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易胖!斑秃?过敏?这些都和上皮细胞有关


提到上皮细胞,大多数人首先想到的是人体皮肤表层的细胞,实际上肺、肠等身体内部器官表面的细胞也是上皮细胞。换句话讲,覆盖在机体表面与内部器官表面的细胞均为上皮细胞。上皮细胞可以按形状分为柱状和鳞状,按层数分为单层和复层,还可以按分布分为被覆上皮、肌上皮、腺上皮、感觉上皮、生殖上皮等。这些上皮细胞形态不同,功能各异,但都在机体发挥着重要作用。

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图1 上皮细胞形态的多样性[1]

上皮细胞的功能非常多,涉及分泌,吸收,保护,信号转导等。构成皮肤的上皮细胞使皮下组织免受物理损伤,细菌侵入,水分流失等,很多女士喜欢敷面膜,就是利用了上皮细胞的吸收功能;覆盖胰腺的上皮细胞能分泌胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等多种消化酶促进消化;另外,小肠表面的上皮细胞能从消化的食物中吸收养分, 呼吸道表面的上皮细胞构成黏膜,这些黏膜能分泌黏液阻止吸入的细菌与病毒进入肺部。皮肤、鼻子、舌头、眼睛等与神经末梢接触的器官表面有特化的上皮细胞,它们能够识别感觉刺激。



上皮细胞与免疫

上皮细胞介于外部环境与内部组织之间,形成机体的第一道屏障,帮助机体抵御外界微生物、机械压力和化学物质的侵蚀。上皮细胞可以表达多种信号因子,并根据环境的变化向免疫系统传递不同的信号,以应对炎症反应,抵御病原体入侵等。

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图2 上皮细胞介导的免疫应答[1]



斑秃

令人苦恼的斑秃就是因为上皮细胞和免疫细胞的合作出了问题。毛发是由毛母细胞不断分裂形成的,这就意味着毛母细胞与癌细胞一样分裂非常活跃。正常情况下,毛囊所在的上皮细胞会表达多种免疫抑制蛋白,形成一道“免死金牌”,阻止T细胞、NK细胞消灭毛母细胞;但有些人的免疫抑制蛋白表达不稳定,导致免疫细胞攻击毛母细胞,造成毛发过早脱落。

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图3 斑秃形成的原理[2]


过敏性疾病

而生活中比较常见的各类过敏性疾病如哮喘、过敏性鼻炎、特应性皮炎等也都是由上皮细胞功能障碍引起的。以呼吸道为例,当上皮细胞被破坏或异常活化时,会分泌IL-25、IL-33等细胞因子,这些细胞因子能激活免疫系统,刺激Th2细胞(辅助型T细胞2),活化ILC2细胞(2型先天淋巴细胞),释放大量炎症因子(如IL-4、IL-9、IL-13等),引起过敏反应。

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图4 上皮细胞异常活化与过敏[3]


上皮细胞与营养吸收

人每天的日常活动都需要消耗大量的能量,这些能量主要来源于食物中获得的营养。小肠上皮细胞是人体营养吸收的主力军,为了充分吸收食物中的葡萄糖、氨基酸、脂肪酸、维生素等营养物质,小肠上皮内表面形成了大量环形皱襞,皱襞表面又遍布绒毛,大大增加了小肠与食物接触的表面积,促进了营养的高效吸收。小肠上皮细胞因为直接暴露在外界环境中,与多种消化酶、各类食物等直接接触,平均寿命通常只有2-4天,算是细胞里最辛苦的“搬砖人”。



膳食应答

人是泛食动物,小肠需要动态调节自身的吸收功能,以高效吸收不同种类的营养物质。最新研究发现,上皮细胞与免疫细胞参与了小肠膳食应答的过程。研究者先给予小鼠高糖饮食,然后转换成高蛋白饮食,发现小肠上皮细胞的“碳水相关产物表达”含量会降低。这种按需表达的机制是由γδ T细胞抑制IL-22表达水平来实现的。总的来讲,肠道上皮细胞能够根据需要吸收的营养物质类型表达相应的酶和转运蛋白。

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图5 肠道对饮食变化的适应机制[4]



易胖体质

为啥只吃一点点,我也会发胖,是很多人的困惑。实际上,小肠上皮细胞吸收营养物质的过程是受到精确调控的,当营养摄入过多时,肠上皮会分泌肠降血糖素(GLP-1),进而促进胰岛素的分泌,降低血糖,促进棕色脂肪燃烧,使机体避免肥胖、糖尿病、高血压等疾病的侵扰。但是,为了避免营养的浪费,肠上皮中有一群淋巴细胞表面会表达GLP-1受体,它能与肠上皮分泌的GLP-1相结合,抑制GLP-1发挥功能,使人易患肥胖、高血压等代谢性疾病。

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图6 GLP-1调节代谢的机制[5]


上皮细胞与肿瘤


EMT

大家谈之色变的癌症有80%以上都是由上皮细胞癌变引起的,上皮细胞间质充质转化(EMT)是肿瘤研究中一个绕不开的话题。EMT是指上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程。EMT最早是发现在胚胎发育中的一个现象(1型EMT),在人体的表皮细胞受到损伤之后,也会出现EMT的现象,这是机体的主动修复过程(2型EMT)。但在肿瘤发展的过程中,也会产生EMT的现象,肿瘤细胞会丧失上皮细胞的极性,减少与周围细胞基质的接触,获得迁移与侵袭的能力(3型EMT)。

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图7 EMT的原理及不同类型[6]


EDAC

那么上皮细胞是否就对自身的癌变束手无策呢?最新研究发现,在癌症初期,正常的上皮细胞能识别邻近癌变的上皮细胞并清除他们,整个过程无需免疫细胞的参与。也就是说,上皮细胞有不依赖于免疫系统的抗肿瘤活性。这一现象被称为上皮防御癌症机制(EDAC,epithelial defense against cancer)。

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图8 EDAC作用的分子机制[7]


上皮细胞研究工具鼠

鉴于上皮细胞分类的复杂性和分布的广泛性,南模生物在小鼠各类上皮细胞标志基因中敲入重组酶元件,构建了多种Cre/Dre工具鼠,有助于满足大家不同的科研需求。各类上皮细胞工具小鼠模型信息见下表。

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南模生物深耕基因编辑领域,提供全方位模式生物服务,包括基因修饰成品模型供应、个性化模型定制、饲养繁育、表型分析、药效评价等,满足不同实验室需求。


Reference:

[1]Curr Opin Immunol . 2020 Feb; 62: 45–53.

[2]Nat Rev Dis Primers . 2017 Mar 16;3:17011.

[3]J Allergy Clin Immunol. 2020 Jun; 145(6):1517-1528. 

[4]Science. 2021 Mar 19;371(6535):eaba8310.

[5]Nature . 2019 Feb;566(7742):49-50.

[6]J. Clin. Invest. 119:1429–1437 (2009). 

[7]J Biochem. 2015Jul;158(1):15-23.



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