上皮の再生とターンオーバー

上皮は体内で最も急速に再生する組織の一つです。露出した表面に位置するため、その細胞は継続的に失われ、補充される必要があります。このプロセスは、常在する幹細胞と前駆細胞によって推進されます。再生はバリアを無傷に保ちながら、組織が損傷後に修復することを可能にし、ターンオーバーの速度は異なる上皮間で大きく異なります。

Definition

上皮の再生とターンオーバーとは、常在する幹細胞および前駆細胞の増殖と分化によって、表面から失われた上皮細胞が継続的に補充され、組織の恒常性を維持し、修復を可能にするプロセスです。

Scope

このトピックは、上皮のターンオーバーの概念、それを維持する幹細胞および前駆細胞システム（腸陰窩と表皮をよく研究されたモデルとして）、恒常性を維持する増殖と分化のバランス、および損傷後の修復を扱います。これらは組織学および細胞生物学の参考資料として扱われ、臨床的ガイダンスとしては扱われません。

Core questions

• なぜ上皮は継続的な再生を必要とするのか、そしてその速度はどのくらいか？
• 腸や皮膚などの組織において、上皮幹細胞はどこに位置しているのか？
• 増殖と分化のバランスはどのように維持されているのか？
• 損傷後の上皮修復は通常のターンオーバーとどのように関連しているのか？

Key concepts

• 組織のターンオーバーと再生速度
• 幹細胞とトランジット増幅（前駆）細胞
• 腸陰窩-絨毛軸
• 表皮の基底層を幹細胞区画として
• 増殖と分化のバランス（恒常性）
• 損傷後の修復
• 幹細胞オルガノイド（in vitroでの陰窩-絨毛構造）

Key theories

腸上皮再生の単一説（単一起源説）

ChengとLeblondは、小腸上皮のいくつかの分化した細胞型がすべて陰窩内の共通の幹細胞集団に由来すると提唱しました。このモデルは後に陰窩幹細胞の同定によって支持されました。

Mechanisms

再生する上皮では、明確な区画にある幹細胞が分裂して、増殖するトランジット増幅前駆細胞を生み出し、これらの前駆細胞は表面に向かって移動するにつれて分化し、そこで成熟した細胞が脱落します。ChengとLeblond（1974）は、小腸上皮の分化した細胞が共通の陰窩起源を持つという単一説を提唱しました。その後の研究により、Lgr5を発現する陰窩基底円柱細胞が常在幹細胞として同定され（Barker et al., 2007）、単一のそのような細胞が培養下で自己組織化する陰窩-絨毛オルガノイドを生成できることが示されました（Sato et al., 2009）。表皮では、基底層の幹細胞が重層上皮の継続的な上方への補充を維持しています（Blanpain and Fuchs, 2009）。これらの幹細胞システムの生涯にわたる活動は、上皮の恒常性を加齢や癌にも関連付けています（Rossi et al., 2008）。

Clinical relevance

急速に再生する上皮は、分裂細胞を標的とする損傷に敏感であり、秩序だった再生の障害は創傷治癒や癌に関連しています。癌はしばしばターンオーバーの高い上皮で発生します。これらの関連性は生物学的背景として要約されており、診断や治療のアドバイスを意図するものではありません。

Evidence & guidelines

ここでの細胞再生の説明は、古典的な標識研究と現代の幹細胞生物学に基づいており、これには陰窩幹細胞の系統追跡による同定やオルガノイド実験が含まれます（Cheng and Leblond, 1974; Barker et al., 2007; Sato et al., 2009; Blanpain and Fuchs, 2009）。

History

20世紀半ばのオートラジオグラフィー標識研究により、腸管内壁のような上皮が継続的に再生することが明らかになり、ChengとLeblond（1974）は共通の陰窩幹細胞の単一説を提唱しました。これらの幹細胞の分子学的同定は2007年にLgr5マーカーによって確立され（Barker et al., 2007）、2009年には単一の幹細胞がオルガノイドを形成することが実証され（Sato et al., 2009）、上皮再生への新しい実験的アプローチが開かれました。

Key figures

• Charles Leblond
• Hazel Cheng
• Hans Clevers
• Nick Barker
• Elaine Fuchs

Seminal works

• cheng-leblond-1974
• barker-2007
• sato-2009

Frequently asked questions

腸上皮はどのくらいの速さで再生しますか？

小腸の内壁は体内で最も急速に再生する組織の一つです。ヒトでは、その表面細胞は通常数日で置き換わり、新しい細胞は陰窩の基部にある幹細胞によって生成されます。

皮膚の表皮を再生する幹細胞はどこにありますか？

表皮の基底層（および毛包などの関連構造）にある幹細胞は分裂し、皮膚表面から継続的に脱落する細胞を補充し、重層上皮を維持しています。