杯細胞

杯細胞とは

杯細胞は、粘液の主成分であるムチンを分泌する、呼吸器・消化管の円柱上皮細胞である。

腸管側が大量の分泌顆粒によって膨らんでおり、形が西洋杯に似ていることから杯細胞と名付けられた。

図1　杯細胞の模式図　Birchenough et al, 2015より
下部の丸い青は核、上部の緑色の下流が粘液の分泌顆粒を示している。

呼吸器官

気道・気管の上皮細胞は、杯細胞・クラブ細胞（クララ細胞）・神経内分泌細胞・繊毛細胞・基底細胞の5種類によって構成されている。杯細胞はクラブ細胞とともに呼吸器での粘液産生を担う。

粘液の主成分はムチンと呼ばれる糖たんぱく質である。ムチンのコアタンパク質は100kDa程度であるが、複数の糖鎖と結合することによって500KDa程度となり、さらに多量体化した状態で分泌される。ムチンの糖衣は保水能力を与え、細菌類のプロテアーゼからコアタンパク質を守っている。

図2　膜結合型ムチンの模式図　(Wikipediaより)
黒い一本のコアタンパク質から複数の糖鎖が枝分かれしている。

気道の粘液は、空気とともに侵入する微粒子や細菌から組織を守る働きを持つ。通常、粘液内の微粒子は繊毛細胞によって体外へ送り出されているが、微粒子の量が多くなると炎症が発生する。炎症によって粘液の産生量が増加した時、粘液は痰として体外に排出される。気道が常時炎症状態にある喘息やCOPD患者では杯細胞の数が増加していることが報告されている。

消化管

小腸

小腸の上皮細胞は、杯細胞・吸収上皮細胞・パネート細胞・腸内分泌細胞・タフト細胞・M細胞の６種類に分類される。気管のものと同様に、小腸の杯細胞もムチンを分泌して粘液の産生に働く。粘液は腸内細菌に対する腸管の物理防御の役割を果たすと同時に、パネート細胞の分泌する抗菌ペプチドを含む液体として、化学的バリアの役割を担ってもいる。

6種類の上皮細胞はいずれも基底の幹細胞から分化して生じ、3-7日で入れ替わると考えられている。杯細胞への分化にはNotchシグナルが阻害されることが重要である。

大腸

小腸の100倍の腸内細菌が暮らしている大腸にはパネート細胞が存在しない代わりに、より多くの杯細胞が位置し、圧倒的に厚い粘液層に覆われている。腸管側に位置し、ムチンが密に詰まっている内粘液層と、腸内細菌のプロテアーゼによって緩んだ外粘液層の二層に分けることができる。腸内細菌は外粘液層にのみ生息し、内粘液層は無菌状態が保たれている。

ムチン遺伝子に異常を持つマウスは粘液層を欠いており、腸管上皮細胞に細菌が侵入しやすいことが報告されている。

粘液分泌制御

腸内細菌から腸管上皮を防御するという粘液の役割を支える為、杯細胞は自然免疫に関与するTol様受容体やNod様受容体といった分子で細菌由来の物質を認識すると、粘液の放出を促進することができる。また、腸内細菌が産生する酢酸・プロピオン酸などの短鎖脂肪酸にも反応して粘液分泌を亢進する。

参考

腸管上皮細胞と腸内細菌との相互作用

看護roo 気道は何をしているの？

New developments in goblet cell mucus secretion and function　(Birchenough et al, 2015)