機械刺激感受性ATP放出は気道の適切な粘液水分含有量の維持に関わる

Sci. Signal., 11 June 2013
Vol. 6, Issue 279, p. ra46
[DOI: 10.1126/scisignal.2003755]

Brian Button^1,2*, Seiko F. Okada^1†, Charles Brandon Frederick², William R. Thelin³, and Richard C. Boucher¹

¹ Cystic Fibrosis Research and Treatment Center, University of North Carolina, Chapel Hill, NC 27599-7248, USA.
² Department of Biomedical Engineering, University of North Carolina, Chapel Hill, NC 27599-7575, USA.
³ Parion Sciences, Durham, NC 27713, USA.

† Present address: University of North Carolina School of Law, 160 Ridge Road, Chapel Hill, NC 27599-3380, USA.

* Corresponding author. E-mail: bbutton@med.unc.edu

要約：気道からの粘液除去は、吸入された有害および感染性の物質から肺を保護する。粘液層の水分含有量が適切であれば、気道上皮細胞上の線毛が小刻みに動き(beat)、効果的な粘液除去が可能になる。慢性閉塞性肺疾患および嚢胞性線維症を有する患者では、過剰な濃度の粘液を除去する能力が低下する。粘液輸送過程の鍵となる段階は、粘液水分含有量の変化に対する気道上皮の感知・応答である。われわれは、細胞外アデノシン三リン酸（ATP）とアデノシンが、頂端膜プリン受容体に対する作用を通してヒト気道上皮培養表面の水分含有量を制御する、重要な管腔のオートクリンおよびパラクリンシグナルであることを報告した。ヒト気道上皮培養の粘液水分含有量は、線毛とそれを覆う粘液層の間の相互作用によって感知された。粘液水分含有量に比例した機械的歪みの変化により、ATP放出速度が制御され、粘液層の水分含有量が最適になるよう液体分泌が調節された。このシステムにより、気道が線毛による推進力に最適な範囲に粘液水分含有量を維持するフィードバック機構が提供された。気道上皮が粘液特性の変化をどのようにして感知・応答できるかを理解することは、粘液除去システムがどのようにして気道を健康な状態に保つのか、そして、どのようにして失敗し嚢胞性線維症のような肺疾患においてそのシステムがどのように異常となるのかを理解するのに役立つ。

B. Button, S. F. Okada, C. B. Frederick, W. R. Thelin, R. C. Boucher, Mechanosensitive ATP Release Maintains Proper Mucus Hydration of Airways. Sci. Signal. 6, ra46 (2013).