Продолжительность жизни клеток эпителия желудка и тонкого кишечника

кишечный эпителий представляет собой одноклеточный слой, который формирует просвет поверхность (выстилку) как тонкой , так и толстой кишки (толстой кишки) желудочно-кишечный тракт . Состоящий из простых столбчатых эпителиальных клеток , он выполняет две основные функции: поглощение полезных веществ в организме и ограничение проникновения 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

Кишечный эпителий является частью слоя слизистой оболочки кишечника . Эпителий состоит из одного слоя клеток. Два других слоя слизистой оболочки, lamina propria и muscularis mucosae , поддерживают и соединяют эпителиальный слой. Чтобы надежно удерживать содержимое кишечной просвета , клетки эпителиального слоя соединяются вместе плотными контактами , 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 (стволовых клеток ), которые находятся в крипте (основании) кишечных желез (эпителиальные инвагинации в подлежащую соединительную ткань). После образования у основания новые клетки мигрируют вверх и из крипты, созревая по пути. В конце концов, они подвергаются апоптозу и попадают в просвет кишечника. Таким образом, слизистая оболочка кишечника постоянно обновляется, в то время как количество клеток, составляющих эпителиальный слой, остается постоянным.

В тонком кишечнике слой слизистой оболочки специально адаптирован для обеспечения большой площади поверхности, чтобы для максимального усвоения питательных веществ. Расширение впитывающей поверхности в 600 раз больше, чем у простой цилиндрической трубки, достигается за счет трех анатомических особенностей:

• Круглые складки – это поперечные складки, которые замедляют прохождение просветного содержимого и служат для расширения общая площадь поверхности увеличена в три раза.
• ворсинки и кишечные железы служат для увеличения площади поверхности слизистой оболочки в десять раз. (Кишечные ворсинки)
• Микроворсинки , покрывающие апикальную поверхность энтероцитов, увеличивают абсорбирующую поверхность в 20 раз. Эти многочисленные микроскопические (100 нанометров в диаметре) пальцевидные выступы образуют волнистую щеточную кайму .

Кисть на апикальной поверхности эпителиальных клеток покрыта гликокаликсом , который состоит из олигосахариды , присоединенные к мембранным гликопротеинам и гликолипидам .

Изображение с помощью просвечивающего электронного микроскопа тонкого среза, прорезанного через эпителиальную клетку. 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

Семь различных типов клеток продуцируются стволовыми клетками, которые находятся в основании крипт. Каждый тип созревает в соответствии со своей конкретной программой дифференциации по мере того, как он мигрирует вверх и из крипты. Были идентифицированы и охарактеризованы многие из генов, необходимых для дифференцировки в различные типы эпителиальных клеток (см. Эту таблицу ). Типы продуцируемых клеток: энтероциты , бокаловидные клетки , энтероэндокринные клетки , клетки Панета , клетки со складками , ячейки чашки и ячейки пучка . Их функции перечислены здесь:

• Энтероциты являются наиболее многочисленными и функционируют в первую очередь для поглощения питательных веществ. Энтероциты экспрессируют множество катаболических ферментов 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 слой слизи , который защищает эпителий от содержимого просвета.
• Энтероэндокринные клетки секретируют различные желудочно-кишечные гормоны , включая секретин , панкреозимин , энтероглюкагон и другие. Подмножества сенсорных эпителиальных клеток кишечника синапсируют с нервами и известны как клетки нейроподов.
• Клетки Панета продуцируют антимикробные пептиды , такие как человеческий бета- дефенсин .
• Микроскладчатые клетки (обычно называемые М-клетками) отбирают антигены из просвета и доставляют их в лимфоидную ткань, связанную со слизистой (MALT). В тонком кишечнике М-клетки связаны с пейеровыми бляшками .
• Чашечковые клетки представляют собой отдельный тип клеток, но функция неизвестна.
• Пучковые клетки играют роль в иммунный ответ.

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

Структурные компоненты клеточных соединений

Типы клеточных соединений (нажмите, чтобы

Важные для барьерной функции интенстинального эпителия, его клетки надежно соединены между собой четырьмя типами соединений (межклеточные соединения ), которые можно идентифицировать на ультраструктуре уровень:

• Щелевые соединения
• Десмосомы
• Слипчивые соединения
• Плотные соединения

Щелевые соединения

Щелевые соединения приводят соседние клетки в пределах 2 нанометров друг от друга. Они образованы несколькими гомологичными белками, кодируемыми семейством генов коннексина , которые вместе образуют мультипротеиновый комплекс . Молекулярная структура этого комплекса имеет форму гексамера . Комплекс, который встроен в клеточные стенки двух соединенных клеток, образует щель или канал в середине шести белков. Этот канал позволяет различным молекулам , ионам и электрическим импульсам проходить между двумя клетками.

Десмосомы

Эти комплексы, состоящие из трансмембранные адгезионные белки семейства кадгеринов связывают соседние клетки вместе посредством своих цитоскелетов . Десмосомы оставляют промежуток в 30 нанометров между клетками.

Адгезивные соединения

Адгезивные соединения, также называемые zonula adherens, представляют собой мультибелковые комплексы, образованные белками семейств катенин и кадгерин . Они расположены в мембране в точках контакта между клетками. Они образуются в результате взаимодействий 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 межклеточных соединений.

Плотные соединения

Плотно стыки, также называемые окклюденсом, являются наиболее важными компонентами кишечного эпителия для его барьерной функции. Эти комплексы, состоящие в основном из членов семейств клаудин и окклюдин , состоят примерно из 35 различных белков, образуют непрерывную кольцевую ленту вокруг клеток и расположены вблизи границ. боковых и апикальных мембран.

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).

Подобно адгезивным соединениям, внутриклеточные домены плотных контактов взаимодействуют с различными белками каркаса , адаптерные белки и сигнальные комплексы для регулирования цитоскелетных связей, полярности клеток, передачи сигналов между клетками и везикального транспорта.

Плотные соединения обеспечивают узкую, но поддающуюся модификации изоляцию между соседними клетками в эпителиальном слое и тем самым обеспечивают селективный параклеточный транспорт растворенных веществ. 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. Они функционируют как селективный и полупроницаемый парацеллюлярный барьер между апикальным и базолатеральным компартментами эпителиального слоя. Их функция заключается в облегчении прохождения малых ионов и водорастворимых веществ через межклеточное пространство, предотвращая прохождение люминальных антигенов, микроорганизмов и их токсинов.

Физиология

Кишечный эпителий имеет сложный комплекс анатомическая структура, которая способствует моторике и координированию пищеварительной, абсорбционной, иммунологической и нейроэндокринной функций.

слизь , выделяемая бокаловидными клетками, действует как смазка и защищает слой эпителиальных клеток против раздражения слизистой оболочки.

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 как поверхностные клетки, так и клетки крипт могут выполнять как секреторные, так и абсорбирующие функции, и что, фактически, эти функции могут происходить одновременно.

Поглощение питательных веществ

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 переваривания углеводов и белков просвета. Полученные таким образом моносахариды и аминокислоты впоследствии транспортируются через эпителий кишечника и в конечном итоге в кровоток.

Поглощение электролитов и воды является одним из наиболее важных функции 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. Регулируемая избирательная проницаемость осуществляется двумя основными путями: трансцеллюлярным (трансэпителиальным) путем и параклеточным путем.

Трансклеточная проницаемость

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

Он состоит из специфического транспорта растворенных веществ через эпителиальные клетки. Он преимущественно регулируется деятельностью специализированных транспортеров, которые перемещают определенные электролиты, аминокислоты, сахара, короткоцепочечные жирные кислоты и другие молекулы в клетку или из клетки.

Параклеточная проницаемость

Параклеточная проницаемость зависит от транспорта через промежутки между эпителиальными клетками. Это регулируется клеточными соединениями, которые локализованы в ламинальных мембранах клеток. 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. Исследования с использованием электронного микроскопа показали, что электрическое сопротивление эпителиальных слоев зависит от сложности и количества нитей внутри трансмембранных белковых комплексов плотного соединения. Кроме того, сопротивление плазматической мембраны и переменная трансмембранная проводимость эпителиальных клеток также могут модулировать функцию параклеточного пути.

Функции

Барьер, образованный кишечным эпителием, разделяет внешние окружающей среды (содержимое кишечного просвета ) от тела и является наиболее обширной и важной слизистой оболочкой тела.

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

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 рак – внутри самого кишечника или других органов.

Хотя они в основном функционируют как часть пищеварительной системы , энтероциты кишечного эпителия также экспрессируют белки толл-подобных рецепторов и нуклеотидного домена олигомеризации , которые распознают различные типы микробов и вносят вклад в функцию иммунной системы . 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 .

Значение для здоровья человека

Утрата целостности кишечного эпителия играет ключевую патогенную роль в воспалительном заболевании кишечника (ВЗК). Изменения в составе кишечной микробиоты являются важным фактором окружающей среды в развитии ВЗК. Вредные изменения микробиоты кишечника 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, что вызывает дефекты функции эпителиального барьера.

См. Также

• Барьер слизистой оболочки кишечника
• Проницаемость кишечника

Ссылки

Источник