新模型揭示肺如何清除外源物质

(责任编辑：泉水)

尽管感冒或过敏引起的流鼻涕和湿咳可能令人感到不适。但是人类呼吸道仍需依靠这类粘稠的粘液将外源物质，包括有毒的传染性病原排出体外。目前，北卡罗来纳州教堂山的北卡罗兰州立大学Brian Button及其同事进行的一项研究，有助于解释人类呼吸道如何将这种粘液清出体外。该发现可能有助于研究人员对人类肺部疾病的病因，如囊性纤维化(CF)、慢性阻塞性肺疾病(COPD)和哮喘进行更深入的理解。研究人员的相关报告发表于非营利性科学学会AAAS出版的《科学》(Science)杂志上。“我们呼吸的空气其实并不干净，因而我们每次呼吸都会吸入许多危险物质。”该《科学》论文共同作者Michael Rubinstein说，“我们需要一种吸入废物的清除机制，因而，就出现了称为“粘液”的非常粘稠的凝胶物，它可以吸附粒子，并在微小的纤毛帮助下将其清除掉。”

　　“纤毛会持续性摆动，即使在我们睡眠过程中。”他说道，“通过相互协作的方式，它们将含有外源物质的粘液推出肺部，这些粘液随后被我们吞咽掉或吐出体外。这些纤毛甚至会在我们死后数小时内仍然维持摆动状态。如果它们停止摆动，那么粘液将在我们体内泛滥，而这些粘液则正是细菌生长的沃土。”迄今为止，多数研究人员支持一种成为“凝胶液体”的粘液清除模型，其中，水性"periciliary"层起到了一个润滑剂的作用，将粘液与人类呼吸道表层排列的上皮细胞分开。但这种陈旧的解释无法阐明粘液如何停留在其自身特定层。“由于粘液存在的渗透压使其在水中扩张，因而我们无法将水性层与粘稠的粘液从细胞上分离开来，” Rubinstein说，“所以，阻止粘液粘附到细胞的真正物质是什么？”

　　研究人员通过一种组合式成像技术，对人支气管上皮细胞培养物中periciliary层的密集网络进行了观察。刷状层含有使粘液抵达纤毛和上皮细胞的保护性分子，通过该分子保证了正常的粘液流。Button及其他研究人员基于他们的发现结果，提出了一种“凝胶刷”形式的粘液清除机制，粘液会移动至刷状periciliary层的顶部，而非水性层的顶部。他们认为，这种机制可以更精确地说明人类粘液清除的物理过程。“这种刷状层可能对于人类呼吸道的健康功能非常重要。” Rubinstein称，“它可以使细胞远离粘稠的粘液，同时形成另一个保护性屏障，防止病毒或细菌穿透粘液。由于刷状层密度更高，粘液并不会穿透刷状层。”

　　“我们发现，在某个特定条件之下，刷状层处于健康状态，并且细胞状态良好。” Rubinstein解释道，“但如果高于这种理想条件，如CF 或COPD疾病下，受到压缩的刷状层会在实际上阻止正常的纤毛摆动，同时阻止健康的粘液流动。”研究人员解释道，一旦粘液层的密度过大，它会冲过periciliary刷，摧毁纤毛并粘附至细胞表面。“这种刷状物的破坏，就是可能导致粘液无法移动并导致感染、炎症以及最终破坏肺组织、肺功能丧失的原因。” Rubinstein说，“但是，我们的模型将能够为研究人员研发新的肺病疗法提供指导，并针对这类疗法的疗效，为他们提供追踪用的生物标记物。”

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