リポ多糖（LPS）：構造、機能、医学的重要性

構造と主要な部分

典型的なLPS分子は、以下の3つの領域から成る。

• リピドA — 膜への固定を担う脂質であり、エンドトキシン活性を主として規定する（脂質）。
• コアオリゴ糖 — リピドAに結合する短い糖鎖で、分子を安定化し、非典型的な糖を含むことがある。
• O抗原（O多糖） — 細胞表面に露出する反復性の多糖鎖であり、菌株間で異なり、抗原性に影響する（多糖）。

これらの部分は共有結合で連結され、外膜に埋め込まれた単一の高分子を形成する。

生物学的認識と免疫への影響

動物はLPSをグラム陰性感染の徴候として検出する。LPSは自然免疫系のパターン認識受容体、特にトール様受容体によって感知される。哺乳類では、樹状細胞などの細胞上にあるTLR4–MD-2複合体が最も代表的である。これらの受容体が作動すると、炎症性シグナル伝達経路が活性化され、サイトカインおよびケモカインが放出される。この応答は感染の排除に役立つ一方、LPSによる過剰な全身性活性化は、発熱、炎症、重症例では敗血症性ショックなどの有害な影響をもたらし得る。

役割、応用と臨床的重要性

LPSは透過性バリアを形成し、宿主免疫系との相互作用を媒介することで、細菌の生存に寄与する。O抗原の多様性は免疫回避と菌株の疫学的型別の双方に重要である。医学および研究において、LPSには以下の意義がある。

• 免疫細胞を活性化するために実験的に用いられる強力な免疫刺激物質である。
• 医薬品および医療機器の発熱性物質・エンドトキシン試験の基盤となる。例として、リムルス・アメーバ細胞ライセートアッセイがある。
• ワクチン設計では、毒性を低減したリピドAの誘導体がアジュバントとして用いられる。
• 細菌が溶菌してLPSを循環中へ放出する際には、敗血症性合併症の一因となる。

歴史と重要な区別

細菌LPSの生物活性は、歴史的に「エンドトキシン」という用語のもとで認識されてきた。LPSは、外膜およびLPSを欠くグラム陽性生物の表面分子とは区別されるべきである。強い免疫作用を持つため、バイオ医薬品の製造および実験室作業では、エンドトキシン汚染の慎重な管理が大きな課題となる。

分子構造と受容体相互作用の技術的な詳細については構造を、脂質成分および多糖部分の背景については各項目を参照。化学的結合については共有結合、免疫学的文脈については自然免疫系、トール様受容体、ならびに樹状細胞による細胞性の感知を参照。