection, but mechanistic details remain largely unknown. Here, we took advantage of the phenomenon of lethal dose 50 (LD) and metagenomic sequencing analysis to identify specific anti-influenza gut microbes and analyze the underlying mechanism.

結果:

致死性インフルエンザH7N9感染を生き延びたマウスの糞便微生物を抗生物質処理したマウスに移植すると、感染抵抗性が付与される。腸内細菌の中には、感染結果に応じて致死的なインフルエンザ感染に対して異なる特徴を示すものがある。Bifidobacterium pseudolongumおよびBifidobacterium animalisのレベルは、死亡マウスや模擬感染マウスと比較して、生存マウスで有意に上昇している。B. animalisの単独投与、または両者を併用した経口投与は、抗生物質処理マウスと無菌マウスの両方において、H7N9感染の重症度を有意に低下させた。機能的メタゲノム解析から、B. animalisがいくつかの特異的な代謝分子を介して抗インフルエンザ効果を媒介していることが示唆された。生体内試験では、バリンとコエンザイムAが抗インフルエンザ効果を発揮することが確認された。

RESULTS: Transferring fecal microbes from mice that survive virulent influenza H7N9 infection into antibiotic-treated mice confers resistance to infection. Some gut microbes exhibit differential features to lethal influenza infection depending on the infection outcome. Bifidobacterium pseudolongum and Bifidobacterium animalis levels are significantly elevated in surviving mice when compared to dead or mock-infected mice. Oral administration of B. animalis alone or the combination of both significantly reduces the severity of H7N9 infection in both antibiotic-treated and germ-free mice. Functional metagenomic analysis suggests that B. animalis mediates the anti-influenza effect via several specific metabolic molecules. In vivo tests confirm valine and coenzyme A produce an anti-influenza effect.

結論:

これらの知見は、インフルエンザ感染の重症度が腸内細菌叢の不均一な反応と密接に関係していることを示している。我々は、B. animalisの抗インフルエンザ効果を実証するとともに、致死的なインフルエンザ感染が発生した場合には、内在性B. animalisの腸内集団が宿主のインフルエンザ抵抗性を高めるために拡大することを発見し、宿主と腸内細菌叢の新しい相互作用を示した。さらに、我々のデータは、インフルエンザの予防や予後予測にビフィズス菌が有用であることを示唆している。

CONCLUSIONS: These findings show that the severity of influenza infection is closely related to the heterogeneous responses of the gut microbiota. We demonstrate the anti-influenza effect of B. animalis, and also find that the gut population of endogenous B. animalis can expand to enhance host influenza resistance when lethal influenza infection occurs, representing a novel interaction between host and gut microbiota. Further, our data suggest the potential utility of Bifidobacterium in the prevention and as a prognostic predictor of influenza.