骨格系の様々な組織は、消化管路や腸内細菌叢を含む複数の身体システムの健康と複雑に関連しているため、骨粗鬆症、関節リウマチ、変形性関節症などの骨関連疾患は、腸内細菌叢のバランスの乱れと関連しています (1,2) 。
一方、炎症性腸疾患などの慢性疾患患者では、骨粗鬆症の有病率や発症リスクの増加、あるいは骨密度の低下が報告されています (3,4) 。栄養吸収や代謝産物合成から免疫調節や調節ホルモンに至るまで、健康な腸内細菌叢は骨のホメオスタシスに影響を及ぼします (5,6)。
骨再生のサイクルが不均衡で、吸収速度が形成速度を上回っている場合、腸内環境の悪化が関与している可能性があります。食物繊維や様々なプレバイオティクス食品を含む健康的な食事は、腸内バランスと有益な微生物叢をサポートするだけでなく、どのように骨の健康の最適化に役立つのでしょうか？
腸内マイクロバイオームが骨に与える影響
腸内細菌叢と骨細胞のコミュニケーションに関連するメカニズムの解明は、現在も研究が続けられています。研究によると、微生物叢は栄養吸収と代謝に影響を与え、常在菌の中にはカルシウム、マグネシウム、リンなどの骨関連ミネラルの摂取を促進すると考えられているものもあります(5,6) 。さらに、腸内微生物は発酵過程で、ビタミンB群やビタミンKなど、骨の健康に重要な生理活性化合物を多数産生します (5,8)。
短鎖脂肪酸（SCFA）は、腸内細菌によって産生される付加的な有益代謝産物であり、骨細胞の代謝と骨量に調節的な役割を果たします。研究によると、SCFAは破骨細胞の分化を制御することにより骨吸収を抑制します (5)。
さらに、豊富なSCFAの一つである酪酸は、骨芽細胞の分化を促進し、骨の成長を支える鉱化結節の形成を刺激すると考えられています (9)。酪酸塩はまた、制御性T細胞（Treg）の制御を通じて、骨芽細胞の活性化と骨形成を直接刺激することも報告されています (9)。
また、最近の動物実験では、副甲状腺ホルモン（PTH）が骨髄Tregの増加を介して骨形成を刺激し、骨量を増加させるためには、酪酸が必要であることが判明しました (10)。腸由来のホルモンは骨のホメオスタシスと代謝にも重要な役割を果たしていることも示唆されています (11)。
この複雑な関係の解明を進めるため、2021年の小規模クロスオーバー臨床試験（n=14）で、2つの骨リモデリングバイオマーカーとグルコース依存性インスリン分泌刺激ポリペプチド（GIP）、グルカゴン様ペプチド1（GLP-1）、ペプチドYY（PYY）という腸内ホルモンとの食後関連が検討されました。研究者らは、2つの骨リモデリングバイオマーカーのうち1つはGIPおよびGLP-1と正の相関があり、PYYとは逆の相関があることを発見しました (12)。明確な結論は述べられなかったものの、この研究はヒトにおける腸内ホルモンと骨代謝の関連を支持するものでありました。
地中海食、プレバイオティクス食品、プロバイオティクス
様々な色とりどりの野菜や果物、全粒穀物、健康的な脂肪を含む栄養密度の高い食事に従うことは、いくつかの健康パラメータにプラスの効果を実証しています (13,14)。地中海食は、骨の健康への影響も評価されている栄養計画の一例です。
2022年の系統的レビューとメタアナリシス（13,209人の参加者を対象とした8つの観察研究）では、成人における地中海食の遵守と骨密度値との間の用量反応関係が調査されました。その結果、地中海食の遵守度が高いほど、腰椎、大腿骨頸部、股関節、転子部、全身の骨量密度が小さいながらも統計学的に有意に増加することが示されました (15)。
植物性食品とその水溶性繊維を摂取すると、腸内微生物群による発酵が促進され、SCFAsのような有益な代謝産物が産生されます。さらに、植物由来の食物繊維が豊富な食品にはプレバイオティクスが含まれており、これらの栄養素は腸内細菌叢によって選択的に利用されます。イヌリンとオリゴフラクトースは、エルサレムアーティチョーク、アスパラガス、タマネギ、バナナなどの食品に自然に存在するプレバイオティクスの一例です。
2021年のシステマティック・レビューでは、健康な成人集団におけるこれらのイヌリン型フルクタンが健康に及ぼす影響が検討されました。イヌリン型フルクタンには、ビフィドバクテリウムやラクトバチルスなどの善玉菌の増殖を促進し、腸管バリア機能の改善から骨関連栄養素であるカルシウムやマグネシウムの吸収促進まで、さまざまな健康への有益な効果があることが明らかになりました (16)。
健康な骨をサポートするためのプロバイオティクスの使用は、投与量、菌種、患者集団によって相反する結果を示しています。最近のシステマティックレビューとメタアナリシスでは、44件の研究（うち37件は動物モデル）から、骨の健康に対するプロバイオティクス摂取効果を評価しました。研究者らは、臨床試験において、プロバイオティクスの摂取（主に50歳以上の女性を対象としたラクトバチルス属の菌株の試験）が、血清カルシウム値、尿中カルシウム値、PTH値などの骨の健康パラメータに影響を与えることを明らかにした。しかし、脊椎および股関節の骨密度は有意な影響を受けませんでした。動物実験では、ビフィドバクテリウムとラクトバチルスを用いたプロバイオティクスの摂取が、骨の健康パラメータや状態に有益な影響を及ぼすことが、ほとんどの研究で報告されています (17)。
今後、研究が進むにつれ、栄養学的アプローチによる腸内細菌叢の調節とバランス調整は、骨の健康介入にとって有望な要素となることでしょう (7,18,19)。
参考文献
Bhardwaj A, Sapra L, Tiwari A, Mishra PK, Sharma S, Srivastava RK. “Osteomicrobiology”: the nexus between bone and bugs. Front Microbiol. 2022;12:812466. doi:3389/fmicb.2021.812466
Akinsuyi OS, Roesch LFW. Meta-analysis reveals compositional and functional microbial changes associated with osteoporosis. Microbiol Spectr. 2023;11(3):e0032223. doi:1128/spectrum.00322-23
Szafors P, Che H, Barnetche T, et al. Risk of fracture and low bone mineral density in adults with inflammatory bowel diseases. A systematic literature review with meta-analysis. Osteoporos Int. 2018;29(11):2389-2397. doi:1007/s00198-018-4586-6
Kärnsund S, Lo B, Bendtsen F, Holm J, Burisch J. Systematic review of the prevalence and development of osteoporosis or low bone mineral density and its risk factors in patients with inflammatory bowel disease. World J Gastroenterol. 2020;26(35):5362-5374. doi:3748/wjg.v26.i35.5362
Ding K, Hua F, Ding W. Gut microbiome and osteoporosis. Aging Dis. 2020;11(2):438-447. doi:14336/AD.2019.0523
Wallimann A, Magrath W, Thompson K, et al. Gut microbial-derived short-chain fatty acids and bone: a potential role in fracture healing. Eur Cell Mater. 2021;41:454-470. doi:22203/eCM.v041a29
de Sire A, de Sire R, Curci C, Castiglione F, Wahli W. Role of dietary supplements and probiotics in modulating microbiota and bone health: the gut-bone axis. Cells. 2022;11(4):743. doi:3390/cells11040743
Uebanso T, Shimohata T, Mawatari K, Takahashi A. Functional roles of B-vitamins in the gut and gut microbiome. Mol Nutr Food Res. 2020;64(18):e2000426. doi:1002/mnfr.202000426
Chen Y, Wang X, Zhang C, Liu Z, Li C, Ren Z. Gut microbiota and bone diseases: a growing partnership. Front Microbiol. 2022;13:877776. doi:3389/fmicb.2022.877776
Li JY, Yu M, Pal S, et al. Parathyroid hormone-dependent bone formation requires butyrate production by intestinal microbiota. J Clin Invest. 2020;130(4):1767-1781. doi:1172/JCI133473
Hansen MS, Frost M. Alliances of the gut and bone axis. Semin Cell Dev Biol. 2022;123:74-81. doi:1016/j.semcdb.2021.06.024
Jensen NW, Clemmensen KKB, Jensen MM, et al. Associations between postprandial gut hormones and markers of bone remodeling. Nutrients. 2021;13(9):3197. doi:3390/nu13093197
Morze J, Danielewicz A, Przybylowicz K, Zeng H, Hoffmann G, Schwingshackl L. An updated systematic review and meta-analysis on adherence to Mediterranean diet and risk of cancer. Eur J Nutr. 2021;60(3):1561-1586. doi:1007/s00394-020-02346-6
Papadaki A, Nolen-Doerr E, Mantzoros CS. The effect of the Mediterranean diet on metabolic health: a systematic review and meta-analysis of controlled trials in adults. Nutrients. 2020;12(11):3342. doi:3390/nu12113342
Noori M, Jayedi A, Khan TA, Moradi S, Shab-Bidar S. Mediterranean dietary pattern and bone mineral density: a systematic review and dose-response meta-analysis of observational studies. Eur J Clin Nutr. 2022;76(12):1657-1664. doi:1038/s41430-022-01093-7
Hughes RL, Alvarado DA, Swanson KS, Holscher HD. The prebiotic potential of inulin-type fructans: a systematic review. Adv Nutr. 2021;13(2):492-529. doi:1093/advances/nmab119
Malmir H, Ejtahed HS, Soroush AR, et al. Probiotics as a new regulator for bone health: a systematic review and meta-analysis. Evid Based Complement Alternat Med. 2021;2021:3582989. doi:1155/2021/3582989
Xu Q, Li D, Chen J, et al. Crosstalk between the gut microbiota and postmenopausal osteoporosis: mechanisms and applications. Int Immunopharmacol. 2022;110:108998. doi:1016/j.intimp.2022.108998
Feng W, Wang X, Huang D, Lu A. Role of diet in osteoporosis incidence: umbrella review of meta-analyses of prospective observational studies. Crit Rev Food Sci Nutr. 2023;63(19):3420-3429. doi:1080/10408398.2021.1989374
Comentarios