Какие функции выполняют клетки эпителия кишечника

Обновлено: 28.03.2024

Плотные контакты кишечника - строение, структура

Кишечник осуществляет барьерную функцию, которая является важнейшим компонентом иммунной системы человека. Одиночный слой эпителиальных клеток отделяет просвет кишки, в котором находятся мириады микроорганизмов и пищевых антигенов, от эффектора иммунных клеток в lamina propria и внутренней среды организма.

Повреждение этого слоя клеток может привести к патологической стимуляции мукозальной иммунной системы. Разрушение барьера играет значительную роль в патогенезе таких острых заболеваний, как бактериальная транслокация, ведущая к сепсису и полиорганной недостаточности. С разрушением барьера также связано развитие некоторых заболеваний, появляющихся в младенчестве и манифестирующих в более позднем возрасте, например воспалительных заболеваний кишечника, целиакии, а также внекишечных расстройств, например сахарного диабета типа I и атопических заболеваний.

Далее в статьях на нашем сайте МедУнивер представлен обзор структуры и функции плотных контактов кишечного эпителия, а также нарушения этой структуры, приводящего к так называемой «дырявой кишке», которое может играть определенную роль в патогенезе болезней новорожденных и детей старшего возраста. Лучшее понимание структуры плотных контактов поможет предупредить или излечить неонатальную патологию, связанную с «дырявой кишкой».

Желудочно-кишечный эпителий образует барьер, который отделяет внутреннюю среду организма от условий просвета кишечника. Цитоплазматическая мембрана эпителиальных клеток кишечника служит барьером для большинства водорастворимых веществ, а межэпителиальное парацеллюлярное пространство, которое частично закрыто, образует интактный эпителиальный барьер. Эпителиальные клетки кишечника прикрепляются друг к другу с помощью соединительных комплексов, которые находятся на боковых мембранах.

Плотные контакты кишечника

Межэпителиальное соединение включает три основных компонента, имеющих окклюзионные свойства: плотные контакты (TJ), сцепленные контакты и десмосомы.

Плотные контакты, или ZO, представляют собой основной барьер внутри парацеллюлярного пути между эпителиальными клетками кишечника. На электронной микрофотографии TJ определяются как контакты, связывающие клетку с клеткой, что на электронной микрофотографии замороженного среза представлено сплошными рядами трансмембранных белковых частиц.

Комплекс TJ состоит из интегральных белков («привратников»), бляшечных белков, которые прикрепляют комплекс к актин-цитоскелету, цитозольных и нуклеарных белков, регулирующих транскрипцию и, следовательно, проницаемость жидкости в межклеточном пространстве, пролиферацию клетки, полярность клетки и супрессию опухоли. Эта структура комплекса TJ коррелируется с его барьерной функцией.

Комплекс плотных контактов

Компоненты Функция Примеры
Интегральные белки Модулирование проницаемости Окклюдин, клаудин, JAM-1
Бляшечные белки Скрепление комплекса Белки зоны окклюдинов (ZО-1, ZО-2, ZО-3), трансмембраные ассоциированные гуанилилкиназы, инвертированные белки (MAGI-1, MAGI-2, MAGI-3), мульти-PDZ-белки и др.
Цитозольные и нуклеарные белки Координация межклеточной проницаемости для растворимых соединений, пролиферация клеток, полярность клеток и супрессия опухоли Регуляция белков, супрессия опухоли, факторы транскрипции и посттранскрипции
*JAM — соединяющая молекула адгезии; ZО — зона окклюдинов

Состав интегральных белков TJ идентифицирован: окклюдин и белки семейства клаудинов (группа, состоящая по крайней мере из 20 тканеспецифических белков, которые являются основными скрепляющими белками). Клаудины формируют ион-селективные поры в прядях TJ, а окклюдин и соединяющая молекула адгезии могут выполнять адгезивную и/или сигнальную преобразующую функцию.

Таким образом, они взаимодействуют с различными цитозольными комплексами. Ранее считалось, что окклюдин является основным белком, способствующим функции TJ. Однако опыты на мышах показали, что при делеции гена окклюдина у них не исчезала межклеточная структуральная морфология и при электрофизиологической оценке не было изменений барьерной функции кишечника, несмотря на нарушения роста и другие фенотипические аномалии.

В кишечном эпителии клаудин-1 может непосредственно связываться с окклюдином на мембране латерально в пределах одной клетки, но не в межклеточном пространстве. Эти два белка функционируют совместно, выполняют основные функции «привратника», или барьерные функции плотных контактов.

Эти соединительные белки, несущие функцию трансмембранных соединений, взаимодействуют с цитоплазматическими бляшками, которые состоят из различных типов цитозольных белков и функционируют как адаптеры между белками TJ, актином и сократительными элементами миозина в клетке. Действуя сообща, они открывают и закрывают парацеллюлярные соединения.

Функции плотных контактов кишечника

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Врожденный иммунитет кишечника: участие эпителия

Зрелый кишечник имеет особые физиологические функции, основная из которых — участие в пищеварении и всасывании, что обусловливает проницаемость стенки кишечника для нутриентов и жидкостей. Вместе с тем кишечник находится под воздействием целого ряда патологических факторов, например бактерий, пищевых антигенов, физико-химического стресса, связанного с процессами пищеварения и метаболизма бактерий, поэтому данный орган должен быть обеспечен системой защиты от неблагоприятного воздействия.

В целом кишечник должен не только обеспечивать существование комменсальной микрофлоры, но и противостоять угрозе со стороны энтеропатогенных микроорганизмов. Слизистая оболочка кишечника должна быть устойчива к воздействию высоких концентраций экзогенных химических веществ и выраженных отклонений рН, а также обладать способностью реагировать на повреждение тканей, вызванное действием агрессивных факторов.

Кишечник новорожденного ребенка испытывает еще большую нагрузку: он должен успешно преодолеть переход от стерильного органа, лишенного пищеварения и действия продуктов метаболизма, до стадии настоящего «биореактора» уже во взрослом организме. В данной главе описаны процессы, благодаря которым эта динамическая система претерпевает указанные изменения.

Сделан акцент на защитных факторах, которыми обладает кишечник организма хозяина. Особое внимание уделено эпителию, т.е. тем клеткам, которые непосредственно контактируют с содержимым кишечника. Каждый раздел главы будет посвящен одной из трех составляющих врожденного иммунитета: структурным барьерам, имеющим защитное значение, факторам биохимической защиты и индуцируемому воспалительному ответу.

Гистология тонкой кишки

Гистология тонкой кишки

Участие эпителия кишечника в иммунитете

Благодаря слизистой оболочке тонкого и толстого отделов кишечника возможен двусторонний переход жидкости, а также абсорбция нутриентов и ионов. В то же время люминальная поверхность слизистой оболочки кишечника постоянно контактирует с пищеварительной «экосистемой», представленной огромным количеством прокариотических организмов (до 10 11 /мл), включая нормальную микрофлору.

Взаимодействие между эукариотами и прокариотами в ЖКТ носит симбиотический характер. Бактерии обитают в среде, которая богата пищей и отличается постоянством температуры, что позволяет им наилучшим образом выполнять биохимическую функцию, участвуя в метаболизме определенных витаминов и расщеплении желчных кислот.

Поверхность слизистой оболочки, обращенная непосредственно к организму хозяина, представляет собой биологическую систему, очень чувствительную к микроорганизмам и продуктам их жизнедеятельности. Внешняя и внутренняя части слизистой оболочки разделены однослойным цилиндрическим эпителием.

Этот эпителиальный слой имеет площадь примерно 200 м 2 за счет огромного количества инвагинаций (крипт) и эвагинаций (ворсин). Стволовые клетки, расположенные в основании крипт, пролиферируют и дифференцируются в энтероциты, которые затем мигрируют к верхушкам кишечных ворсин, где энтероциты подвергаются апоптозу (аноикису) и занимают свое место в люминальном слое. Процесс обновления всего эпителия происходит каждые 5 дней. Таким образом, способность к пролиферации и саморегенерации поверхностного эпителиального слоя представляет собой одну из форм защиты от его повреждения.

В эмбриологическом и топологическом отношении кишечный эпителий, подобно коже, образует границу с окружающей средой. Как и кожа, монослой эпителия благодаря своим особым физическим свойствам обладает способностью защищать себя от экзогенных воздействий.

Субапикально расположенные соединительные системы способствуют образованию плотных контактов эпителиальных клеток друг с другом, в результате создается барьер, задерживающий даже маленькие молекулы и ионы. Селективно контролируя перенос ионов малого размера через этот монослой, энтероциты используют Сl- и секрецию воды (секреторную диарею) для элиминации нежелательных для организма патогенов или токсинов с люминальной поверхности слизистой оболочки кишечника.

Более того, специализированные энтероциты (бокаловидные клетки) секретируют небольшое количество муцина (смесь сложных гликопротеинов), образующего толстый защитный слой на поверхности слизистой оболочки кишечника. Этот муциновый слой препятствует непосредственному контакту эпителия и микроорганизмов, агрегирует прилипшие бактерии и ускоряет их удаление, воздействуя на скорость продвижения содержимого по кишечнику. Таким образом, зрелому эпителию в некоторой степени свойствен механизм адаптации к факторам, угрожающим состоянию люминального слоя.

Гистология тонкой кишки

Гистология тонкой кишки

Мы приступаем к изучению нового раздела - анатомии, и я не могу ни рассказать вам о происхождении данного слова и терминологии. Анатомия (от греч. ἀνα- «вновь; сверху» + τέμνω - «режу, рублю, рассекаю») - часть морфологии, изучающая внутреннее строение организма.

В свою очередь морфология (от греч. morphe - вид) изучает как внешнее, так и внутреннее строение организма. Таким образом, анатомия - это раздел морфологии. Мы начнем изучение данной науки с описания 4 типов тканей, которые входят в состав внутренних органов. Изучив общую анатомию мы перейдем к частной, поговорим о строении различных систем органов (пищеварительной, дыхательной и т.д.)

Анатомия

Гистология

Гистология (от греч. histos - ткани) - раздел морфологии, изучающий ткани многоклеточных животных. Граница анатомии и гистологии не может быть установлена четко, они обе переходят друг в друга. Микроскопия активно применяется в гистологии как метод изучения.

Ткань - совокупность клеток и межклеточного вещества, объединенных общим строением, происхождением и функциями. Органы состоят из разных тканей, а деятельность всех органов и систем органов направлена на поддержание гомеостаза (от греч. homoios - тот же самый и греч. stasis - неподвижность) - динамического (устойчивого) равновесия в постоянно меняющихся условиях среды.

Существует также университетское определение понятия "ткань", применять его в школе рекомендуется с особой осторожностью (!) в зависимости от состояния учителя. Ткань - это возникшая в эволюции частная система организма, которая состоит из одного или нескольких дифферонов клеток и их производных и обладает специфическими функциями благодаря кооперативной деятельности всех ее элементов.

Дифферон - совокупность клеточных форм от стволовой клетки до высокодифференцированной (например эпителиоцита). По аналогии совокупность всех стадий обучения, начиная от первоклассника (стволовая клетка, не имеющая ни малейшего понятия о своем будущем) и до высококвалифицированного узкого специалиста (врача кардиохирурга), включающая в себя все промежуточные стадии (школьник, студент, ординатор) может считаться диффероном.

Я хочу подарить Вам мое собственное определение, подобные ему особенно ценятся в университете. Ткань - оркестр, в котором струнные, духовые, ударные инструменты играют единую симфонию (Беллевич Ю.)

Определение ткани по Беллевичу Юрию

Отлично зная анатомию и гистологию, вы легко сможете отличить патологическое состояние органа от здорового, будете понимать механизмы развития многих болезней. Приглашаю вас совершить увлекательное путешествие по человеческому организму, в путь! :)

Группы тканей

Все ткани делятся на четыре морфофункциональные группы:

  1. Эпителиальные ткани (к ним относятся и железы)
  2. Соединительные ткани (ткани внутренней среды организма)
  3. Мышечные ткани
  4. Нервная ткань

Эти группы (кроме нервной ткани) подразделяют на те или иные виды тканей.

Эпителиальные ткани (эпителии)
  • Состоят из пластов клеток, плотно прилежащих друг к другу
  • Между клетками практически отсутствует межклеточное вещество
  • Клетки эпителия располагаются на базальной мембране
  • Эпителии не содержат кровеносных сосудов, питание клеток происходит диффузно за счет подлежащей соединительной ткани
  • Клетки содержат белок кератин, который образует цитоскелет эпителиоцитов (кератиноциты - основные клетки эпидермиса)
  • Полярность - в эпителии можно различить базальный и верхушечный (апикальный, от лат. apex - вершина) отделы, отличающиеся по строению

Строение эпителия

Классификация

Покровные и железистые эпителии

Находятся на границе с окружающей средой, обеспечивают транспортную функцию - обмен веществ с окружающей средой. Важное значение имеет их защитная функция.

Эти эпителии выделяют особое вещество - секрет, которое содержит вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма. В железах внутренней секреции клетки секретируют гормоны, которые сразу попадают в кровь. В железах внешней секреции имеются выводные протоки, по которым секрет выводится в полость внутренних органов или в окружающую среду.

Эпителии могут быть однослойными (все клетки связаны с базальной мембраной) и многослойными (с базальной мембраной связаны только клетки нижнего - базального - слоя). Из многослойного эпителия состоит кожа человека, а однослойным эпителием (который прекрасно всасывает вещества!) выстилается тонкий кишечник.

Однослойный эпителий тонкой кишки

Мерцательный (реснитчатый) эпителий выстилает воздухоносные пути. На поверхности клеток данного эпителия расположены реснички, движения которых создают ток жидкости, направленный наружу, в сторону ноздрей.

Известен факт, что с течением длительного времени у курильщиков эти реснички отмирают, образуются участки "лысой слизистой", что затрудняет отток пылевых частиц, слизи из легких. В результате развиваются воспалительные заболевания бронхов, возникает кашель курильщика, практически неизлечимый, так как реснички не восстанавливаются.

Мерцательный эпителий воздухоносных путей

Функции эпителиев

Эпителии отделяют внутреннюю среду от внешней, создают барьер, защищают организм от проникновения в него инфекционных агентов: бактерий, вирусов, простейших.

Через эпителий тонкой кишки всасываются необходимые организму питательные вещества. В то же время через эпителий из организма удаляются продукты обмена веществ.

Эта функция принадлежит железистому эпителию, который располагается в железах внутренней и внешней секреции. Железы могут секретировать гормоны, ферменты.

Внизу представлена железа внешней секреции - молочная железа. На принадлежность к экзокринным железам указывает наличие выводных протоков, по которым секрет перемещается во внешнюю среду.

Молочная железа

Происхождение эпителия
  • Эктодерма - эпидермис кожи, производные кожи (ногти, волосы, потовые, молочные, сальные железы), слюнные железы
  • Мезодерма - эпителий серозных оболочек (брюшина, перикард), эндотелий сосудов (из мезенхимы), эпителий канальцев почек
  • Энтодерма - эпителий желудка, тонкой и почти всей толстой кишки, бронхов, легких, желчного пузыря, мочевого пузыря, мочевыводящих путей

Зародыш человека: эктодерма, мезодерма и энтодерма

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Среда в тонкой (и толстой кишке) - слабощелочная. В ней активируются ферменты кишечника, а ферменты желудка, активные в кислой среде, попав в полость кишки, инактивируются, так как данная среда меняет конформацию их молекул, и они теряют способность расщеплять пищевые частицы.

Тонкая кишка

В тонкой кишке пищеварение представлено двумя видами: пристеночное и полостное. Полостное пищеварение осуществляется в полости тонкой кишки, где ферменты действуют на пищевую массу (на крупные молекулы - полимеры).

После того как крупные молекулы расщепляются на более мелкие (олигомеры), становится возможен следующий этап - пристеночное пищеварение, которое осуществляется на наружной мембране клеток слизистой тонкой кишки.

Полостное и пристеночное пищеварение

Слизистая тонкой кишки отличается наличием особых выростов - ворсинок, которые многократно увеличивают площадь всасывания. После полостного, а затем и пристеночного пищеварения образуются мономеры - мельчайшие частицы пищи, которые всасываются в кровь (в отличие от крупных полимеров).

  • Пищеварение
    • Полостное - в полости кишки
    • Пристеночное - на поверхности эпителия ворсинок

    В тонкой кишке окончательно перевариваются все вещества: белки, жиры и углеводы. Это происходит благодаря кишечным сокам, соку поджелудочной железы и желчи печени - в совокупности здесь присутствуют все необходимые для пищеварения ферменты.

    Всасывание мономеров ворсинками тонкой кишки происходит неодинаково. Аминокислоты, образованные в результате расщепления белков, и простые углеводы всасываются в кровь, а глицерин и жирные кислоты, образованные в результате расщепления жиров, - в лимфу. Лимфатическая система соединяется с кровеносной, поэтому жиры в итоге все равно окажутся в крови.

    Тонкая кишка

    Мышечная стенка тонкой кишки обеспечивает его моторную функцию (лат. mōtor — приводящий в движение). Внутри тонкой кишки пища перемешивается, растирается и постепенно перемещается по направлению к следующему отделу пищеварительной системы - толстой кишке.

    Перемещение пищи происходит благодаря сокращению мускулатуры одних участков кишки, и расслаблению других: возникают перистальтические волны.

    Перистальтика кишечника

    Толстая кишка

    Состоит из слепой, ободочной (восходящей, поперечной, нисходящей, сигмовидной) и прямой кишки. Толстая кишка - конечный отдел пищеварительного тракта, длиной около 1,5 м. Участие в пищеварении толстой кишки незначительно и происходит преимущественно за счет ферментов, попавших в нее из тонкой кишки.

    От слепой кишки отходит червеобразный отросток - аппендикс, воспаление которого называется аппендицит.

    Толстая кишка

    При нормальном пищеварении большая часть расщепленных белков, жиров и углеводов всасываются в тонкой кишке. В толстую кишку поступают непереваренные остатки вместе с растительной клетчаткой, которая ферментами человека не расщепляется.

    Организм человека и других животных для расщепления клетчатки прибегает к необычному маневру. Он вступает в симбиоз с миллионами бактерий, которые заселяют нашу толстую кишку: образуется микрофлора кишечника. Благодаря бактериям в толстой кишке успешно происходит расщепление растительной клетчатки (целлюлозы).

    Бактерии в толстой кишке

    Бактерии синтезируют витамин K, участвующий в процессе свертывания крови. В толстой кишке происходит гниение белков и разрушение не всосавшихся ранее аминокислот. Также здесь происходит формирование каловых масс и всасывание воды: за сутки в толстой кишке всасывается около 4 литров жидкости.

    В состав каловых масс входят: бактерии (до 50% массы), непереваренные остатки пищи, отмершие клетки эпителия. Темный цвет калу придают распавшиеся желчные пигменты.

    Достигнув конечного отдела прямой кишки, каловые массы накапливаются и растягивают ее стенки, что является причиной возникновения позыва к дефекации. Этот процесс находится под контролем коры больших полушарий и происходит произвольно, о чем свидетельствует возможность его контролировать.

    • За счет микрофлоры
      • Расщепление клетчатки
      • Разрушение не всосавшихся аминокислот
      • Синтез витамина K
      Заболевания

      Болезнь Крона - тяжелое воспалительное заболевание, которое может поражать все отделы желудочно-кишечного тракта, начиная от ротовой полости, заканчивая прямой кишкой. В большинстве случаев патологический процесс затрагивает подвздошную кишку и начальный отдел толстой кишки.

      Нарушаются процессы пищеварения и всасывания. Болезни Крона сопутствует слабость, боли в животе, диарея, тошнота, рвота, вздутие кишечника и потеря веса. Причина заболевания остается неизвестной, предполагают роль генетического, инфекционного и аутоиммунного факторов.

      Болезнь Крона

      Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.


      Новость

      Автор
      Редактор

      Статья на конкурс «био/мол/текст»: Муцины — главные гликопротеины слизи, покрывающей дыхательные, пищеварительные и мочеполовые пути. Слизистый слой защищает от инфекций, обезвоживания, физических и химических повреждений, а также играет роль смазки и способствует прохождению веществ по тракту. Но интересно другое: оказывается, по изменению уровня продукции муцинов в эпителиальных клетках различных органов — легких, простаты, поджелудочной железы и других — можно судить о развитии скрытых до поры до времени онкологических процессов. Особенно это актуально при затруднениях в диагностике рака и в определении источника опухолевых клеток при метастазировании.

      Обратите внимание!

      Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.

      Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

      Муцины (от лат. mucus — слизь), или мукопротеины — семейство высокомолекулярных гликопротеинов, содержащих кислые полисахариды. Это семейство очень гетерогенно: молекулярный вес его представителей варьирует в пределах от 0,2 до 10 миллионов дальтон [1]. В своей структуре муцины содержат тандемные повторы из таких аминокислот, как пролин, треонин и серин; именно по двум последним идет гликозилирование [2]. У человека выделяют до 21 вида мукопротеинов, обозначаемых как MUC1, MUC2 и так далее (табл. 1), которые по месту своего расположения в слизи делятся на мембранные и секретируемые формы (рис. 1) [3].

      Секретируемые и мембранные формы муцинов

      Рисунок 1. Секретируемые и мембранные формы муцинов в защитном барьере эпителия. а — Секретируемые муцины формируют поверхностный защитный гель над эпителиальными клетками. MUC2 — самый распространенный муцин слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. б — Трансмембранные муцины экспонируются на поверхности клеток эпителия, где они представляют собой часть гликокаликса. Участки с тандемными повторами аминокислот на N-конце жестко закреплены над гликокаликсом, и при их отрыве у MUC1 и MUC4 открываются субъединицы муцинов, способные передать в клетку стрессовый сигнал. Рисунок из [2].

      Таблица 1. Классификация муцинов и их примерная локализация в организме. Таблица составлена по данным [3].
      Мембранно-связанные муцины:Секретируемые муцины:
      MUC1 — желудок, грудная клетка, желчный пузырь, шейка матки, поджелудочная железа, дыхательные пути, двенадцатиперстная кишка, толстая кишка, почки, глаза, B-клетки, T-клетки, дендритные клетки, эпителий среднего ухаMUC2 — тонкая и толстая кишки, дыхательные пути, глаза, эпителий среднего уха
      MUC3A/В — тонкая и толстая кишки, желчный пузырь, эпителий среднего ухаMUC5B — дыхательные пути, слюнные железы, шейка матки, желчный пузырь, семенная жидкость, эпителий среднего уха
      MUC4 — дыхательные пути, желудок, толстая кишка, шейка матки, глаза, эпителий среднего ухаMUC5AC — дыхательные пути, желудок, шейка матки, глаза, эпителий среднего уха
      MUC12 — желудок, тонкая и толстая кишки, поджелудочная железа, легкие, почки, простата, маткаMUC6 — желудок, двенадцатиперстная кишка, желчный пузырь, поджелудочная железа, семенная жидкость, шейка матки, эпителий среднего уха
      MUC13 — желудок, тонкая и толстая кишки (включая аппендикс), трахея, почки, эпителий среднего ухаMUC7 — слюнные железы, дыхательные пути, эпителий среднего уха
      MUC16 — перитонеальный мезотелий, репродуктивные пути, дыхательные пути, глаза, эпителий среднего ухаMUC19 — сублингвальные и субмандибулярные слюнные железы, дыхательные пути, глаза, эпителий среднего уха
      MUC17 — тонкая и толстая кишки, желудок, эпителий среднего ухаMUC20 — почки, плацента, толстая кишка, легкие, простата, печень, эпителий среднего уха (в некоторых источниках этот муцин относят к мембранно-связанным [1])

      В слизистой оболочке муцины выполняют важную защитную функцию. Они помогают организму очищаться от ненужных субстанций, держать дистанцию от патогенных организмов и даже регулировать поведение микробиоты. В кишечнике, например, мукопротеины участвуют в диалоге между бактериями и эпителиальными клетками слизистой. Микробиота через эпителиальные клетки влияет на продукцию муцинов (рис. 2), а те, в свою очередь, могут участвовать в передаче воспалительных сигналов [4, 5]. К гликанам муцинов прикрепляются бактериофаги, которые тоже вносят свою лепту в регуляцию численности бактерий [6]. Углеводные цепи мукопротеинов прекрасно связывают воду, образуя плотный слой и удерживая таким образом антимикробные белки от смывания в просвет кишечника [7]. Конечно, в слизистой желудочно-кишечного тракта (и не только его) мукопротеины не являются основным защитным механизмом. Помимо муцинов в защите участвуют антимикробные пептиды, секретируемые антитела, гликокаликс и другие структуры.

      Влияние микробиоты

      Рисунок 2. Влияние микробиоты на секрецию слизи. Бактерии — комменсалы толстой кишки в ходе катаболизма неперевариваемых в тонкой кишке углеводов образуют короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA, short-chain fatty acids), такие как ацетат, пропионат и бутират, которые повышают продукцию муцинов и защитную функцию эпителия. Рисунок из [5].

      При длительном стрессовом воздействии на клетку возможна ее раковая трансформация. Под действием стресса клетка может потерять полярность, в результате чего ее апикальные трансмембранные молекулы, среди которых присутствуют и муцины, начнут экспонироваться на базолатеральных поверхностях. В этих местах муцины — нежелательные гости, так как их неспецифическое связывание с другими молекулами и рецепторами может привести к нарушению межклеточных и базальных контактов. MUC4, например, содержит EGF-подобный домен, способный связываться с тирозинкиназным рецептором соседней клетки и приводить к нарушению плотных контактов [2]. Лишенная связи с окружением, деполяризованная клетка имеет все шансы превратиться в раковую, если уже не является ею.

      Структура мукопротеина MUC1

      Рисунок 3. Структура мукопротеина MUC1. СТ — цитоплазматический домен, ТМ — трансмембранный домен. Рисунок из [12].

      В диагностике некоторых видов злокачественных опухолей изучают профиль производимых клетками муцинов. Дело в том, что экспрессия генов разных типов мукопротеинов во время развития организма имеет специфические пространственно- временные рамки. Однако при онкологических заболеваниях часто наблюдают нерегулируемую экспрессию некоторых из этих генов. Например, MUC1 (рис. 3) в определенном количестве является маркером рака мочевого пузыря [8]. При патологии концентрация MUC1 значительно увеличивается, изменяется и структура мукопротеина. Путем воздействия на клеточный метаболизм через тирозинкиназные и другие рецепторы MUC1 усиливает продукцию факторов клеточного роста [8].

      Однако оценка сывороточного уровня MUC1 — не слишком чувствительный, хотя и высокоспецифичный метод диагностики рака мочевого пузыря, для скрининга не подходящий, но для слежения за прогрессией пригодный. Установлено также, что благоприятный исход заболевания связан с гиперпродукцией рецептора к эпидермальному фактору роста HER3 на фоне повышенного содержания MUC1. Только с помощью совокупного анализа этих маркеров можно строить какие-то прогнозы [9].

      Дальнейшие исследования, связанные с этим муцином, будут посвящены изучению влияния взаимодействий MUC1 с различными факторами и рецепторами на течение болезни. Кроме того, уже идентифицирован генный локус, ответственный за синтез молекулы MUC1. Этот локус рассматривают в качестве возможной мишени для проведения генной терапии в целях уменьшения риска развития первичной опухоли и ее метастазирования*.

      * — Подробно о генетической терапии рассказано в статье «Генная терапия против рака» [10].

      Другое исследование выявило, что аномальная экспрессия гена, кодирующего MUC4, является маркером рака поджелудочной железы. Ген этого муцина заметно экспрессировался именно в раковых клетках, но не в тканях нормальной или даже воспаленной железы (при хроническом панкреатите). В качестве основного диагностического метода ученые использовали ПЦР с обратной транскрипцией. Этим же способом они оценили и уровень синтеза мРНК MUC4 в моноцитарной фракции периферической крови пациентов: ведь именно по крови в случае успеха было бы легче всего проводить скрининг в клиниках. Такой анализ оказался достоверным способом выявления панкреатической аденокарциномы на ранних стадиях. У здоровых людей и при опухолях других органов экспрессию гена MUC4 не фиксировали [11].

      Открытие того факта, что трансмембранные муцины ассоциированы с клеточной трансформацией и могут способствовать развитию опухоли, положило начало новому направлению в изучении противораковых агентов — пока в доклинических исследованиях.

      Увеличение продукции муцинов можно наблюдать при самых разных болезнях, затрагивающих слизистые. Однако в некоторых случаях профиль экспрессии генов разных муцинов, возможно, удастся связать с конкретной патологией. Да и среди многочисленных структурных трансформаций муцинов, характерных для рака, можно выделить те, которые станут наиболее специфичными маркерами для рутинного выявления той или иной опухоли.

      Читайте также: