Кишечный эпителий - Intestinal epithelium

Кишечный эпителий
Простые столбчатые эпителиальные клетки.png
Простые столбчатые эпителиальные клетки
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 статей о
Стенка желудочно-кишечного тракта
Общая структура

В кишечный эпителий один слой клеток, который формирует просвет поверхность (футеровка) как маленький и толстая кишка (двоеточие) желудочно-кишечный тракт. Состоит из простые столбчатые эпителиальные клетки, он выполняет две основные функции: впитывает полезные вещества в организм и ограничивает попадание вредных веществ. Как часть своей защитной роли, эпителий кишечника является важным компонентом барьер 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

Кишечник эпителий является частью слизистая оболочка кишечника слой. Эпителий состоит из одного слоя клеток. Два других слоя слизистой оболочки собственная пластинка и muscularis mucosae, поддерживают и соединяют эпителиальный слой. Чтобы надежно удерживать содержимое кишечника просвет, клетки эпителиального слоя соединяются узкие стыки образуя таким образом 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 поверхности всасывания в кишечнике.

Эпителиальные клетки непрерывно обновляются каждые 4–5 дней в процессе деления, созревания и миграции клеток. Обновление зависит от пролиферативных клеток (стволовые клетки ), которые проживают в склеп (база) кишечные железы (эпителиальные инвагинации в подлежащую соединительную ткань).[1] После образования у основания новые клетки мигрируют вверх и из крипты, созревая по пути. В конце концов они подвергаются апоптоз и выделяются в просвет кишечника.[2] Таким образом, 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 поперечные складки, которые замедляют прохождение содержимого просвета и служат для увеличения общей площади поверхности в три раза.
  • Вилли и кишечные железы служат для увеличения площади слизистой оболочки в десять раз. (Кишечные ворсинки)
  • Микровиллы покрывающие апикальную поверхность энтероцитов увеличивают абсорбирующую поверхность в 20 раз. Эти многочисленные микроскопические (диаметром 100 нанометров) пальцевидные выступы образуют волнистую форму. кисть границы.

Кисточка на апикальной поверхности эпителиальных клеток покрыта гликокаликс, который состоит из олигосахариды прикреплен к мембранные гликопротеины и гликолипиды.[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 клеток

Стволовые клетки, расположенные в основании крипт, производят семь различных типов клеток.[6] Каждый тип созревает в соответствии со своими особенностями. программа дифференциации по мере того, как он перемещается вверх и из склепа. Многие из генов, необходимых для дифференцировки в различные типы эпителиальных клеток, были идентифицированы и охарактеризованы (см. Таблица ). Производимые типы клеток: энтероциты, Бокаловидные клетки, энтероэндокринные клетки, Клетки Панета, микроскладчатые клетки, чашечные ячейки и пучковые клетки. Их функции перечислены здесь:[7]

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

Структурные компоненты клеточных переходов

Типы стыков клеток (нажмите, чтобы увеличить).

Важные для барьерной функции интенстинального эпителия, его клетки надежно соединены между собой четырьмя типами соединений (клеточные соединения ),[13] которые можно найти на ультраструктурный уровень:[14]

Щелевые соединения

Щелевые соединения позволяют расположить соседние ячейки в пределах 2 нанометров друг от друга. Они образованы несколькими гомологичными белками, кодируемыми коннексин генная семья объединяется, чтобы сформировать мультипротеиновый комплекс. Молекулярная структура этого комплекса имеет вид гексамер. Комплекс, который встроен в клеточные стенки двух соединенных клеток, образует щель или канал в середине шести белков. Этот канал позволяет молекулы, ионы и электрические импульсы, проходящие между двумя ячейками.[15]

Десмосомы

Эти комплексы, состоящие из трансмембранный адгезионные белки кадгерин семьи, связывают соседние клетки вместе через их цитоскелеты.[16] Десмосомы оставляют промежуток в 30 нанометров между клетками.[15]

Адгезивные соединения

Адгезивные соединения, также называемые zonula adherens, представляют собой мультибелковые комплексы, образованные белками катенин и кадгериновые семьи. Они расположены в мембране в точках контакта между клетками. Они образуются в результате взаимодействия между внутриклеточный адаптерные белки, трансмембранные белки и актиновые цитоскелеты ячеек. Помимо своей роли в связывании соседних клеток, эти комплексы важны для регулирования миграции эпителия, полярность ячейки, и образование других комплексов соединения клеток.[14]

Узкие стыки

Плотные соединения, также называемые окклюдированной зоной, являются наиболее важными компонентами кишечного эпителия для его барьерной функции.[17] Эти комплексы, состоящие в основном из представителей Клодин и окклюдин семейства, состоящие примерно из 35 различных белков,[13] образуют кольцевидную непрерывную ленту вокруг клеток и располагаются 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 и той же мембраны («цис») и белками в соседних клетках («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 разными каркасные белки, адаптерные белки и сигнальные комплексы для регулирования цитоскелетного связывания, клеточной полярности, клеточной сигнализации и пузырного транспорта.[14]

Плотные соединения обеспечивают узкое, но поддающееся изменению уплотнение между соседними клетками в эпителиальном слое и, таким образом, обеспечивают селективное парацеллюлярный транспорт растворенных веществ.[14] В то время как ранее считалось, что это статические структуры, 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. Они функционируют, чтобы облегчить прохождение небольших ионов и водорастворимых веществ через межклеточное пространство, предотвращая прохождение люминальных антигенов, микроорганизмов и их токсинов.[14]

Физиология

Дальнейшая информация: Кишечная проницаемость

Кишечный эпителий имеет сложную анатомическую структуру, которая способствует подвижность и координированная пищеварительная, абсорбционная, иммунологическая и нейроэндокринная функции.[18]

В слизь секретируется бокаловидными клетками, действует как смазка и защищает слой эпителиальных клеток от раздражения слизистым содержимым.[19]

Традиционно клетки крипт рассматривались в первую очередь как секреторные клетки, а энтероциты считались в основном абсорбционными. 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

Наложение щеточной каймы апикальной поверхности энтероцитов является гликокаликс, которая 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 катализировать заключительные стадии пищеварения люминальных углеводов и белков. В моносахариды и аминокислоты произведенные таким образом, впоследствии транспортируются через эпителий кишечника и в конечном итоге в кровоток.[5]

Поглощение электролитов и воды - одна из важнейших функций пищеварительного тракта. Водопоглощение пассивное и изотонический - в зависимости от скорости и направления потока растворенного вещества. Другие факторы, влияющие на абсорбцию жидкости: осмолярность и конкретная область кишечника.[18] Регулируемая избирательная проницаемость осуществляется двумя основными путями: трансцеллюлярным (трансэпителиальным) и параклеточным.[14]

Трансцеллюлярная проницаемость

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 специальной перевозки растворенные вещества через эпителиальные клетки. Это преимущественно регулируется деятельностью специализированных транспортеров, которые перемещают определенные электролиты, аминокислоты, сахара, короткоцепочечные жирные кислоты и другие молекулы в клетку или из клетки.[14]

Парацеллюлярная проницаемость

Межклеточная проницаемость зависит от транспорта через промежутки 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 плотного соединения.[18] Так же плазматическая мембрана устойчивость и переменная трансмембранная проводимость эпителиальных клеток также могут модулировать функцию параклеточного пути.[18]

Функции

Барьер, образованный эпителием кишечника, отделяет внешнюю среду (содержимое кишечника просвет ) от тела[14] и является наиболее обширным и важным поверхность 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 попадание вредных веществ, таких как посторонние антигены, токсины и микроорганизмы.[13][14] С другой стороны, он действует как селективный фильтр, который способствует усвоению пищевых продуктов. питательные вещества, электролиты, вода и другие полезные вещества из просвета кишечника.[14]

Когда целостность барьера потеряна, кишечная проницаемость может произойти увеличение и неконтролируемое прохождение вредных веществ. Это может привести, в зависимости от генетической предрасположенности человека, к развитию воспаление, инфекция, аллергия, аутоиммунные заболевания или рак - внутри самого кишечника или других органов.[18]

Хотя они в основном функционируют как часть пищеварительная система, энтероциты кишечного эпителия также экспрессируют толл-подобные рецепторы и домен олигомеризации нуклеотидов белки, которые распознают различные типы микробов и способствуют иммунная система функция.[24][25] Таким образом, эпителий кишечника не только служит физическим барьером, отделяющим просвет кишечника от тела, но также выполняет функции распознавания патогенов как часть внутренняя иммунная система.

Значение для здоровья человека

Нарушение целостности кишечного эпителия играет ключевую роль патогенный роль в воспалительное заболевание кишечника (IBD).[26] Изменения в составе кишечная микробиота являются важным экологическим фактором в развитии ВЗК. Вредные изменения микробиоты кишечника вызывают несоответствующее (неконтролируемое) иммунная реакция что 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 чрезмерным иммунным ответом на кишечную микробиоту, вызывающим дефекты функции эпителиального барьера.[27]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Клеверс Х (2013). «Кишечный крипта, прототип стволовых клеток». Ячейка. 154 (2): 274–84. Дои: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. Дои:10.1146 / annurev.physiol.010908.163145. ISSN  1545-1585. PMID  18808327.
  3. ^ а б 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.). В. Х. Фриман. ISBN  978-0716731368.
  4. ^ Хурана (1 января 2005 г.). Учебник медицинской физиологии. Эльзевир Индия. п. 641. ISBN  9788181478504.
  5. ^ а б Лодиш, Харви; Берк, Арнольд; Зипурский, С. Лоуренс; Мацудаира, Пол; Балтимор, Дэвид; Дарнелл, Джеймс (1 января 2000 г.). «Транспорт через Эпителию». Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  6. ^ Лоренс Г. ван дер Флиер; Ганс Клеверс (2009). «Стволовые клетки, самообновление и дифференциация в кишечном эпителии». Ежегодный обзор физиологии. 71 (1): 241–260. Дои:10.1146 / annurev.physiol.010908.163145. PMID  18808327.
  7. ^ Сарменто, Бруно (30 сентября 2015 г.). Концепции и модели для исследований проницаемости лекарственных средств: модели культур in vitro на основе клеток и тканей. Издательство Вудхед. С. 57–58. ISBN  9780081001141.
  8. ^ Бохоркес, Диего; Лиддл, Роджер (2015). «Нейроэпителиальный контур, образованный иннервацией сенсорных энтероэндокринных клеток». Журнал клинических исследований. 125 (2): 782–786. Дои:10.1172 / JCI78361. ЧВК  4319442. PMID  25555217.
  9. ^ Кельберер, М. Майя; Бохоркес, Диего (2018). «Нейронная цепь кишечник-мозг для сенсорной трансдукции питательных веществ». Наука. 361 (6408): eaat5236. Дои:10.1126 / science.aat5236. ЧВК  6417812. PMID  30237325.
  10. ^ van Es, Johan H .; Кливерс, Ганс (16 июня 2014 г.). "Клетки Панета". Текущая биология. 24 (12): R547–548. Дои:10.1016 / j.cub.2014.04.049. ISSN  1879-0445. PMID  24937274.
  11. ^ Сантаолалла Р., Абреу М.Т. (2012). «Врожденный иммунитет в тонком кишечнике». Курр Опин Гастроэнтерол. 28 (2): 124–9. Дои:10.1097 / MOG.0b013e3283506559. ЧВК  3502878. PMID  22241076.
  12. ^ Герб, F; Легравенд, C; Джей П. (сентябрь 2012 г.). «Клетки пучка кишечного эпителия: спецификация и функции». Клеточные и молекулярные науки о жизни. 69 (17): 2907–17. Дои:10.1007 / s00018-012-0984-7. ЧВК  3417095. PMID  22527717.
  13. ^ а б 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. ЧВК  4407569. PMID  25948882.
  14. ^ а б c d е ж г час я j k л м Groschwitz, Katherine R .; Хоган, Саймон П. (1 июля 2009 г.). «Барьерная функция кишечника: молекулярная регуляция и патогенез заболевания». Журнал аллергии и клинической иммунологии. 124 (1): 3–22. Дои:10.1016 / j.jaci.2009.05.038. ISSN  0091-6749. ЧВК  4266989. PMID  19560575.
  15. ^ а б Bennett, M. V .; Barrio, L.C .; Bargiello, T. A .; Spray, D. C .; Hertzberg, E .; Саез, Дж. К. (1 марта 1991 г.). «Пробелы: новые инструменты, новые ответы, новые вопросы». Нейрон. 6 (3): 305–320. Дои:10.1016 / 0896-6273 (91) 90241-кв. 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. Дои:10.1016 / j.tcb.2013.06.004. ISSN  0962-8924. ЧВК  3913269. PMID  23891292.
  17. ^ а б c Rao, Jaladanki N .; Ван, Цзянь-Инь (1 января 2010 г.). «Архитектура и развитие кишечника». Морган и Клейпул Науки о жизни. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  18. ^ а б c d е 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. Дои: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. Дои:10.1152 / ajpcell.00102.2004. ISSN  0363-6143. PMID  15591243.
  20. ^ Гейбель, Джон П. (1 января 2005 г.). «Секреция и абсорбция криптами толстой кишки». Ежегодный обзор физиологии. 67: 471–490. Дои:10.1146 / annurev.physiol.67.031103.153530. ISSN  0066-4278. PMID  15709966.
  21. ^ Binder, Генри Дж .; Раджендран, Важаиккуричи; Садасиван, Видьясагар; Гейбель, Джон П. (1 апреля 2005 г.). «Секреция бикарбоната: игнорируемый аспект транспорта ионов толстой кишки». Журнал клинической гастроэнтерологии. 39 (4 Приложение 2): S53–58. Дои: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. Дои:10.1016 / j.physbeh.2007.05.017. ISSN  0031-9384. PMID  17582445.
  23. ^ Карио, Э (2010). «Внимание! Как кишечный эпителий защищает иммунитет слизистого барьера через инфламмасомы и за их пределами». Текущее мнение в гастроэнтерологии. 26 (6): 583–590. Дои:10.1097 / MOG.0b013e32833d4b88. PMID  20664345.
  24. ^ Карио, Э (2005). «Бактериальные взаимодействия с клетками слизистой оболочки кишечника: Toll-подобные рецепторы и NOD2». Кишечник. 54 (8): 1182–93. Дои:10.1136 / gut.2004.062794. ЧВК  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. Дои: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. Дои:10.1038 / природа10208. ISSN  1476-4687. PMID  21677746.
  27. ^ Джошкун, Мехмет (25 августа 2014 г.). «Эпителий кишечника при воспалительном заболевании кишечника». Границы медицины. 1: 24. Дои:10.3389 / fmed.2014.00024. ISSN  2296-858X. ЧВК  4292184. PMID  25593900.