内毒素

内毒素（エンドトキシン）とは

内毒素は、細菌の中でも特にグラム陰性菌の細胞壁の主要構成成分であるリポ多糖（Lipopolysaccharide; LPS）の一部を指します。これは、生きた菌が積極的に外部へ分泌する外毒素とは異なり、主に菌体が破壊されたり死滅したりする際に細胞壁から遊離してくる毒素です。一般的にはエンドトキシン（Endotoxin）という英語名で呼ばれることも多くあります。

化学的性質と構造

内毒素の本体であるリポ多糖は、脂質部分であるリピドA、コア多糖、そしてO抗原多糖の3つの部分から構成される複合分子です。このうち、生体に対する毒性や生物学的活性を発揮する主要な部分はリピドA構造にあります。リピドAは比較的高温に対しても安定した耐熱性を持つ一方で、単独での抗原性は非常に低いという特徴があります。

生体内での作用メカニズム

生体に内毒素が侵入すると、マクロファージや単球、樹状細胞といった免疫担当細胞がこれを異物として認識します。細胞表面に存在する特定の分子、特にToll様受容体4（TLR4）が内毒素（特にリピドA部分）と結合することで、細胞内に情報が伝達され、細胞が活性化されます。この活性化の結果、これらの細胞からは炎症性サイトカイン（例：TNF-α、IL-1β、IL-6など）をはじめとする多様な生理活性物質が大量に産生・放出されます。内毒素が引き起こす生物学的影響の大部分は、このようにして放出されたサイトカインやその他のメディエーターを介して発現します。

生体への多様な影響

内毒素が生体に与える影響は極めて多様であり、その量や個体の免疫状態によって反応の程度は大きく異なります。

発熱作用: 内毒素は強力な発熱物質（パイロジェン）であり、体温を上昇させます。
炎症反応: 白血球（特に好中球）の活性化、血管内皮細胞への作用による接着分子の発現促進、血管透過性の亢進などを引き起こし、全身性の炎症反応を誘導します。
血管系・血液凝固系への作用: 血管収縮や血圧低下、さらには全身の細小血管内で血液が凝固してしまう汎発性血管内凝固（DIC）を誘発する可能性があります。
免疫応答への影響: 補体経路を活性化したり、抗体産生を促進したり、食細胞による菌体の貪食を促したりするなど、免疫系に対しても影響を与えます。
重篤な病態の誘発: 大量のエンドトキシンが急激に遊離すると、制御不能なサイトカインの放出や生体反応が連鎖的に起こり、血圧の著しい低下や多臓器不全を伴う致死的なショック状態、すなわち敗血症性ショックを引き起こす主要な原因となります。
その他の作用: 骨代謝においては、破骨細胞を活性化して骨吸収を促進する作用も報告されています。また、特定の条件下では、実験的にシュワルツマン反応と呼ばれる特殊な炎症・凝固反応を誘発することが知られています。

検出と臨床応用

内毒素の存在を検出する方法として、古くからリムルステスト（カブトガニの血球抽出液を用いた方法）が用いられてきました。これは内毒素に対して非常に高い感度を持ちますが、真菌の細胞壁成分であるβ-グルカンにも反応するという非特異性の問題があります。そのため、内毒素のみを特異的に検出できる方法も開発されており、これらは敗血症などの診断を補助する目的で臨床現場でも利用されています。

医薬品等における重要性

医薬品、特に微生物培養プロセスを利用して製造される組み換えタンパク質製剤や、遺伝子治療に用いられる核酸製剤などでは、原材料や製造工程中に内毒素が混入するリスクが伴います。これらの医薬品が生体に投与された場合、たとえ少量であっても上記のような望ましくない生理作用を引き起こす可能性があるため、内毒素を完全に除去すること（パイロジェンフリー、pyrogen free）が品質管理上極めて重要視されています。高度な精製技術によって内毒素の混入を防止または除去することが、医薬品の安全性確保のために不可欠です。

もう一度検索