定常状態では、組織学的に無傷な気道上皮の回転が遅いため、基底細胞は比較的静止している。 しかし、損傷に応答して、気道BCは活性化され、損傷に関連した一連の表現型を獲得し、正常な分化した上皮バリアの迅速な修復とその後の再生に必要である。 この過程には細胞骨格の変化が含まれ、これらの細胞が構成的に発現するケラチン（KRT）5に加えて、BCは間葉系細胞に関連するビメンチン、変性した基底膜上を移動するのに必要な種々のマトリックスメタロプロテイナーゼ、暫定的バリアの形成に必要な扁平上皮細胞に関連するKRT6、KRT13およびKRT14を獲得する … しかし、完全な修復には、気道BCの幹細胞／前駆細胞の機能が必要である。これは、中間細胞としても知られるBC由来の「初期前駆細胞」の自己複製と拡大を伴い、Notch経路に関連するものを含む特定のニッチ由来のシグナルの制御下で、繊毛細胞と分泌細胞へ分化する …

傷害時に、通常は宿主防御機能を提供する分化細胞が損傷し、宿主と病原体の相互作用を媒介する「経験」がはるかに少ないBCが、微生物でいっぱいの外部環境に直接さらされるとき、気道はどのようにして病原体から守られているのでしょうか。 この疑問に対する答えは、Amatngalimらによる最近の研究で示された。著者らは、気道BCが、幹細胞／前駆細胞としての既知の役割に加えて、宿主防御因子のユニークな供給源となり得ることを実証したのである。 この研究では、ヒト気道BCは、分化した気道上皮ではなく、一般的な呼吸器病原体であるインフルエンザ菌の刺激に応答し、もともと皮膚ケラチノサイトから精製した抗菌タンパク質であるRNase 7をアップレギュレートしていた … さらに、気道 BC では、抗菌ペプチド human β-defensin (hBD)-2, lipocalin 2, 炎症性サイトカイン interleukin (IL)-6, IL-8, ケモカイン CCL20 などの多くの自然免疫メディエーターがアップレギュレートされていた。 上皮細胞が自然免疫応答を媒介する役割は十分に確立されているが、組織の維持や修復における役割に加えて、上皮幹細胞が自然免疫防御に貢献できるという観察は新規であり、宿主-微生物相互作用と上皮再生の両方の理解を深める上で重要な意味を持っている

多くの先行研究により、気道BCが呼吸器病原体のターゲットとなることが示されている。 嚢胞性線維症やその他の肺疾患患者に重度の呼吸器感染症を引き起こす日和見病原体である緑膿菌は、修復中の気道上皮のKRT13発現BCに強く付着している. この結合は、創傷部位に移動する気道BCで発現が増加しているα5β1インテグリンを介して行われる。 タイトジャンクションバリアが破壊されると、ライノウイルスを含む多くのウイルスが、増殖中のKRT14を発現するBCの細胞間接着分子（ICAM）-1に結合し、BCにアクセスできるようになる . 興味深いことに、ライノウイルスに感染したBCは、気道BC幹細胞のマーカーである神経成長因子とその受容体の発現を上昇させ、これはBCの生存を制御し、さらにウイルス侵入を促進することに関連する可能性がある . 気道上皮の損傷後、気道BCはrespiratory syncytial virusに感染し、BCの運命は粘液産生細胞系に偏り、繊毛細胞への分化が阻害されて、喘息や慢性閉塞性肺疾患（COPD）などのヒト肺疾患によく見られる粘液過形成を生じさせることになる。 Amatngalimらは、気道粘液細胞は単に病原体の標的であり、微生物の病原化や感染性組織の傷害を促進するといった従来の考え方に挑戦し、気道粘液細胞が病原体の存在を感知し、抗菌因子や免疫反応の様々な側面を活性化するサイトカインの産生によって病原体に反応する証拠を示し、粘液細胞が自然免疫細胞としてホスト-微生物相互作用に参加できることを示唆している。

自然免疫の主要な特徴である、特定の抗原ではなく共通の微生物パターンを感知する受容体を通じて「非自己」を認識する細胞の能力は、この細胞が組織幹細胞である場合には非常にユニークな意味を持つ可能性がある。 つまり、微生物の危険を感知するという単一の事象によって、組織再生と抗菌防御という2つの防御反応が等しく重要な場面で同時に起こるように、幹細胞が修復過程でマルチタスクをこなすための戦略である可能性があるのだ。 Amatngalimらは、気道BCの自然免疫活性化が、細菌を殺す能力や組織修復を仲介する能力に及ぼす影響を評価していないが、Toll様受容体（TLR）を介して気道上皮細胞が微生物パターンを認識すると、増殖と組織修復を刺激できることが知られている . この概念と一致して、細胞質自然免疫センサーNod2が認識する共通の細菌モチーフである細菌ペプチドグリカンでLgr5腸管幹細胞を刺激すると、この幹細胞集団を酸化ストレスによる死から守り、上皮再生を促進させる。 さらに最近では、腸や乳房の上皮幹細胞における TLR2 シグナルが、これらの細胞の自己再生と再生能力を促進することが示されている

Amatngalim らによるもうひとつの興味深い観察は、タバコの煙によって引き起こされる一過性の上皮損傷は、病原体がない場合でも気道 BCs における RNase 7 の発現を増加させるというものである。 この反応は、上皮成長因子受容体（EGFR）を介したシグナルに依存していた。EGFRは、気道BCに高発現し、微生物パターンやタバコの煙によって誘発される気道上皮の組織修復と炎症性サイトカイン産生を仲介し、喫煙に反応して気道BCの病理的プログラミングを促進することが知られている … したがって、EGFRシグナルの活性化によるBCの抗菌能力の増強は、組織損傷の一般的な「仲間」である微生物の攻撃に備えてこの幹／前駆細胞集団を準備する、損傷に対するBCの防御反応である可能性がある。 ヒトの表皮でも同様の戦略が報告されており、無菌性の傷害はhBD-3を含む抗菌ペプチドの発現を促進し、一般的な皮膚病原体である黄色ブドウ球菌から保護することができる。 この反応は、皮膚創傷後にケラチノサイトから放出されるヘパリン結合性上皮成長因子によって活性化されるEGFRに依存している。 さらに、傷害に反応して上皮の宿主防御を増強する EGFR の役割と一致して、肺癌の治療によく使われる EGFR 阻害剤は、表皮バリアの完全性、RNase 7 の発現、ヒトケラチノサイトの抗菌活性を顕著に低下させる . 微生物パターンや傷害だけでなく、これらの刺激に応答して誘導される抗菌ペプチドも、EGFR依存的なメカニズムを利用して、組織の修復と自然免疫サイトカインの産生を促進する . EGFRに加えて、気道基底細胞は幅広いEGFRリガンドを発現していることから、この幹/前駆細胞集団はオート/パラクリンEGFRシグナルの活性化を通じて組織修復と自然免疫応答に同時に関与できる可能性がある（図1）