細菌は、私たちが呼吸するあらゆる空気の中に存在する。気道がこれらの細菌の感染からどのように保護されるのか、今まで謎のままだった。細菌を吸入すると、細菌を直接攻撃する細胞から直ちに エクソソーム が分泌され、鼻の前部から気道に沿って抗菌タンパク質を送り、細菌が体の奥に入る前に防御する。
マサチューセッツEye and Earの研究チームは、2018年11月12日にJournal of Allergy and Clinical Immunology（JACI）にオンラインで公開された論文でこの新メカニズムについて説明している。
この発見は、私たちの免疫システムに新たな光をもたらし、また、ある細胞群から別の細胞群へのこの自然輸送過程を利用する薬物送達技術の開発に役立つ。
この論文は、「エクソソーム群は気道病原体を排除し、酸化窒素を介して受動的な上皮免疫防御を提供する（Exosome Swarms Eliminate Airway Pathogens and Provide Passive Epithelial Immunoprotection Through Nitric Oxide.）」と題されている。
「スズメバチの巣を蹴るのと同じように、鼻は数十億個のエクソソームを最初の細菌侵入の徴候で粘液に放出し、細菌を殺し、気道のいたるところで細胞を自然かつ強力に防御する」と、筆頭著者のマサチューセッツ Eye and Earの副鼻腔外科医、ハーバード大学医学部耳鼻咽喉科の准教授であるBenjamin S. Bleier医学博士は語った。
「これは、エクソソーム集団が、細菌に対し気道をワクチン接種しているようなものだ。」
このJACIの研究は、数年前にBleier博士の研究室が行なった発見が複雑だったため行うことになった。
副鼻腔炎の研究では、研究者らは、鼻腔の細胞内のタンパク質が患者の鼻粘液にも存在することを発見した。研究チームは、エクソソームがそのプロセスと関係していると仮定し、なぜこれらのタンパク質が細胞から鼻粘液に移動しているのか関心を持った。
JACIで発表されたこの新しい知見は、このプロセスを明らかにしている。
鼻の前部の細胞が細菌分子を検出すると、TLR4と呼ばれる受容体が誘発され、これがエクソソームの放出を刺激する。これが起こると、自然免疫応答が5分以内に起こる。
まず初めに、鼻に放出されるエクソソームの数が2倍になる。次に、これらのエクソソーム内では、保護酵素、一酸化窒素合成酵素もまた2倍になる。よく知られた抗菌分子の一つである一酸化窒素は、エクソソームを武器に強力に細菌に対する防御を行う。
エクソソーム「群」プロセスは、粘膜繊毛クリアランスという別の自然メカニズムからの助けも得る。粘膜繊毛クリアランスは、活性化されたエクソソームを鼻の後ろに掃引し、細菌の存在を既に警告されている細胞情報と共に掃引する。このプロセスは、鼻の後ろにある細胞を直ちに細菌から守り、防御分子とタンパク質で防御する。
JACIの論文に記載されている実験では、Bleier博士のチームは患者の粘液を採取し、患者の細胞を培養して育てた。彼らは次に細菌への暴露をシミュレートし、放出されたエクソソームの数と組成の両方を測定し、刺激後にエクソソーム数と抗菌分子数の両方が倍増することを見出した。
チームは生存患者でこの発見を確認し、さらにこれらの刺激されたエクソソームが細菌を殺す際の抗生物質と同様に有効であることを示した。エクソソームは最終的に他の上皮細胞に迅速に取り込まれ、そこで抗菌分子を「提供」できることが示された。
自然免疫系のこの新しい理解に加えて、JACI論文の著者は、その発見が、気道を通って薬物を送達する新しい方法の開発に影響を与えるかもしれないことを示唆している。より具体的には、ナチュラルトランスポーターとしてエクソソームを使用し、治療の吸入パケットを上気道に沿った細胞に、場合によっては下気道および肺に届けることができる。
「鼻は、肺を含む全身の気道の免疫システムを直接研究するユニークな機会を提供する」とBleier博士は述べている。
このJACI報告書の著者には、Bleier、Angela L. Nocera、およびMassachusetts Eye / Ear / Harvard Medical SchoolのDerrick T. Lin、 マサチューセッツ州立眼科耳鼻科のサリナ・K・ミュラー（Sarina K. Mueller）、エアランゲン・ニュルンベルク大学（University of Erlangen-Nuremberg） マサチューセッツ工科大学ジュール・R・セファン（Jules R. Sephan） ボストン大学のLoretta HingとXue Han、 Schepens眼科医のPhilip Seifert、マサチューセッツ Eye and Ear/ハーバード大学医学部; Northeastern UniversityのMansoor M. Amiji; Beth Israel Deaconess Medical Center / Harvard Medical SchoolのTowia Libermannが含まれている。
マサチューセッツ EYE AND EAR
1824年に設立されたマサチューセッツ Eye and Earは、治療と研究の国際センターであり、ハーバード大学医学部の教育病院である。パートナーズヘルスケア、マサチューセッツ Eye and Earのメンバーは、眼科と耳鼻咽喉科を専門としている。マサチューセッツ Eye and Earの臨床医はルーチンから非常に複雑なケアまで提供している。
また、世界最大の聴覚・視覚研究者コミュニティでもあるマサチューセッツ Eye and Earの科学者は、目、耳、鼻、喉、頭、首に影響を与える基本的な生物学の基礎研究と新しい治療法の開発に取り組んでいる。
米国で2018年から2019年にかけて開催された「ベスト病院調査」では、マサチューセッツ州で、目のケアで4位、耳、鼻、および喉のケアで6位に選ばれた。
マサチューセッツ Eye and Earの詳細については、
ブログ（Focus 、Twitter（@MassEyeAndEar）、Facebook ）を参照のこと。
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