腸内細菌叢に関する様々なデータに触れるにつれ、腸内細菌叢の状態を良好に保つことがいかに重要か再認識している。
今回紹介するのは、脂肪組織と骨格筋のエネルギーホメオスタシスを制御するために、腸内細菌叢の組成を調整することの重要性についての考察。
多くの研究で高カロリーな食事に応じて腸内細菌のバランスが崩れ、それが代謝異常の原因となっていることが報告されている。
そのような状況下では、プレバイオティクス（主にイヌリン系フルクタン）として作用する食品成分によって腸内細菌叢を操作することで、宿主の代謝や腸内ホルモンの分泌などの主要な腸管機能に有益な効果をもたらすことが示唆されている。
以下かなり盛り沢山な内容。
ポイント
・プレバイオティクスと食物繊維は、内分泌機能とほとんどの臓器（肝臓、筋肉、脂肪組織….）のエネルギー代謝を同時に改善する
・プレバイオティクスの使用は代謝の変化に限定されず、がん性悪液質のような（生理的）病理学的状況でも想定される
・発酵可能な食品を摂取することは、運動のエネルギー代謝という面での有益な効果を向上させる。
Modulation of the gut microbiota-adipose tissue-muscle interactions by prebiotics
・腸内細菌の変化（組成と機能）は、「dysbiotic state」につながる肥満、代謝性疾患、および「pre」糖尿病と関連しており、これは腸内細菌叢がインスリン抵抗性プロセス、ひいては内分泌系の崩壊（原因または結果）に関与しうることを示唆している。
・非糖尿病患者と比較して、2型糖尿病患者（T2D）の腸内細菌叢は炭水化物や繊維の発酵時に生成される重要な短鎖脂肪酸（SCFA）の1つである酪酸を生成できる複数の細菌（Clostridiales spp.SS3/4、Eubacterium rectale、Faecalibacterium prausnitzii、Roseburia intestinalis、Roseburia inulinivorans）の存在量が少ないことが特徴的であった。
・酪酸産生菌の減少は、糖尿病予備軍の時期に早期に現れている。Akkermansia muciniphilaやFaecalibacterium prausnitiziiなどといった細菌の存在量は、糖尿病予備軍と比較して、耐糖能正常者で高かった。
・酪酸は腸の生理機能（腸のバリア機能、腸の炎症、大腸上皮細胞における有益な微生物の付着、腸の透過性を含む）に有益な代謝物であることが報告されている。体重増加やグルコースに対するホメオスタシスを調節することで、代謝機能の健常性にも関連する可能性もある。
・（ヨーロッパ女性の糞便メタゲノムから）二型糖尿病患者において、Clostridium clostridioformeはトリグリセリドおよびC-ペプチドレベルと、Lactobacillus gasseriは空腹時グルコースおよびヘモグロビンA1c（HbA1c）と、それぞれ正の関連があることが明らかになった。
・二型糖尿病女性ではRoseburia属、Clostridium種、Eubacterium eligens、Clostridiales属、Bacteroides intestinalisに属するクラスターが枯渇しており、後者はウエスト周囲径やインスリン値と負の相関を示していた。
・デンマークの肥満者集団では、細菌数が少ない人は細菌数が多い人に比べてより顕著な脂肪性、インスリン抵抗性、炎症性の表現型を持つ傾向がある。また、フランスの肥満または過体重の被験者における研究では、微生物遺伝子の豊富さが低下している人は、代謝異常と低度の炎症を呈しやすいことがわかった。
・腸内細菌叢のバリエーションの低下と、2型糖尿病の発症に関与する脂質メディエーターであるセラミドの高さとの間に関連性があることを立証した。セラミド濃度の上昇に関連するMethanobreviibacter smithiiと抗炎症性のビフィズス菌の種の減少が確認された。
・糖尿病前症群と二型糖尿病群の両方において、血糖値に応じて酪酸生成量が変化していることも明らかになった。これらの腸内細菌叢の変化は、耐糖能異常に伴って増加し、インスリン抵抗性と関連していた。
・二型糖尿病患者で見られる腸内細菌叢の機能不全の改変、すなわち細胞のグルコース取り込みを促進する糖関連膜輸送の増加、分岐鎖アミノ酸（BCAA）輸送の増加、および補酵素とビタミンの代謝の低下がまとめられている。
・ 2004年、マウスモデルにおいて腸内細菌叢が脂肪蓄積を制御することで宿主の代謝をコントロールできることが明らかにされた。無菌マウスに従来の飼育方法で育てたマウスの腸内細菌叢をコロニー化すると、エネルギー摂取量を減らしたにもかかわらず、脂肪細胞へのトリグリセリドの蓄積とインスリン抵抗性を促進するのに十分であった。これにより、腸内細菌叢が脂肪の発生やグルコースのホメオスタシスに因果関係があることが初めて裏付けられた。
さらにこの無菌マウスグループでは、従来のマウスとは逆に高脂肪・高糖質（HF/HS）食によって引き起こされる肥満から保護されることを報告した。
・2007年にはマウスを用いた研究で、高脂肪食によってエンドトキシン血症が発生することが示され、Bifidobacterium spp.とE. rectal-Clostridium coccoides群の存在量の低下が見られた。
・ラードではBilophila属、Bacteroides属、Turicibacter属の増加が誘導されたのに対し、魚油ではAkkermansia属、Bifidobacterium属、Lactobacillus属などの健康に有益な効果をもたらす細菌の増殖する。食事の脂肪源の違いに応じて腸内細菌叢の組成が異なり、ラードを11週間与えたマウスは、魚油を与えたマウスと比較して、WATの炎症、Toll様受容体（TLR）の活性化の増加、インスリン感受性の低下が見られた。
・メタボリックシンドロームの患者に痩せたドナーの腸内細菌叢を注入したところ、6週間後にインスリン感受性の改善と酪酸産生菌の増加が観察された。
・いくつかの細菌が肥満とそれに伴う障害を改善することが実証されており、これらの細菌はプロバイオティクスとして提案されている。
・高脂肪食飼育マウスにBifidobacteriumとLactobacillus株を投与すると、体重増加が低下し、血糖コントロールが改善された。Lactobacillus acidophilus NS1（LNS1）は、肝臓、脂肪組織、骨格筋におけるAktタンパク質（インスリン経路に関与）のリン酸化を回復させることで、マウスのインスリン抵抗性の発現を抑制した。
・高脂肪食マウスにF. prausnitziiを経口投与したところ、肝脂肪量、脂肪組織のインスリン感受性と炎症の両方が改善され、骨格筋量が増加した。
・腸内細菌叢は健康な人の代謝機能に寄与しており、腸内の生態系が破壊されると全身性炎症、腸管バリア機能の変化、インスリン抵抗性、脂肪の増加、血漿コレステロールやトリグリセリドの増加など、有害な代謝結果を伴う疾患状態が促進されることが明らかになっている。
・プレバイオティクスは、「健康上の利益をもたらす宿主微生物によって選択的に利用される基質」と定義されている。オリゴ糖、アラビノキシラン、グルカン、レジスタントデキストリン、レジスタントスターチなどの難消化性炭水化物が腸内細菌叢によって発酵される。
・2007年、短鎖イヌリン型フルクタンであるオリゴフルクトース（OFS）を高栄養状態のマウスに補給すると腸内のビフィズス菌の量が回復し、エンドトキシン血症が正常化し、脂肪量の蓄積が減少することを実証された。これは、グルコース誘導性のインスリン分泌が改善され、グルコースのホメオスタシスが向上したことと関連している。
・肥満・高脂肪食マウスにOFSを補給すると脂肪組織の重量が減少し、筋肉量が増加し、膵臓ポリペプチドと腸内ペプチドの両方が調節された。
・プレバイオティクスまたはプレバイオティクス候補と考えられる食品成分＝グルコオリゴサッカリド（GOS）、β-ガラクトオリゴ糖（β-GAL）またはマンナンオリゴ糖（MOS）。
・GOS、β-GALおよびMOSは、高脂肪または西洋食を与えたマウスにおいて、白色脂肪組織の膨張、インスリン感受性または耐糖能、および血漿トリグリセリドを改善する。
・β-GALおよびMOSは、Bifidobacterium spp.およびA.muciniphilaの成長を有利にする。
・食物繊維であるキチングルカンを補給すると、高脂肪食飼育マウスにおいて、Bifidobacterium spp.群、Roseburia spp.群、E. rectale/C. coccoides群が増加し、これらの腸内細菌叢への影響は、脂肪率の減少および耐糖能の改善と関連していた。
・穀類に含まれる食物繊維アラビノキシラン（AX）は、4週間または10週間の補給が体重と脂肪率の改善に十分であり、Bifidobacterium属（4週間後）とRoseburia属（期間によらず）の成長を刺激する。短期または長期の投与により、脂肪組織における炎症、脂肪生成、FA酸化、脂肪細胞の分化をダウンレギュレートすることがでた。
・AXを加水分解すると生成されるアラビノキシランオリゴ糖（AXOS）は満腹ホルモンであるGLP-1および（PYY）の血漿レベルを増加させた。
・タケノコ、可溶性トウモロコシおよび亜麻仁繊維の補充も、脂肪組織質量の改善に関連し、体重増加を減少させることができる。
・ヒトにおいてβグルカン、アラビノキシラン、セルロース、レジスタントスターチ、ガム、オリゴ糖、イヌリン、レジスタントデキストリンを濃縮した異なる配合のサプリメントを84日間摂取したところ、2型糖尿病（T2D）患者の空腹時血糖値と糖化ヘモグロビンHBA1cの両方を低下させることでグルコースホメオスタシスが改善され、SCFA産生株の増殖が促進された。
・全ての短鎖脂肪酸は異なる効果を示し、酪酸や酢酸は代謝に有益な影響を与えると考えられるが、微生物由来のコハク酸はインスリン抵抗性の進行に寄与する可能性がある。プロピオン酸と酪酸は腸内の糖新生を活性化し、放出されたグルコースは満腹感やインスリン感受性などの代謝効果をもたらす神経シグナルを開始する。SCFAはまた、プロピオン酸のように、膵臓のインスリン分泌やβ細胞の機能を調整する重要な役割を果たすこともある。
・アセテートとプロピオン酸は、マウスのダイエットによる代謝変化（体重増加、脂肪、肝脂肪症、インスリン抵抗性）を防ぐ。短鎖脂肪酸混合物が筋肉量と筋力の両方を制御できることも強調されている。
・短鎖脂肪酸とアミノ酸発酵から生成される代謝物である4-クレゾールを高脂肪食飼育マウスに継続的に投与すると、体重増加、脂肪率、耐糖能異常、肝脂肪量が減少した。これは、インスリン分泌の改善および膵臓β細胞機能の刺激と関連していた。
・ウロリチンAは、老化の前臨床モデルや高齢者において骨格筋のミトコンドリア機能を促進することがでる。また、アイソフォームのウロリチンBは、インスリンシグナルを調節し、タンパク質合成を促進することで骨格筋の健康に影響を与えることができる。
・ヒスチジンから産生されるイミダゾールプロピオン酸は、耐糖能とインスリンシグナルを直接損なう可能性がある。この代謝物は、2型糖尿病の際に増加し、肝臓、WATまたはヒラメ筋などの代謝活性の高い組織において、インスリン受容体基質1および/または2を阻害する。
・細菌の代謝物であるトリメチルアミン（主に赤肉から腸内細菌叢によって産生される）は、宿主の肝酵素であるフラビン含有モノオキシゲナーゼ3（FMO3）によって代謝されてトリメチルアミン-N-オキシド（TMAO）を産生することができ、この産物はアテローム性動脈硬化症などの宿主の代謝に有害な影響を示す。