Кишечный эпителий представляет собой один слой клеток , который образует просветную поверхность (выстилку) как тонкой , так и толстой кишки (толстой кишки) желудочно -кишечного тракта . Состоит из простого столбчатого эпителия, его основными функциями являются всасывание и секреция. Полезные вещества всасываются в организм, а попадание вредных ограничивается. Секреты включают муцины и пептиды .
Всасывающие клетки тонкой кишки известны как энтероциты , а в толстой кишке — колоноциты . Другими типами клеток являются секреторные клетки: бокаловидные клетки , клетки Панета , энтероэндокринные клетки и клетки Тафта . Клетки Панета в толстой кишке отсутствуют. [1] [2]
В рамках своей защитной функции кишечный эпителий образует важный компонент барьера слизистой оболочки кишечника . Некоторые 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.
Эпителий кишечника является частью слизистой оболочки. Эпителий представляет собой простой кубовидный эпителий, состоящий из одного слоя клеток, в то время как два других слоя слизистой оболочки, собственная пластинка слизистой оболочки и мышечная оболочка слизистой оболочки , поддерживают эпителиальный слой и сообщаются с ним. Чтобы надежно удерживать содержимое просвета кишечника , клетки эпителиального слоя соединяются между собой плотными соединениями , образуя таким образом сплошную и относительно непроницаемую мембрану.
Эпителиальные клетки непрерывно обновляются каждые 4–5 дней в процессе клеточного деления, созревания и миграции. Обновление зависит от пролиферативных клеток ( стволовых клеток ), которые расположены в криптах (основаниях) кишечных желез (эпителиальные инвагинации в подлежащую соединительную ткань). [3] После формирования у основания новые клетки мигрируют вверх и из крипты, попутно созревая. В конце концов они подвергаются апоптозу и выделяются в просвет кишечника. [4] Таким образом, слизистая оболочка кишечника постоянно обновляется, в то время как количество клеток, составляющих эпителиальный слой, остается постоянным. [5]
В тонком кишечнике слой слизистой оболочки специально приспособлен для обеспечения большой площади поверхности для максимального всасывания питательных веществ. Расширение поглощающей поверхности в 600 раз больше, чем у простой цилиндрической трубки, достигается за счет трех анатомических особенностей: [6]
Щеточная кайма на апикальной поверхности эпителиальных клеток покрыта гликокаликсом , который состоит из олигосахаридов , прикрепленных к мембранным гликопротеинам и гликолипидам . [7]
Различные типы клеток производятся стволовыми клетками, расположенными в основании крипт. [8] Каждый тип созревает в соответствии со своей конкретной программой дифференциации по мере миграции вверх и из склепа. Многие гены, необходимые для дифференцировки в различные типы эпителиальных клеток, были идентифицированы и охарактеризованы. Образуются следующие типы клеток: энтероциты (тонкая кишка) (известные как колоноциты в толстой кишке), бокаловидные клетки , энтероэндокринные клетки , клетки Панета , клетки микроскладок , чашечные клетки и клетки пучка . Их функции перечислены здесь: [9]
Распределение различных типов эпителиальных клеток по всему пищеварительному тракту варьируется в зависимости от функции этого региона. [5]
Важным для барьерной функции кишечного эпителия является то, что его клетки надежно соединены между собой четырьмя типами клеточных соединений , которые можно идентифицировать на ультраструктурном уровне: [16] [17]
Щелевые соединения позволяют соседним клеткам находиться на расстоянии 2 нанометров друг от друга. Они образованы несколькими гомологичными белками, кодируемыми семейством генов коннексина , которые объединяются, образуя мультибелковый комплекс . Молекулярная структура этого комплекса имеет форму гексамера . Комплекс, встроенный в клеточные мембраны двух соединенных клеток, образует разрыв или канал в середине шести белков. Этот канал позволяет различным молекулам , ионам и электрическим импульсам проходить между двумя клетками. [18]
Эти комплексы, состоящие из белков трансмембранной адгезии семейства кадгеринов , связывают соседние клетки вместе через их цитоскелет . [19] Десмосомы оставляют зазор в 30 нанометров между клетками. [18]
Адгерентные соединения, также называемые адгерентами зонулы, представляют собой мультибелковые комплексы, образованные белками семейств катенинов и кадгеринов. Они расположены в мембране в местах контакта между клетками. Они образуются в результате взаимодействия между внутриклеточными адаптерными белками, трансмембранными белками и актиновым цитоскелетом клеток. Помимо своей роли в соединении соседних клеток, эти комплексы важны для регуляции миграции эпителия, полярности клеток и образования других комплексов клеточных соединений. [17]
Плотные соединения, также называемые zonula occludens, являются наиболее важными компонентами кишечного эпителия, обеспечивающими его барьерную функцию. [20] Эти комплексы, образованные в основном членами семейств клаудинов и окклюдинов , состоят примерно из 35 различных белков, [16] образуют кольцеобразную непрерывную ленту вокруг клеток и расположены вблизи границ латеральной и апикальной мембран. . [17]
Внеклеточные домены трансмембранных белков в соседних клетках перекрестно соединяются, образуя плотное соединение. Эти взаимодействия включают взаимодействия между белками в одной мембране («цис») и белками в соседних клетках («транс»). Кроме того, взаимодействия могут быть гомофильными (между одинаковыми белками) или гетерофильными (между разными белками). [17]
Подобно слипчивым соединениям, внутриклеточные домены плотных соединений взаимодействуют с различными каркасными белками , адаптерными белками и сигнальными комплексами, регулируя связывание цитоскелета, полярность клеток, передачу сигналов в клетках и транспорт пузырьков. [17]
Плотные соединения обеспечивают узкую, но модифицируемую изоляцию между соседними клетками эпителиального слоя и тем самым обеспечивают селективный парацеллюлярный транспорт растворенных веществ. [17] Раньше считалось, что плотные соединения являются статическими структурами, но теперь известно, что они динамичны и могут изменять размер отверстий между клетками и тем самым адаптироваться к различным состояниям развития, физиологии и патологиям. [20] Они функционируют как селективный и полупроницаемый парацеллюлярный барьер между апикальным и базолатеральным отделами эпителиального слоя. Они действуют, облегчая прохождение небольших ионов и водорастворимых растворов через парацеллюлярное пространство, предотвращая при этом прохождение просветных антигенов, микроорганизмов и их токсинов. [17]
Эпителий кишечника имеет сложную анатомическую структуру, которая обеспечивает моторику и координацию пищеварительных, всасывающих, иммунологических и нейроэндокринных функций. [21]
Слизь , выделяемая бокаловидными клетками, действует как смазка и защищает слой эпителиальных клеток от раздражения содержимым слизистой оболочки. [22]
Традиционно клетки крипт рассматривались в первую очередь как секреторные клетки, тогда как энтероциты считаются преимущественно абсорбирующими. Однако недавние исследования поставили под сомнение это классическое функциональное разделение и показали, что как поверхностные, так и криптовые клетки могут выполнять как секреторную, так и абсорбирующую функции и что фактически эти функции могут выполняться одновременно. [23] [24]
На щеточной кайме апикальной поверхности энтероцитов находится гликокаликс , который представляет собой рыхлую сеть, состоящую из боковых цепей олигосахаридов интегральных мембранных гидролаз и других ферментов, необходимых для переваривания белков и углеводов. Эти гликопротеины , гликолипиды и ферменты катализируют заключительные стадии пищеварения углеводов и белков в просвете. Полученные таким образом моносахариды и аминокислоты впоследствии транспортируются через эпителий кишечника и в конечном итоге попадают в кровоток . [7]
Всасывание электролитов и воды является одной из важнейших функций пищеварительного тракта. Водопоглощение пассивное и изотоническое – зависит от скорости и направления потока растворенного вещества. Другими факторами, влияющими на всасывание жидкости, являются осмолярность и конкретный отдел кишечника. [21] Регулируемая селективная проницаемость осуществляется двумя основными путями: трансклеточным (трансэпителиальным) и парацеллюлярным. [17]
Это заключается в специфическом транспорте растворенных веществ через эпителиальные клетки. Он преимущественно регулируется деятельностью специализированных транспортеров, которые транспортируют определенные электролиты, аминокислоты, сахара, короткоцепочечные жирные кислоты и другие молекулы в клетку или из нее. [17]
Парацеллюлярная проницаемость зависит от транспорта через пространства, существующие между эпителиальными клетками. Он регулируется клеточными соединениями, локализованными в ламинальных мембранах клеток. [17] Это основной путь пассивного потока воды и растворенных веществ через эпителий кишечника. Регуляция зависит от межклеточных плотных контактов, которые оказывают наибольшее влияние на парацеллюлярный транспорт. [25] Исследования с использованием электронного микроскопа показали, что электрическое сопротивление эпителиальных слоев зависит от сложности и количества филаментов внутри трансмембранных белковых комплексов с плотными соединениями. [21] Кроме того, сопротивление плазматической мембраны и переменная трансмембранная проводимость эпителиальных клеток также могут модулировать функцию парацеллюлярного пути. [21]
Барьер, образованный кишечным эпителием, отделяет внешнюю среду (содержимое просвета кишечника ) от организма [17] и является наиболее обширной и важной слизистой поверхностью организма. [20]
Эпителий кишечника выполняет несколько важнейших 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. [26] С одной стороны, он действует как барьер, предотвращающий проникновение вредных веществ, таких как чужеродные антигены , токсины и микроорганизмы . [16] [17] С другой стороны, он действует как селективный фильтр, который облегчает поглощение пищевых питательных веществ , электролитов , воды и различных других полезных веществ из просвета кишечника. [17]
При потере целостности барьера проницаемость кишечника увеличивается и может произойти 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. [21]
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 способствуют функционированию иммунной системы . [27] [28] Таким образом, кишечный эпителий не только служит физическим барьером, отделяющим просвет кишечника от собственно тела, но также выполняет функции распознавания патогенов как часть внутренней иммунной системы .
Потеря целостности кишечного эпителия играет ключевую патогенетическую роль при воспалительных заболеваниях кишечника (ВЗК). [29] Изменения в составе кишечной микробиоты являются важным фактором окружающей среды в развитии ВЗК. Вредные изменения микробиоты кишечника вызывают неадекватный (неконтролируемый) иммунный ответ , который приводит к повреждению эпителия кишечника. Нарушения этого критического барьера (кишечного эпителия) способствуют дальнейшей инфильтрации микробиоты, что, в свою очередь, вызывает дальнейшие иммунные реакции. ВЗК — это многофакторное заболевание, которое, тем не менее, частично обусловлено чрезмерным иммунным ответом на микробиоту кишечника, вызывающим дефекты барьерной функции эпителия. [30]
Желчные кислоты являются нормальными компонентами просветного содержимого желудочно -кишечного тракта , где они могут действовать как физиологические детергенты и регуляторы гомеостаза эпителия кишечника . [31] Чрезмерное длительное воздействие желчных кислот на эпителиальные клетки кишечника может вызвать окислительный стресс , приводящий к окислительному повреждению ДНК и канцерогенным мутациям . [32]
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )