弾性線維

Elastic fiber
若年ウサギの皮下組織。弾性線維（Elastic fibres）が示されている。
表記・識別
グレイ解剖学 p.377
FMA 63868
解剖学用語

弾性線維（だんせいせんい、英: elastic fiber）、弾力線維（だんりょくせんい）またはエラスチン線維（エラスチンせんい）は、タンパク質（主にエラスチン）の束から構成される、細胞外マトリックスの必須の構成要素である。線維芽細胞、内皮細胞、平滑筋細胞、気道上皮細胞などさまざまな細胞種から産生される[1]。弾性線維は何倍にも伸長することができ、また弛緩した場合にはエネルギーを喪失することなく元の長さに戻ることができる。弾性線維にはエラウニン、オキシタラン線維も含まれる場合がある。

弾性線維はエラストジェネシス（elastogenesis）と呼ばれる過程によって形成される[2][3]。この過程はきわめて複雑であり、ファイブリン4（英語版）、ファイブリン5（英語版）、LTBP4、MFAP4（英語版）など、いくつかの重要なタンパク質が関与する[4][5][6][7]。弾性線維の可溶性単量体型前駆体であるトロポエラスチンは、エラスチン生成細胞によって産生されて細胞表面へ送られる。細胞から分泌された後、トロポエラスチンは直径約200 nmの粒子へと自己重合する。この過程はコアセルベーションと呼ばれ、トロポエラスチンの疎水性ドメイン間の相互作用を伴うエントロピー駆動過程であり、グリコサミノグリカン、ヘパラン硫酸やその他の分子によって媒介される[8][9][10]。こうした粒子はさらに融合して直径1–2 μmの球状となり、細胞表面から移動しながら成長を続け、フィブリリンからなるミクロフィブリルの足場に沈着する[1]。

ミクロフィブリル上に沈着したトロポエラスチンは、リジルオキシダーゼ（LOX）ファミリーやLOX様銅依存性アミンオキシダーゼファミリーのメンバーによって広範にわたって架橋反応が行われることで不溶化し、無定形エラスチン（amorphous elastin）となる。無定形エラスチンはきわめて弾力性の高い不溶性ポリマーであり、ヒトの一生を通じて代謝的に安定である[1]。これら2つのファミリーの酵素はトロポエラスチンに含まれる多くのリジン残基と反応し、酸化的脱アミノ化（英語版）によって反応性アルデヒドやアリジンを形成する[11]。

こうした反応性アルデヒドやアリジンは他のリジンやアリジン残基と反応し、デスモシンやイソデスモシン（英語版）、その他多くの他官能性架橋を形成し、周囲のトロポエラスチン分子を連結して広く架橋されたエラスチンマトリックスを作り出す。この過程によって多種多様な分子内・分子間架橋が形成され[12]、エラスチンの耐久性や持続性に寄与している。架橋型エラスチンの維持は、LOXL1（英語版）などいくつかのタンパク質によって担われている[13]。

成熟型弾性線維は無定形エラスチンのコアからなり、グリコサミノグリカン、ヘパラン硫酸[14]、そしてミクロフィブリル結合性糖タンパク質、フィブリリン、ファイブリン（英語版）、エラスチン受容体（英語版）といったタンパク質に囲まれている。

分布

ヒト肺の臓側胸膜の太い弾性線維

弾性線維は、皮膚、肺、動脈、静脈、固有結合組織、弾性軟骨、胚組織やその他機械的伸展の必要性がある組織に存在している[1]。肺には太い弾性線維と細い（微細な）弾性線維が存在する[3]。

弾性線維は瘢痕、ケロイド、皮膚線維腫（英語版）には存在せず、斑状皮膚萎縮症（英語版）では大きく減少しているか、または存在しない[15]。

組織学

組織切片中の弾性線維は、アルデヒド・フクシン染色（英語版）、オルセイン（英語版）染色[16]、ワイゲルト染色（英語版）によって良く染色される。

PBT（permanganate-bisulfite-toluidine blue）反応は、偏光下で弾性線維を観察するための選択的かつ高感度の手法であり、複屈折によって弾性線維中のエラスチン分子のきわめて規則的構造が示される[17]。通常の光学顕微鏡でこうした構造を観察することは容易ではない。

欠陥と疾患

皮膚弛緩症やウィリアムズ症候群ではエラスチンマトリックスに欠陥がみられ、エラスチン遺伝子の変化が直接関係している[18][19]。

α1-アンチトリプシン欠乏症では、エラスターゼを主としたプロテアーゼによってエラスチンが過剰に破壊され、COPDに至る可能性がある[20]。

Buschke-Ollendorff症候群（英語版）、メンケス病（英語版）、弾性線維性仮性黄色腫、マルファン症候群は、銅代謝やリジルオキシダーゼの欠陥、もしくはミクロフィブリルの欠陥（フィブリリンやファイブリンの欠陥）と関連している[21]。

ハーラー症候群（英語版）はライソゾーム病の1つであり、弾性線維形成の欠陥と関連している[22]。

弾性線維症

弾性線維症（エラストーシス、elastosis）は組織に弾性線維が蓄積する疾患であり、変性疾患の一種である[23]。その原因は多くあるが、最も一般的なものは皮膚の日光弾性線維症（英語版）（光線性弾性線維症）であり、太陽光へ長期間過剰に曝露することで光老化と呼ばれる過程によって引き起こされる。その他、蛇行性穿孔性弾性線維症（英語版）、perforating calcific elastosis、linear focal elastosisなどがある[23]。

皮膚の弾性線維症
疾患 特徴 組織病理
日光弾性線維症（英語版）（光線性弾性線維症） 真皮の乳頭層と網状層のコラーゲン線維がエラスチンに置き換わる
蛇行性穿孔性弾性線維症（英語版） 変性した弾性線維が経表皮的に排出される[24]
Perforating calcific elastosis 真皮内で短い弾性線維が凝集する[24]
Linear focal elastosis 真皮乳頭層に断片化した弾性線維性物質（elastotic material）が蓄積し、弾性線維が経皮的に排出される[24]

出典

  1. ^ a b c d “Elastin architecture”. Matrix Biology 84: 4–16. (November 2019). doi:10.1016/j.matbio.2019.07.005. PMID 31301399. 
  2. ^ “Elastin”. Advances in Protein Chemistry (Elsevier) 70: 437–61. (2005). doi:10.1016/s0065-3233(05)70013-9. ISBN 978-0-12-034270-9. PMID 15837523. 
  3. ^ a b “Elastin in pulmonary pathology: relevance in tumours with a lepidic or papillary appearance. A comprehensive understanding from a morphological viewpoint”. Histopathology 80 (3): 457–467. (August 2021). doi:10.1111/his.14537. PMC 9293161. PMID 34355407. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9293161/. 
  4. ^ “Latent TGF-β-binding proteins”. Matrix Biology 47: 44–53. (September 2015). doi:10.1016/j.matbio.2015.05.005. PMC 4844006. PMID 25960419. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4844006/. 
  5. ^ “Characterization of Microfibrillar-associated Protein 4 (MFAP4) as a Tropoelastin- and Fibrillin-binding Protein Involved in Elastic Fiber Formation”. The Journal of Biological Chemistry 291 (3): 1103–14. (January 2016). doi:10.1074/jbc.M115.681775. PMC 4714194. PMID 26601954. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4714194/. 
  6. ^ “Dual functions for LTBP in lung development: LTBP-4 independently modulates elastogenesis and TGF-beta activity”. Journal of Cellular Physiology 219 (1): 14–22. (April 2009). doi:10.1002/jcp.21643. PMC 2719250. PMID 19016471. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2719250/. 
  7. ^ “Fibulin-5/DANCE is essential for elastogenesis in vivo”. Nature 415 (6868): 171–5. (January 2002). doi:10.1038/415171a. PMID 11805835. 
  8. ^ “Coacervation of tropoelastin”. Advances in Colloid and Interface Science 167 (1–2): 94–103. (September 2011). doi:10.1016/j.cis.2010.10.003. PMID 21081222. 
  9. ^ “Glycosaminoglycans mediate the coacervation of human tropoelastin through dominant charge interactions involving lysine side chains”. The Journal of Biological Chemistry 274 (31): 21719–24. (July 1999). doi:10.1074/jbc.274.31.21719. PMID 10419484. 
  10. ^ “Glycosaminoglycan-mediated coacervation of tropoelastin abolishes the critical concentration, accelerates coacervate formation, and facilitates spherule fusion: implications for tropoelastin microassembly”. Biomacromolecules 9 (7): 1739–44. (July 2008). doi:10.1021/bm7013153. PMID 18547105. 
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  13. ^ “Elastic fiber homeostasis requires lysyl oxidase-like 1 protein”. Nature Genetics 36 (2): 178–82. (February 2004). doi:10.1038/ng1297. PMID 14745449. 
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  15. ^ Histologic Diagnosis of Inflammatory Skin Diseases An Algorithmic Method Based on Pattern Analysis: Embryologic, Histologic, and Anatomic Aspects: Elastic Fibers (Third ed.). Ardor Scribendi. (January 2005). pp. 522. ISBN 9781893357259. オリジナルのJune 20, 2018時点におけるアーカイブ。. https://web.archive.org/web/20180620024213/https://www.derm101.com/inflammatory/embryologic-histologic-and-anatomic-aspects/elastic-fibers/ December 28, 2016閲覧. "Elastic fibers are absent from scarring processes such as scars, keloids, and dermatofibromas" 
  16. ^ “Connective Tissue”. 2008年11月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2024年5月12日閲覧。
  17. ^ Fischer, J. (1979). “Ultrastructure of elastic fibers as shown by polarization optics after the topo-optical permanganate-bisulfite-toluidine blue (PBT) reaction”. Acta Histochemica 65 (1): 87–98. doi:10.1016/S0065-1281(79)80037-9. ISSN 0065-1281. PMID 93385. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/93385. 
  18. ^ “Entry - #123700 - CUTIS LAXA, AUTOSOMAL DOMINANT 1; ADCL1 - OMIM”. omim.org. 2024年5月12日閲覧。
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  23. ^ a b “Elastosis”. DermNet NZ. 2024年5月12日閲覧。
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関連項目

外部リンク