呼吸臨床

【特集】呼吸器科医に役立つ最先端のメカノバイオロジー研究

企画：寺崎泰弘，ゲストエディター：伊藤理


　生体は常に重力，圧力，ずり応力といった機械的刺激（メカニカルストレス）を受けています。これらメカニカルストレスがどのようにして細胞機能や生体の応答を制御するか，疾患の病態生理に関与するかを追究する研究が「メカノバイオロジー」です。呼吸器は多様なメカニカルストレスにさらされていることから，呼吸器の細胞機能・生理機能や呼吸器疾患の病態機序を解明するうえで，呼吸器メカノバイオロジー研究の果たすべき役割は大きいと期待されています。今回の特集では，メカノバイオロジーを紹介し，研究の魅力と課題をお伝えすることを企画しています。

（伊藤理）

1）総論：呼吸器メカノバイオロジーの概説

伊藤　理*

*愛知医科大学医学部呼吸器・アレルギー内科（〒480-1195 愛知県長久手市岩作雁又1-1）


Review article: Overview of lung mechanobiology
Satoru Ito*
*Department of Respiratory Medicine and Allergology,  Aichi Medical University, Nagakute


Keywords: 機械感受性チャネル，細胞伸展，メカニカルストレス，メカノセンシング，メカノトランスダクション，ATP放出／mechanosensitive channel，cell stretch，mechanical stress，mechanosensing，mechanotransduction，ATP release


呼吸臨床 2017年1巻1号　論文No.e00017
Jpn Open J Respir Med 2017 Vol. 1 No. 1 Article No.e00017

DOI: 10.24557/kokyurinsho.1.e00017


掲載日：2017年10月2日


©️Satoru Ito. 本論文の複製権，翻訳権，上映権，譲渡権，貸与権，公衆送信権（送信可能化権を含む）は弊社に帰属し，それらの利用ならびに許諾等の管理は弊社が行います。


要旨

　呼吸器は伸展，圧縮，ずり応力などさまざまな機械的刺激（メカニカルストレス）にさらされている。これらメカニカルストレスは組織・臓器の分化・発達を促し，恒常性や生理機能を保つために必須であるが，負荷される力と受け手である生体の応答との間のバランスに不具合が生じると疾患の発症と悪化につながる。生体が物理的な力をどのように感知し応答するかを追究する「メカノバイオロジー」研究の発展により，呼吸器領域においても新たな知見が蓄積されてきた。本稿では呼吸器メカノバイオロジー研究について概説する。呼吸器科医や呼吸器学研究者，将来呼吸器科医を目指している若手医師・医学生のために一助となれば幸いである。

文献

  1. 曽我部正博. 入門メカノバイオロジー: 細胞力覚の世界. 曽我部正博, 編. メカノバイオロジー. 京都: 化学同人, 2015: 3-16.
  2. Engler AJ, et al. Matrix elasticity directs stem cell lineage specification. Cell. 2006; 126: 677-89. 
  3. Liu M, et al. Mechanochemical signal transduction in the fetal lung. J Appl Physiol. 2000; 89: 2078-84.
  4. 伊藤 理, ほか. 特集 「細胞力覚」: メカノセンシングが生命機能を生み出す: 呼吸器のメカノバイオロジー. 細胞工学. 2012; 31: 1014-29.
  5. 伊藤 理. 呼吸器とがんのメカノバイオロジー: 気道, 肺, 肺胞. 曽我部正博, 編.メカノバイオロジー. 京都: 化学同人, 2015;173-83.
  6. Grainge CL, et al. Effect of bronchoconstriction on airway remodeling in asthma. N Engl J Med. 2011; 364: 2006-15.
  7. Noble PD, et al. Airway smooth muscle in asthma: linking contraction and mechanotransduction to disease pathogenesis and remodeling. Pulm Pharmacol Ther. 2014; 29: 96-107.
  8. Hinz B. Mechanical aspects of lung fibrosis: a spotlight on the myofibroblast. Proc Am Thorac Soc. 2012; 9: 137-47.
  9. Hayakawa K, et al. Actin stress fibers transmit and focus force to activate mechanosensitive channels. J Cell Sci. 2008; 121: 496-503.
  10. Chang G, et al. Structure of the MscL homolog from Mycobacterium tuberculosis: a gated mechanosensitive ion channel. Science. 1998; 282: 2220-6.
  11. 澤田泰宏. 生体恒常性を制御する「善玉」メカニカルストレスと「悪玉」メカニカルストレス. 医学のあゆみ. 2015; 254: 353-8.
  12. Ito S, et al. Cellular ATP release in the lung and airway. AIMS Biophys. 2016; 3: 571-84.
  13. 伊藤　理. 解説「基礎」呼吸器とメカニカルストレス. 呼吸. 2012; 31: 997-1004.
  14. Iwaki M, et al. Mechanical stretch enhances IL-8 production in pulmonary microvascular endothelial cells. Biochem Biophys Res Commun. 2009; 389: 531–6.
  15. Morioka M, et al. Microtubule dynamics regulate cyclic stretch-induced cell alignment in human airway smooth muscle cells. PLoS One. 2011; 6: e26384.
  16. Ito S, et al. A novel Ca2+ influx pathway activated by mechanical stretch in human airway smooth muscle cells. Am J Respir Cell Mol Biol. 2008; 38: 407-13.
  17. Ito S, et al. Actin cytoskeleton regulates stretch-activated Ca2+ influx in human pulmonary microvascular endothelial cells. Am J Respir Cell Mol Biol. 2010; 43: 26-34.
  18. Murata N, et al. Ca2+ influx and ATP release mediated by mechanical stretch in human lung fibroblasts. Biochem Biophys Res Commun. 2014; 453: 101-5.
  19. Takahara N, et al. Real-time imaging of ATP release induced by mechanical stretch in human airway smooth muscle cells. Am J Respir Cell Mol Biol. 2014; 51: 772-82.
  20. 伊藤　理, ほか. 講座「研究手法入門: 薬理生理」機械的ストレス実験. 呼吸. 2015; 34: 793-8.
  21. Morty RE, et al. TRPV4: an exciting new target to promote alveolocapillary barrier function. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2014; 307: L817-21. 
  22. 古家喜四夫. ATPシグナリングと疾患. 医学のあゆみ. 2016; 257: 1023-9.
  23. Burnstock G, et al. Purinergic signaling in the airways. Pharmacol Rev. 2012; 64: 834-68.
  24. Oguma T, et al. Roles of P2X receptors and Ca2+ sensitization in extracellular adenosine triphosphate-induced hyperresponsiveness in airway smooth muscle. Clin Exp Allergy. 2007; 37: 893-900.
  25. Riteau N, et al. Extracellular ATP is a danger signal activating P2X7 receptor in lung inflammation and fibrosis. Am J Respir Crit Care Med. 2010; 182: 774-83.
  26. Pelleg A, et al. Extracellular adenosine 5'-triphosphate in obstructive airway diseases. Chest. 2016; 150: 908-15.
  27. Furuya K, et al. Real-time imaging of inflation-induced ATP release in the ex vivo rat lung. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2016; 311: L956-69.
  28. Takahashi K, et al. Real-time imaging of mechanically and chemically induced ATP release in human lung fibroblasts. Respir Physiol Neurobiol. 2017; 242: 96-101.
  29. Furuya K, et al. Real-time luminescence imaging of cellular ATP release. Methods. 2014; 66: 330-44.
  30. Asano S, et al. Matrix stiffness regulates migration of human lung fibroblasts. Physiol Rep. 2017; 5: e13281.
  31. Suki B, et al. Biomechanics of the lung parenchyma: critical roles of collagen and mechanical forces. J Appl Physiol. 2005; 98: 1892-9.
  32. 清水三恵, ほか. 細胞のメカニカルストレスとサイトカイン. 呼と循. 2007; 55: 759-67.
  33. Ito S, et al. Mechanical stretch and cytokine synthesis in pulmonary endothelial cells. In: Kamkin A, Kiseleva I, editors. <Mechanosensitivity in cells and tissues> No 5 Mechanical stretch and cytokines. New York: Springer, 2012: 165-87.
  34. Tanaka T, et al. Cyclic mechanical stretch-induced oxidative stress occurs via a NOX-dependent mechanism in type II alveolar epithelial cells. Respir Physiol Neurobiol. 2017; 242: 108-16.
  35. 澤田泰宏, ほか. 「緊張型」と「緩和型」のメカニカルストレスによる生体恒常性維持. 実験医学. 2015; 33: 1617-25.
  36. Yang Y, et al. Stretch-induced alternative splicing of serum response factor promotes bronchial myogenesis and is defective in lung hypoplasia. J Clin Invest 2000; 106: 1321-30.
  37. 成瀬恵治. メカノメディスン. 呼と循. 2016; 64: 177-85.
  38. 小川　令, ほか. 皮膚・軟部組織のメカノバイオロジーとメカノメディシン-形成外科・美容医療・創傷治療におけるメカノセラピー.　医学のあゆみ. 2016; 257: 1063-9.

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