貪食作用

食作用（古代ギリシャ語 のφαγεῖν (phagein)  「食べる」と κύτος (kytos)  「細胞」に由来）は、細胞が細胞膜を使用して大きな粒子（≥ 0.5 μm）を飲み込み、ファゴソームと呼ばれる内部区画を形成するプロセスです。これはエンドサイトーシスの一種です。食作用を行う細胞は食細胞と呼ばれます。

多細胞生物の 免疫システムでは、貪食は病原体や細胞残骸を除去するために使用される主要なメカニズムです。摂取された物質はその後、食胞で消化されます。細菌、死んだ組織細胞、小さな鉱物粒子はすべて貪食される可能性のある物体の例です。一部の原生動物は、栄養素を得る手段として貪食を使用します。

貪食が摂食手段として使用され、生物に栄養の一部または全部を供給する場合、それは貪食栄養と呼ばれ、吸収によって起こる栄養である浸透栄養とは区別されます。 ^{[出典が必要]}

貪食の歴史は免疫学の科学的確立を表しています。なぜなら、このプロセスは、そのようなものとして発見され、理解された最初の免疫応答メカニズムだからです。^{[1] [2]}細胞を食べることに関する最も初期の決定的な説明は、 1849年にスイスの科学者アルバート・フォン・ケーリカーによって与えられました。 ^{[3]ケーリカーは}、Zeitschrift für Wissenschaftliche Zoologieでの報告で、アメーバのような藻類であるActinophyrys sol（太陽虫）の摂食プロセスについて説明し、原生生物が小さな生物を飲み込んで飲み込む（現在ではエンドサイトーシスと呼ばれるプロセス）詳細に言及し、彼はその生物をインフゾリア（当時の微生物の総称）と名付けました。^[4]

貪食作用が白血球、免疫細胞の特性であることを初めて実証したのは、ドイツの動物学者エルンスト・ヘッケルでした。^{[5] [6]ヘッケルは、}ウミウシの一種テティスの血液細胞が墨汁（または藍^[7] ）の粒子を摂取できることを発見しました。これは免疫細胞による貪食作用の初めての直接的な証拠でした。^{[5] [7]}ヘッケルは、1862年に自身の実験を「放散虫（根足動物）：モノグラフ」として報告しました。^[8]

貪食作用はカナダの医師ウィリアム・オスラー（1876年）によって発見され、 ^[9]後にエリー・メチニコフ（1880年、1883年）によって研究され命名されました。 ^[10]

貪食は自然免疫防御の主要なメカニズムの1つです。これは感染に対する最初の反応プロセスの一つであり、適応免疫応答の開始分岐の一つでもあります。ほとんどの細胞は貪食が可能ですが、一部の細胞タイプはそれを主な機能の一部として実行します。これらは「プロフェッショナル貪食細胞」と呼ばれます。貪食は進化の観点から見ると古く、無脊椎動物にも存在します。^[11]

好中球、マクロファージ、単球、樹状細胞、破骨細胞、好酸球は、専門的な食細胞として分類できます。^[10]最初の3つは、ほとんどの感染症に対する免疫反応において最も重要な役割を果たします。^[11]

好中球の役割は、血流をパトロールし、感染した場合にのみ大量に組織に急速に移動することである。^[11]そこで、好中球は貪食による直接的な殺菌効果を発揮する。摂取後、好中球は病原体の細胞内殺傷に効果的である。好中球は主にFcγ受容体と補体受容体1および3を介して貪食する。好中球の殺菌効果は、予め形成された顆粒中に存在する分子の大きなレパートリーによるものである。これらの顆粒中に調製される酵素およびその他の分子は、コラーゲナーゼ、ゼラチナーゼまたはセリンプロテアーゼ、ミエロペルオキシダーゼ、ラクトフェリン、抗生物質タンパク質などのプロテアーゼである。これらがファゴソームに脱顆粒すると、活性酸素種の大量生成（酸化バースト）が伴い、殺菌効果が著しく高まる。^[12]

単球とそこから成熟したマクロファージは、血液循環を離れて組織を移動します。そこでは定住細胞となり、休止バリアを形成します。 [ ^{11]マクロファージは、}マンノース受容体、スカベンジャー受容体、Fcγ受容体、補体受容体1、3、4によって貪食を開始します。マクロファージは長寿命であり、新しいリソソームを形成することで貪食を継続できます。 ^{[11] [13]}

樹状細胞も組織内に存在し、貪食によって病原体を摂取します。その役割は微生物を殺したり除去することではなく、むしろ適応免疫系の細胞に抗原を提示するためにそれらを分解することです。 ^[11]

貪食作用の受容体は、認識される分子によって2つのカテゴリーに分けられる。1つ目はオプソニン受容体で、オプソニンに依存する。^{[14]これらの中には、結合した}IgG抗体のFc部分を認識する受容体、沈着した補体、または細胞または血漿由来の他のオプソニンを認識する受容体がある。非オプソニン受容体には、レクチン型受容体、デクチン受容体、またはスカベンジャー受容体が含まれる。一部の貪食経路は、病原体関連分子パターン（PAMPS）への付着によって活性化されるパターン認識受容体（PRR）からの2番目のシグナルを必要とし、それがNF-κBの活性化につながる。^[10]

Fcγ受容体はIgGでコーティングされた標的を認識する。認識される主な部分はFc断片である。受容体の分子は細胞内ITAMドメインを含むか、ITAMを含むアダプター分子と結合している。ITAMドメインは食細胞の表面から核へシグナルを伝達する。例えば、ヒトマクロファージの活性化受容体はFcγRI、FcγRIIA、およびFcγRIIIである。^[13] Fcγ受容体を介した食作用には、「食細胞カップ」と呼ばれる細胞の突起の形成が含まれ、好中球の酸化バーストを活性化する。^[12]

これらの受容体は、血漿補体からC3b、C4b 、C3biで覆われた標的を認識する。受容体の細胞外ドメインには、レクチンのような補体結合ドメインが含まれている。補体受容体による認識だけでは、追加のシグナルがなければ内部化を引き起こすのに十分ではない。マクロファージでは、CR1、CR3、CR4が標的の認識を担っている。補体で覆われた標的は、突起することなく食細胞膜に「沈み込む」ことで内部化される。^[13]

マンノースやフコースなどの病原体関連糖はマンノース受容体によって認識される。8つのレクチン様ドメインが受容体の細胞外部分を形成する。マンノース受容体を介した摂取は、Fcγ受容体や補体受容体を介した貪食とは分子メカニズムが異なる。^[13]

物質の貪食はアクチン-ミオシン収縮系によって促進される。ファゴソームは物質の貪食によって形成される細胞小器官である。その後、ファゴソームは貪食細胞の中心体に向かって移動し、リソソームと融合してファゴリソソームを形成し、分解につながる。ファゴリソソームは次第に酸性化し、分解酵素を活性化する。^{[10] [15]}

分解は酸素依存型と酸素非依存型に分けられます。

• 酸素依存性分解はNADPHと活性酸素種の生成に依存します。過酸化水素とミエロペルオキシダーゼはハロゲン化システムを活性化し、次亜塩素酸塩の生成と細菌の破壊につながります。^[16]
• 酸素非依存的分解は、リゾチーム、殺菌透過性増加タンパク質、主要塩基性タンパク質、ディフェンシンなどのカチオン性タンパク質などの酵素を含む顆粒の放出に依存しています。これらの顆粒には、鉄を隔離して細菌の成長に不利な条件を提供するラクトフェリンなどの他の抗菌ペプチドも含まれています。ヒアルロニダーゼ、リパーゼ、コラーゲナーゼ、エラスターゼ、リボヌクレアーゼ、デオキシリボヌクレアーゼなどの他の酵素も、感染の拡大や細胞死につながる必須微生物生体分子の分解を防ぐ上で重要な役割を果たしています。^{[12] [13]}

白血球は貪食中にシアン化水素を生成し、他のいくつかの有毒化学物質を生成することで細菌、真菌、その他の病原体を殺すことができます。^{[17] [18] [19]}

トレポネーマ・パリダム、大腸菌、黄色ブドウ球菌などの一部の細菌は、いくつかのメカニズムによって貪食作用を回避することができます。

アポトーシス の後、死にゆく細胞はエフェロサイトーシスと呼ばれるプロセスでマクロファージによって周囲の組織に取り込まれる必要がある。アポトーシス細胞の特徴の1つは、カルレティキュリン、ホスファチジルセリン（細胞膜の内層から）、アネキシンA1、酸化LDL、変性グリカンなど、さまざまな細胞内分子が細胞表面に提示されることである。^{[20]これらの分子は、ホスファチジルセリン受容体などのマクロファージ細胞表面の受容体、または}トロンボスポンジン1、GAS6、MFGE8などの可溶性（浮遊性）受容体によって認識され、その後、これらの受容体自体がCD36やα-v-β-3インテグリンなどのマクロファージ上の他の受容体に結合します。アポトーシス細胞の除去における欠陥は、通常、マクロファージの貪食能の低下と関連している。アポトーシス細胞の残骸の蓄積はしばしば自己免疫疾患を引き起こすため、貪食能の薬理学的増強は、特定の形態の自己免疫疾患の治療において医学的可能性を秘めている。^{[21] [22] [23] [24]}

多くの原生生物は食作用を摂食手段として利用しており、これが食作用を構成します。

• アメーバなど一部の生物では、動物の食細胞と同様に、擬足で標的物体を囲むことで食作用が起こります。ヒトでは、アメーバの一種である赤痢アメーバが赤血球を食作用します。
• 繊毛虫も貪食作用を行う。^[25]繊毛虫の細胞には貪食作用が行われる特殊な溝や部屋があり、細胞口または口と呼ばれている。

貪食免疫細胞と同様に、結果として生じたファゴソームは、消化酵素を含むリソソーム（食物胞）と融合してファゴリソソームを形成する。その後、食物粒子は消化され、放出された栄養素は拡散または細胞質に輸送され、他の代謝プロセスに使用されます。^[26]

混合栄養には、食栄養と光栄養が含まれる。^[27]

ウィキソースには、1911 年のブリタニカ百科事典の記事「食作用」のテキストがあります。

• ウィキメディア・コモンズの貪食作用に関連するメディア
• 米国国立医学図書館の医学件名標目表(MeSH)における貪食作用