粘液

粘液（/ ˈ m j uː k ə s / MEW -kəs）は、粘膜によって産生され、粘膜を覆う、滑りやすい水性分泌物である。粘液は典型的には粘液腺の細胞から産生されるが、漿液細胞と粘液細胞の両方を含む混合腺に由来することもある。粘液は、無機塩、抗菌酵素（リゾチームなど）、免疫グロブリン（特にIgA）、粘膜や粘膜下腺の杯細胞によって産生されるラクトフェリン^[1]やムチンなどの糖タンパク質を含む粘性コロイドである。粘液は、呼吸器系、消化器系、 泌尿生殖器系の内層の表皮細胞や、視覚系や聴覚系の構造を病原性真菌、細菌^[2]、ウイルスから保護する働きがある。体内の粘液のほとんどは消化管で生成されます。

両生類、魚類、カタツムリ、ナメクジ、その他の無脊椎動物も、病原体からの防御、運動の補助、魚のえらの内側を覆うために、表皮から外部粘液を生成します。植物は粘液と呼ばれる同様の物質を生成しますが、これは一部の微生物によっても生成されます。^[3]

人間の呼吸器系では、粘液は気道表面液(ASL)の一部であり、上皮内層液(ELF) としても知られ、気道の大部分の内側を覆っています。気道表面液は、繊毛周囲液層と呼ばれるゾル層と、粘液層と呼ばれるゲル層で構成されています。繊毛周囲液層は、繊毛を取り囲み、表面上皮の上にあることからこの名前が付けられています。^{[4] [5] [6]}繊毛を取り囲む繊毛周囲液層は、細胞に繋がれたムチンと多糖類のゲル網で構成されています。^[7]粘液ブランケットは、特に通常の呼吸中に鼻から侵入する前に異物を捕捉することで、肺の保護に役立ちます。 ^[8]

粘液は、約95%の水分、杯細胞からのムチン分泌物、粘膜下腺（2～3%の糖タンパク質）、プロテオグリカン（0.1～0.5%）、脂質（0.3～0.5%）、タンパク質、DNAからなる液体成分で構成されています。 ^[7]分泌される主要なムチンである MUC5ACとMUC5Bは、粘液にレオロジー特性または粘弾性を与える大きなポリマーです。^{[7] [4]} MUC5ACは、杯細胞から分泌される主要なゲル形成ムチンで、糸状または薄いシート状です。MUC5Bは、粘膜下腺と一部の杯細胞から分泌される高分子タンパク質で、糸状です。^{[9] [10]}

気道（気管、気管支、細気管支）では、杯細胞と呼ばれる特殊な気道上皮細胞と粘膜下腺によって粘液の内層が作られます。ほこり、粒子状汚染物質、アレルゲンなどの小さな粒子、感染性物質、細菌は粘性のある鼻や気道の粘液に捕らえられ、システムへの侵入を防がれます。このプロセスは、呼吸上皮の繊毛が中咽頭に向かって継続的に動くこと（粘液繊毛クリアランス）と相まって、呼吸中に異物が肺に入るのを防ぐのに役立ちます。これが、喫煙者に咳がよく起こる理由です。体の自然な反応は粘液の生成を増やすことです。さらに、粘液は吸入した空気を保湿し、鼻や気道上皮などの組織が乾燥するのを防ぎます。^[11]

粘液は呼吸器系で継続的に生成されます。粘液は粘液繊毛の作用により鼻腔から下へ、そして気道の残りの部分から咽頭へと運ばれ、そのほとんどは無意識のうちに飲み込まれます。呼吸器疾患や炎症の際には、粘液が細胞片、細菌、炎症細胞で濃くなることがあります。その場合、粘液は痰として知られ、気道をきれいにするために痰として吐き出されることがあります。 ^{[12] [13]}

上気道での粘液産生の増加は、風邪やインフルエンザなど、多くの一般的な病気の症状です。鼻水は、鼻をかむか、鼻洗浄を使用することで除去できます。風邪やアレルギーの場合と同様に、血管拡張に伴う血管充血とヒスタミンによる毛細血管透過性の増加が原因で鼻水が過剰になると、^[14]充血除去薬で慎重に治療できます。充血除去薬の過剰使用による「リバウンド」効果として粘液が濃くなると、鼻や副鼻腔の排液の問題や感染を促進する状況が発生する可能性があります。

寒くて乾燥した季節には、鼻腔の粘液が乾燥する傾向があり、つまり粘膜はより一生懸命働き、腔内を保つためにより多くの粘液を分泌することになります。その結果、鼻腔は粘液で満たされることがあります。同時に、空気が吐き出されると、暖かい空気が鼻孔付近のより冷たい外気温と出会うため、息の中の水蒸気が凝縮します。これにより、鼻腔内に過剰な量の水が蓄積されます。このような場合、余分な液体は通常、鼻孔から外部に漏れ出します。^[15]

下気道では、原発性繊毛機能不全症などの病態により粘液繊毛クリアランスが障害され、気管支に粘液が蓄積することがあります。^{[16]粘液恒常性の調節不全は}嚢胞性線維症の基本的な特徴であり、嚢胞性線維症は塩素イオンチャネルをコードするCFTR遺伝子の変異によって引き起こされる遺伝性疾患です。この欠陥により粘液の電解質組成が変化し、粘液の過剰吸収と脱水が引き起こされます。このように量が少なく、粘稠で酸性の粘液は抗菌機能が低下し、細菌のコロニー形成を促進します。^[17]粘液層の菲薄化は最終的に繊毛周囲液層に影響を及ぼし、脱水状態になり、繊毛機能が損なわれ、粘液繊毛クリアランスが損なわれます。^{[16] [17]}呼吸療法士は、粘液のクリアランスを助けるためにいくつかのクリアランス技術を使用する気道クリアランス療法を推奨することができます。^[18]

下気道では、気管支と細気管支における過剰な粘液産生は粘液過剰分泌として知られています。^{[10]慢性粘液過剰分泌は}慢性気管支炎の慢性湿性咳嗽を引き起こし、^[19]一般的にこれと同義です。^[20]過剰な粘液は気道を狭め、気流を制限し、肺機能の低下を加速させる可能性があります。^[10]

人間の消化器系では、粘液は食道を通過する食物など、膜を通過する物質の潤滑剤として使用されます。粘液は消化管において極めて重要です。結腸と小腸に必須の層を形成し、腸上皮細胞と細菌の相互作用を減らすことで腸の炎症を軽減するのに役立ちます。^[21]胃の内側を覆う胃粘膜の粘液層は、胃の内側をその内部の高酸性環境から保護するために不可欠です。^[22]

人間の女性の生殖器系では、子宮頸管粘液が感染を防ぎ、性交中に潤滑油として作用する。子宮頸管粘液の粘稠度は、女性の月経周期の段階によって異なる。排卵時には、子宮頸管粘液は透明でサラサラしており、精子の通過を促し、排卵後は粘液が濃くなり、精子をブロックする可能性が高くなる。いくつかの妊娠可能性認識法は、3つの主要な妊娠可能性の兆候の1つである子宮頸管粘液の観察に依存しており、周期の中間点における女性の妊娠可能時期を特定する。女性の妊娠可能時期を認識することで、カップルは性交のタイミングを計り、妊娠の可能性を高めることができる。これは、妊娠を避ける方法としても提案されている。^[23]

一般的に、鼻の粘液は透明で薄く、吸入時に空気をろ過する役割を果たします。感染時には、細菌が閉じ込められることで粘液の色が黄色や緑色に変わることがあります^{[24] 。あるいは、}ウイルス感染に対する体の反応が原因です。例えば、黄色ブドウ球菌感染により粘液が黄色に変わることがあります^{[25] 。粘液の緑色は、}呼吸バースト時に白血球が細胞傷害性防御として分泌する鉄含有酵素ミエロペルオキシダーゼのヘム基に由来します。

細菌感染の場合、細菌はすでに詰まっている副鼻腔に閉じ込められ、湿気と栄養分に富んだ環境で繁殖します。副鼻腔炎は、粘液の鬱血を伴う不快な症状です。副鼻腔炎の細菌感染は粘液の変色を引き起こし、抗生物質治療に反応します。ウイルス感染は通常、治療しなくても治ります。^[26]副鼻腔炎の感染のほとんどはウイルス性であり、抗生物質は効果がなく、典型的な症例の治療には推奨されません。^[27]

風邪やインフルエンザなどのウイルス感染の場合、感染の第一段階と最終段階では、鼻や喉の奥に透明で薄い粘液が生成されます。体がウイルスに反応し始めると（通常1～3日）、粘液は濃くなり、黄色や緑色に変わることがあります。ウイルス感染は抗生物質で治療できず、抗生物質の誤用の主な原因となっています。治療は一般的に症状に基づいて行われ、免疫システムが時間をかけてウイルスを撃退できるようにすれば十分であることが多いです。^[28]

閉塞性肺疾患は、粘液過剰分泌に伴う粘液繊毛クリアランスの障害に起因することが多く、粘液閉塞性肺疾患と呼ばれることもあります。^[29]気道クリアランス療法の技術は、分泌物を除去し、呼吸器の健康を維持し、気道の炎症を防ぐのに役立ちます。^[18]

臍帯上皮幹細胞はMUC1を発現しており、CLEC-mucと呼ばれています。これは角膜の再生に優れた可能性があることが示されています。^{[30] [31]}

粘液はpHの変化によって水分を吸収したり脱水したりすることができます。粘液の膨潤能力は、ムチンのボトルブラシ構造^[32]に由来し、その内部の親水性セグメントが水分吸収のための大きな表面積を提供します。さらに、膨潤効果の調整可能性は、ポリ電解質効果によって制御されます。

荷電分子を持つポリマーはポリ電解質と呼ばれる。ポリ電解質プロテオグリカンの一種であるムチンは粘液の主成分であり、粘液にポリ電解質効果をもたらす。^[33]この効果を誘発するプロセスは、対イオンの引き付けと水分補償の2つのステップで構成される。生理的イオン溶液にさらされると、ポリ電解質の荷電基は反対の電荷を持つ対イオンを引き付け、それによって溶質の濃度勾配が生じる。浸透圧が導入され、低濃度領域から高濃度領域に水が流れるようにすることで、システム全体の溶質濃度が均等になる。つまり、ポリ電解質効果によって管理される粘液内の水の流入と流出は、粘液の調整可能な膨張能力に寄与する。^[34]

ムチンのイオン電荷は、主にアスパラギン酸（pKa =3.9）やグルタミン酸（pKa =4.2）などの酸性アミノ酸によって提供されます。酸性アミノ酸の電荷は、酸の解離と会合により、環境のpH値によって変化します。たとえば、アスパラギン酸は、pH値が3.9を超えると負の側鎖を持ちますが、pH値が3.9を下回ると中性に帯電した側鎖が導入されます。したがって、粘液中の負電荷の数は、周囲環境のpH値の影響を受けます。つまり、粘液のポリ電解質効果は、ムチン骨格上の酸性アミノ酸残基の電荷変化により、溶液のpH値に大き​​く影響されます。たとえば、ムチン上の荷電残基は、胃の正常なpH値である約pH 2でプロトン化されます。この場合、ポリ電解質効果はほとんどなく、膨張能力の低いコンパクトな粘液になります。しかし、ヘリコバクター・ピロリという細菌は、胃のpH値を上昇させる塩基を生成しやすく、アスパラギン酸とグルタミン酸の脱プロトン化、すなわち中性から負に帯電する状態を引き起こします。粘液中の負電荷が大幅に増加し、多価電解質効果と粘液の膨張を引き起こします。この膨張効果により粘液の孔径が大きくなり、粘液の粘度が低下し、細菌が粘液に浸透して移動し、病気を引き起こす可能性があります。^[35]

粘液の高い選択的透過性は、分子、栄養素、病原体、薬物の浸透を制限することで、人間の健康状態に重要な役割を果たしています。粘液内の電荷分布は電荷選択拡散バリアとして機能し、薬剤の輸送に大きな影響を与えます。さまざまな表面ゼータ電位を持つ粒子の中で、陽イオン性粒子は浸透深度が低く、中性粒子は中程度の浸透を持ち、陰イオン性粒子は最大の浸透深度を持ちます。さらに、粘液の状態が変化すると電荷選択性の影響が変化します。つまり、天然粘液は精製粘液よりも薬剤の浸透を制限する可能性が3倍高くなります。^[36]

粘液は他の多くの動物によっても産生される。^[37]すべての魚は、体中の腺から分泌される粘液で覆われている。^[38] カタツムリやナメクジなどの無脊椎動物は、移動を可能にし、体が乾燥するのを防ぐために、カタツムリ粘液と呼ばれる粘液を分泌する。それらの生殖器官も粘液を、例えば卵を覆う際に利用している。ヌタウナギの独特の交尾の儀式では、交尾中のナメクジは粘液の糸を使って高い場所から身を下ろします。粘液は、捕食者を撃退するために使われるヌタウナギの粘液の必須成分である。^{[39]一部の}ホヤ類やヤツメウナギの幼生では、濾過摂食を助けるために 粘液が内柱で産生される。

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