粘液清除系统的意外发现可能为未来的肺部疾病治疗提供信息
马里兰大学 (UMD) 的研究人员对我们如何清喉咙——(或者从技术上讲，是我们呼吸道的粘液)——做出了意外发现，这可能有一天会改变治疗肺部疾病的疗法，例如哮喘、慢性阻塞性肺病 (COPD)和囊性纤维化。该小组的工作发表在《科学进展》上。
Fischell 生物工程系助理教授 Gregg Duncan 及其呼吸纳米生物工程实验室的成员着手开发一种首创的系统，以研究构成人体呼吸道粘液清除系统的两种粘蛋白的作用。这些被称为 MUC5AC 和 MUC5B 的蛋白质形成一种水凝胶，可以通过称为纤毛的细小毛发状结构运输，以清除气道中的病原体和碎片。
多年来，科学家们一直认为只有 MUC5B 在促进气道运输方面发挥了积极作用——这是抵御感染或肺部损伤的第一道防线。但在开发人体气道上皮组织体外模型的过程中，Duncan 的团队发现 MUC5AC 被错误地忽视了。
“为了保护我们，肺部拥有一个由粘液和下面的纤毛细胞组成的生物‘传送带’系统，”邓肯说。“在这项研究之前，这条传送带被认为主要是由纤毛的协调运动引导的。然而，我们发现粘液凝胶在维持组织规模运输的均匀性以最大限度地提高清除效率方面发挥着积极作用。”
当一个人吸入病原体或潜在有害颗粒时，纤毛有助于将这些入侵者弹射出肺部并进入喉咙。这些颗粒通常从那里进入胃，在那里它们通常无法在胃的酸性环境中生存。但首先，粘液必须困住这些入侵者。
在这两种蛋白质中，MUC5B 一直是粘液运输的已知驱动因素;这种蛋白质的缺乏会限制或阻止气道清除。相反，已证明 MUC5AC 的过量产生会损害气道清除，导致慢性支气管炎患者的肺功能下降和致死性哮喘患者的气流显着减少。人们普遍认为 MUC5AC 对整个气道清除过程基本上没有帮助，这导致科学家质疑其目的。
但是，当 Duncan 的团队着手开发人类气道组织培养物时，他们偶然发现了一个可能的答案。Duncan 的小组使用 CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑工具从其人类气道模型中删除了 MUC5AC。当他们这样做时，他们发现漩涡状、不规则的流动模式不利于有效的气道清除。但在将 MUC5AC 添加回模型后发现，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，粘液的过量产生会导致严重甚至致命的健康后果。
目前用于靶向气道粘液的药物旨在破坏将粘液固定在一起的结构，使气道粘液更像水。不过，这种途径并不是完美的解决方案，因为这种粘度较低的粘液不能很好地运输——即使它更容易分解。更重要的是，Duncan 的发现表明该解决方案可能不会完全消除 MUC5AC。
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