日本的慶應義塾大學與北海道大學透過聯合研究發現了一種特殊細胞，這種細胞會把呼吸吸入的異物吸收到活體內。
呼吸道粘膜始終暴露於空氣中的花粉、灰塵和微生物中。人類的身體透過識別這些微細粒並起動免疫系統來保存身體，但有時免疫系統會過度反應，導致過敏。不過此前一直不清楚活體內的免疫系統是如何導侵入入呼吸道的異物的。
此次研究發現，小鼠的氣道和支氣管中存在一種「M細胞」，會吸收粘附在呼吸道粘膜上的異物，而且，這種呼吸道M細胞存在於慢性阻塞性肺病模式小鼠的多種呼吸系統疾病病灶部位。不僅如此，研究小組還發現了分化誘導呼吸道M細胞必不可少的因子，並利用該因子在試管内成功培養出了呼吸道M細胞。
本次研究明確了在呼吸道的過敏和傳染中抗原及微生物侵入生物體的路徑，這有助於查明呼吸道疾病發病和惡化的機制。今後，透過控制呼吸道M細胞吸收抗原，有望推進臨牀應用，開發新的預防和冶癒方法等。
相關研究成果已於2019年6月11日發表在國際學術期刊《Frontiers in Immunology》的電子版上。
此次，研究小組的着眼點是腸道的抗原吸收機制。此前就知道腸道主記憶體在名爲M細胞的上皮細胞擁有高度的吸收異物能力。但是並不清楚呼吸道是否存在同樣的M細胞。因此，研究小組利用腸道M細胞的獨特性分子標記——GP2和Tnfaip2，對小鼠的氣道和支氣管進行免疫染色，調查了GP2和Tnfaip2陽性細胞。結果發現，氣道和支氣管上皮存在少數陽性細胞（圖1A）。
圖1：小鼠氣道上皮存在的Tnfaip2和GP2陽性細胞
（A）常態下的小鼠氣道的免疫組織染色影像，應答存在少數Tnfaip2（綠色）和GP2（紅紫色）陽性細胞。
（B）施用RANKL的小鼠的免疫染色影像，應答GP2和Tnfaip2陽性細胞增加。
（C）GP2（藍色）和Tnfaip2（綠色）陽性細胞有效吸收經鼻腔投入的奈米顆粒（紅紫色）。
接下來，研究小組爲小鼠施用了促進M細胞分化的細胞介素RANKL，發現氣道和支氣管出現非常多的GP2和Tnfaip2陽性細胞（圖1B）。這種陽性細胞能吸收被作爲空氣中異物的奈米顆粒（圖1C）。利用電子顯微鏡觀察細胞的微觀結構發現，這些細胞是沒有纖毛的上皮細胞。這些特徵與腸道M細胞非常相似，因此研究小組認爲GP2和Tnfaip2陽性細胞就是呼吸道M細胞。
爲了驗證呼吸道M細胞與呼吸道疾病的關係，研究小組利用疾病模式動物，驗證了呼吸道M細胞存在於疾病部位。比如，在作爲乾燥症候群疾病模式的非肥胖型糖尿病（NOD）小鼠、和作爲慢性阻塞性肺病（COPD）模式而給藥彈性蛋白酶的小鼠以及吸入香煙霧煙的小鼠的氣道和支氣管中均發現了淋巴細胞浸潤現象（圖2），其附近的上皮均存在M細胞。
圖2：在吸入香煙霧煙的模式小鼠的氣道和支氣管中發現淋巴細胞浸潤現象（*）和M細胞（箭頭所指處）。
如果能在試管内培養呼吸道M細胞，對於難以透過動物實驗推進的呼吸道傳染病等的研究，以及呼吸道M細胞的形成機制的解析將非常有用。因此，研究小組驗證了能否從小鼠的氣道中分離出上皮細胞並培養M細胞。
研究小組從小鼠的氣道中分離出上皮細胞，利用分爲上下兩部分的特殊培養容器，透過氣相液相界面進行了爲期10天的培養，其中下層使用添加了RANKL的培養液，上層作爲氣相。最終，成功獲得了能充分吸收奈米顆粒且具有M細胞標記的細胞（圖3）。
圖3：小鼠呼吸道M細胞的培養
從小鼠的氣道和支氣管中採集上皮細胞，進行添加了RANKL的氣相液相界面培養，由此成功誘導了呼吸道M細胞。下圖左側是作爲陰性對照在存在GST（麩胱甘肽-S-轉移酶）的情況下培養的氣道上皮細胞，下圖右側是在存在GST-RANKL的情況下培養的氣道上皮細胞。利用M細胞標記Tnfaip2（綠色）和GP2（紅色）進行了染色。
此次研究新發現了呼吸道存在與腸道相同的M細胞。今後，透過查明過敏原的活體內侵入機制與免疫和過敏的關係，以及呼吸道傳染病與M細胞的關係，有望以呼吸道M細胞爲靶點，開發預防和冶癒呼吸道疾病的方法等。
（日文發佈全文)
文：JST客觀日本編輯部
