Клетки кишечного эпителия человека

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: поглощает полезные вещества в организме и ограничивает попадание вредных веществ. Как часть 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 дисфункции, что, в свою очередь, может привести к дальнейшим осложнениям.

Структура

Кишечный эпителий – это часть 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 просвета кишечника , клетки эпителиального слоя соединяются плотными соединениями, образуя непрерывную и относительно непроницаемую мембрану.

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). Образовавшись 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, а количество клеток, составляющих эпителиальный слой, остается постоянным.

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:

• 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 поверхности слизистой в десять раз. (Кишечные ворсинки)
• Микроворсинки, покрывающие апикальную поверхность энтероцитов, увеличивают абсорбирующую 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 .

Типы клеток

Стволовые клетки, расположенные в основании крипт, производят семь различных типов клеток. Каждый тип созревает в соответствии со своей конкретной программой дифференциации по мере того, как он мигрирует вверх и из крипты. Многие гены, необходимые для дифференцировки в различные типы эпителиальных клеток, были идентифицированы и охарактеризованы (см. Эту таблицу ). Типы клеток производства являются: энтероциты , бокаловидные клетки , энтероэндокринные клетки , клетки Paneth , микроскладка клетка , чашки клетка и клочки клетка . Их функции перечислены здесь:

• Энтероциты наиболее многочисленны и функционируют в первую очередь для усвоения 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 слой слизи, 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 и известны как клетки нейроподов .
• Клетки Панета продуцируют антимикробные пептиды, такие как бета- дефенсин человека .
• 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 .
• Чашечные клетки представляют собой особый тип клеток, но функция неизвестна.
• Клетки пучка играют роль в иммунном ответе.

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

Структурные компоненты клеточных переходов

Важные для барьерной функции кишечного эпителия, его клетки надежно соединены между собой четырьмя типами соединений ( соединениями клеток ), которые можно идентифицировать на ультраструктурном уровне:

• Щелевые соединения
• Десмосомы
• Адгезивные соединения
• Узкие стыки

Щелевые соединения

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 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 белков трансмембранной адгезии семейства кадгеринов , связывают соседние клетки вместе через их цитоскелеты . Десмосомы оставляют промежуток в 30 нанометров между клетками.

Адгезивные соединения

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 их роли в связывании соседних клеток, эти комплексы важны для регулирования миграции эпителия, полярности клеток и образования других комплексов соединения клеток.

Узкие стыки

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

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).

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.

Плотные соединения обеспечивают узкую, но поддающуюся модификации изоляцию между соседними клетками в эпителиальном слое и, таким образом, обеспечивают селективный межклеточный 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. Они функционируют, чтобы облегчить прохождение небольших ионов и водорастворимых веществ через межклеточное пространство, предотвращая прохождение люминальных антигенов, микроорганизмов и их токсинов.

Физиология

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

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

Традиционно клетки крипт рассматривались в первую очередь как секреторные клетки, в то время как энтероциты считались преимущественно абсорбирующими. Однако недавние исследования поставили под сомнение это классическое функциональное разделение и показали, что как поверхностные, 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 пищеварения углеводов и белков просвета. Полученные таким образом моносахариды и аминокислоты впоследствии транспортируются через эпителий кишечника и, в конечном итоге, попадают в кровоток.

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. Регулируемая избирательная проницаемость осуществляется двумя основными путями: трансцеллюлярным (трансэпителиальным) и параклеточным.

Трансцеллюлярная проницаемость

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

Парацеллюлярная проницаемость

Межклеточная проницаемость зависит от транспорта через промежутки между эпителиальными клетками. Он регулируется клеточными соединениями, которые расположены 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 эпителием кишечника, отделяет внешнюю среду (содержимое просвета кишечника ) от тела и является наиболее обширной и важной поверхностью слизистой оболочки тела.

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. 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 питательных веществ , электролитов , воды и различных других полезных веществ из просвета кишечника.

Когда целостность барьера нарушена, проницаемость кишечника увеличивается, и может происходить неконтролируемый проход 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.

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 . 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

Нарушение целостности кишечного эпителия играет ключевую патогенную роль в воспалительном заболевании кишечника (ВЗК). Изменения в составе кишечной микробиоты – важный экологический фактор в развитии ВЗК. Вредные изменения кишечной микробиоты вызывают неадекватный (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 чрезмерным иммунным ответом на кишечную микробиоту, вызывающим дефекты функции эпителиального барьера.

Смотрите также

• Барьер слизистой оболочки кишечника
• Кишечная проницаемость

Рекомендации