Регенерация и обновление эпителия

Эпителий является одной из наиболее быстро обновляющихся тканей в организме. Поскольку эпителиальные клетки находятся на открытых поверхностях, они постоянно теряются и должны заменяться, при этом данный процесс обеспечивается резидентными стволовыми и прогениторными клетками. Обновление поддерживает целостность барьера, позволяя ткани восстанавливаться после повреждения, а скорость обновления значительно варьируется между различными видами эпителия.

Definition

Регенерация и обновление эпителия — это непрерывная замена эпителиальных клеток, утраченных с поверхности, путем пролиферации и дифференцировки резидентных стволовых и прогениторных клеток, поддерживающая тканевой гомеостаз и обеспечивающая восстановление.

Scope

Тема охватывает концепцию обновления эпителия, системы стволовых и прогениторных клеток, которые его поддерживают (на примере кишечной крипты и эпидермиса как хорошо изученных моделей), баланс между пролиферацией и дифференцировкой, поддерживающий гомеостаз, и восстановление после повреждения. Материал представлен как справочник по гистологии и клеточной биологии, а не как клиническое руководство.

Core questions

• Почему эпителию необходимо непрерывное обновление и как быстро оно происходит?
• Где расположены эпителиальные стволовые клетки в таких тканях, как кишечник и кожа?
• Как поддерживается баланс между пролиферацией и дифференцировкой?
• Как восстановление эпителия после повреждения связано с нормальным обновлением?

Key concepts

• Обновление тканей и скорость обновления
• Стволовые клетки и транзиторно-амплифицирующиеся (прогениторные) клетки
• Ось крипта-ворсинка кишечника
• Базальный слой эпидермиса как компартмент стволовых клеток
• Баланс пролиферации и дифференцировки (гомеостаз)
• Восстановление после повреждения
• Органоиды стволовых клеток (структуры крипта-ворсинка in vitro)

Key theories

Унитарная (единоначальная) теория обновления эпителия кишечника

Ченг и Леблонд предположили, что несколько типов дифференцированных клеток эпителия тонкого кишечника происходят из общей популяции стволовых клеток в крипте, что позднее было подтверждено идентификацией стволовых клеток крипт.

Mechanisms

В обновляющихся эпителиях стволовые клетки в определенном компартменте делятся, образуя транзиторно-амплифицирующиеся прогениторные клетки, которые пролиферируют, а затем дифференцируются по мере продвижения к поверхности, где зрелые клетки отшелушиваются. Ченг и Леблонд (Cheng and Leblond, 1974) выдвинули унитарную теорию о том, что дифференцированные клетки эпителия тонкого кишечника имеют общее криптовое происхождение; более поздние работы идентифицировали Lgr5-экспрессирующие столбчатые клетки основания крипт как резидентные стволовые клетки (Barker et al., 2007), и отдельные такие клетки могут генерировать самоорганизующиеся органоиды крипта-ворсинки в культуре (Sato et al., 2009). В эпидермисе стволовые клетки в базальном слое обеспечивают непрерывное восходящее замещение многослойного эпителия (Blanpain and Fuchs, 2009). Пожизненная активность этих систем стволовых клеток также связывает гомеостаз эпителия со старением и раком (Rossi et al., 2008).

Clinical relevance

Быстро обновляющиеся эпителии чувствительны к воздействиям, направленным на делящиеся клетки, а нарушенное обновление имеет отношение к заживлению ран и к раку, который часто возникает в эпителиях с высокой скоростью обновления. Эти связи суммированы как биологическая основа и не предназначены для использования в качестве диагностических или лечебных рекомендаций.

Evidence & guidelines

Представленное здесь описание клеточного обновления основано на классических исследованиях с мечением и на современной биологии стволовых клеток, включая идентификацию стволовых клеток крипт методом прослеживания линий и эксперименты с органоидами (Cheng and Leblond, 1974; Barker et al., 2007; Sato et al., 2009; Blanpain and Fuchs, 2009).

History

Авторадиографические исследования с мечением в середине XX века показали, что такие эпителии, как слизистая оболочка кишечника, непрерывно обновляются, и привели Ченга и Леблонда (Cheng and Leblond, 1974) к унитарной теории общей стволовой клетки крипты. Молекулярная идентичность этих стволовых клеток была установлена в 2007 году с помощью маркера Lgr5 (Barker et al., 2007), а демонстрация в 2009 году того, что отдельные стволовые клетки образуют органоиды (Sato et al., 2009), открыла новый экспериментальный подход к изучению обновления эпителия.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Как быстро обновляется эпителий кишечника?

Слизистая оболочка тонкого кишечника является одной из самых быстро обновляющихся тканей в организме; у человека ее поверхностные клетки обычно заменяются в течение нескольких дней, при этом новые клетки продуцируются стволовыми клетками в основании крипт.

Где находятся стволовые клетки, которые обновляют эпидермис кожи?

Стволовые клетки в базальном слое эпидермиса (и в связанных структурах, таких как волосяные фолликулы) делятся, чтобы заменить клетки, постоянно отшелушивающиеся с поверхности кожи, поддерживая многослойный эпителий.