脊椎動物の進化と発達中の界面活性剤コレステロールのパターン：個体発生は系統発生を再現しますか？

肺界面活性剤は、肺の内面に並ぶリン脂質（PLS）、中性脂質、タンパク質の複雑な混合物です。ここでは、表面の張力を調節し、それにより肺コンプライアンスを増加させ、液体の透過を防ぎます。ヒトでは、肺界面活性剤は約80％PLS、12％中性脂質、8％のタンパク質で構成されています。ほとんどのユイター人（すなわち胎盤）哺乳類では、コレステロール（CHOL）は、肺胞および層状体界面活性剤の両方の重量または14-20 mol％で約8-10％または14-20 mol％を占めています。それは肺界面活性剤の不可欠な成分と見なされていますが、その機能または制御に集中している研究はほとんどありません。脂質魚の界面活性剤がコレステロールによって支配されているのに対し、四脚性肺界面活性剤には、腐敗したリン脂質（DSP）が高いことを除いて、脂質組成は脊椎動物内で高度に保存されています。オーストラリアの原始的なディプノアンラングフィッシュネオセラトドスForsteriiは、「魚型」界面活性剤プロファイルを示し、他の由来のディプノアンは四足動物と同様の界面活性剤プロファイルを示します。脊椎動物内の界面活性剤タンパク質の相同性は、システムの単一の進化起源を指しており、魚の界面活性剤が「プロトサーファクタント」であることを示しています。陸生四脚の中で、DSPとコレステロールの相対的な割合は、肺構造、生息地、体温（TB）に応じて異なりますが、系統発生に関連していません。界面活性剤のコレステロール含有量は、単純な嚢状肺を備えた種、または水生種または低結核の種で上昇しています。DSP含有量は、複雑な肺、特に水生種または高い結核の種で最も高くなっています。コレステロールは、界面活性剤のPL成分とは別に制御されています。たとえば、異種哺乳類（つまり、体温を変える哺乳類）では、コレステロールの相対的な量が冷たい動物で増加します。さまざまな生理学的刺激に応答したCHOLとPLの比率の急速な変化は、これらの2つの成分が異なる離職率を持ち、パッケージ化されて処理される可能性があることを示唆しています。哺乳類では、肺界面活性剤系は妊娠の終わりに向かって発達し、肺洗浄液中のPLSの飽和の増加と羊水中の界面活性剤タンパク質の出現によって特徴付けられます。一般に、界面活性剤の発達のパターンは羊膜の間で高度に保存されています。このプロセスの保存は、開発の最終段階（> 75％）での界面活性剤PLSの量と飽和の増加によって実証されています。界面活性剤成分（CHOL、PL、およびDSP）の比率は、hatch化/出生時に非常に類似していますが、脂質プロファイルの成熟の相対的なタイミングは種間で劇的に異なります。種間の組成の均一性は、肺の形態、出産戦略、互いに関係の違いにもかかわらず、比率が肺換気の開始に重要であることを意味します。一方、タイミングの違いは、主に出産戦略と空気呼吸の開始に関連しているように見えます。リン脂質に対するコレステロールの量は未熟肺で高くなっているため、発生と進化中のコレステロールのパターンは、系統発生を再現する個体形成の例を表しています。コレステロールが胚で使用または発達していないときに原始的な呼吸構造の重要な成分であるという事実は、この物質が界面活性剤に重要かつエキサイティングな役割を持っていることを示しています。これらの役割はまだ調査されていません。

Pulmonary surfactant is a complex mixture of phospholipids (PLs), neutral lipids and proteins that lines the inner surface of the lung. Here it modulates surface tension, thereby increasing lung compliance and preventing the transudation of fluid. In humans, pulmonary surfactant is comprised of approximately 80% PLs, 12% neutral lipids and 8% protein. In most eutherian (i.e. placental) mammals, cholesterol (Chol) comprises approximately 8-10% by weight or 14-20 mol% of both alveolar and lamellar body surfactant. It is regarded as an integral component of pulmonary surfactant, yet few studies have concentrated on its function or control. The lipid composition is highly conserved within the vertebrates, except that surfactant of teleost fish is dominated by cholesterol, whereas tetrapod pulmonary surfactant contains a high proportion of disaturated phospholipids (DSPs). The primitive Australian dipnoan lungfish Neoceratodus forsterii demonstrates a 'fish-type' surfactant profile, whereas the other derived dipnoans demonstrate a surfactant profile similar to that of tetrapods. Homology of the surfactant proteins within the vertebrates points to a single evolutionary origin for the system and indicates that fish surfactant is a 'protosurfactant'. Among the terrestrial tetrapods, the relative proportions of DSPs and cholesterol vary in response to lung structure, habitat and body temperature (Tb), but not in relation to phylogeny. The cholesterol content of surfactant is elevated in species with simple saccular lungs or in aquatic species or in species with low Tb. The DSP content is highest in complex lungs, particularly of aquatic species or species with high Tb. Cholesterol is controlled separately from the PL component in surfactant. For example, in heterothermic mammals (i.e. mammals that vary their body temperature), the relative amount of cholesterol increases in cold animals. The rapid changes in the Chol to PL ratio in response to various physiological stimuli suggest that these two components have different turnover rates and may be packaged and processed differently. In mammals, the pulmonary surfactant system develops towards the end of gestation and is characterized by an increase in the saturation of PLs in lung washings and the appearance of surfactant proteins in amniotic fluid. In general, the pattern of surfactant development is highly conserved among the amniotes. This conservation of process is demonstrated by an increase in the amount and saturation of the surfactant PLs in the final stages (>75%) of development. Although the ratios of surfactant components (Chol, PL and DSP) are remarkably similar at the time of hatching/birth, the relative timing of the maturation of the lipid profiles differs dramatically between species. The uniformity of composition between species, despite differences in lung morphology, birthing strategy and relationship to each other, implies that the ratios are critical for the onset of pulmonary ventilation. The differences in the timing, on the other hand, appear to relate primarily to birthing strategy and the onset of air breathing. As the amount of cholesterol relative to the phospholipids is highly elevated in immature lungs, the pattern of cholesterol during development and evolution represents an example of ontogeny recapitulating phylogeny. The fact that cholesterol is an important component of respiratory structures that are primitive, when they are not in use or developing in an embryo, demonstrates that this substance has important and exciting roles in surfactant. These roles still remain to be explored.