粘液清除系统的意外发现可能为未来肺部疾病的治疗提供信息

马里兰大学(UMD)的研究人员有了一个意外的发现，关于我们如何清除我们的喉咙(或者从我们的气道中清除粘液)，这可能有一天会改变治疗哮喘、慢性阻塞性肺病(COPD)和囊性纤维化等肺部疾病的治疗方法。该小组的工作发表在科学的进步．

Fischell生物工程系助理教授Gregg Duncan和他的呼吸纳米生物工程实验室的成员开始开发一种首创的系统，以研究构成人类气道粘液清除系统的两种黏蛋白的作用。这些蛋白质被称为MUC5AC和MUC5B，它们形成了一种水凝胶，可以通过被称为纤毛的微小毛发状结构运输，以清除气道中的病原体和碎片。

多年来，科学家们认为只有MUC5B在促进作用中发挥了积极作用气道转运——抵御肺部感染或损伤的第一道防线。但在建立人体气道体外模型的过程中上皮组织， Duncan的团队发现MUC5AC被错误地忽视了。

“为了保护我们，肺部拥有一种生物‘传送带'由粘液和下面的纤毛细胞组成的系统，”邓肯说。“在这项研究之前，人们认为这种传送带主要是由纤毛的协调运动所引导的。然而，我们发现粘液凝胶在维持组织尺度上的运输均匀性方面发挥着积极作用，以最大限度地提高清除效率。”

当一个人吸入病原体或潜在的有害颗粒时，纤毛有助于将这些入侵者从肺部弹射到喉咙。从那里，这些颗粒通常会进入胃，在那里它们通常无法在胃的酸性环境中存活。但首先，粘液必须捕获这些入侵者。

在这两种蛋白质中，MUC5B是粘液运输的已知驱动因素;缺乏这种蛋白质会限制或阻止气道清除。相反，MUC5AC的过量产生已被证明会损害气道清除，导致慢性支气管炎患者肺功能下降，致命性哮喘患者气流显著减少。MUC5AC被广泛认为在很大程度上对气道清除的整个过程没有帮助，这导致科学家质疑它的作用。

但是，当邓肯的团队开始开发人类气道组织培养时，他们偶然发现了一个潜在的答案。Duncan的团队使用CRISPR/ cas9介导的基因组编辑工具从人类气道模型中删除MUC5AC。当他们这样做时，他们发现旋转、不规则的气流模式不利于有效的气道清除。但在发现将MUC5AC重新添加到模型中时，该团队立即解决了这个问题。

这一发现表明，MUC5B和MUC5AC之间的比例可能在气道清除中起着关键作用，特别是在哮喘等疾病中，粘液的过量产生可能导致严重甚至致命的健康后果。

目前用于靶向气道黏液的药物旨在破坏黏液的结构，使气道黏液更像水。不过，这种方法并不是完美的解决方案，因为它的粘度较低粘液不适合运输——即使它更容易坏。更重要的是，邓肯的发现表明，解决方案可能不会完全消除MUC5AC;相反，最有效的治疗途径可能集中在恢复MUC5B和MUC5AC之间的适当平衡。