平滑筋の構造と調節

平滑筋は、横紋を持たない不随意筋であり、小さく紡錘形をした単核細胞で構成されています。横紋筋に見られるような秩序だったサルコメアは存在せず、アクチンフィラメントとミオシンフィラメントは斜めに走行し、濃密体と細胞膜に付着しています。その収縮は段階的かつ持続的であり、トロポニンによるスイッチではなく、主にミオシンのリン酸化状態によって制御されます。

Definition

平滑筋は、横紋を持たない不随意筋であり、単一の中心核を持つ小さな紡錘形細胞で構成されています。そのアクチンフィラメントとミオシンフィラメントは、秩序だったサルコメアではなく、細胞質濃密体と膜濃密斑に結合しており、その収縮は主にカルシウム依存性ミオシン軽鎖リン酸化によって調節されます。

Scope

このトピックでは、平滑筋の組織学的構造（紡錘形細胞、中心核、濃密体、斜めの収縮性格子）と、カルシウムおよびミオシン軽鎖リン酸化を介した収縮調節の概要を扱います。配向に関する分子調節ロジックを説明しますが、薬理学的投与量や治療に関する助言は提供しません。

Core questions

• 平滑筋細胞はサルコメアなしでどのように内部組織化されていますか？
• 濃密体と濃密斑とは何ですか、そしてそれらは何を固定していますか？
• 平滑筋の収縮はどのようにオン・オフされますか？
• カルシウム感作は平滑筋の力をどのように調節しますか？

Key concepts

• 紡錘形の単核細胞
• 横紋とサルコメアの欠如
• 濃密体と膜濃密斑
• 斜めのアクチン-ミオシン格子
• カルシウム-カルモジュリン活性化
• ミオシン軽鎖キナーゼ（MLCK）
• ミオシン軽鎖ホスファターゼ（MLCP）
• カルシウム感作（Rhoキナーゼ経路）
• 単一単位平滑筋と多単位平滑筋
• カベオラと濃密帯

Mechanisms

平滑筋細胞は小さく紡錘形をしており、それぞれが1つの中心核を持っています。これらの細胞の細い（アクチン）フィラメントと太い（ミオシン）フィラメントはサルコメアに整列しておらず、細胞を斜めに横断して走行し、細胞質濃密体と膜結合性濃密斑に挿入されています。この配置により、細胞は大幅に短縮することができます。収縮は細胞質カルシウムの上昇によって開始され、カルシウムはカルモジュリンに結合し、ミオシン軽鎖キナーゼ（MLCK）を活性化します。MLCKは調節性ミオシン軽鎖をリン酸化し、アクチン-ミオシン架橋サイクルの進行を可能にします（Webb, 2003）。弛緩はミオシン軽鎖ホスファターゼ（MLCP）による脱リン酸化に続いて起こります。重要なことに、特定のカルシウムレベルで発生する力は、MLCKとMLCPのバランスを変化させることによって調節され得ます。Gタンパク質とRhoキナーゼを介したシグナル伝達はMLCPを阻害し、それによって筋肉をカルシウムに感作させ、収縮を持続させることができます（Somlyo & Somlyo, 2003）。平滑筋は機能的に、ギャップ結合によって電気的に結合し、シートとして収縮する単一単位（内臓）組織と、細胞が神経支配により独立して反応する多単位組織に分けられます。

Clinical relevance

正常な平滑筋の構造とその調節経路は、血管、気道、および腸管壁の緊張を理解するための基準となります。多くの薬物クラスは、ここで説明するカルシウムおよびミオシンリン酸化経路に作用します。この項目は、教育的な目的での構造と調節の説明のみを意図しており、特定の薬剤、用量、または治療を推奨するものではありません。

Evidence & guidelines

この記述は、平滑筋調節に関する生理学的レビュー（Somlyo & Somlyo, 2003; Webb, 2003）および標準的な組織学の教科書（Mescher, 2018）に基づいています。この記述内容を規定する臨床ガイドラインはありません。

History

平滑筋は、19世紀にその横紋の欠如と単一の中心核によって、組織学的に横紋筋と区別されました。20世紀には、その斜めのフィラメント構造と濃密体による結合が明らかにされ、ミオシン軽鎖リン酸化が中心的な調節スイッチとして確立されました。その後の研究では、Rhoキナーゼとミオシンホスファターゼを介したカルシウム感作が第二の制御層として定義されました（Somlyo & Somlyo, 2003）。

Seminal works

• somlyo-2003
• webb-2003

Frequently asked questions

なぜ平滑筋は顕微鏡下で縞模様に見えないのですか？

そのアクチンフィラメントとミオシンフィラメントは、横紋筋に見られるような規則的に繰り返すサルコメアに配置されていません。それらは斜めに走行し、濃密体に付着しているため、帯状の横紋は形成されません。

平滑筋の収縮はどのように開始されますか？

細胞内カルシウムの上昇がカルモジュリンに結合し、ミオシン軽鎖キナーゼを活性化します。これによりミオシン軽鎖がリン酸化され、架橋サイクルが可能になります。ミオシン軽鎖ホスファターゼがそのリン酸を除去すると弛緩が起こります。