粘液の目詰まりを防ぐプラギング（広報）

粘液が気道に存在することは古くから知られていましたが、喘息、慢性閉塞性肺疾患、嚢胞性線維症などの慢性閉塞性肺疾患の病態に粘液分泌過多が大きな役割を果たすことが広く認識されたのは比較的最近になってからのことです。 気道粘液は、液体とタンパク質の複雑な混合物である。 重要な成分はゲル化ムチンである。ゲル化ムチンは高分子量の糖タンパク質で、その特異な粘弾性特性により上皮繊毛と相互作用し、沈着した異物の除去を促進する。 気道ムチンについては、他の文献で詳しく述べられている1。 その臨床的重要性と現在の治療法の有効性が限られていることから2, 3、粘液分泌過多は新しい治療法の魅力的なターゲットである。

粘液はどのようにして気道における重要な宿主防御源として進化してきたのか、また慢性閉塞性気道疾患における粘液分泌の役割は何であるのか。 魚が水中から陸上へ移動するとき、呼吸ガス交換はエラに代わって肺が行われるようになった。 肺は心臓に隣接し、胸腔の奥深くに位置するため、吸気を肺に送るためのエアチューブが必要になった。 しかし、吸気には微生物などの刺激物も含まれており、これが気道上皮の表面に沈着して炎症を起こし、宿主に侵入する。 これに対し、宿主は防御作用を発達させており、通常は侵入した生物を破壊して排除している。 吸入された侵入物に対する宿主の防御反応のうち、通常、分泌される気道ムチンが主要な防御的役割を担っている。 ムチンが侵入物を捕捉し、咳や粘膜繊毛運動によって除去される4。 健常者では、気道ムチンはまばらであるが、侵入者の捕捉と除去を効率よく、かつ最小限の症状で行うには十分である。 しかし、喘息などの慢性炎症性気道疾患では、ムチンの産生が過剰になり、症状や気道閉塞を引き起こす。 主要な伝導性気道では、分泌過多により咳や痰が発生する。 末梢の細い気道では、その形状から、粘液の過剰分泌は気道の内腔の閉塞につながることがある。 致死性喘息では粘液の過分泌が顕著であり、死因として大きな役割を果たすと考えられている5-8.

様々な研究者が小気道の閉塞（粘液栓塞）の重要性を強調している。 小気道の閉塞内腔は局所的であるため、粘液栓の臨床的認識は困難であり、末梢気道閉塞は肺の比較的静かな領域であり続け、生理学的、放射線検査、気管支鏡検査で容易に特定することはできないことに注意する必要がある。 気道閉塞の診断は、研究者にとって依然として難題である！

近年、粘液の過剰分泌が慢性気道疾患における主要な臨床問題として認識され、ムチンの研究が強化されてきた。 まず、ムチンの遺伝子がクローニングされ、ムチンの研究のための道具が提供された。 侵入生物、アレルゲン、タバコの煙、その他の刺激性の微粒子が上皮表面に沈着するため、研究者は宿主が侵入者を阻止できるようなシグナル伝達機構を探した

侵入者が気道上皮表面に沈着すると、一連の現象が起こり、最終的に上皮表面の受容体、EGFR（上皮成長因子受容体）が活性化されてムチン生成に至ることがわかっている 9. その後、様々な刺激がEGFRの活性化を介してムチン産生をはじめとする防御反応を引き起こすことが分かってきた10。 EGFRリガンドによるEGFRの活性化がムチン産生をもたらすことを報告した当初の研究では、ラットのオバルブミンによるムチン産生が選択的EGFRチロシンキナーゼ阻害剤で抑制されることも報告され、アレルゲンによるムチン産生にEGFRカスケードが関与していると考えられた9. その後の研究により、上皮表面のカスケードに関与する一連のシグナルが、複数の刺激（緑膿菌、ウイルス、リポ多糖、タバコの煙、アレルゲン、好中球エラスターゼ、酸化剤など）によりEGFR活性化と異なる出力（インターロイキン-8や抗菌ペプチドなど）を誘導することが報告されている10。 このシグナル伝達経路には、表面受容体（例えばToll様受容体（TLR））の活性化、プロテインキナーゼCの活性化、活性酸素の発生、表面マトリックスメタロプロテアーゼ（MMP）の活性化、多くは腫瘍壊死因子-α変換酵素（TACE）が膜結合EGFRリガンドの切断、EGFRへの結合と活性化、結果として種々のタンパク質と糖タンパク質1の産生をもたらすことが含まれる。

2009年、Zhuら11人はライノウイルス（RV）のメジャーグループとマイナーグループがムチン産生を誘導し、その経路には新規のTLR3-EGFR依存性があることを報告した。 彼らの研究は、シグナル伝達カスケードにTLR3が関与していることを示し、これらの著者らは、TLR抗ウイルス防御機構とホスファチジルイノシトール-3′-キナーゼ増殖/修復EGFR経路が、ウイルスによる気道疾患増悪に重要な役割を果たす可能性を示唆しています。 この論文では、喘息における特殊な（誇張された）作用のメカニズムは示されていない。 Bartlettらによる別の興味深い研究12では、オバルブミン誘発アレルギー性気道疾患がRV-1Bの感染によって増強されたが、増強のメカニズムは述べられていない。

European Respiratory Journalの本号で、Hewsonら13は、RV誘導ムチン5サブタイプAおよびC（MUC5AC）について研究し、最初は喘息のボランティアで、RV-16の実験感染がウイルス負荷に比例してMUC5AC誘導に至ることが報告されている。 次に、肺癌細胞株（NCI-H292）にRV-16を感染させ、RV感染によりムチンが有意に誘導されることを示した。 MUC5AC mRNAは、感染後8時間から48時間の間に用量依存的に増加した（ピークは24時間）。 RVによるムチンの発現は、選択的EGFR阻害剤で抑制され、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MEK）活性化阻害剤で抑制された。 MEK阻害剤は、感染後3-24時間でムチン反応をブロックした。 RV感染により3-24時間後にMEKのリン酸化が誘導され（図4c）、Sp1結合阻害剤によりムチンの発現が抑制された（図4d）ことが報告された。 また、nuclear factor-κB kinase subunit βの阻害剤（図5b）はムチンの発現を抑制した。

次に、RVの感染がtransforming growth factor-α（TGF-α）の放出を誘導するかどうか、それがnuclear factor-κB（NF-κB） 依存性かどうかを検討した。 RV-16はTGF-α放出を誘導し、NF-κB阻害によって有意にブロックされた（図6b）。 著者らは、RVによるNF-κB誘導のシグナル伝達経路は、MMPを活性化し、その後のEGFR-MEK/細胞外シグナル制御キナーゼ経路がMUC5AC合成と分泌につながると結論づけた。 この研究の最も新しく刺激的な点は、ムチン産生につながるウイルス誘発シグナル伝達経路の記述が提案されたことである。

一般に、先行研究において、複数の刺激が表面シグナル分子の一連の活性化を引き起こし、EGFRの活性化につながると報告されている。刺激に関連する受容体（多くの場合TLR）によるシグナル伝達、活性酸素種の放出、MMPの活性化、しばしばTACE、EGFRプロリガンドの切断が続き、次にEGFRが結合して活性化する、というものだ。 この一連の流れは、一連の下流分子（Ras、Raf、マイトジェン活性化プロテインキナーゼなど）を経由し、プロモーターを介して新しいタンパク質（ムチンなど）の産生を刺激することになる。 Hewsonらの本論文13では、刺激（RV）が細胞内に入り、NF-κBを直接活性化し、それがMMPを刺激し、プロリガンドの切断、可溶性EGFRリガンドの放出、EGFRの活性化などのカスケードを続けて誘導することが示唆された。 これは新しい概念であり、シグナル伝達カスケードの順序とタイミングを並べ替えることになる（図8の13）。 この経路を検証するためには、タイミングの問題が非常に重要である。 例えば、EGFRのリン酸化はいつ起こるのだろうか？ 図3bでは、RV-16は8〜12時間でEGFRを活性化する。先行文献では、研究者は、約0.5〜1時間10分以内にEGFR反応が残っていることを見出している。 Hewsonら13では、EGFRのリン酸化は4時間以前には示されていない。 不思議なことに、ムチンmRNAは8時間目に報告されており、おそらくEGFRのリン酸化が報告される前なのだろう。 このように、今後の研究において、このシグナル伝達経路がどのように機能するかを決定するためには、タイミングの問題と時間に基づくシグナルの解析が重要である。 さらに、上皮表面でのRVの認識機構、上皮細胞内へのRVの侵入、EGFR活性化との関係についてもさらなる研究が必要である

細胞は時間と共にその活動を変化させることで生存している。 この点で、研究者たちは複雑な事象を予測するためのシステム生物学を発展させることに苦心してきた。 しかし、システム生物学の解析では、システムに時間を組み込むことが非常に困難であることがわかる! 現在、気道疾患における粘液分泌過多の臨床的重要性が認識され、研究者はムチン産生や粘液分泌過多を支えるメカニズムなど、基本的なメカニズムの研究を活発化させている。 末梢性粘液貯留の臨床的重要性と病変の診断の困難性から、診断と治療の両面で新しいアプローチが必要とされている。 ウイルス感染が喘息増悪の引き金となるメカニズムを解明し、その増悪をどのように予防し、効果的に治療できるかを明らかにすることが必要である。 Hewsonらの研究で使用された非小細胞肺がん細胞は、喘息患者とは実質的に異なるシグナル伝達機構を示す可能性があるため、喘息患者から得た上皮細胞の初代培養を用いることで、新たな知見が得られるかもしれない13。 これらは、さらなる調査が早急に必要な喫緊の課題である。 喘息患者の健康状態の悪化とウイルス感染による深刻な経済的影響という現状から、粘液分泌過多に関与するメカニズムを明らかにすることが、今後の研究の最優先課題である。

ここで、肺の研究者への最後のコメントを一つ述べる。 肺の専門医制度はその発展が遅かった。 しかし、炎症性疾患、免疫疾患、悪性疾患における肺や気道の重要性、大気に隣接する位置、アクセスのしやすさから、肺の研究の成長は今後も加速すると予測されます 私たちはそのために突っ走っています！

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