การปรับตัวและการเสื่อมของเซลล์

การปรับตัวของเซลล์หมายถึงการเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ของเซลล์ในด้านขนาด จำนวน ฟีโนไทป์ หรือกิจกรรมเมแทบอลิซึม เพื่อให้เซลล์เข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ภายใต้ความต้องการทางสรีรวิทยาหรือพยาธิสภาพที่เปลี่ยนแปลงไป เมื่อขีดจำกัดของการปรับตัวถูกเกิน หรือเมื่อความเครียดที่ไม่ถึงแก่ชีวิตยังคงอยู่ เซลล์อาจสะสมสารผิดปกติหรือเกิดการเปลี่ยนแปลงที่เสื่อมลงแทน การตอบสนองหลักในการปรับตัว ได้แก่ ภาวะเซลล์โตเกิน (hypertrophy), ภาวะเซลล์เพิ่มจำนวน (hyperplasia), ภาวะเซลล์ฝ่อ (atrophy), และภาวะเซลล์เปลี่ยนรูป (metaplasia) ซึ่งรวมกับการสะสมภายในเซลล์ ก่อให้เกิดคำศัพท์ทางสัณฐานวิทยาที่อธิบายว่าเซลล์รับมือกับความเครียดเรื้อรังได้อย่างไร

Definition

การปรับตัวของเซลล์คือการเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ในขนาด จำนวน ฟีโนไทป์ หรือกิจกรรมเมแทบอลิซึมของเซลล์ เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อม ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงที่เสื่อมลงและการสะสมภายในเซลล์สะท้อนถึงความผิดปกติของเมแทบอลิซึมของเซลล์ที่ไม่ถึงแก่ชีวิต

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการปรับตัวแบบคลาสสิกทั้งสี่ประการ (ภาวะเซลล์โตเกิน, ภาวะเซลล์เพิ่มจำนวน, ภาวะเซลล์ฝ่อ, ภาวะเซลล์เปลี่ยนรูป) ตัวกระตุ้นทางสรีรวิทยาและพยาธิสภาพของภาวะเหล่านี้ และการสะสมภายในเซลล์ (เช่น การสะสมของไขมัน โปรตีน และเม็ดสี) ที่บ่งชี้ถึงความผิดปกติของเมแทบอลิซึมของเซลล์ โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นสภาวะที่ผันกลับได้หรืออาจผันกลับได้ ซึ่งเกิดขึ้นก่อนและแตกต่างจากการบาดเจ็บที่ไม่สามารถย้อนกลับได้และการตายของเซลล์ที่ครอบคลุมในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• สิ่งกระตุ้นใดที่ทำให้เซลล์มีขนาดใหญ่ขึ้น (ภาวะเซลล์โตเกิน) เทียบกับการเพิ่มจำนวน (ภาวะเซลล์เพิ่มจำนวน)?
• เหตุใดภาวะเซลล์ฝ่อจึงเกิดขึ้น และเซลล์ลดมวลของมันได้อย่างไร?
• เมื่อใดที่ภาวะเซลล์เปลี่ยนรูปเป็นการป้องกัน และเมื่อใดที่เป็นขั้นตอนนำไปสู่การเกิดเนื้องอก?
• การสะสมภายในเซลล์เผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับการรบกวนเมแทบอลิซึม?

Key concepts

• ภาวะเซลล์โตเกิน (ขนาดเซลล์เพิ่มขึ้น)
• ภาวะเซลล์เพิ่มจำนวน (จำนวนเซลล์เพิ่มขึ้น)
• ภาวะเซลล์ฝ่อ (ขนาดและมวลเซลล์ลดลง)
• ภาวะเซลล์เปลี่ยนรูป (การเปลี่ยนฟีโนไทป์ที่ผันกลับได้)
• การสะสมภายในเซลล์
• การปรับตัวทางสรีรวิทยาเทียบกับพยาธิสภาพ
• การผันกลับได้ของการเปลี่ยนแปลงแบบปรับตัว

Mechanisms

การตอบสนองแบบปรับตัวถูกขับเคลื่อนโดยการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณตอบสนองต่อภาระทางกล การกระตุ้นด้วยฮอร์โมนหรือปัจจัยการเจริญเติบโต การลดลงของภาระงานหรือการไหลเวียนของเลือด และการระคายเคืองเรื้อรัง ภาวะเซลล์โตเกินเกิดจากการสังเคราะห์ส่วนประกอบโครงสร้างที่เพิ่มขึ้นในเซลล์ที่มีความสามารถในการเพิ่มจำนวนจำกัด เช่น กล้ามเนื้อหัวใจและกล้ามเนื้อโครงร่าง ภาวะเซลล์เพิ่มจำนวนเกิดจากการเพิ่มจำนวนที่ขับเคลื่อนด้วยปัจจัยการเจริญเติบโตในเนื้อเยื่อที่สามารถแบ่งตัวได้ ภาวะเซลล์ฝ่อเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนไปสู่กระบวนการสลาย (catabolism) รวมถึงการย่อยสลายโปรตีนที่เพิ่มขึ้นผ่านระบบยูบิควิติน-โปรติเอโซม (ubiquitin-proteasome system) และการกินตัวเองของเซลล์ (autophagy) ซึ่งช่วยลดขนาดเซลล์ในขณะที่ยังคงรักษาความมีชีวิตไว้ ภาวะเซลล์เปลี่ยนรูปคือการตั้งโปรแกรมใหม่ของเซลล์ต้นกำเนิดหรือเซลล์โปรเจนเนเตอร์ไปสู่ฟีโนไทป์ที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่ตึงเครียดมากขึ้น การสะสมภายในเซลล์เกิดขึ้นเมื่อสารถูกผลิตเร็วกว่าที่จะถูกเมแทบอไลซ์หรือส่งออกไปได้ หรือเมื่อความบกพร่องของเมแทบอลิซึมหรือการขนส่งขัดขวางการกำจัดสารนั้น

Clinical relevance

การปรับตัวเหล่านี้สามารถรับรู้ได้ทางสัณฐานวิทยาในเนื้อเยื่อ และอธิบายรูปแบบของโรคเรื้อรังที่พบบ่อย เช่น ภาวะหัวใจโตเกินภายใต้ภาวะความดันเกิน ภาวะกล้ามเนื้อฝ่อจากการไม่ใช้งานของกล้ามเนื้อที่ถูกตรึง และภาวะเซลล์เยื่อบุหลอดลมเปลี่ยนรูปเป็นเซลล์สความัสในการระคายเคืองเรื้อรัง ข้อมูลนี้อธิบายกระบวนการเหล่านี้เพื่อการอ้างอิง ไม่ได้กำหนดเกณฑ์การวินิจฉัยหรือแนวทางการจัดการโดยตรง

Evidence & guidelines

แนวคิดในที่นี้ได้รับการรวบรวมไว้ในตำราพยาธิวิทยามาตรฐานมากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก โดยสร้างขึ้นบนกรอบแนวคิดพยาธิวิทยาของเซลล์ที่ Rudolf Virchow ได้นำเสนอเป็นครั้งแรก และได้รับการปรับปรุงให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้นจากการศึกษาการส่งสัญญาณการเจริญเติบโตและการหมุนเวียนของโปรตีนในภายหลัง

History

แนวคิดที่ว่าโรคมีรากฐานมาจากการเปลี่ยนแปลงของเซลล์นั้นมาจากพยาธิวิทยาของเซลล์ของ Rudolf Virchow ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 การจำแนกทางสัณฐานวิทยาของการตอบสนองแบบปรับตัวได้รับการพัฒนาตลอดศตวรรษที่ 20 ในขณะที่ความเข้าใจระดับโมเลกุลของภาวะเซลล์ฝ่อและการสะสมได้รับการขยายขอบเขตโดยงานวิจัยเกี่ยวกับวิถีการย่อยสลายโปรตีน รวมถึงโปรติเอโซมและการกินตัวเองของเซลล์

Debates

ภาวะเซลล์เปลี่ยนรูปเป็นความเปลี่ยนแปลงก่อนเป็นมะเร็งโดยธรรมชาติหรือไม่?

ภาวะเซลล์เปลี่ยนรูปนั้นสามารถผันกลับได้และเป็นการปรับตัว แต่สภาพแวดล้อมจุลภาคที่เปลี่ยนแปลงไปและการส่งสัญญาณการเพิ่มจำนวนที่คงอยู่ อาจทำให้เกิดภาวะเซลล์เจริญผิดปกติ (dysplasia) และการเกิดเนื้องอก (neoplasia) ได้ ดังนั้น การพิจารณาว่าเมื่อใดควรจัดว่าเป็นภาวะก่อนเป็นมะเร็งจึงขึ้นอยู่กับบริบท

Key figures

• Rudolf Virchow
• Guido Kroemer
• David Rubinsztein

Seminal works

• virchow-1858
• rubinsztein-2011

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างภาวะเซลล์โตเกิน (hypertrophy) และภาวะเซลล์เพิ่มจำนวน (hyperplasia) คืออะไร?

ภาวะเซลล์โตเกินคือการเพิ่มขึ้นของขนาดเซลล์แต่ละเซลล์ ทำให้มวลเนื้อเยื่อเพิ่มขึ้นโดยไม่มีเซลล์ใหม่ ในขณะที่ภาวะเซลล์เพิ่มจำนวนคือการเพิ่มขึ้นของจำนวนเซลล์ผ่านการเพิ่มจำนวน เนื้อเยื่อบางชนิด เช่น มดลูกที่ตั้งครรภ์ แสดงให้เห็นทั้งสองอย่าง

การปรับตัวของเซลล์สามารถผันกลับได้หรือไม่?

การเปลี่ยนแปลงแบบปรับตัวโดยทั่วไปสามารถผันกลับได้หากสิ่งกระตุ้นถูกกำจัดออกไป ซึ่งทำให้แตกต่างจากการบาดเจ็บที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ซึ่งนำไปสู่การตายของเซลล์ แม้ว่าการปรับตัวที่ยืดเยื้อ เช่น ภาวะเซลล์เปลี่ยนรูป อาจมีความเสี่ยงในระยะยาวได้