腸上皮

腸上皮
単純円柱上皮細胞
腸上皮の細胞の種類
識別子
メッシュ	D007413
ＦＭＡ	15695 17229, 15695
解剖学用語 [Wikidataで編集]

腸上皮は、消化管の小腸と大腸（結腸）の両方の内腔表面（内層）を形成する単一の細胞層です。単純な円柱上皮で構成され、その主な機能は吸収と分泌です。有用な物質は体内に吸収され、有害物質の侵入は制限されます。分泌物にはムチンやペプチドが含まれます。

小腸の吸収細胞は腸上皮細胞と呼ばれ、大腸の吸収細胞は結腸上皮細胞と呼ばれます。その他の細胞の種類には、分泌細胞（杯細胞、パネート細胞、腸内分泌細胞、タフト細胞）があります。パネート細胞は結腸には存在しません。^{[1] [2]}

腸上皮は、その保護機能の一環として、腸粘膜バリアの重要な構成要素を形成します。特定の疾患や症状は、腸上皮の機能的欠陥によって引き起こされます。一方、さまざまな疾患や症状が腸上皮の機能不全を引き起こし、それがさらなる合併症を引き起こす可能性があります。

腸上皮は粘膜内層の一部です。上皮は単層の細胞からなる単純な立方上皮で、粘膜の他の 2 つの層である粘膜固有層と粘膜筋板は上皮層を支え、連絡しています。腸管腔の内容物を安全に保持するために、上皮層の細胞は密着結合によって結合し、連続的で比較的不浸透性の膜を形成します。

上皮細胞は、細胞分裂、成熟、移動のプロセスを通じて、4～5日ごとに継続的に更新されます。更新は、腸腺の陰窩（基底部）（下層の結合組織への上皮陥入）に存在する増殖細胞（幹細胞）に依存しています。 ^[3]基底部で形成された後、新しい細胞は上方に移動し、陰窩から出て、途中で成熟します。最終的に、それらはアポトーシスを起こし、腸腔に剥がれ落ちます。^[4]このようにして、腸の内壁は常に更新され、上皮層を構成する細胞の数は一定に保たれます。^[5]

小腸では、粘膜層は栄養素の吸収を最大化するために大きな表面積を提供するように特別に適応しています。単純な円筒形の管の600倍の吸収表面積の拡大は、3つの解剖学的特徴によって達成されます。^[6]

• 円形のひだは横方向のひだであり、管腔内容物の通過を遅くし、総表面積を 3 倍に拡大する役割を果たします。
• 絨毛と腸腺は粘膜の表面積を10倍に増やす働きをします。（腸絨毛）
• 腸管上皮細胞の頂端面を覆う微絨毛は、吸収表面積を 20 倍に増加させます。これらの多数の微細な (直径 100 ナノメートル) 指状突起が波状の刷子縁を形成します。

上皮細胞の頂端面にある刷子縁は糖衣で覆われており、糖衣は膜糖タンパク質と糖脂質に結合したオリゴ糖で構成されています。^[7]

異なる細胞型は、陰窩の基部に存在する幹細胞によって生成される。^[4]それぞれの種類は、陰窩から上方および外方に移動しながら、特定の分化プログラムに従って成熟する。異なる上皮細胞型への分化に必要な遺伝子の多くは、特定され、特徴付けられている。生成される細胞型は、腸上皮細胞（小腸）（結腸では結腸細胞として知られる）、杯細胞、腸内分泌細胞、パネート細胞、ミクロヒド細胞、カップ細胞、および房細胞である。それらの機能は以下のとおりである。^[8]

• 腸管上皮細胞（小腸内）は結腸内では結腸細胞として知られ、最も数が多く、主に栄養吸収の役割を果たします。腸管上皮細胞は、その外腔表面に多くの異化酵素を発現し、分子を細胞への取り込みに適したサイズに分解します。腸管上皮細胞に取り込まれる分子の例としては、イオン、水、単糖、ビタミン、脂質、ペプチド、アミノ酸などがあります。
• 杯細胞は粘液層を分泌し、上皮を管腔内容物から保護します。
• 腸内分泌細胞は、セクレチン、パンクレオザイミン、エンテログルカゴンなど、さまざまな消化管ホルモンを分泌します。感覚腸管上皮細胞のサブセットは神経とシナプスを形成し、^[9]神経足細胞として知られています。^[10]
• パネート細胞はヒトαディフェンシンなどの抗菌ペプチドを産生する。^{[11] [12]}
• マイクロフォールド細胞（一般に M 細胞と呼ばれる）は、内腔から抗原をサンプリングし、粘膜に関連するリンパ組織（MALT）に送達します。小腸では、M 細胞はパイエル板に関連しています。
• カップ細胞はビメンチンを産生する独特な細胞タイプである。^[13]
• 房細胞は免疫反応において重要な役割を果たしている。^[13]

消化管全体にわたって、さまざまな種類の上皮細胞の分布は、その領域の機能に応じて異なります。^[5]

腸上皮のバリア機能にとって重要な、腸上皮細胞は超微細構造レベルで識別できる4種類の細胞接合部によってしっかりと結合している：^{[14] [15]}

• ギャップ結合
• デスモソーム
• 接着結合
• タイトジャンクション

ギャップ結合は、隣接する細胞を互いに 2 ナノメートル以内に近づけます。これは、コネキシン遺伝子ファミリーによってコード化されたいくつかの相同タンパク質が集まって多タンパク質複合体を形成することによって形成されます。この複合体の分子構造は六量体です。結合した 2 つの細胞の細胞膜に埋め込まれた複合体は、6 つのタンパク質の中央にギャップまたはチャネルを形成します。このチャネルにより、さまざまな分子、イオン、電気インパルスが 2 つの細胞間を通過できるようになります。^[16]

これらの複合体は、カドヘリンファミリーの膜貫通接着タンパク質で構成されており、細胞骨格を介して隣接する細胞を結合します。^[17]デスモソームは細胞間に30ナノメートルの隙間を残します。^[16]

接着結合は接着帯とも呼ばれ、カテニンおよびカドヘリンファミリーのタンパク質によって形成される多タンパク質複合体である。細胞間の接触点の膜に位置する。細胞内アダプタータンパク質、膜貫通タンパク質、および細胞のアクチン細胞骨格間の相互作用によって形成される。隣接細胞を結合する役割の他に、これらの複合体は上皮細胞の移動、細胞極性、および他の細胞接合複合体の形成を制御するために重要である。^[15]

タイトジャンクションは、腸管上皮のバリア機能にとって最も重要な構成要素であり、ゾヌラオクルデンとも呼ばれます。^{[18]これらの複合体は、主に}クローディンファミリーとオクルディンファミリーのメンバーから形成され、約35種類のタンパク質で構成され、^[14]細胞の周りにリング状の連続リボンを形成し、側膜と頂端膜の境界付近に位置しています。^[15]

隣接する細胞内の膜貫通タンパク質の細胞外ドメインは、相互に接続して密閉構造を形成する。これらの相互作用には、同じ膜内のタンパク質（「シス」）と隣接する細胞内のタンパク質（「トランス」）間の相互作用が含まれる。さらに、相互作用は同種親和性（同一のタンパク質間）または異種親和性（異なるタンパク質間）である可能性がある。^[15]

接着結合と同様に、タイトジャンクションの細胞内ドメインは、さまざまな足場タンパク質、アダプタータンパク質、シグナル伝達複合体と相互作用して、細胞骨格の連結、細胞極性、細胞シグナル伝達、膀胱輸送を制御します。^[15]

タイトジャンクションは、上皮層の隣接する細胞間に狭いが変更可能なシールを提供し、それによって溶質の選択的な細胞間輸送を提供します。^[15]タイトジャンクションは以前は静的な構造であると考えられていましたが、現在では動的であることがわかっており、細胞間の開口部のサイズを変更して、さまざまな発達状態、生理学、病理学に適応することができます。^[18]タイトジャンクションは、上皮層の頂端側と基底外側の区画間の選択的かつ半透性の細胞間バリアとして機能します。タイトジャンクションは、細胞間空間を通過する小さなイオンと水溶性溶質の通過を促進し、管腔内の抗原、微生物、およびその毒素の通過を防ぐように機能します。^[15]

腸上皮は複雑な解剖学的構造を持ち、運動を促進し、消化、吸収、免疫、神経内分泌機能を協調させます。^[19]

杯細胞から分泌される粘液は潤滑剤として働き、粘膜内容物からの刺激から上皮細胞層を保護します。^[20]

伝統的に、陰窩細胞は主に分泌細胞であると考えられており、腸管上皮細胞は主に吸収細胞であると考えられてきました。しかし、最近の研究では、この古典的な機能分割に疑問が投げかけられ、表面細胞と陰窩細胞の両方が分泌機能と吸収機能の両方を果たすことができ、実際にはこれらの機能が同時に発生する可能性があることが示されました。^{[21] [22]}

腸管上皮細胞の頂端面の刷子縁を覆うのはグリコカリックスで、これはタンパク質や炭水化物の消化に必須の膜貫通型加水分解酵素やその他の酵素のオリゴ糖側鎖で構成された緩やかなネットワークです。これらの糖タンパク質、糖脂質、酵素は、管腔内の炭水化物とタンパク質の最終消化段階を触媒します。このようにして生成された単糖類とアミノ酸は、その後、腸管上皮を通過して最終的に血流に輸送されます。^[7]

電解質と水の吸収は、消化管の最も重要な機能の1つです。水の吸収は受動的かつ等張性であり、溶質の流れの速度と方向に依存します。水分吸収に影響を与える他の要因は、浸透圧と特定の腸領域です。^[19]制御された選択的透過性は、経細胞（経上皮）経路と傍細胞経路という2つの主要な経路を通じて行われます。^[15]

これは上皮細胞を介した溶質の特定の輸送から成ります。これは主に、特定の電解質、アミノ酸、糖、短鎖脂肪酸、その他の分子を細胞内外に輸送する特殊な輸送体の活動によって制御されます。^[15]

細胞間透過性は、上皮細胞の間にある空間を通る輸送に依存します。これは、細胞の層膜に局在する細胞接合によって制御されます。^[15]これは、腸上皮を横切る水と溶質の受動的な流れの主な経路です。制御は、細胞間輸送に最も影響を与える細胞間タイトジャンクションに依存します。^[23] 電子顕微鏡を使用した研究では、上皮層の電気抵抗は、タイトジャンクション膜貫通タンパク質複合体内のフィラメントの複雑さと数に依存することが示されました。^[19]また、上皮細胞の細胞膜抵抗と可変膜貫通コンダクタンスも、細胞間経路の機能を調節することができます。^[19]

腸管上皮によって形成されるバリアは、外部環境（腸管腔の内容物）を体から隔離し^[15] 、体の中で最も広範かつ重要な粘膜表面である。 ^[18]

腸上皮は、自然免疫と獲得免疫の両方の特徴を示し、いくつかの重要な機能を果たします。腸上皮は細胞内外の環境を綿密に監視し、近隣の細胞にメッセージを伝達し、必要に応じて能動的な防御および修復措置を迅速に開始します。^[24]一方では、バリアとして機能し、外来抗原、毒素、微生物などの有害物質の侵入を防ぎます。^{[14] [15]}他方では、腸管腔からの食事中の栄養素、電解質、水、その他のさまざまな有益な物質の吸収を促進する選択フィルターとして機能します。 ^[15]

バリアの完全性が失われると、腸の透過性が高まり、有害物質が制御不能に通過する可能性があります。これにより、個人の遺伝的素因に応じて、腸自体または他の臓器内で炎症、感染症、アレルギー、自己免疫疾患、または癌が発生する可能性があります。^[19]

腸管上皮細胞は主に消化器系の一部として機能しますが、Toll様受容体やヌクレオチドオリゴマー化ドメインタンパク質も発現しており、多様な種類の微生物を認識して免疫系の機能に寄与しています。^{[25] [26]}このように、腸管上皮は腸管腔と体全体を隔てる物理的なバリアとして機能するだけでなく、内因性免疫系の一部として病原体認識機能も果たしています。

腸上皮の完全性の喪失は、炎症性腸疾患（IBD）の重要な病原性役割を果たしている。^[27]腸内微生物叢の構成の変化は、IBDの発症における重要な環境要因である。腸内微生物叢の有害な変化は、不適切な（制御されていない）免疫反応を誘発し、腸上皮の損傷につながる。この重要なバリア（腸上皮）に亀裂が生じると、微生物叢のさらなる浸潤が可能になり、それがさらに免疫反応を引き起こす。IBDは多因子疾患であるが、腸内微生物叢に対する過剰な免疫反応が上皮バリア機能の欠陥を引き起こすことが一因である。^[28]

胆汁酸は消化管の内腔内容物の正常な成分であり、生理的洗浄剤や腸上皮恒常性の調節剤として作用する。^[29]腸上皮細胞が胆汁酸に長期間過剰に曝露されると、酸化ストレスを引き起こし、酸化DNA損傷や発がん性変異を引き起こす可能性がある。^[30]

• 腸粘膜バリア
• 腸管透過性