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<font size="+1">[http://researchmap.jp/read0077838 幸田 知子]、[http://researchmap.jp/read0077839 小崎 俊司]</font><br> | <font size="+1">[http://researchmap.jp/read0077838 幸田 知子]、[http://researchmap.jp/read0077839 小崎 俊司]</font><br> | ||
''大阪府立大学 大学院生命環境科学研究科 獣医学専攻''<br> | ''大阪府立大学 大学院生命環境科学研究科 獣医学専攻''<br> | ||
DOI:<selfdoi /> 原稿受付日:2014年4月15日 原稿完成日:2014年5月9日<br> | |||
担当編集委員:[http://researchmap.jp/2rikenbsi 林 康紀](独立行政法人理化学研究所 脳科学総合研究センター)<br> | 担当編集委員:[http://researchmap.jp/2rikenbsi 林 康紀](独立行政法人理化学研究所 脳科学総合研究センター)<br> | ||
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}} | }} | ||
[[ | ==背景== | ||
ボツリヌス菌は、[[wj:芽胞|芽胞]]の形で自然界に広く分布し、産生する毒素により[[ヒト]]を含む種々の[[哺乳動物]]や[[鳥類]]が特異な神経症状を呈するボツリヌス症を起こす。古くから本菌は食品内で増殖し、その際産生する毒素をヒトが摂取することにより典型的な毒素型食中毒を起こすことが知られていた。ボツリヌス症(botulism)の語源は、原因食品である「ソーセージ」のラテン語である「botulus」に由来する。 | |||
==分類== | |||
=== A〜G型 === | |||
ボツリヌス菌は産生する神経毒素活性を持つ毒素の抗原性により分類されA〜G型の7型がある。ヒトのボツリヌス症は、主としてA、BおよびE型により起こり、稀にF型による事例が報告されている。わが国では1951年「[[wj:飯寿司|いずし]]」を原因食品とするE型菌による[[wj:食中毒|食中毒]]が初めて報告され、その後北海道、東北地方を中心に中毒の発生が多い。アメリカ、カリフォルニア州で1歳未満、特に生後2週から3ヶ月の乳児に麻痺症状を呈する患者が多数発生したことを契機として、1976年には、乳児の消化管内で菌の増殖にともなう毒素産生によって起こる乳児ボツリヌス症が確認された<ref name=ref1><pubmed>62164</pubmed></ref>。本症は北アメリカ以外に、南アメリカ、ヨーロッパ、日本、オーストラリアの各地で発生が報告されている。 | |||
[[ | 2013年には、G型毒素が発見されて以来、約40年ぶりとなる新型ボツリヌス毒素(H型毒素)産生菌が、米国の乳児ボツリヌス症患者から分離された<ref name=ref02><pubmed>24106296</pubmed></ref>。この菌は、B型とH型毒素の2種類を産生する株(Bh型)であり、産生毒素は、A型~G型の抗毒素血清に中和されなかった。また、[[wj:二重免疫拡散試験|二重免疫拡散試験]]、毒素アミノ酸配列比較からも、既存のA型~G型毒素とは異なる型であると考えられた。アミノ酸配列から軽鎖領域はF型毒素と類似し、重鎖C末端領域はA型毒素と類似している<ref name=ref03><pubmed>24106295</pubmed></ref>。しかしながら、いずれの領域も毒素の中和とは関係ないことから新規の毒素型と判断された。H型毒素を単独で産生する株が発見されていないことから、複数の毒素を産生する株も含めて、今後慎重な型別をする必要がある。 | ||
[[ | === C2型 === | ||
C2毒素は、ボツリヌス菌が産生する2成分毒素であるが、ボツリヌス神経毒素とは構造および生物活性が全く異なる。細胞内[[アクチン]]を[[ADPリボシル]]化し、アクチンの重合化を妨げ、[[細胞骨格]]を破壊すると考えられている<ref name=ref04><pubmed>3335520</pubmed></ref>。 | |||
=== C3型 === | |||
C3酵素は、C型菌が産生する第3番目の酵素、C3毒素として報告されたが、C3毒素はC1(神経毒素)やC2毒素のような致死活性はないため、C3酵素と呼ばれる。C3酵素の分子レベルの活性は、ADPリボシル化による[[Rhoファミリー低分子量Gタンパク質]]の不活化である<ref name=ref05><pubmed>3805032</pubmed></ref>。 | |||
==ボツリヌス菌の生化学的性状 == | |||
ボツリヌス菌の生化学的な性状は、産生する毒素型とは無関係で4群に分類することができる。 | |||
第I群菌には全てのA型菌とタンパク質分解性のB、F型菌が属し、最も耐熱性の高い芽胞を形成する。第I群菌と[[w:Clostridium sporogenes|''Clostridium sporogenes'']]とは毒素産生性以外の性状で区別することは困難である。 | |||
第II群菌には全てのE型菌とタンパク質非分解性のB、 F型菌が属し、比較的易熱性の芽胞を形成する。発育至適温度も最も低い。菌は[[wj:タンパク質分解酵素|タンパク質分解酵素]]を欠くため、毒素は毒性が低いか全く毒性のない前駆体の形で産生される。 | |||
第III群としてC、D型菌が属している。本菌は、増殖に対して酸素許容量が低く、高い嫌気条件を必要とする。[[w:Clostridium novyi|''C. novyi'']]が極めて類似した性状を示す。 | |||
第IV群菌に属するG型菌は他の群と異なり、糖非分解性でリパーゼを産生しない。芽胞形成能が低く、また形成された芽胞の大部分は易熱性である。G型菌と遺伝学的に相同性のある菌群に対して[[w:Clostridium argentinense |''C. argentinense'']]の名称が提唱されている。欧米で発生した乳児ボツリヌス症から分類された菌の中で、[[w:Clostridium butyricum |''C. butyricum'']]、[[w:Clostridium baratii |''C. baratii'']]がそれぞれE、F型と非常に類似した毒素を産生することが分かっている。 | |||
{| class="wikitable" | |||
|+ 表1.ボツリヌス菌および関連菌の生化学的性状 | |||
|- | |||
| rowspan="2" | | |||
| colspan="7" style="text-align:center" | '''菌''' | |||
|- | |||
| colspan="4" style="text-align:center" | '''''C. botulinum''''' | |||
| style="text-align:center" | '''''C. butylicum''''' | |||
| style="text-align:center" | '''''C. baratii''''' | |||
| style="text-align:center" | '''''C. tetani''''' | |||
|- | |||
| '''群''' | |||
| style="text-align:center" | I | |||
| style="text-align:center" | II | |||
| style="text-align:center" | III | |||
| style="text-align:center" | IV | |||
| | |||
| | |||
| | |||
|- | |||
| '''毒素型''' | |||
| style="text-align:center" | A, B, F | |||
| style="text-align:center" | B, E, F | |||
| style="text-align:center" | C, D | |||
| style="text-align:center" | G | |||
| style="text-align:center" | E | |||
| style="text-align:center" | F | |||
| style="text-align:center" | TeNT | |||
|- | |||
| '''タンパク質分解性<br>ゼラチン液化''' | |||
| style="text-align:center" | + | |||
| style="text-align:center" | - | |||
| style="text-align:center" | ± | |||
| style="text-align:center" | + | |||
| style="text-align:center" | - | |||
| style="text-align:center" | - | |||
| style="text-align:center" | - | |||
|- | |||
| '''糖分解性''' | |||
| style="text-align:center" | + | |||
| style="text-align:center" | + | |||
| style="text-align:center" | + | |||
| style="text-align:center" | - | |||
| style="text-align:center" | - | |||
| style="text-align:center" | + | |||
| style="text-align:center" | - | |||
|- | |||
| '''リパーゼ産生''' | |||
| style="text-align:center" | + | |||
| style="text-align:center" | + | |||
| style="text-align:center" | + | |||
| style="text-align:center" | - | |||
| style="text-align:center" | - | |||
| style="text-align:center" | - | |||
| style="text-align:center" | - | |||
|- | |||
| '''発育至適温度''' | |||
| style="text-align:center" | 30-37℃ | |||
| style="text-align:center" | 25-30℃ | |||
| style="text-align:center" | 30-37℃ | |||
| style="text-align:center" | 30-37℃ | |||
| style="text-align:center" | 30-37℃ | |||
| style="text-align:center" | 30-45℃ | |||
| style="text-align:center" | 37℃ | |||
|- | |||
| '''芽胞耐熱温度''' | |||
| style="text-align:center" | 112℃ | |||
| style="text-align:center" | 80℃ | |||
| style="text-align:center" | 104℃ | |||
| style="text-align:center" | 104℃ | |||
| style="text-align:center" | | |||
| style="text-align:center" | | |||
| | |||
|- | |||
| '''関連するクロストリジウム属''' | |||
| style="text-align:center" | ''C. sporogenes'' | |||
| style="text-align:center" | ''C. novyi'' | |||
| style="text-align:center" | ''C. subterminale'' | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
|} | |||
==臨床症状== | ==臨床症状== | ||
現在、ボツリヌス中毒は発病機序により食餌性ボツリヌス症(foodborne botulism)、乳児ボツリヌス症(infant botulism)、創傷ボツリヌス症(wound botulism)、および成人腸管定着性ボツリヌス症(adult colonization botulism)の4型に分類されている。 | |||
===食餌性ボツリヌス症=== | ===食餌性ボツリヌス症=== | ||
症状は通常喫食後12~72時間後に出現するが、14日後に発症した例もある。一般的には[[wj:潜伏期|潜伏期]]が短いほど重篤な症状を示すことが多い。食餌性ボツリヌス症の場合(特にE型中毒)、特徴的な神経症状が出現する前に嘔気、嘔吐を呈することがある。これらは乳児ボツリヌス症や創傷ボツリヌス症では見られないことから非特異的な症状と思われる。その後、[[脱力感]]、[[倦怠感]]、[[めまい]]などの症状が現れ、さらに[[視力障害]]([[弱視]]、[[複視]]、[[眼瞼下垂]])、[[発声]]困難、[[嚥下]]困難、口渇、嗄声が現れる。消化器症状としては、一時的な下痢に続く重度の便秘、腹部膨満、腹痛が見られる。他の症状としては、[[wj:尿閉|尿閉]]、[[wj:血圧|血圧]]低下が見られる。筋麻痺も著明で握力低下、歩行困難になる。体温は正常である。死亡の原因は[[wj:呼吸|呼吸]]失調による。症状は最終的には完全に回復するが、軽度の脱力感、視力障書、便秘などは数か月間続く。致死率は他の食中毒と比べてかなり高い。 | |||
===乳児ボツリヌス症=== | ===乳児ボツリヌス症=== | ||
乳児の腸管内で芽胞の発芽・増殖に伴って産生された毒素により発症する疾病である。症状は便秘に始まり、吸乳力の低下、全身筋肉緊張の低下が見られる。頚部筋肉の弛緩により頭部が支えられなくなる。泣き声が弱いことも顕著な症状である。顔面が無表情になり、[[瞳孔]]散大、眼瞼下垂、[[対光反射]]の緩慢などボツリヌス食中毒と同様の症状が現れる。これらの症状は長期間持続し、6週間あるいはそれ以上続くこともある。呼吸障害が生じ重症化すると死に至ることもあるが、一般には食餌性ボツリヌス症と比べて致死率は2 %程度と低い。 | |||
===創傷ボツリヌス症=== | ===創傷ボツリヌス症=== | ||
患者の創傷部位で芽胞が発芽、増殖し産生された毒素により発症する。米国では[[麻薬中毒]]患者の注射痕から菌の感染が起こる事例が多数報告されている。 | |||
===成人腸管定着性ボツリヌス症=== | ===成人腸管定着性ボツリヌス症=== | ||
1歳以上の子供や成人でも乳児ボツリヌス症と同様に、腸管内で芽胞が発芽、増殖して発病することが報告されている。起因は外科手術や[[wj:抗菌剤|抗菌剤]]の投与によって[[wj:腸管細菌叢|腸管細菌叢]]が変化することによると考えられている。 | |||
[[Image:ボツリヌス毒素4.jpg|thumb|300px|'''図1. ボツリヌス毒素の構造'''<br>M毒素は、1分子の神経毒素と1分子の血球凝集活性のない無毒成分(non-toxic non-HA:NTHA)から構成されている。A, B, C, D型のNTHAは、酵素によりN末端側が切断されるが、E, F型菌では、その部位近傍の33残基が欠損している。L毒素はM毒素にHAが結合している。HAは4つのサブコンポーネント(HA-52, HA-35, HA-20, HA-15)で構成され、型により、多少分子量が異なる。LL毒素は、2分子のL毒素がHA-35を介して結合している。図はA型毒素の構成成分を記載している。神経毒素は血球凝集活性の有無にかかわらず、生体内の弱アルカリ条件下で解離し、神経毒素が作用部位に到達すると考えられている。<ref><pubmed>8521962</pubmed></ref>]] | |||
[[ファイル:Botulinus toxin 1.png|right|thumb|250px|'''図2. ボツリヌス神経毒素の構造''']] | |||
==構造== | ==構造== | ||
70行目: | 162行目: | ||
すべての型の毒素は菌体内で分子量約15万の神経毒素と無毒成分の複合体毒素として、菌融解時に放出される。 | すべての型の毒素は菌体内で分子量約15万の神経毒素と無毒成分の複合体毒素として、菌融解時に放出される。 | ||
複合体毒素は分子量の違いにより、LL毒素(分子量90万)、L毒素(分子量50万)、M毒素(分子量30万)に分けられる(図1)。LL毒素、L毒素の無毒成分は[[wj:血球凝集|血球凝集]]活性を持っている。A型菌は3種類(LL、L、M)の毒素、B、C、D型菌は2種類(L、M)の毒素、EおよびF型菌はM毒素、G型菌はL毒素のそれぞれ1種類のみを産生する<ref name=ref2><pubmed>6763707</pubmed></ref>。 | |||
弱アルカリ(pH 7. | 弱アルカリ(pH 7.2以上)条件下で神経毒素(図2)と無毒成分に速やかに解離する。このため食品内で産生された毒素は複合体の形で経口的に摂取され、[[wj:小腸|小腸]]上部で吸収された後、[[wj:リンパ管|リンパ管]]内あるいは血中で神経毒素と無毒成分に解離する。 | ||
===神経毒素=== | ===神経毒素=== | ||
神経毒素は菌体内で1本鎖ポリペプチドの形(intact form)で産生され、培養液中あるいは[[wj:消化管|消化管]]内で[[wj:トリプシン|トリプシン]]などの[[タンパク質分解酵素]]により、分子内に解裂(nicking)が生じ分子量5万の軽鎖(light chain)と分子量10万の重鎖(heavy chain)がジスルフィド(SS)結合で結ばれた2本鎖フラグメント構造(nicked | 神経毒素は菌体内で1本鎖ポリペプチドの形(intact form)で産生され、培養液中あるいは[[wj:消化管|消化管]]内で[[wj:トリプシン|トリプシン]]などの[[タンパク質分解酵素]]により、分子内に解裂(nicking)が生じ分子量5万の軽鎖(light chain)と分子量10万の重鎖(heavy chain)がジスルフィド(SS)結合で結ばれた2本鎖フラグメント構造(nicked form)へ変化する。第Ⅰ群菌では自己の産生するトリプシン様酵素が神経毒素のnicked formへの変化に関与している。神経毒素はこの分子内解裂による変化により数倍から数百倍に毒力が上昇するが、この活性化現象はタンパク質非分解性B、E型菌に著明に認められる。軽鎖と重鎖はnicked formの神経毒素から還元処理により分離することができる。重鎖はさらに分子量のほぼ等しいN末端領域(H<small>N</small>)とC末端流域(H<small>C</small>)の機能の異なる2つのドメインに分けられる<ref name=ref3><pubmed>2824382</pubmed></ref>。 | ||
===無毒成分=== | ===無毒成分=== | ||
神経毒素を[[wj:胃酸|胃酸]]、あるいは[[wj:ペプシン|ペプシン]]などの[[wj:消化酵素|消化酵素]]による分解から保護し、[[wj:腸管上皮|腸管上皮]]細胞への吸収を促進する働きがあることから、ボツリヌス毒素が食餌性ボツリヌス症を起こす経口毒の活性を持つために重要な役割を果たしていると考えられている。 | 神経毒素を[[wj:胃酸|胃酸]]、あるいは[[wj:ペプシン|ペプシン]]などの[[wj:消化酵素|消化酵素]]による分解から保護し、[[wj:腸管上皮|腸管上皮]]細胞への吸収を促進する働きがあることから、ボツリヌス毒素が食餌性ボツリヌス症を起こす経口毒の活性を持つために重要な役割を果たしていると考えられている。 | ||
[[Image:Botulinus toxin 2.png|thumb|300px|'''図3.ボツリヌス毒素の作用機構'''<br>神経毒素は重鎖C末端領域を介して受容体に結合し、receptor -mediated endocytosisにより、神経細胞内に侵入する。エンドソーム内の酸性化に伴い、HCの構造変化とHNによるエンドソーム膜のチャネル形成により、軽鎖が細胞質内に移行する。軽鎖は毒素型特異的なSNAREタンパク質群を切断することにより、シナプス小胞のシナプス前膜への融合が阻止され、神経伝達物質放出の阻害が起こると考えられている。]] | |||
[[Image:yoshikatsuaikawa_fig_2.jpg|thumb|300px|'''図4. クロストリジウム属毒素の基質一覧'''<br>クロストリジウム属毒素である[[テタヌス毒素]]とボツリヌス毒素について示す<br>相川義勝、高森茂雄らによるテタヌス毒素の項目より引用]] | |||
==作用機能== | ==作用機能== | ||
85行目: | 180行目: | ||
===SNARE分解活性=== | ===SNARE分解活性=== | ||
シナプス小胞内の神経伝達物質を放出するには[[シナプス前]]膜との融合が必要であり、その一連の過程で[[SNARE|SNAP(soluble NSF attachment protein)受容体]](SNARE)と呼ばれタンパク質群([[VAMP]]/[[シナプトブレビン]]、[[SNAP-25]]、[[シンタキシン]])が関与している。軽鎖は亜鉛依存性プロテアーゼ活性を持ち、これらSNAREタンパク質のいずれかを分解する<ref name=ref9><pubmed>22289120</pubmed></ref> | シナプス小胞内の神経伝達物質を放出するには[[シナプス前]]膜との融合が必要であり、その一連の過程で[[SNARE|SNAP(soluble NSF attachment protein)受容体]](SNARE)と呼ばれタンパク質群([[VAMP]]/[[シナプトブレビン]]、[[SNAP-25]]、[[シンタキシン]])が関与している。軽鎖は亜鉛依存性プロテアーゼ活性を持ち、これらSNAREタンパク質のいずれかを分解する<ref name=ref9><pubmed>22289120</pubmed></ref>(図3)。B, D, F, G型毒素はVAMP/シナプトブレビンを(図4)、A, E型毒素はSNAP-25を、C型毒素はSNAP-25とシンタキシンを、それぞれ切断する<ref name=ref10936621><pubmed>10936621</pubmed></ref>。その結果、シナプス小胞と前膜の融合が起こらず神経伝達物質の放出が阻止される。軽鎖の持つプロテアーゼ活性は基質特異性が高く、これがボツリヌス毒素の持つ神経に対する高い毒性を反映している。 | ||
一方、脳[[シナプトソーム]]や[[初代神経培養細胞]]に対する毒作用解析から、神経毒素は[[シナプス前膜]]に存在する特異的な受容体に結合後、神経細胞内に侵入し、アセチルコリン以外の種々の神経伝達物質の放出も阻害することが明らかになっている<ref name=ref4><pubmed>19264088</pubmed></ref> | 一方、脳[[シナプトソーム]]や[[初代神経培養細胞]]に対する毒作用解析から、神経毒素は[[シナプス前膜]]に存在する特異的な受容体に結合後、神経細胞内に侵入し、アセチルコリン以外の種々の神経伝達物質の放出も阻害することが明らかになっている<ref name=ref4><pubmed>19264088</pubmed></ref>。臨床的に中枢神経作用があまり問題にならないのは、テタヌス毒素とは異なり、ボツリヌス毒素は[[血液脳関門]]を通らないためと考えられている。 | ||
==治療== | ==治療== | ||
治療で最も重要なことは迅速な呼吸管理([[wj:気道確保|気道確保]]と[[wj:人工呼吸|人工呼吸]])である。また、消化管に滞留している内容物中の菌や毒素を体外に排除するために、[[wj:胃洗浄|胃洗浄]]や[[wj:浣腸|浣腸]]は有効とされている。しかし、大半の患者は便秘のために浣腸によっても排便は困難であることが知られ、特に、乳児ボツリヌス症では糞便中に高濃度の毒素が存在しているため腸粘膜の損傷に注意を払う必要がある。ボツリヌス抗毒素血清による治療は、特に早期治療に有効とされるが、食餌性ボツリヌス症と乳児ボツリヌス症では適応が大きく異なる。食餌性ボツリヌス症では治療用ウマ[[wj:抗毒素製剤|抗毒素製剤]]が用いられる。抗毒素治療は、死亡率を低下させるばかりでなく、麻痺などの症状の軽減に有効とされている。一方、乳児ボツリヌス症は死亡率が低く、患者血清中に毒素を証明することが少なく、異種蛋白であるウマ抗毒素の使用を避けるために、一般的には用いられていない。 | |||
発症機序から、乳児ボツリヌス症と創傷性ボツリヌス症は[[wj:抗生物質|抗生物質]]投与の対象と考えられる。創傷性ボツリヌス症が多発している米国では抗生物質の投与が推奨されている。乳児ボツリヌス症では抗生物質の投与効果が不明なため、通常は投与されず、二次感染([[wj:誤嚥性肺炎|誤嚥性肺炎]]など)を併発した場合にのみ投与される。菌の増殖抑制には[[wj:ペニシリン |ペニシリン]]の投与が有効である。[[wj:アミノグルコシド|アミノグルコシド]]系および[[wj:マグネシウム|マグネシウム]]を含む浣腸薬は神経—筋障害を増強させる恐れがあるため禁忌である。 | |||
==神経毒素の臨床応用== | ==神経毒素の臨床応用== |