การทำงานของเยื่อบุลำไส้และจุดเชื่อมแน่น

เยื่อบุลำไส้เป็นส่วนเชื่อมต่อที่ช่วยให้ลำไส้ดูดซึมสารอาหารและน้ำ ในขณะเดียวกันก็ป้องกันไม่ให้จุลินทรีย์ สารพิษ และแอนติเจนในลำไส้เข้าสู่ร่างกาย การเลือกซึมผ่านของเยื่อบุลำไส้ขึ้นอยู่กับเซลล์เยื่อบุผิวชั้นเดียวที่เชื่อมติดกันด้วยจุดเชื่อมแน่น (tight junctions) ซึ่งมีเมือก สารคัดหลั่งต้านจุลชีพ และระบบภูมิคุ้มกันของเยื่อบุลำไส้เป็นส่วนสนับสนุน หัวข้อนี้จะกล่าวถึงวิธีการสร้างเยื่อบุลำไส้และการควบคุมการซึมผ่านของเยื่อบุลำไส้

Definition

การทำงานของเยื่อบุลำไส้คือความสามารถของเยื่อบุลำไส้ในการอนุญาตให้มีการขนส่งสารอาหาร น้ำ และอิเล็กโทรไลต์แบบเลือกผ่านได้ ในขณะเดียวกันก็จำกัดการผ่านของจุลินทรีย์ แอนติเจน และโมเลกุลที่เป็นอันตรายในลำไส้ ซึ่งส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยจุดเชื่อมแน่นของเยื่อบุผิวที่ปิดผนึกช่องว่างระหว่างเซลล์ (paracellular space)

Scope

เนื้อหานี้กล่าวถึงส่วนประกอบทางกายภาพและชีวเคมีของเยื่อบุลำไส้ ได้แก่ ชั้นเมือก เซลล์เยื่อบุผิวชั้นเดียว จุดเชื่อมแน่นและทางผ่านระหว่างเซลล์ (paracellular pathway) รวมถึงระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดและภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวที่สนับสนุนการทำงานของเยื่อบุลำไส้ และแนวคิดเรื่องการซึมผ่านของลำไส้ เนื้อหานี้ถือว่าการทำงานของเยื่อบุลำไส้เป็นหัวข้อทางสรีรวิทยาและชีววิทยาของเซลล์ที่เป็นพื้นฐานของการดูดซึม ไม่ใช่การทดสอบทางคลินิกหรือการบำบัดรักษา

Core questions

• ส่วนประกอบโครงสร้างและโมเลกุลใดบ้างที่ประกอบเป็นเยื่อบุลำไส้?
• จุดเชื่อมแน่นควบคุมทางผ่านระหว่างเซลล์และการซึมผ่านของลำไส้อย่างไร?
• การซึมผ่านของเยื่อบุลำไส้ถูกปรับเปลี่ยนทางสรีรวิทยาและในระหว่างการอักเสบได้อย่างไร?
• ความผิดปกติของเยื่อบุลำไส้เกี่ยวข้องกับโรคของเยื่อบุอย่างไร?

Key concepts

• ชั้นเมือกและเปปไทด์ต้านจุลชีพ
• เซลล์เยื่อบุผิวชั้นเดียวที่มีขั้ว
• จุดเชื่อมแน่น (คลอดิน, ออคคลูดิน, โปรตีน ZO)
• ทางผ่านระหว่างเซลล์เทียบกับทางผ่านภายในเซลล์
• การซึมผ่านของลำไส้ ('ลำไส้รั่ว' ในฐานะแนวคิดการวิจัย)
• โซนูลินและการเปิดของจุดเชื่อมแน่นที่ถูกควบคุม

Mechanisms

เยื่อบุลำไส้มีหลายชั้น: ชั้นเมือกด้านนอกและโมเลกุลต้านจุลชีพที่หลั่งออกมาจำกัดการสัมผัสของจุลินทรีย์ ภายใต้ชั้นนี้คือเซลล์เอ็นเทอโรไซต์ (enterocytes) ที่มีขั้ว (polarised) เพียงชั้นเดียวซึ่งก่อตัวเป็นแผ่นต่อเนื่อง เซลล์ที่อยู่ติดกันจะเชื่อมต่อกันที่ส่วนปลาย (apically) ด้วยจุดเชื่อมแน่น ซึ่งเป็นโปรตีนเชิงซ้อนของคลอดิน (claudins) ออคคลูดิน (occludin) และโปรตีนโครงสร้าง ZO ที่เชื่อมโยงกับโครงร่างแอคติน (actin cytoskeleton) ซึ่งปิดผนึกช่องว่างระหว่างเซลล์และทำให้เกิดการซึมผ่านแบบเลือกประจุและขนาด (Turner, 2009) การซึมผ่านนี้ถูกควบคุมอย่างมีพลวัต: การหดตัวของโครงร่างเซลล์และการส่งสัญญาณสามารถเปิดหรือกระชับจุดเชื่อมแน่นได้ และโปรตีนโซนูลิน (zonulin) ได้รับการอธิบายว่าเป็นตัวปรับการเปิดของจุดเชื่อมแน่นทางสรีรวิทยา (Fasano, 2011) การขนส่งผ่านเซลล์ (transcellular transport) ผ่านเซลล์เอ็นเทอโรไซต์จัดการการดูดซึมสารอาหารส่วนใหญ่ ในขณะที่ทางผ่านระหว่างเซลล์ที่ถูกควบคุมมีส่วนช่วยในการเคลื่อนที่ของน้ำและไอออน (Kiela & Ghishan, 2016)

Clinical relevance

ความสมบูรณ์ของเยื่อบุลำไส้มีความเกี่ยวข้องกับภาวะที่เกี่ยวกับเยื่อบุและภาวะที่เกิดจากภูมิคุ้มกันหลายชนิด และการซึมผ่านของลำไส้ที่เพิ่มขึ้นมีการศึกษาว่าเป็นลักษณะเฉพาะของโรคทางเดินอาหารและโรคทางระบบหลายชนิด เนื้อหานี้เสนอสรีรวิทยาของเยื่อบุลำไส้เป็นพื้นฐาน ความสำคัญทางคลินิกของการวัดการซึมผ่านและแนวคิดที่เรียกกันทั่วไปว่า 'ลำไส้รั่ว' ยังคงเป็นประเด็นที่อยู่ระหว่างการศึกษาอย่างจริงจังมากกว่าที่จะเป็นเป้าหมายการวินิจฉัยหรือการรักษาที่ได้รับการยอมรับ และไม่มีสิ่งใดในที่นี้ที่เป็นคำแนะนำทางการแพทย์เฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

โครงสร้างและการควบคุมของเยื่อบุลำไส้ได้รับการยืนยันผ่านการวิจัยทางชีววิทยาของเซลล์และสรีรวิทยาที่สังเคราะห์ขึ้นในบทความทบทวนที่สำคัญหลายฉบับ เนื้อหานี้อ้างอิงจากบทความทบทวนเหล่านั้น การตีความทางคลินิกของการเปลี่ยนแปลงการซึมผ่านยังไม่ได้รับการจัดทำเป็นแนวทางปฏิบัติที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง และได้รับการพิจารณาอย่างระมัดระวังในที่นี้

History

จุดเชื่อมแน่นถูกมองเห็นครั้งแรกด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ในฐานะผนึกส่วนปลายระหว่างเซลล์เยื่อบุผิว และงานวิจัยต่อมาได้ระบุส่วนประกอบโมเลกุลของพวกมัน รวมถึงตระกูลคลอดินและออคคลูดิน การรับรู้ว่าการซึมผ่านของจุดเชื่อมแน่นถูกควบคุมอย่างแข็งขันมากกว่าที่จะคงที่ ควบคู่ไปกับการอธิบายโซนูลินในฐานะตัวปรับ ได้ปรับเปลี่ยนมุมมองของเยื่อบุลำไส้ให้เป็นโครงสร้างที่มีพลวัต ตอบสนองต่อสัญญาณ และมีความสำคัญต่อภาวะธำรงดุลของเยื่อบุ

Debates

การซึมผ่านของลำไส้ที่เพิ่มขึ้นมีความสำคัญทางคลินิกเพียงใด?

ความผิดปกติของเยื่อบุลำไส้พบได้ในหลายภาวะ แต่ยังคงมีการถกเถียงกันว่าการซึมผ่านที่เพิ่มขึ้นเป็นสาเหตุ ผลลัพธ์ หรือปรากฏการณ์ร่วมของโรค และจะสามารถวัดและดำเนินการได้อย่างน่าเชื่อถือเพียงใด

Key figures

• Jerrold R. Turner
• Alessio Fasano

Seminal works

• turner-2009
• fasano-2011

Frequently asked questions

จุดเชื่อมแน่นคืออะไร?

จุดเชื่อมแน่นคือโปรตีนเชิงซ้อนที่ปิดผนึกช่องว่างระหว่างเซลล์เยื่อบุผิวลำไส้ที่อยู่ติดกัน ควบคุมว่าโมเลกุลขนาดเล็กและไอออนใดบ้างที่สามารถผ่านทางผ่านระหว่างเซลล์ได้ และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดการซึมผ่านแบบเลือกของเยื่อบุลำไส้

'ลำไส้รั่ว' เป็นการวินิจฉัยที่ได้รับการยอมรับหรือไม่?

การซึมผ่านของลำไส้ที่เพิ่มขึ้นเป็นปรากฏการณ์จริงที่สามารถวัดได้และมีการศึกษาในการวิจัย แต่ 'ลำไส้รั่ว' ในฐานะการวินิจฉัยทางคลินิกเดี่ยวๆ ยังไม่ได้รับการยอมรับ บทบาทของมันในโรคยังคงอยู่ระหว่างการตรวจสอบ