Medical Microbiology · 2/27
ボツリヌス菌とクロストリジオイデス・ディフィシル
Clostridium botulinum and C. difficile
🧠 ボツリヌス毒素botulinum toxinボツリヌス毒素（botulinum toxin）botulinum toxin（ボツリヌス毒素）は破傷風毒素の「鏡像」として読む。 どちらもAB型神経毒素AB-type neurotoxinAB型神経毒素（AB-type neurotoxin）AB-type neurotoxin（AB型神経毒素）でSNARE（可溶性NSF付着タンパク質受容体, Soluble NSF Attachment protein REceptor）タンパク質を切断するという同じ酵素活性を持つが、標的とする神経伝達物質とその作用点target作用点（target）target（作用点）が逆——破傷風毒素tetanospasmin (tetanus toxin)破傷風毒素（tetanospasmin (tetanus toxin)）tetanospasmin (tetanus toxin)（破傷風毒素）は脊髄の抑制性ニューロン（GABA＝ガンマアミノ酪酸, gamma-aminobutyric acid・グリシン）を止めて痙性麻痺spastic paralysis痙性麻痺（spastic paralysis）spastic paralysis（痙性麻痺）を起こすのに対し、ボツリヌス毒素botulinum toxinボツリヌス毒素（botulinum toxin）botulinum toxin（ボツリヌス毒素）は末梢の神経筋接合部neuromuscular junction (NMJ)神経筋接合部（neuromuscular junction (NMJ)）neuromuscular junction (NMJ)（神経筋接合部）で興奮性のアセチルコリン放出そのものを止めるため弛緩性麻痺flaccid paralysis弛緩性麻痺（flaccid paralysis）flaccid paralysis（弛緩性麻痺）になる。一方、同じ回でまとめて扱うC. difficileは全く別の話——毒素で神経を狙うのではなく、A毒素・B毒素で腸管上皮intestinal epithelium腸管上皮（intestinal epithelium）intestinal epithelium（腸管上皮）を直接破壊する菌であり、しかも自然界の菌というより抗菌薬による腸内フローラenteric microbiota腸内フローラ（enteric microbiota）enteric microbiota（腸内フローラ）破壊の産物として発症する点が対照的である。
ボツリヌス菌
形態・生化学的性状
Clostridium属に共通する性質（グラム陽性・偏性嫌気性obligate anaerobe偏性嫌気性（obligate anaerobe）obligate anaerobe（偏性嫌気性）・芽胞形成sporulation芽胞形成（sporulation）sporulation（芽胞形成））を持つ。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 形態 | グラム陽性桿菌gram-positive bacillusグラム陽性桿菌（gram-positive bacillus）gram-positive bacillus（グラム陽性桿菌）、太い鞭毛を持つ |
| 発育条件 | 偏性嫌気性obligate anaerobe偏性嫌気性（obligate anaerobe）obligate anaerobe（偏性嫌気性） |
| 芽胞 | 中央〜端寄り（central/subterminal）に位置 |
病原性因子
- 宿主・感染源：土壌、埃
- 伝播経路：不適切な缶詰・瓶詰食品や蜂蜜（芽胞が生存可能viable生存可能（viable）viable（生存可能）な環境）の摂食、あるいは感染創傷（外傷）
- ボツリヌス毒素botulinum toxinボツリヌス毒素（botulinum toxin）botulinum toxin（ボツリヌス毒素）はAB型神経毒素AB-type neurotoxinAB型神経毒素（AB-type neurotoxin）AB-type neurotoxin（AB型神経毒素）——易熱性heat-labile易熱性（heat-labile）heat-labile（易熱性）（60℃・10分の加熱で失活する）
発症までの機序
- 芽胞が発芽して産生された毒素が腸管から吸収され、血流に乗って末梢神経系peripheral nervous system (PNS)末梢神経系（peripheral nervous system (PNS)）peripheral nervous system (PNS)（末梢神経系）へ運ばれる（血液脳関門を通過できないため中枢神経系には到達しない）
- PNSでプロテアーゼとして働き、SNAREタンパク質SNARE proteinSNAREタンパク質（SNARE protein）SNARE protein（SNAREタンパク質）を切断して運動神経motor neuron運動神経（motor neuron）motor neuron（運動神経）終末からのアセチルコリン放出を阻害する→可逆性の弛緩性麻痺flaccid paralysis弛緩性麻痺（flaccid paralysis）flaccid paralysis（弛緩性麻痺）
flowchart TD
A["芽胞由来の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='botulinum toxin'>ボツリヌス毒素</span>（AB型）"] --> B["腸管から吸収され血流へ"]
B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='PNS'>末梢神経系</span>に到達<br>（血液脳関門は通過できない）"]
C --> D["SNARE タンパク質を切断"]
D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='motor neuron'>運動神経</span>終末からの<br>アセチルコリン放出を阻害"]
E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='flaccid paralysis'>弛緩性麻痺</span>（可逆性）"]臨床像：ボツリヌス症
| 病型 | 機序 | 症状 |
|---|---|---|
| 成人ボツリヌス症Adult botulism成人ボツリヌス症（Adult botulism）Adult botulism（成人ボツリヌス症） | 未加熱の缶詰食品中に既に存在する毒素を摂食する食餌性中毒（毒血症toxemia毒血症（toxemia）toxemia（毒血症）＝毒素が循環血中に入る） | 弛緩性麻痺flaccid paralysis弛緩性麻痺（flaccid paralysis）flaccid paralysis（弛緩性麻痺）（破傷風とは対照的）。下行性麻痺descending paralysis下行性麻痺（descending paralysis）descending paralysis（下行性麻痺）——眼症状ocular symptoms (ocular manifestations)眼症状（ocular symptoms (ocular manifestations)）ocular symptoms (ocular manifestations)（眼症状）（眼瞼下垂ptosis眼瞼下垂（ptosis）ptosis（眼瞼下垂）、複視Diplopia複視（Diplopia）Diplopia（複視））が先行し、その後下方へ進行。腹痛、呼吸停止respiratory arrest呼吸停止（respiratory arrest）respiratory arrest（呼吸停止）（横隔膜麻痺diaphragmatic paralysis横隔膜麻痺（diaphragmatic paralysis）diaphragmatic paralysis（横隔膜麻痺））により死亡しうる |
| 乳児ボツリヌス症infantile botulism乳児ボツリヌス症（infantile botulism）infantile botulism（乳児ボツリヌス症） | 蜂蜜中の芽胞を摂食し、生体内in vivo生体内（in vivo）in vivo（生体内）（腸管内）で毒素が産生される感染型（潜伏期約6ヶ月）——乳児の腸内には成人のような競合する正常フローラが未発達なため発症する。「フロッピーベビー症候群floppy baby syndromeフロッピーベビー症候群（floppy baby syndrome）floppy baby syndrome（フロッピーベビー症候群）」 | 弛緩性麻痺flaccid paralysis弛緩性麻痺（flaccid paralysis）flaccid paralysis（弛緩性麻痺）、複視Diplopia複視（Diplopia）Diplopia（複視）、嚥下障害、便秘、哺乳力低下、啼泣crying (infant cry, clinical sign)啼泣（crying (infant cry, clinical sign)）crying (infant cry, clinical sign)（啼泣）減弱。呼吸停止respiratory arrest呼吸停止（respiratory arrest）respiratory arrest（呼吸停止）に至ることもある |
| 創傷ボツリヌス症wound botulism創傷ボツリヌス症（wound botulism）wound botulism（創傷ボツリヌス症） | 創傷内で毒素が産生される（潜伏期は長い） | 食餌性中毒と同様の症状 |
⚠️ 乳児に蜂蜜を与えてはいけない理由。 蜂蜜にはC. botulinumの芽胞が混入しうる。成人の腸内では正常フローラが芽胞の発芽・定着を抑えるが、1歳未満の乳児は腸内フローラenteric microbiota腸内フローラ（enteric microbiota）enteric microbiota（腸内フローラ）が未成熟なため芽胞が発芽・定着し、腸管内で毒素産生が起こる（乳児ボツリヌス症infantile botulism乳児ボツリヌス症（infantile botulism）infantile botulism（乳児ボツリヌス症））——このため1歳未満児への蜂蜜投与は禁忌とされる。
診断・治療
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 診断 | 糞便・食品・血清からの菌または毒素の分離。マウス接種試験mouse inoculation assayマウス接種試験（mouse inoculation assay）mouse inoculation assay（マウス接種試験）による毒素検出toxin detection毒素検出（toxin detection）toxin detection（毒素検出）（患者血清を用いることが多い）。血清学的検査：酵素免疫測定法enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)酵素免疫測定法（enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)）enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)（酵素免疫測定法） |
| 治療 | 受動免疫——年齢層で製剤が異なる。乳児ボツリヌス症infantile botulism乳児ボツリヌス症（infantile botulism）infantile botulism（乳児ボツリヌス症）：BabyBIG（ヒト由来anthropo-ヒト由来（anthropo-）anthropo-（ヒト由来）抗A型・抗B型免疫グロブリン）。成人・1歳以上（食餌性・創傷性）：ヘプタバレント抗毒素BATヘプタバレント抗毒素（BAT）BAT（ヘプタバレント抗毒素）（ウマ由来、血清型A〜G全てをカバー）——⚠️ ウマ由来抗毒素BATウマ由来抗毒素（BAT）BAT（ウマ由来抗毒素）は乳児には使用しない（アナフィラキシー・血清病serum sickness血清病（serum sickness）serum sickness（血清病）のリスク、ヒト由来anthropo-ヒト由来（anthropo-）anthropo-（ヒト由来）のBabyBIGの方が安全かつ有効）。抗毒素antitoxin抗毒素（antitoxin）antitoxin（抗毒素）は症状発現から24時間以内の投与が望ましく、循環血中の未結合毒素のみを中和するため既存の麻痺は改善しない |
破傷風とボツリヌスの対比
同じAB型神経毒素AB-type neurotoxinAB型神経毒素（AB-type neurotoxin）AB-type neurotoxin（AB型神経毒素）・同じSNARE切断という酵素機構を持ちながら、作用点target作用点（target）target（作用点）が異なるために正反対の麻痺型を呈する好対照である。
| 項目 | 破傷風（C. tetani） | ボツリヌス症C. botulinumボツリヌス症（C. botulinum）C. botulinum（ボツリヌス症） |
|---|---|---|
| 毒素の型 | AB型（SNARE切断） | AB型（SNARE切断） |
| 作用部位 | 脊髄（中枢） | 神経筋接合部neuromuscular junction (NMJ)神経筋接合部（neuromuscular junction (NMJ)）neuromuscular junction (NMJ)（神経筋接合部）（末梢） |
| 阻害される伝達物質 | 抑制性：GABA・グリシン | 興奮性：アセチルコリン |
| 麻痺の型 | 痙性麻痺spastic paralysis痙性麻痺（spastic paralysis）spastic paralysis（痙性麻痺）（ブレーキが外れる） | 弛緩性麻痺flaccid paralysis弛緩性麻痺（flaccid paralysis）flaccid paralysis（弛緩性麻痺）（アクセルが切れる） |
| 進行パターン | 全身性の持続痙攣 | 下行性（眼→下方） |
ディフィシル（クロストリジオイデス・ディフィシル）
分類上は現在クロストリジオイデス属Clostridioidesクロストリジオイデス属（Clostridioides）Clostridioides（クロストリジオイデス属）に再分類されているが、臨床では従来通り「C. difficile」と呼ばれることが多い。
形態・生化学的性状
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 形態 | グラム陽性桿菌gram-positive bacillusグラム陽性桿菌（gram-positive bacillus）gram-positive bacillus（グラム陽性桿菌） |
| 発育条件 | 偏性嫌気性obligate anaerobe偏性嫌気性（obligate anaerobe）obligate anaerobe（偏性嫌気性） |
| 芽胞 | 非常に抵抗性が強い芽胞を形成——環境中で長期間生存し消毒薬disinfectant消毒薬（disinfectant）disinfectant（消毒薬）にも強い |
| 保菌率 | 成人腸内フローラenteric microbiota腸内フローラ（enteric microbiota）enteric microbiota（腸内フローラ）の約1〜2%、新生児では約70%に定着 |
病原性因子
- 院内感染としての下痢症——医療従事者の不十分な手指衛生hand hygiene手指衛生（hand hygiene）hand hygiene（手指衛生）により伝播
- 芽胞は患者間で容易に伝播し、治療後も再発しやすい（芽胞が残存するため）
- 通常は正常腸内フローラnormal intestinal flora (normal gut microbiota)正常腸内フローラ（normal intestinal flora (normal gut microbiota)）normal intestinal flora (normal gut microbiota)（正常腸内フローラ）に競合排除されているが、抗菌薬投与により正常フローラが一掃されると異常増殖するリスクが高まる
2つの主要な外毒素
| 毒素 | 機序 | 効果 |
|---|---|---|
| A毒素（エンテロトキシンenterotoxinエンテロトキシン（enterotoxin）enterotoxin（エンテロトキシン）） | 腸管の刷子縁brush border刷子縁（brush border）brush border（刷子縁）に結合し酵素を傷害 | 炎症、細胞死（出血性壊死hemorrhagic necrosis出血性壊死（hemorrhagic necrosis）hemorrhagic necrosis（出血性壊死））、体液分泌亢進→水様性下痢 |
| B毒素（サイトトキシンcytotoxinサイトトキシン（cytotoxin）cytotoxin（サイトトキシン）） | アクチンを脱重合depolymerization脱重合（depolymerization）depolymerization（脱重合）させ細胞骨格の完全性completeness完全性（completeness）completeness（完全性）を破壊 | 腸上皮細胞intestinal epithelial cell腸上皮細胞（intestinal epithelial cell）intestinal epithelial cell（腸上皮細胞）壊死＋黄灰色の滲出物が蓄積し、大腸粘膜colonic mucosa大腸粘膜（colonic mucosa）colonic mucosa（大腸粘膜）を覆う偽膜pseudomembrane偽膜（pseudomembrane）pseudomembrane（偽膜）を形成 |
| バイナリー毒素Binary toxinバイナリー毒素（Binary toxin）Binary toxin（バイナリー毒素） | — | 細菌の付着能を増強 |
flowchart TD
A["抗菌薬投与により<span class='jp-term jp-term-diagram' title='normal intestinal flora (normal gut microbiota)'>正常腸内フローラ</span>が一掃"] --> B["C. difficile が異常増殖"]
B --> C["A毒素：<span class='jp-term jp-term-diagram' title='brush border'>刷子縁</span>を傷害"]
B --> D["B毒素：アクチンを<span class='jp-term jp-term-diagram' title='depolymerization'>脱重合</span>"]
C --> E["炎症・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='hemorrhagic necrosis'>出血性壊死</span>・水様性下痢"]
D --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='intestinal epithelial cell'>腸上皮細胞</span>壊死<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='pseudomembrane formation'>偽膜形成</span>"]
E --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pseudomembranous colitis'>偽膜性大腸炎</span>"]
F --> G臨床像
- A毒素による水様性下痢→重症化すると大腸炎を伴う
- B毒素による偽膜性大腸炎pseudomembranous colitis偽膜性大腸炎（pseudomembranous colitis）pseudomembranous colitis（偽膜性大腸炎）——大腸粘膜colonic mucosa大腸粘膜（colonic mucosa）colonic mucosa（大腸粘膜）を偽膜pseudomembrane偽膜（pseudomembrane）pseudomembrane（偽膜）が覆う
診断
| 検査 | 内容 |
|---|---|
| 迅速検査 | 糞便中の毒素（菌体そのものではない）をELISA、PCR、免疫クロマトグラフィーimmune chromatography, IC免疫クロマトグラフィー（immune chromatography, IC）immune chromatography, IC（免疫クロマトグラフィー）（IC）で検出 |
| 培養 | CCFA培地——C. difficile選択培地selective medium選択培地（selective medium）selective medium（選択培地）。コロニーは扁平・不整形irregular不整形（irregular）irregular（不整形）・灰色で「家畜domestic animals家畜（domestic animals）domestic animals（家畜）小屋様」の特異臭characteristic odor特異臭（characteristic odor）characteristic odor（特異臭）を呈する |
治療・予防
- 原因抗菌薬（例：クリンダマイシン）の中止——クリンダマイシンはC. difficile感染症の代表的な誘因薬であり、治療薬ではない点に注意
- フィダキソマイシンfidaxomicinフィダキソマイシン（fidaxomicin）fidaxomicin（フィダキソマイシン）が初回・再発いずれも第一選択（IDSA/SHEA 2021年改訂）——経口バンコマイシンは有効な代替薬
- ⚠️ メトロニダゾールは初回治療の第一選択からは外れている（バンコマイシン・フィダキソマイシンfidaxomicinフィダキソマイシン（fidaxomicin）fidaxomicin（フィダキソマイシン）に比べ治療成績が劣るため）。ただし劇症型（イレウス・ショック・中毒性巨大結腸症toxic megacolon中毒性巨大結腸症（toxic megacolon）toxic megacolon（中毒性巨大結腸症））では高用量バンコマイシン（経口／経管、必要に応じ直腸内投与rectal administration直腸内投与（rectal administration）rectal administration（直腸内投与））に静注メトロニダゾールを併用する
- 多回再発例では糞便移植FMT糞便移植（FMT）FMT（糞便移植）、直近6ヶ月以内の再発や高リスク例では抗体製剤ベズロトクスマブbezlotoxumabベズロトクスマブ（bezlotoxumab）bezlotoxumab（ベズロトクスマブ）の併用を検討する
- 予防：徹底した手指衛生hand hygiene手指衛生（hand hygiene）hand hygiene（手指衛生）（アルコール手指消毒だけでは芽胞を除去できず石鹸と流水が必要）、患者の接触予防策contact precautions接触予防策（contact precautions）contact precautions（接触予防策）・隔離
まとめ
- C. botulinumはボツリヌス毒素botulinum toxinボツリヌス毒素（botulinum toxin）botulinum toxin（ボツリヌス毒素）（AB型、SNARE切断）によりアセチルコリン放出を阻害し弛緩性・下行性麻痺descending paralysis下行性麻痺（descending paralysis）descending paralysis（下行性麻痺）を起こす——脊髄の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）を止めて痙性麻痺spastic paralysis痙性麻痺（spastic paralysis）spastic paralysis（痙性麻痺）を起こす破傷風毒素tetanospasmin (tetanus toxin)破傷風毒素（tetanospasmin (tetanus toxin)）tetanospasmin (tetanus toxin)（破傷風毒素）とは作用点target作用点（target）target（作用点）が対照的。
- ボツリヌス症botulismボツリヌス症（botulism）botulism（ボツリヌス症）は成人型（缶詰食品中の既成毒素S. aureus既成毒素（S. aureus）S. aureus（既成毒素）、毒血症toxemia毒血症（toxemia）toxemia（毒血症））・乳児型（蜂蜜由来の芽胞、腸管内毒素産生、フロッピーベビー症候群floppy baby syndromeフロッピーベビー症候群（floppy baby syndrome）floppy baby syndrome（フロッピーベビー症候群））・創傷型の3病型に分かれる。
- C. difficileは抗菌薬による正常腸内フローラnormal intestinal flora (normal gut microbiota)正常腸内フローラ（normal intestinal flora (normal gut microbiota)）normal intestinal flora (normal gut microbiota)（正常腸内フローラ）の破壊を契機に異常増殖する院内感染菌で、A毒素（水様性下痢）とB毒素（偽膜性大腸炎pseudomembranous colitis偽膜性大腸炎（pseudomembranous colitis）pseudomembranous colitis（偽膜性大腸炎））という性質の異なる2つの外毒素を持つ。
- C. difficile感染症の治療の第一歩は原因抗菌薬（クリンダマイシンなど）の中止であり、その上でフィダキソマイシンfidaxomicinフィダキソマイシン（fidaxomicin）fidaxomicin（フィダキソマイシン）または経口バンコマイシンoral vancomycin経口バンコマイシン（oral vancomycin）oral vancomycin（経口バンコマイシン）を投与する（メトロニダゾールは初回治療の第一選択からは外れた）。難治・多回再発例では糞便移植fecal transplantation糞便移植（fecal transplantation）fecal transplantation（糞便移植）を行う。
- 診断はいずれも菌体でなく毒素そのものの検出（ボツリヌスはマウス接種試験mouse inoculation assayマウス接種試験（mouse inoculation assay）mouse inoculation assay（マウス接種試験）、C. difficileはELISA/PCR）が中心となる点が共通する。