Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Кишечный эпителий
Простые столбчатые эпителиальные клетки.png
Простые столбчатые эпителиальные клетки
Идентификаторы
FMA17229
Анатомическая терминология
Эта статья является частью серии статей о
Эпителия
Клетка плоского эпителия
Столбчатая эпителиальная клетка
Кубовидная эпителиальная клетка
Специализированный эпителий
Другой
Слои желудочно-кишечного тракта english.svg
Эта статья - одна из серии, посвященной
Стенка желудочно-кишечного тракта
Общая структура
Специфический
Органы

Эпителий кишечника является единственным слоем клеток , которые образуют люминальную поверхность (подкладка) как сам малого и толстого кишечника (толстой кишки) из желудочно - кишечного тракта . Состоящий из простых столбчатых эпителиальных клеток , он выполняет две основные функции: абсорбирует полезные вещества в организм и ограничивает проникновение вредных веществ. В рамках своей защитной роли эпителий кишечника образует важный компонент слизистой оболочки кишечника.. Определенные заболевания и состояния вызваны функциональными дефектами кишечного эпителия. С другой стороны, различные заболевания и состояния могут привести к его нарушению, что, в свою очередь, может привести к дальнейшим осложнениям.

Структура [ править ]

Кишечный эпителий является частью слоя слизистой оболочки кишечника . Эпителий состоит из одного слоя клеток. Два других слоя слизистой оболочки, собственная пластинка и мышечная оболочка , поддерживают и соединяют эпителиальный слой. Чтобы надежно удерживать содержимое просвета кишечника , клетки эпителиального слоя соединяются плотными соединениями, образуя непрерывную и относительно непроницаемую мембрану.

Пролиферативные стволовые клетки, находящиеся в основании кишечных желез, производят новые эпителиальные клетки, которые мигрируют вверх и из крипты. В конце концов, они попадают в просвет кишечника.
Рисунок, показывающий взаимосвязь между ворсинками и микроворсинками тонкой кишки. Люминальная поверхность энтероцитов имеет микроворсинки (длиной 1 микрометр), в то время как сам клеточный слой складывается, образуя ворсинки (длиной 0,5–1,6 мм) и крипты. Оба служат для увеличения общей абсорбционной поверхности кишечника.

Эпителиальные клетки непрерывно обновляются каждые 4–5 дней в процессе деления, созревания и миграции клеток. Обновление зависит от пролиферативных клеток ( стволовых клеток ), которые находятся в крипте (основании) кишечных желез (эпителиальные инвагинации в подлежащую соединительную ткань). [1] После образования в основании новые клетки мигрируют вверх и из крипты, созревая по пути. В конце концов, они подвергаются апоптозу и попадают в просвет кишечника. [2] Таким образом, слизистая оболочка кишечника постоянно обновляется, в то время как количество клеток, составляющих эпителиальный слой, остается постоянным. [3]

В тонком кишечнике слой слизистой оболочки специально адаптирован для обеспечения большой площади поверхности для максимального усвоения питательных веществ. Расширение впитывающей поверхности в 600 раз больше, чем у простой цилиндрической трубки, достигается тремя анатомическими особенностями: [4]

  • Круглые складки - это поперечные складки, которые замедляют прохождение содержимого просвета и служат для увеличения общей площади поверхности в три раза.
  • Ворсинки и кишечные железы увеличивают площадь слизистой в десять раз. (Кишечные ворсинки)
  • Микроворсинки, покрывающие апикальную поверхность энтероцитов, увеличивают абсорбционную поверхность в 20 раз. Эти многочисленные микроскопические (диаметром 100 нанометров) пальцевидные выступы образуют волнистую кисть .

Щеточная кайма на апикальной поверхности эпителиальных клеток покрыта гликокаликсом , который состоит из олигосахаридов, прикрепленных к гликопротеинам и гликолипидам мембран . [5]

Изображение тонкого среза эпителиальной клетки, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Это изображение показывает, что люминальная поверхность (апикальный конец) клетки заполнена микроворсинками, которые составляют поглощающую поверхность. Каждая микроворсинка имеет длину примерно 1 микрометр и диаметр 0,1 микрометра.

Типы ячеек [ править ]

Стволовые клетки, расположенные в основании крипт, производят семь различных типов клеток. [6] Каждый тип созревает в соответствии со своей конкретной программой дифференциации по мере того, как он мигрирует вверх и из крипты. Многие из генов, необходимых для дифференцировки в различные типы эпителиальных клеток, были идентифицированы и охарактеризованы (см. Эту таблицу ). Типы продуцируемых клеток: энтероциты , бокаловидные клетки , энтероэндокринные клетки , клетки Панета , микроскладчатые клетки , чашеобразные клетки и клетки пучка . Их функции перечислены здесь: [7]

  • Энтероциты наиболее многочисленны и функционируют в первую очередь для поглощения питательных веществ. Энтероциты экспрессируют многие катаболические ферменты на своей внешней поверхности просвета, чтобы расщепить молекулы до размеров, подходящих для поглощения клеткой. Примеры молекул, поглощаемых энтероцитами: ионы , вода, простые сахара , витамины , липиды , пептиды и аминокислоты .
  • Бокаловидные клетки секретируют слизистый слой, который защищает эпителий от содержимого просвета.
  • Энтероэндокринные клетки секретируют различные гормоны желудочно-кишечного тракта, включая секретин , панкреозимин , энтероглюкагон и другие. Подмножества сенсорных эпителиальных клеток кишечника синапсируют с нервами [8] и известны как клетки нейроподов . [9]
  • Клетки Панета продуцируют антимикробные пептиды, такие как бета- дефенсин человека . [10] [11]
  • Микроскладчатые клетки (обычно называемые М-клетками) отбирают антигены из просвета и доставляют их в лимфоидную ткань, связанную со слизистой оболочкой (MALT). В тонком кишечнике М-клетки связаны с пейеровыми пятнами .
  • Чашечковые клетки представляют собой отдельный тип клеток, но функция неизвестна.
  • Клетки пучка играют роль в иммунном ответе. [12]

В пищеварительном тракте распределение различных типов эпителиальных клеток варьируется в зависимости от функции этой области. [3]

Структурные компоненты клеточных соединений [ править ]

Типы стыков клеток (нажмите, чтобы увеличить).

Важные для барьерной функции кишечного эпителия, его клетки надежно соединены между собой четырьмя типами соединений ( клеточными соединениями ) [13], которые могут быть идентифицированы на ультраструктурном уровне: [14]

  • Щелевые соединения
  • Десмосомы
  • Адгезивные соединения
  • Узкие стыки

Щелевые соединения [ править ]

Щелевые соединения позволяют расположить соседние ячейки в пределах 2 нанометров друг от друга. Они образованы несколькими гомологичными белками, кодируемыми семейством генов коннексина , которые вместе образуют мультибелковый комплекс . Молекулярная структура этого комплекса представляет собой гексамер . Комплекс, который встроен в клеточные стенки двух соединенных клеток, образует промежуток или канал в середине шести белков. Этот канал позволяет различным молекулам , ионам и электрическим импульсам проходить между двумя клетками. [15]

Десмосомы [ править ]

Эти комплексы, состоящие из белков трансмембранной адгезии семейства кадгеринов , связывают соседние клетки вместе через их цитоскелеты . [16] Десмосомы оставляют промежуток в 30 нанометров между клетками. [15]

Адгезионные соединения [ править ]

Адгезивные соединения, также называемые zonula adherens, представляют собой мультибелковые комплексы, образованные белками семейств катенинов и кадгеринов. Они расположены в мембране в точках контакта между клетками. Они образуются в результате взаимодействия между внутриклеточными адапторными белками, трансмембранными белками и актиновыми цитоскелетами клеток. Помимо своей роли в связывании соседних клеток, эти комплексы важны для регулирования миграции эпителия, полярности клеток и образования других комплексов соединения клеток. [14]

Узкие перекрестки [ править ]

Плотные соединения, также называемые окклюдированной зоной, являются наиболее важными компонентами кишечного эпителия для его барьерной функции. [17] Эти комплексы, состоящие в основном из членов семейств клаудина и окклюдина , состоят примерно из 35 различных белков, [13] образуют кольцевую непрерывную ленту вокруг клеток и расположены вблизи границ латеральной и апикальной мембран. . [14]

Внеклеточные домены трансмембранных белков в соседних клетках перекрестно соединяются, образуя плотное соединение. Эти взаимодействия включают взаимодействия между белками одной мембраны (цис) и белками соседних клеток (транс). Кроме того, взаимодействия могут быть гомофильными (между идентичными белками) или гетерофильными (между разными белками). [14]

Подобно адгезивным соединениям, внутриклеточные домены плотных контактов взаимодействуют с различными каркасными белками , адапторными белками и сигнальными комплексами, чтобы регулировать цитоскелетное связывание, полярность клеток, передачу сигналов между клетками и везикальный транспорт. [14]

Плотные соединения обеспечивают узкую, но поддающуюся модификации изоляцию между соседними клетками в эпителиальном слое и тем самым обеспечивают селективный межклеточный транспорт растворенных веществ. [14] В то время как ранее считались статическими структурами, теперь известно, что плотные соединения являются динамическими и могут изменять размер отверстия между клетками и, таким образом, адаптироваться к различным состояниям развития, физиологии и патологиям. [17] Они функционируют как селективный и полупроницаемый парацеллюлярный барьер между апикальным и базолатеральным компартментами эпителиального слоя. Их функция заключается в облегчении прохождения небольших ионов и водорастворимых веществ через межклеточное пространство, предотвращая прохождение люминальных антигенов, микроорганизмов и их токсинов. [14]

Физиология [ править ]

Дополнительная информация: кишечная проницаемость

Кишечный эпителий имеет сложную анатомическую структуру, которая способствует подвижности и координированию пищеварительной, абсорбционной, иммунологической и нейроэндокринной функций. [18]

Слизи , секретируемые бокаловидных клеток действует как смазка и защищает эпителиальный слой клеток против раздражения от слизистой содержимого. [19]

Традиционно клетки крипт рассматривались в первую очередь как секреторные клетки, в то время как энтероциты считались в основном абсорбирующими. Однако недавние исследования поставили под сомнение это классическое функциональное разделение и показали, что и поверхностные клетки, и клетки крипт могут выполнять как секреторные, так и абсорбирующие функции, и что, фактически, эти функции могут происходить одновременно. [20] [21]

Поглощение питательных веществ [ править ]

На щеточной кайме апикальной поверхности энтероцитов находится гликокаликс , который представляет собой рыхлую сеть, состоящую из олигосахаридных боковых цепей интегральных мембранных гидролаз и других ферментов, необходимых для переваривания белков и углеводов. Эти гликопротеины , гликолипиды и ферменты катализируют заключительные стадии пищеварения углеводов и белков просвета. Полученные таким образом моносахариды и аминокислоты впоследствии транспортируются через эпителий кишечника и в конечном итоге попадают в кровоток. [5]

Поглощение электролитов и воды - одна из важнейших функций пищеварительного тракта. Водопоглощение бывает пассивным и изотоническим - в зависимости от скорости и направления потока растворенного вещества. Другими факторами, влияющими на абсорбцию жидкости, являются осмолярность и конкретная область кишечника. [18] Регулируемая избирательная проницаемость осуществляется двумя основными путями: трансцеллюлярным (трансэпителиальным) и параклеточным. [14]

Трансклеточная проницаемость [ править ]

Схема маршрутов избирательной проницаемости эпителиальных клеток (красные стрелки). Трансцеллюлярный (через клетки) и параклеточный (между клетками) пути контролируют прохождение веществ между просветом кишечника и кровью.

Он состоит из специфического транспорта растворенных веществ через эпителиальные клетки. Это преимущественно регулируется деятельностью специализированных транспортеров, которые перемещают определенные электролиты, аминокислоты, сахара, жирные кислоты с короткой цепью и другие молекулы в клетку или из клетки. [14]

Параклеточная проницаемость [ править ]

Межклеточная проницаемость зависит от транспорта через пространства, существующие между эпителиальными клетками. Он регулируется клеточными соединениями, которые расположены в ламинальных мембранах клеток. [14] Это основной путь пассивного прохождения воды и растворенных веществ через эпителий кишечника. Регуляция зависит от межклеточных плотных контактов, которые имеют наибольшее влияние на межклеточный транспорт. [22] Исследования с использованием электронного микроскопа показали, что электрическое сопротивление эпителиальных слоев зависит от сложности и количества нитей внутри трансмембранных белковых комплексов с плотным контактом. [18] Кроме того, плазматическая мембранарезистентность и переменная трансмембранная проводимость эпителиальных клеток также могут модулировать функцию параклеточного пути. [18]

Функции [ править ]

Барьер, образованный эпителием кишечника, отделяет внешнюю среду (содержимое просвета кишечника ) от тела [14] и является наиболее обширной и важной поверхностью слизистой оболочки тела. [17]

Кишечный эпителий выполняет несколько важных функций, проявляя как врожденные, так и адаптивные иммунные свойства. Он внимательно следит за своей внутриклеточной и внеклеточной средой, передает сообщения соседним клеткам и, при необходимости, быстро инициирует активные защитные и восстановительные меры. [23] С одной стороны, он действует как барьер, предотвращающий проникновение вредных веществ, таких как чужеродные антигены , токсины и микроорганизмы . [13] [14] С другой стороны, он действует как селективный фильтр, который способствует поглощению питательных веществ , электролитов , воды и различных других полезных веществ из просвета кишечника. [14]

Когда целостность барьера нарушена, проницаемость кишечника увеличивается, и может происходить неконтролируемое прохождение вредных веществ. Это может привести, в зависимости от генетической предрасположенности человека, к развитию воспаления , инфекции , аллергии , аутоиммунных заболеваний или рака - внутри самого кишечника или других органов. [18]

Хотя они в основном функционируют как часть пищеварительной системы , энтероциты кишечного эпителия также экспрессируют толл-подобные рецепторы и белки домена олигомеризации нуклеотидов, которые распознают различные типы микробов и вносят вклад в функцию иммунной системы . [24] [25] Таким образом, эпителий кишечника не только служит физическим барьером, отделяющим просвет кишечника от тела, но также выполняет функции распознавания патогенов как часть внутренней иммунной системы .

Важность для здоровья человека [ править ]

Нарушение целостности кишечного эпителия играет ключевую патогенную роль в воспалительном заболевании кишечника (ВЗК). [26] Изменения в составе кишечной микробиоты являются важным фактором окружающей среды в развитии ВЗК. Пагубные изменения кишечной микробиоты вызывают несоответствующий (неконтролируемый) иммунный ответ, который приводит к повреждению кишечного эпителия. Нарушение этого критического барьера (кишечного эпителия) способствует дальнейшему проникновению микробиоты, что, в свою очередь, вызывает дополнительные иммунные реакции. ВЗК - это многофакторное заболевание, которое, тем не менее, отчасти вызвано усиленным иммунным ответом на кишечную микробиоту, вызывающим дефекты функции эпителиального барьера.[27]

См. Также [ править ]

  • Барьер слизистой оболочки кишечника
  • Кишечная проницаемость

Ссылки [ править ]

  1. ^ Clevers H (2013). «Кишечный крипта, прототип стволовых клеток» . Cell . 154 (2): 274–84. DOI : 10.1016 / j.cell.2013.07.004 . PMID  23870119 .
  2. ^ van der Flier, Laurens G .; Клеверс, Ганс (1 января 2009 г.). «Стволовые клетки, самообновление и дифференциация кишечного эпителия». Ежегодный обзор физиологии . 71 : 241–260. DOI : 10.1146 / annurev.physiol.010908.163145 . ISSN 1545-1585 . PMID 18808327 .  
  3. ^ a b Лодиш, Харви; Берк, Арнольд; Зипурский, С. Лоуренс; Мацудаира, Пол; Балтимор, Дэвид; Дарнелл, Джеймс (1 января 2000 г.). «Архитектура и развитие кишечника» . Молекулярная клеточная биология (4-е изд.). WH Freeman. ISBN 978-0716731368.
  4. ^ Khurana (1 января 2005). Учебник медицинской физиологии . Эльзевир Индия. п. 641. ISBN. 9788181478504.
  5. ^ a b Лодиш, Харви; Берк, Арнольд; Зипурский, С. Лоуренс; Мацудаира, Пол; Балтимор, Дэвид; Дарнелл, Джеймс (1 января 2000 г.). «Транспорт по Эпителии» . Cite journal requires |journal= (help)
  6. ^ Лоренс Г. ван дер Флиер; Ганс Клеверс (2009). «Стволовые клетки, самообновление и дифференциация в кишечном эпителии». Ежегодный обзор физиологии . 71 (1): 241–260. DOI : 10.1146 / annurev.physiol.010908.163145 . PMID 18808327 . 
  7. ^ Sarmento, Бруно (30 сентября 2015). Концепции и модели для исследований проницаемости лекарств: модели культур in vitro на основе клеток и тканей . Издательство Вудхед. С. 57–58. ISBN 9780081001141.
  8. ^ Боркес, Диего; Лиддл, Роджер (2015). «Нейроэпителиальный контур, образованный иннервацией сенсорных энтероэндокринных клеток» . Журнал клинических исследований . 125 (2): 782–786. DOI : 10.1172 / JCI78361 . PMC 4319442 . PMID 25555217 .  
  9. ^ Kaelberer, М. Майя; Бохоркес, Диего (2018). «Нейронная цепь кишечник-мозг для сенсорной трансдукции питательных веществ» . Наука . 361 (6408): eaat5236. DOI : 10.1126 / science.aat5236 . PMC 6417812 . PMID 30237325 .  
  10. ^ ван Эс, Йохан Х .; Клеверс, Ганс (16 июня 2014 г.). «Клетки Панета» . Текущая биология . 24 (12): R547–548. DOI : 10.1016 / j.cub.2014.04.049 . ISSN 1879-0445 . PMID 24937274 .  
  11. ^ Santaolalla R, Абреу MT (2012). «Врожденный иммунитет в тонком кишечнике» . Курр Опин Гастроэнтерол . 28 (2): 124–9. DOI : 10.1097 / MOG.0b013e3283506559 . PMC 3502878 . PMID 22241076 .  
  12. ^ Герб, F; Легравенд, C; Джей П. (сентябрь 2012 г.). «Клетки пучка кишечного эпителия: спецификация и функция» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 69 (17): 2907–17. DOI : 10.1007 / s00018-012-0984-7 . PMC 3417095 . PMID 22527717 .  
  13. ^ a b c Хан, Ниамат; Асиф, Абдул Р. (1 января 2015 г.). «Регуляторы транскрипции клаудинов в плотных эпителиальных соединениях» . Медиаторы воспаления . 2015 : 219843. дои : 10,1155 / 2015/219843 . ISSN 0962-9351 . PMC 4407569 . PMID 25948882 .   
  14. ^ a b c d e f g h i j k l m Groschwitz, Katherine R .; Хоган, Саймон П. (1 июля 2009 г.). «Кишечная барьерная функция: молекулярная регуляция и патогенез заболевания» . Журнал аллергии и клинической иммунологии . 124 (1): 3–22. DOI : 10.1016 / j.jaci.2009.05.038 . ISSN 0091-6749 . PMC 4266989 . PMID 19560575 .   
  15. ^ а б Беннетт, МВ; Barrio, LC; Барджелло, TA; Спрей, постоянный ток; Hertzberg, E .; Саез, JC (1 марта 1991 г.). «Пробелы: новые инструменты, новые ответы, новые вопросы». Нейрон . 6 (3): 305–320. DOI : 10.1016 / 0896-6273 (91) 90241-q . ISSN 0896-6273 . PMID 1848077 .  
  16. ^ Некрасова, Оксана; Грин, Кэтлин Дж. (1 ноября 2013 г.). «Сборка и динамика десмосом» . Тенденции в клеточной биологии . 23 (11): 537–546. DOI : 10.1016 / j.tcb.2013.06.004 . ISSN 0962-8924 . PMC 3913269 . PMID 23891292 .   
  17. ^ a b c Rao, Jaladanki N .; Ван, Цзянь-Инь (1 января 2010 г.). «Архитектура и развитие кишечника» . Морган и Клейпул Науки о жизни. Cite journal requires |journal= (help)
  18. ^ a b c d e Фазано, Алессио (1 января 2011 г.). «Зонулин и его регуляция барьерной функции кишечника: биологическая дверь к воспалению, аутоиммунитету и раку» . Физиологические обзоры . 91 (1): 151–175. DOI : 10.1152 / Physrev.00003.2008 . ISSN 0031-9333 . PMID 21248165 .  
  19. ^ Аллен, Адриан; Флемстрем, Гуннар (1 января 2005 г.). «Бикарбонатный барьер гастродуоденальной слизи: защита от кислоты и пепсина» . Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 288 (1): C1–19. DOI : 10,1152 / ajpcell.00102.2004 . ISSN 0363-6143 . PMID 15591243 .  
  20. ^ Geibel, Джон П. (1 января 2005). «Секреция и абсорбция криптами толстой кишки». Ежегодный обзор физиологии . 67 : 471–490. DOI : 10.1146 / annurev.physiol.67.031103.153530 . ISSN 0066-4278 . PMID 15709966 .  
  21. ^ Биндер, Генри Дж .; Раджендран, Важаиккуричи; Садасиван, Видьясагар; Гейбель, Джон П. (1 апреля 2005 г.). «Секреция бикарбоната: игнорируемый аспект переноса ионов толстой кишки». Журнал клинической гастроэнтерологии . 39 (4 Suppl 2): ​​S53–58. DOI : 10,1097 / 01.mcg.0000155521.81382.3a . ISSN 0192-0790 . PMID 15758660 .  
  22. ^ Нэслунд, Эрик; Хеллстрём, Пер М. (10 сентября 2007 г.). «Передача сигналов аппетита: от пептидов кишечника и кишечных нервов к мозгу». Физиология и поведение . 92 (1–2): 256–262. DOI : 10.1016 / j.physbeh.2007.05.017 . ISSN 0031-9384 . PMID 17582445 .  
  23. ^ Cario, E (2010). «Внимание! Как кишечный эпителий защищает иммунный барьер слизистой оболочки через инфламмасомы и за их пределами». Текущее мнение в гастроэнтерологии . 26 (6): 583–590. DOI : 10.1097 / MOG.0b013e32833d4b88 . PMID 20664345 . 
  24. ^ Cario, E (2005). «Бактериальные взаимодействия с клетками слизистой оболочки кишечника: Toll-подобные рецепторы и NOD2» . Кишечник . 54 (8): 1182–93. DOI : 10.1136 / gut.2004.062794 . PMC 1774880 . PMID 15840688 .  
  25. ^ Абреу, Мария Т .; Фуката, Масаюки; Ардити, Моше (15 апреля 2005 г.). «Передача сигналов TLR в кишечнике при здоровье и болезни» . Журнал иммунологии . 174 (8): 4453–4460. DOI : 10.4049 / jimmunol.174.8.4453 . ISSN 0022-1767 . PMID 15814663 .  
  26. ^ Малой, Кевин Дж .; Паури, Фиона (16 июня 2011 г.). «Кишечный гомеостаз и его нарушение при воспалительном заболевании кишечника» . Природа . 474 (7351): 298–306. DOI : 10,1038 / природа10208 . ISSN 1476-4687 . PMID 21677746 .  
  27. ^ Coskun, Мехмет (25 августа 2014). «Эпителий кишечника при воспалительном заболевании кишечника» . Границы медицины . 1 : 24. DOI : 10,3389 / fmed.2014.00024 . ISSN 2296-858X . PMC 4292184 . PMID 25593900 .