P2X4発現の炎症によるアップレギュレーションは、気道上皮のムチン分泌を増強します

粘液クリアランスは、気道や肺に粒子や病原体がないようにするための本質的な自然防御メカニズムを提供します。分泌気道上皮細胞からのベースラインおよび刺激ムチン分泌は、気道の粘液麻痺および粘液の詰まりを防ぐために、しっかりと調節する必要があります。細胞外ATPは、調節された粘液分泌の強力な刺激であることが十分に確立されています。以前の研究では、ATPがゴブレット細胞上の代謝性P2Y2プリン受容体を介して作用することが明らかになりました。ただし、細胞外ATPは、イオノトロピックP2X精製受容体の強力なアゴニストでもあります。いくつかのp2xアイソフォームの発現が気道で報告されていますが、細胞型特異的発現とその機能はとらえどころのないままでした。この研究では、P2X4が分泌気道上皮細胞で発現する主要なP2Xアイソフォームであるという証拠を提供します。ヒト原発性気管上皮細胞またはマウスのいずれかのIL-13治療後、p2x4発現は、慢性炎症、粘膜メタプラシア、および過形成の条件下でin vitroおよびin vivoで上方制御されます。p2x4のアップレギュレーションは、MUC5AC陽性ゴブレット細胞で最も強いです。さらに、細胞外ATPによるp2x4の活性化は細胞内Ca2+シグナルとムチン分泌を増強しますが、Ca2+シグナルとムチン分泌はp2x4受容体の阻害によって減衰されます。これらのデータは、ムチン分泌のプリン作動性調節に関する新しい洞察を提供し、P2X受容体が大きな分泌オルガネラのエキソサイトーシスを調節し、高分子小胞貨物の分泌を調節するという新たな状況に追加されます。

Mucus clearance provides an essential innate defense mechanism to keep the airways and lungs free of particles and pathogens. Baseline and stimulated mucin secretion from secretory airway epithelial cells need to be tightly regulated to prevent mucus hypersecretion and mucus plugging of the airways. It is well established that extracellular ATP is a potent stimulus for regulated mucus secretion. Previous studies revealed that ATP acts via metabotropic P2Y2 purinoreceptors on goblet cells. Extracellular ATP, however, is also a potent agonist for ionotropic P2X purinoreceptors. Expression of several P2X isoforms has been reported in airways, but cell type-specific expression and the function thereof remained elusive. With this study, we now provide evidence that P2X4 is the predominant P2X isoform expressed in secretory airway epithelial cells. After IL-13 treatment of either human primary tracheal epithelial cells or mice, P2X4 expression is upregulated in vitro and in vivo under conditions of chronic inflammation, mucous metaplasia, and hyperplasia. Upregulation of P2X4 is strongest in MUC5AC-positive goblet cells. Moreover, activation of P2X4 by extracellular ATP augments intracellular Ca2+ signals and mucin secretion, whereas Ca2+ signals and mucin secretion are dampened by inhibition of P2X4 receptors. These data provide new insights into the purinergic regulation of mucin secretion and add to the emerging picture that P2X receptors modulate exocytosis of large secretory organelles and secretion of macromolecular vesicle cargo.