エンドトキシンとリポ多糖

リポ多糖（LPS）、またはエンドトキシンは、グラム陰性菌の外膜の最外層を構成する主要な分子です。分泌される外毒素とは異なり、LPSは細胞の構造成分であり、細菌が溶解した際に生物学的に活性化します。そのリピドAアンカーは自然免疫の強力なトリガーであり、過剰な場合にはグラム陰性敗血症の全身性炎症を引き起こします。

Definition

リポ多糖は、グラム陰性菌の外膜を構成する糖脂質であり、膜に結合するリピドA、コアオリゴ糖、および多様なO抗原多糖から構成されます。そのリピドA部分は、自然免疫シグナル伝達を活性化するエンドトキシン活性の本体です。

Scope

このトピックでは、LPSの構造（リピドA、コアオリゴ糖、O抗原）、そのリピドA部分が自然免疫系によってどのように感知されるか、そしてエンドトキシンがなぜ全身性炎症を引き起こすのかについて扱います。これは細菌病原性に関する参照トピックであり、敗血症の臨床管理については扱いません。

Core questions

• LPSの3つの構造領域とは何ですか、そしてそれぞれは何に寄与していますか？
• 宿主はリピドAをどのように認識し、どのようなシグナル伝達経路を介していますか？
• エンドトキシンはなぜ局所的な損傷ではなく全身性炎症を引き起こすのですか？

Key concepts

• リピドA（エンドトキシン活性の本体）
• コアオリゴ糖
• O抗原
• TLR4-MD2認識
• 自然免疫活性化
• エンドトキシンとグラム陰性敗血症

Mechanisms

LPSは3つの領域から構成されます。分子を固定し、その毒性活性を担うグルコサミンを基盤とするリン脂質であるリピドA、コアオリゴ糖、そして株間で異なり血清学的多様性に寄与する反復多糖であるO抗原です。宿主は、LPS結合タンパク質とCD14がリガンドを供給し、Toll様受容体4複合体とMD-2を介してリピドAを検出します。この結合は、炎症性サイトカインを誘導するシグナル伝達を引き起こします。この認識は低曝露時には防御的ですが、LPSが豊富に存在する（播種性グラム陰性感染症のように）場合、同じ経路が敗血症性ショックに関連する過剰な全身性炎症反応を引き起こします。

Clinical relevance

エンドトキシンが自然免疫によって認識されることは、グラム陰性菌血症が重篤な全身性炎症を引き起こしうる理由を説明し、LPS構造は細菌の血清型分類の基礎となります。この項目は、エンドトキシン生物学を参照のために要約したものであり、敗血症の診断や治療に関する指針ではありません。

History

分泌される外毒素とは異なる熱安定性エンドトキシンという概念は、1890年代のリチャード・プファイファーに遡ります。20世紀には、その化学的性質がリポ多糖として解明され、その毒性がリピドAに局在することが特定されました。そして世紀の変わり目には、Toll様受容体4がエンドトキシンを感知する宿主センサーとして同定され、この研究は自然免疫シグナル伝達の研究において認識されました。

Key figures

• Christian R. H. Raetz
• Bruce Beutler
• Ernst Th. Rietschel

Seminal works

• raetz-whitfield-2002
• beutler-rietschel-2003

Frequently asked questions

LPSはなぜ外毒素ではなくエンドトキシンと呼ばれるのですか？

LPSは分泌されるものではなく、グラム陰性菌の外膜の不可欠な構造の一部であり、主に細菌が損傷または溶解した際に放出されます。これは、積極的に分泌されるタンパク質である外毒素とは対照的です。

LPSのどの部分がその毒性に関与していますか？

リピドAアンカーがエンドトキシン活性の本体です。これは宿主のTLR4-MD2複合体によって認識され、炎症反応の引き金となる部分です。