Intestinální epitel - Intestinal epithelium

Intestinální epitel
Jednoduché sloupcovité epiteliální buňky.png
Jednoduché sloupcovité epiteliální buňky
Anatomická terminologie
Tento článek je součástí série o
Epitel
Dlaždicová epiteliální buňka
Sloupcová epiteliální buňka
Kuboidní epiteliální buňka
Specializovaný epitel
jiný
Layers of the GI Tract english.svg
Tento článek je jedním ze seriálů o
Gastrointestinální stěna
Obecná struktura

The intestinální epitel je vrstva jedné buňky, která tvoří luminální povrch (podšívka) obou malý a tlusté střevo (tlustého střeva) gastrointestinální trakt. Složen z jednoduché sloupcovité epiteliální buňky, slouží dvěma hlavním funkcím: vstřebávání užitečných látek do těla a omezení vstupu škodlivých látek. Jako součást své ochranné role tvoří intestinální epitel důležitou složku střevní slizniční bariéra. Některá onemocnění a stavy jsou způsobeny funkčními defekty ve střevním epitelu. Na druhou stranu mohou různé nemoci a stavy vést k jeho dysfunkci, která zase může vést k dalším komplikacím.

Struktura

Střevní epitel je součástí střevní sliznice vrstva. Epitel se skládá z jedné vrstvy buněk. Další dvě vrstvy sliznice, lamina propria a muscularis sliznice, podporovat a artikulovat epiteliální vrstvu. Bezpečně obsahovat obsah střeva lumen, jsou buňky epiteliální vrstvy spojeny dohromady pomocí těsné spojení čímž se vytvoří souvislá a relativně nepropustná membrána.

Proliferativní kmenové buňky, které se nacházejí ve spodní části střevních žláz, produkují nové epiteliální buňky, které migrují nahoru a ven z krypty. Nakonec se vrhnou do lumen střeva
Výkres ukazující vztah mezi klky a mikroklky tenkého střeva. Luminální povrch enterocytů má mikroklky (1 mikrometr dlouhý), zatímco samotná buněčná vrstva je přeložena, aby vytvořila klky (0,5 - 1,6 milimetrů dlouhé) a krypty. Oba slouží ke zvýšení celkové absorpční plochy střeva.

Epiteliální buňky se nepřetržitě obnovují každých 4–5 dní procesem dělení, zrání a migrace buněk. Obnova závisí na proliferativních buňkách (kmenové buňky ), které sídlí v krypta (základna) střevní žlázy (epiteliální invaginace do podkladové pojivové tkáně).[1] Poté, co se vytvořily na základně, nové buňky migrují nahoru a ven z krypty a cestou dozrávají. Nakonec podstoupí apoptóza a jsou vylučovány do lumen střeva.[2] Tímto způsobem se střevní výstelka neustále obnovuje, zatímco počet buněk tvořících epiteliální vrstvu zůstává konstantní.[3]

V tenkém střevě je slizniční vrstva speciálně upravena tak, aby poskytovala velkou plochu, aby se maximalizovala absorpce živin. Expanze absorpčního povrchu, 600krát větší než u jednoduché válcové trubice, je dosažena třemi anatomickými rysy:[4]

  • Kruhové záhyby jsou příčné záhyby, které zpomalují průchod luminálního obsahu a slouží k trojnásobnému rozšíření celkové povrchové plochy.
  • Klky a střevní žlázy slouží k desetinásobnému zvětšení povrchu sliznice. (Střevní klků)
  • Microvilli pokrytí apikálního povrchu enterocytů zvyšuje absorpční povrch dvacetinásobně. Tyto četné mikroskopické (průměr 100 nanometrů) prstovité projekce tvoří zvlněné okraj kartáče.

Kartáčový okraj na apikálním povrchu epiteliálních buněk je pokryt glykokalyx, který se skládá z oligosacharidy připojený k membránové glykoproteiny a glykolipidy.[5]

Transmisní elektronový mikroskop, obraz tenkého řezu proříznutého epitelovou buňkou. Tento obrázek ukazuje, že luminální povrch (apikální konec) buňky je naplněn mikroklky, které tvoří absorpční povrch. Každý mikrovillus je přibližně 1 mikrometr dlouhý a 0,1 mikrometru v průměru.

Typy buněk

Sedm různých typů buněk je produkováno kmenovými buňkami, které se nacházejí na základně krypt.[6] Každý typ dozrává podle svých specifik diferenciační program jak migruje nahoru a ven z krypty. Bylo identifikováno a charakterizováno mnoho genů nezbytných pro diferenciaci na různé typy epiteliálních buněk (viz stůl ). Vyráběné typy buněk jsou: enterocyty, Pohárové buňky, enteroendokrinní buňky, Panethovy buňky, mikrofold buňky, pohárové buňky a chomáčové buňky. Jejich funkce jsou uvedeny zde:[7]

Distribuce různých typů epiteliálních buněk v celém zažívacím traktu se liší podle funkce dané oblasti.[3]

Strukturní komponenty buněčných spojů

Typy spojení buněk (kliknutím zvětšíte).

Důležité pro bariérovou funkci intstinálního epitelu jsou jeho buňky bezpečně spojeny dohromady čtyřmi typy spojení (buněčné spoje ),[13] které lze identifikovat na ultrastrukturální úroveň:[14]

Mezery na křižovatce

Mezery spojují sousední buňky ve vzdálenosti 2 nanometrů od sebe. Jsou tvořeny několika homologními proteiny kódovanými konexin genová rodina se spojila a vytvořila a multiproteinový komplex. Molekulární struktura tohoto komplexu je ve formě a hexamer. Komplex, který je zabudován do buněčných stěn dvou spojených buněk, vytváří mezeru nebo kanál uprostřed šesti proteinů. Tento kanál umožňuje různé molekuly, ionty a elektrické impulsy, které procházejí mezi dvěma buňkami.[15]

Desmosomy

Tyto komplexy, skládající se z transmembránový adhezní proteiny kadherin rodina, propojte sousední buňky dohromady prostřednictvím jejich cytoskeletony.[16] Desmosomy nechávají mezi buňkami mezeru 30 nanometrů.[15]

Adherens křižovatky

Spoje adherenů, nazývané také zonula adherens, jsou multiproteinové komplexy tvořené bílkovinami katenin a kadherinové rodiny. Jsou umístěny v membráně v kontaktních bodech mezi buňkami. Jsou tvořeny interakcemi mezi intracelulární adaptorové proteiny, transmembránové proteiny a aktinové cytoskelety buněk. Kromě své role při spojování sousedních buněk jsou tyto komplexy důležité pro regulaci migrace epitelu, polarita buněk a tvorba dalších komplexů buněčných spojů.[14]

Těsná spojení

Těsná spojení, nazývaná také zonula occludens, jsou nejdůležitější složkou intestinálního epitelu pro jeho bariérovou funkci.[17] Tyto komplexy, složené převážně z členů claudin a okluzin rodiny, skládající se z asi 35 různých proteinů,[13] tvoří prstencový spojitý pás kolem buněk a jsou umístěny v blízkosti hranic boční a apikální membrány.[14]

Extracelulární domény transmembránových proteinů v sousedních buňkách se vzájemně propojují a vytvářejí těsné spojení. Mezi tyto interakce patří interakce mezi proteiny ve stejné membráně („cis“) a proteiny v sousedních buňkách („trans“). Kromě toho mohou být interakce homofilní (mezi identickými proteiny) nebo heterofilní (mezi různými proteiny).[14]

Podobně jako u adherenských spojení, intracelulární domény těsných spojení interagují s různými proteiny lešení, adaptační proteiny a signální komplexy k regulaci cytoskeletálního propojení, buněčné polarity, buněčné signalizace a vezikálního obchodování.[14]

Těsná spojení poskytují úzké, ale modifikovatelné utěsnění mezi sousedními buňkami v epiteliální vrstvě, a tím zajišťují selektivitu paracelulární transport rozpuštěných látek.[14] I když se dříve myslelo, že jde o statické struktury, je dnes známo, že těsné spoje jsou dynamické a mohou měnit velikost otvoru mezi buňkami, a tím se přizpůsobovat různým stavům vývoje, fyziologii a patologiím.[17] Fungují jako selektivní a semipermeabilní paracelulární bariéra mezi apikálními a bazolaterálními oddíly epiteliální vrstvy. Fungují tak, že usnadňují průchod malých iontů a ve vodě rozpustných rozpuštěných látek paracelulárním prostorem a zároveň zabraňují průchodu luminálních antigenů, mikroorganismů a jejich toxinů.[14]

Fyziologie

Další informace: Propustnost střev

Střevní epitel má složitou anatomickou strukturu, která usnadňuje pohyblivost a koordinované trávicí, absorpční, imunologické a neuroendokrinní funkce.[18]

The sliz vylučovaný pohárkovými buňkami působí jako lubrikant a chrání vrstvu epiteliálních buněk před podrážděním z obsahu sliznice.[19]

Tradičně byly kryptické buňky považovány primárně za sekreční buňky, zatímco enterocyty jsou považovány hlavně za absorpční. Nedávné studie však zpochybnily toto klasické funkční rozdělení a ukázaly, že jak povrchové, tak kryptické buňky mohou vykonávat jak sekreční, tak absorpční funkce a že ve skutečnosti se tyto funkce mohou vyskytovat současně.[20][21]

Příjem živin

Překrytí okraje štětce apikálního povrchu enterocytů je glykokalyx, což je volná síť složená z oligosacharidových postranních řetězců integrálních membránových hydroláz a dalších enzymů nezbytných pro trávení bílkovin a sacharidů. Tyto glykoproteiny, glykolipidy, a enzymy katalyzovat konečné zažívací fáze luminálních sacharidů a bílkovin. The monosacharidy a aminokyseliny takto vyrobené jsou následně transportovány přes střevní epitel a nakonec do krevního řečiště.[5]

Absorpce elektrolytů a vody je jednou z nejdůležitějších funkcí trávicího traktu. Absorpce vody je pasivní a izotonický - v závislosti na rychlosti a směru proudění rozpuštěné látky. Dalšími faktory ovlivňujícími absorpci tekutin jsou osmolarita a specifická oblast střeva.[18] Regulovaná selektivní permeabilita se provádí dvěma hlavními cestami: transcelulární (transepitheliální) cestou a paracelulární cestou.[14]

Transcelulární propustnost

Schéma cest selektivní permeability epiteliálních buněk (červené šipky). Transcelulární (přes buňky) a paracelulární (mezi buňkami) cesty řídí průchod látek mezi lumen střeva a krví.

Skládá se ze specifické přepravy rozpuštěné látky přes epitelové buňky. Je převážně regulován aktivitami specializovaných transportérů, které translokují specifické elektrolyty, aminokyseliny, cukry, mastné kyseliny s krátkým řetězcem a další molekuly do nebo z buňky.[14]

Paracelulární propustnost

Paracelulární permeabilita závisí na transportu mezerami, které existují mezi epiteliálními buňkami. Je regulován buněčnými spoji, které jsou lokalizovány v laminálních membránách buněk.[14] Toto je hlavní cesta pasivního toku vody a rozpuštěných látek přes střevní epitel. Regulace závisí na mezibuněčných těsných spojích, které mají největší vliv na paracelulární transport.[22] Studie využívající elektronový mikroskop ukázaly, že elektrický odpor epiteliálních vrstev závisí na složitosti a počtu vláken v komplexech transmembránových proteinů s těsným spojením.[18] Také plazmatická membrána rezistence a variabilní transmembránová vodivost epiteliálních buněk mohou také modulovat funkci paracelulárních drah.[18]

Funkce

Bariéra tvořená intestinálním epitelem odděluje vnější prostředí (obsah střeva lumen ) z těla[14] a je nejrozsáhlejší a nejdůležitější slizniční povrch těla.[17]

Střevní epitel plní několik zásadních funkcí, přičemž vykazuje vrozené i adaptivní imunitní vlastnosti. Důkladně sleduje své intracelulární a extracelulární prostředí, komunikuje zprávy sousedním buňkám a v případě potřeby rychle iniciuje aktivní obranná a opravná opatření.[23] Na jedné straně působí jako bariéra, která brání vstupu škodlivých látek, jako jsou cizí látky antigeny, toxiny a mikroorganismy.[13][14] Na druhou stranu působí jako selektivní filtr, který usnadňuje příjem stravy živiny, elektrolyty, voda a různé další prospěšné látky z lumen střeva.[14]

Při ztrátě integrity bariéry střevní propustnost může dojít ke zvýšení a nekontrolovanému průchodu škodlivých látek. To může vést, v závislosti na genetické predispozici jedince, k rozvoji zánět, infekce, alergie, autoimunitní onemocnění nebo rakovina - uvnitř samotného střeva nebo jiných orgánů.[18]

Ačkoli primárně fungují jako součást zažívací ústrojí, enterocyty exprimují také střevní epitel mýtné receptory a nukleotidová oligomerizační doména bílkoviny, které rozpoznávají různé typy mikrobů a přispívají k nim imunitní systém funkce.[24][25] Tudíž střevní epitel slouží nejen jako fyzická bariéra oddělující lumen střeva od vlastního těla, ale také plní funkce rozpoznávání patogenů jako součást vnitřní imunitní systém.

Důležitost pro lidské zdraví

Klíčem je ztráta integrity střevního epitelu patogenní role v zánětlivé onemocnění střev (IBD).[26] Změny ve složení střevní mikrobiota jsou důležitým faktorem prostředí při vývoji IBD. Škodlivé změny ve střevní mikroflóře vyvolávají nevhodnou (nekontrolovanou) imunitní odpověď což má za následek poškození střevního epitelu. Porušení této kritické bariéry (střevní epitel) umožňuje další infiltraci mikrobioty, která zase vyvolává další imunitní odpovědi. IBD je multifaktoriální onemocnění, které je nicméně částečně poháněno přehnanou imunitní reakcí na střevní mikroflóru, která způsobuje poruchy funkce epiteliální bariéry.[27]

Viz také

Reference

  1. ^ Clevers H (2013). „Střevní krypta, prototyp kompartmentu kmenových buněk“. Buňka. 154 (2): 274–84. doi:10.1016 / j.cell.2013.07.004. PMID  23870119.
  2. ^ van der Flier, Laurens G .; Clevers, Hans (1. ledna 2009). "Kmenové buňky, samoobnovení a diferenciace ve střevním epitelu". Roční přehled fyziologie. 71: 241–260. doi:10.1146 / annurev.physiol.010908.163145. ISSN  1545-1585. PMID  18808327.
  3. ^ A b Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James (1. ledna 2000). "Střevní architektura a vývoj". Molekulární buněčná biologie (4. vydání). W. H. Freeman. ISBN  978-0716731368.
  4. ^ Khurana (1. ledna 2005). Učebnice lékařské fyziologie. Elsevier Indie. str. 641. ISBN  9788181478504.
  5. ^ A b Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James (1. ledna 2000). „Transport napříč Epitelem“. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  6. ^ Laurens G. van der Flier; Hans Clevers (2009). "Kmenové buňky, sebeobnovení a diferenciace ve střevním epitelu". Roční přehled fyziologie. 71 (1): 241–260. doi:10.1146 / annurev.physiol.010908.163145. PMID  18808327.
  7. ^ Sarmento, Bruno (30. září 2015). Koncepty a modely pro studie propustnosti léčiv: Buňky a tkáně založené na modelech kultivace in vitro. Woodhead Publishing. str. 57–58. ISBN  9780081001141.
  8. ^ Bohórquez, Diego; Liddle, Rodger (2015). "Neuroepiteliální okruh vytvořený inervací senzorických enteroendokrinních buněk". Journal of Clinical Investigation. 125 (2): 782–786. doi:10,1172 / JCI78361. PMC  4319442. PMID  25555217.
  9. ^ Kaelberer, M. Maya; Bohórquez, Diego (2018). „Nervový obvod střeva a mozku pro senzorickou transdukci živin“. Věda. 361 (6408): eaat5236. doi:10.1126 / science.aat5236. PMC  6417812. PMID  30237325.
  10. ^ van Es, Johan H .; Clevers, Hans (16. června 2014). "Panethovy buňky". Aktuální biologie. 24 (12): R547–548. doi:10.1016 / j.cub.2014.04.049. ISSN  1879-0445. PMID  24937274.
  11. ^ Santaolalla R, Abreu MT (2012). „Vrozená imunita v tenkém střevě“. Curr Opin Gastroenterol. 28 (2): 124–9. doi:10.1097 / MOG.0b013e3283506559. PMC  3502878. PMID  22241076.
  12. ^ Gerbe, F; Legraverend, C; Jay, P (září 2012). "Buňky chomáčku střevního epitelu: specifikace a funkce". Buněčné a molekulární biologické vědy. 69 (17): 2907–17. doi:10.1007 / s00018-012-0984-7. PMC  3417095. PMID  22527717.
  13. ^ A b C Khan, Niamat; Asif, Abdul R. (1. ledna 2015). „Regulátory transkripce klaudinů v těsných spojích epitelu“. Zprostředkovatelé zánětu. 2015: 219843. doi: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 .; Hogan, Simon P. (1. července 2009). "Funkce střevní bariéry: molekulární regulace a patogeneze onemocnění". The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 124 (1): 3–22. doi:10.1016 / j.jaci.2009.05.038. ISSN  0091-6749. PMC  4266989. PMID  19560575.
  15. ^ A b Bennett, M. V .; Barrio, L. C .; Bargiello, T. A .; Spray, D. C .; Hertzberg, E .; Sáez, J. C. (1. března 1991). "Mezery mezi spoji: nové nástroje, nové odpovědi, nové otázky". Neuron. 6 (3): 305–320. doi:10.1016 / 0896-6273 (91) 90241-q. ISSN  0896-6273. PMID  1848077.
  16. ^ Nekrasova, Oxana; Green, Kathleen J. (1. listopadu 2013). „Desmosome shromáždění a dynamika“. Trendy v buněčné biologii. 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 .; Wang, Jian-Ying (1. ledna 2010). "Střevní architektura a vývoj". Morgan & Claypool Life Sciences. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  18. ^ A b C d E Fasano, Alessio (1. ledna 2011). „Zonulin a jeho regulace funkce střevní bariéry: biologická brána zánětu, autoimunitě a rakovině“. Fyziologické recenze. 91 (1): 151–175. doi:10.1152 / physrev.00003.2008. ISSN  0031-9333. PMID  21248165.
  19. ^ Allen, Adrian; Flemström, Gunnar (1. ledna 2005). „Bariéra hydrogenuhličitanu hlenu gastroduodenálního: ochrana proti kyselinám a pepsinu“. American Journal of Physiology. Fyziologie buněk. 288 (1): C1–19. doi:10.1152 / ajpcell.00102.2004. ISSN  0363-6143. PMID  15591243.
  20. ^ Geibel, John P. (1. ledna 2005). "Sekrece a vstřebávání kryptami tlustého střeva". Roční přehled fyziologie. 67: 471–490. doi:10,1146 / annurev.physiol.67.031103.153530. ISSN  0066-4278. PMID  15709966.
  21. ^ Binder, Henry J .; Rajendran, Vazhaikkurichi; Sadasivan, Vidyasagar; Geibel, John P. (1. dubna 2005). "Sekrece bikarbonátu: opomíjený aspekt transportu iontů tlustého střeva". Journal of Clinical Gastroenterology. 39 (4 Suppl 2): ​​S53–58. doi:10.1097 / 01.mcg.0000155521.81382.3a. ISSN  0192-0790. PMID  15758660.
  22. ^ Näslund, Erik; Hellström, Per M. (10. září 2007). "Signalizace chuti k jídlu: od střevních peptidů a enterických nervů po mozek". Fyziologie a chování. 92 (1–2): 256–262. doi:10.1016 / j.physbeh.2007.05.017. ISSN  0031-9384. PMID  17582445.
  23. ^ Cario, E (2010). „Hlavu vzhůru! Jak intestinální epitel chrání imunitu bariéry sliznice skrz inflammasom i mimo něj“. Aktuální názor v gastroenterologii. 26 (6): 583–590. doi:10.1097 / MOG.0b013e32833d4b88. PMID  20664345.
  24. ^ Cario, E (2005). "Bakteriální interakce s buňkami střevní sliznice: Toll-like receptory a NOD2". Střevo. 54 (8): 1182–93. doi:10.1136 / gut.2004.062794. PMC  1774880. PMID  15840688.
  25. ^ Abreu, Maria T .; Fukata, Masayuki; Arditi, Moshe (15. dubna 2005). "Signalizace TLR ve střevě ve zdraví a nemoci". Journal of Immunology. 174 (8): 4453–4460. doi:10,4049 / jimmunol.174.8.4453. ISSN  0022-1767. PMID  15814663.
  26. ^ Maloy, Kevin J .; Powrie, Fiona (16. června 2011). "Střevní homeostáza a její rozpad při zánětlivém onemocnění střev". Příroda. 474 (7351): 298–306. doi:10.1038 / příroda10208. ISSN  1476-4687. PMID  21677746.
  27. ^ Coskun, Mehmet (25. srpna 2014). "Střevní epitel u zánětlivých onemocnění střev". Hranice v medicíně. 1: 24. doi:10.3389 / fmed.2014.00024. ISSN  2296-858X. PMC  4292184. PMID  25593900.