передовая статья

передовая статья
leading article
ВЕЗИКУЛЯРНЫЙ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ТРАНСПОРТ В ОРГАНАХ ПИЩЕВАРЕНИЯ.
МЕМБРАННАЯ ВЕЗИКУЛА — УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ
ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
Морозов И. А.
Vesicular Intracellular Transport In The Digestive Organs.
Membrane Vesicle — The Universal Mechanism Of The Functional Transport
Morozov I. A.
Резюме
В статье на основе многолетних собственных исследований морфо-функциональных особенностей клеток
желудка, тонкой кишки и жёлчного пузыря излагается механизм и принцип использования мембранных
везикул в осуществлении основных функций этих органов: секреции соляной кислоты париетальными клетками, всасывания пищевых веществ в тонкой кишки и жидкости при концентрации жёлчи эпителиоцитами
жёлчного пузыря. Приводятся доказательства внутриклеточного образования соляной кислоты в тубуловезикулах париетальных клеток и турновера её секреторных мембран в процессе секреторного цикла, обеспечивающего многократное их использование и объясняющее необыкновенную продолжительность жизни
этих уникальных клеток. На этой основе изложен достоверный механизм угнетения секреции HCl блокаторами H+-K+-АТФазы. В статье детально разбирается эндоцитозный механизм абсорбции ионов и нутриентов
энтероцитами. Подробно разбирается механизм участия апикального сократительного комплекса щёточных
каёмок эпителиальных клеток в инициации эндоцитоза и микротрубочек цитоплазмы в транспорте мембранных везикул по цитоплазме.
На основании собственных исследований и многочисленных работ в мировой научной литературе сделан вывод о существовании в абсорбтивном эпителии органов пищеварения двух энергозависимых видов
транспорта — трансмембранного (ионного и нутритивного) гомеостазирующего, осуществляемого АТФазной
системой базальной плазмалеммы, и везикулярного (эндоцитозного), реализуемого апикальным сократительным комплексом щеточной каемки и микротрубочками цитоплазмы. Оба вида транспорта взаимосвязаны
и находятся под постоянным клеточным контролем. Делается вывод о том, что это имеет прямое отношение к большинству клеток, в том числе осуществляющих секрецию различных веществ: соляной кислоты
париетальными клетками, ферментов главными клетками желез желудка и экзокриноцитами поджелудочной
железы, гормонов эндокринными клетками АПУД — системы и, наконец, медиаторов нервными клетками.
Для достижения ясности проблемы клеточного транспорта предлагается различать два их вида: гомеостазирующий и функциональный. Первый осуществляется преимущественно в отношении ионов на базолатеральной мембране с помощью её АТФазных систем и обеспечивает внутриклеточный гомеостаз и нутритивный
ко-транспорт, тогда как второй (функциональный) определяет выполнение основной специфической функции
с помощью мембранных везикул.
Корреспондент:
Морозов Игорь Александрович, д.м.н., профессор,
руководитель лаборатории
патоморфологии вирусных
заболеваний
ФГБУ «Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов имени М. П. Чумакова»
Российской академии
медицинских наук
FSB Institute of Poliomyelitis
and Viral Encephalitis named
after M. P. Chumakov of the
Ministry of Healthcare of the
Russian Federation
E-mail:
Moroz38@gmail.com
Ключевые слова: клеточный транспорт, эндоцитоз, мембранные везикулы, функциональный и гомеостазирующий транспорт
Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология 2014;102 (2):3‑15
Summary
On the basis of long-term research of the morpho-functional characteristics of the cells of the stomach, small intestine
and gallbladder the mechanism and function of membrane vesicles in the implementation of the main functions of these
organs sets out in this article: the secretion of hydrochloric acid by parietal cells, the absorption of nutrients in the small
intestine and the fluid at a concentration of bile epitheliocytes of gallbladder. Proofs of the intracellular formation of hydrochloric acid in tubulovesicles of the parietal cells and turnover of its secretory membranes in the process of secretory
cycle, that has ensured the re-use and explained the extraordinary life of these unique cells are presented. The credible
mechanism of HCl output oppression by H+-K+-ATPase activity blockers has set out on this basis. The article provides
3
экспериментальная и клиническая гастроэнтерология | выпуск 102 | № 2 2014
передовая статья | leading article
detailed endocytosis mechanism of the ions and nutrients absorption by enterocytes. The mechanism of participation of
the apical contractile complex of brush border of epithelial cells in the initiation of endocytosis and cytoplasmic microtubules in transport of membrane vesicles in the cytoplasm was analyzed.
Based on our research and numerous of the world scientific proceedings the conclusion was done about the existence
of two energy dependent types of transport in the absorptive epithelium of the digestive — transmembrane (ionic and
nutritive) homeostatic type which is realized by the ATP-system of the basal plasmalemma, and vesicular (endocytosis)
type which is implemented by apical contractile complex of brush border and cytoplasmic microtubules. Both types of
transport are interrelated and are under constant cellular control. This observation is relevant to the majority of cells,
including those involved in the secretion of various substances: hydrochloric acid by parietal cells, enzymes by main
cells of the gastric glands and exocrinocytes of the pancreas, hormone by endocrine cells of the APUD system and,
finally, mediators by nerve cells. To clarify the problem of cell transport two types: homeostatic and functional transport
should be distinguished. The first type is carried out mainly in relation to ions on basolateral membrane with the help of
its ATPase systems and provides intracellular homeostasis and nutritive co- transportation, the second (functional) type
defines the basic specific function by means of membrane vesicles.
Keywords: cell transport, endocytosis, membrane vesicles, functional and homeostatic transport
Eksperimental’naya i Klinicheskaya Gastroenterologiya 2014;102(2):3-15
2013 год ознаменовался присуждением НобелевВ организме живых существ, в том числе
ской премии по физиологии и медицине трем и человека, имеются различные органы, ткани
американским ученым за исследования механиз- и клетки, выполняющие разнообразные функции,
ма регуляции везикулярного транспорта в клет- синхронная работа которых обеспечивает жизках. Лауреатами стали руководитель кафедры недеятельность организма. Функционирование
клеточной биологии Йельского университета некоторых клеточных ансамблей не укладывается
профессор James E. Rothman (биохимик), про- в прокрустово ложе механизмов, расшифрованфессор кафедры молекулярной и клеточной био- ных и описанных в работах лауреатов 2013 года.
логии Калифорнийского университета в Беркли В качестве примера, лежащего на поверхности,
Randy W. Schekman (генетик) и профессор ка- можно привести эндотелий капилляров, обрафедры молекулярной и клеточной физиологии зующих гемато-тканевый барьер. Транспортные
в Стэнфордском университете Thomas C. Südhof везикулы, образующиеся на внутрикапиллярной
(физиолог). Каждый из них в силу своей специа- поверхности эндотелиальных клеток, осущестлизации внес определенный вклад в расшифровку вляют трансцитоз различных ионов и биологигенетических основ и молекулярно-биологиче- ческих молекул в межклеточное пространство
ских механизмов формирования, внутриклеточ- ткани для поддержания метаболических процесного перемещения и взаимодействия с клеточной сов специализированных клеток. Этот процесс,
оболочкой (мембраной) транспортных везикул, имеющий неспецифический характер, был назван
обеспечивающих вынос из клетки синтезиро- K. E. Wohlfarth-Bettermann еще в 1968 году [1]
ванных в ней специфических секретов (белков, «цитопемпсисом».
Наиболее показательны различия механизмов
гликопротеидов, гормонов, нейромедиаторов).
Работы R. W. Schekman, J. E. Rothman и. T.C Südhof формирования транспортных везикул в органах
стали частями одной мозаики, описывающей пищеварения. Именно этому вопросу посвящена
транспортную систему внутри клетки с участи- данная статья. В ней будут приведены основные
ем пузырьков-везикул. Они во многом опреде- сведения о роли мебранных везикул в реализалили, каким образом регулируется образование ции секреции соляной кислоты париетальнытранспортных везикул и с помощью чего и как ми клетками, а также механизмы эндоцитоза
они доставляют молекулы (вещества) во внекле- и везикулярного внутриклеточного транспорта
точное пространство. Не высказывая сомнений в процессах всасывания нутриентов эпителиоцив правильности выбора Нобелевского комитета, тами тонкой кишки и жидкости абсорбтивными
следует отметить, что работы лауреатов премии холецитами желчного пузыря. Морфофункциозатрагивают лишь частный случай внутрикле- нальные аспекты этих проблем были тщательным
точного везикулярного транспорта синтезиро- образом изучены нами в период с 1972 по 2007 год.
ванных в клетке молекул разных биологически
активных веществ.
Везикулярный транспорт в париетальных клетках
слизистой оболочки желудка
Основной функцией слизистой оболочки желудка является секреция пищеварительных ферментов, гликопротеидов слизи и ряда гормонов.
Однако около половины клеточной массы желез
4
желудка представлено уникальными париетальными (обкладочными) клетками, которые вырабатывают и секретируют соляную кислоту. Сам
процесс секреции кислоты желудком с позиций
везикулярный внутриклеточный транспорт в органах пищеварения | vesicular intracellular transport in the digestive organs
фундаментальных знаний всегда вызывал у биологов и медиков огромный интерес.
Когда мы в начале 70-х годов прошлого столетия
начинали свои исследования по функциональной морфологии париетальных клеток, усилиями
большого количества исследователей (A. J. Dalton,
1951; A. W. Sedar, 1957; A. D. Hally, 1959; S. Ito, 1961;
D. W. Fawcett, 1962 и др.) были достаточно полно
описаны их ультраструктурные особенности. Однако в то время эти морфологические характеристики абсолютно не были функционально связаны
с самим процессом секреции. Ничего не было известно о том, какие внутриклеточные изменения
происходят в париетальных клетках в процессе
секреторного цикла, каким образом хлор (как один
из компонентов HCl) проникает в клетку, какими
внутриклеточными образованиями он транспортируется по цитоплазме и как он выделяется из
клетки. И хотя была описана субмикроскопическая
картина состояния париетальной клетки в покое
и после секреции, абсолютно не была изучена динамика перехода от одного состояния к другому, то
есть динамика «мембранных потоков» и их значение. Без знания этих вопросов вся функциональная
трактовка субмикроскопических изменений в процессе секреции не может считаться убедительной.
Париетальные клетки составляют до 60 %
объема клеточной массы слизистой оболочки
желудка и являются самыми крупными клетками желудочно-кишечного тракта. Их средний
диаметр у человека 25–30 мкм. Они имеют пирамидальную форму, округлое ядро, расположенное центрально и ближе к базальной мембране
(рис. 1). Шероховатая эндоплазматическая сеть
представлена немногочисленными мелкими цистернами в базальной и перинуклеарной зоне
зрелой дифференцированной клетки, что вкупе
с малым числом моно- и полирибосом свидетельствует об очень низком потенциале синтеза
белка. Слаборазвитый внутриклеточный сетчатый аппарат (аппарат Гольджи) располагается
как в надъядерной зоне, так и (реже) в базальных
отделах клетки. Низкая способность к физиологической и репаративной регенерации не объясняет необычно медленное обновление популяции
париетальных клеток. M. Lipkin [2] установил,
что продолжительность жизни этих клеток у человека колеблется от одного года до нескольких
лет. В отличие от других клеток желудочного
эпителия париетальные клетки имеют чрезвычайно развитый митохондриальный аппарат. Крупные митохондрии длиной до 2 мкм занимают
до 40 % площади цитоплазмы и имеют плотный
матрикс и огромное количество крист, чем очень
напоминают митохондрии миокарда. В силу этого
париетальные клетки относят к наиболее метаболически активным клеткам организма, чей
митохондриальный аппарат способен обеспечить
генерацию и транслокацию протона (Н+) в процессе секреции соляной кислоты.
Отличительной чертой париетальных клеток,
выделяющей их среди всех клеток организма, является наличие развитой системы секреторных
мембран, состоящей из внутриклеточных канальцев и вакуолярного аппарата — «тубуловезикул»,
занимающих в межпищеварительный период
около половины объема цитоплазмы. Вначале тубуловезикулы считали элементом гладкого эндоплазматического ретикулума. Однако позднее,
в 1960–1965 гг., были получены многочисленные
данные, свидетельствовавшие о большом сходстве
их мембран с плазмалеммой. Функционального
объяснения этому факту не было найдено.
Плазмалемма, окружающая париетальные
клетки, имеет на апикальной поверхности микроворсинки, аналогичные таковым на секреторных
канальцах. На боковых поверхностях клетки плазматическая мембрана имеет интердигитации —
пальцевидные взаимовдавления двух соседних
клеток. На базальных участках плазмалеммы имеются двухконтурные складки, развитость которых
может изменяться в широких пределах в зависимости от состояния клетки [3]. По мнению D. C. Pease
[4], эти складки считаются характерным признаком
клеток, имеющих отношение к транспорту воды.
Возможность сравнения ультраструктуры обкладочных клеток несекретирующего желудка и на
высоте секреции была использована десятками исследователей. Но наиболее серьезно этим вопросом
занимались H. F. Helander (1962–1974) и A. W. Sedar
(1957–1965). Было установлено, что в межпищеварительный период скопления тубуловезикул располагаются, как правило, возле апикальной поверхности клетки и возле мембран внутриклеточных
канальцев. При стимуляции желудочной секреции
мембраны тубуловезикул сливаются с мембраной
внутриклеточных секреторных канальцев, образуя
при этом многочисленные микроворсинки разнообразного размера.
В 1962 году A. W. Sedar [5] опубликовал большую
итоговую статью, посвященную ультраструктуре
стимулированных париетальных клеток. Им была
установлена полная идентичность гликопротеидов
гликокаликса микроворсинок с кислыми «мукополисахаридами» внутренней поверхности мембраны
тубуловезикул. На основании этого он осторожно
высказал мысль о том, что цитоплазматические
пузырьки (тубуловезикулы) играют какую-то роль
в секреторных процессах обкладочных клеток.
A. W. Sedar предположил, что тубуловезикулы образуются путем отпочковывания от пальцевидных
вдавлений между микроворсинками плазматической мембраны или секреторных канальцев и вследствие reverse pinocytosis появляются в цитоплазме,
а содержимое тубуловезикул образуется в результате трансмембранного транспорта ионов из цитоплазмы с помощью переносчиков. Поскольку выводы A. W. Sedar не укладывались в модную в то время
карбогидразную теорию секреции соляной кислоты,
Рис. 1.
Общий план строения
зрелой париетальной клетки
с высоким секреторным потенциалом. Пояснения в тексте. Условные обозначения:
Я — ядро, МХ — митохондрии, ТВ — тубуловезикулы,
ВК — внутриклеточные
канальцы, ПЖ — просвет
железы, СП — собственная
пластинка. ЭМ, ув. × 10 000
5
экспериментальная и клиническая гастроэнтерология | выпуск 102 | № 2 2014
передовая статья | leading article
Рис. 2.
Гистохимическое изучение хлора в париетальных
клетках мыши C57 Black:
а) концентрация продукта реакции на базальной
плазмалемме гландулоцитов.
ЭМ, ув. ×5000; б) продукт
реакции в тубуловезикулах.
Условные обозначения:
МХ — митохондрии, ТВ —
тубуловезикулы, СП —
собственная пластинка,
ПК — париетальная клетка,
К — капилляр. Препарат
не контрастирован. ЭМ,
ув. × 20 000
можно с уверенностью сказать, что он предвосхитил
появление теории протоновой помпы и существования Н+/К+-АТФазы. Cлабостью выводов A. W. Sedar
являлись утверждения о существовании «обратного
пиноцитоза», поскольку в этом случае содержимое
тубуловезикул будет захвачено из просвета железы,
что биологически нецелесообразно.
Прежде всего нас интересовала проблема
транспорта хлора (как одного из компонентов соляной кислоты) и возможное участие в этом транспорте системы секреторных мембран париетальной
клетки. Среди исследователей, занимавшихся вопросом секреции соляной кислоты, преобладало
мнение об обычной трансмембранной диффузии
хлора. Такой вывод делался на основе почти равной
концентрации хлора в плазме крови (120–150 мэкв/л) и в просвете желудка (150–170 мэкв/л). Однако
при этом упускалось из виду то обстоятельство,
что в цитоплазме самих париетальных клеток концентрация хлора в 10–15 раз ниже и не превышает
10–15 мэкв/л [6]. Следовательно, можно было предположить, что пути перемещения хлора изолированы от гиалоплазмы и его концентрация не может
быть измерена существующими методами. Таким
закрытым местом локализации хлора могут быть
именно тубуловезикулы. Для такого предположения имелось даже морфологическое основание
в виде одной-единственной работы N. Pipan [7],
в которой с помощью гистохимического метода
H. Komnick и электронной микроскопии было показано наличие продукта реакции (хлористого
серебра) в тубуловезикулах париетальных клеток
новорожденной мыши. И хотя специфичность реакции и ее стабильность подвергалась критике,
полностью игнорировать такие результаты было
невозможно. К тому же повторить эту работу никто не смог. Обращая особое внимание на самое
тщательное соблюдение условий проведения реакции — свежесть субстрата (лактат серебра), температура (0–1 °C), неактивное (красное) освещение
помещения и постоянное перемешивание в течение
2 часов, нам удалось получить изумительное качество результатов (рис. 2) [8].
6
Продукт реакции в виде хлорида серебра был
равномерно распределен в собственной пластинке, в стенке сосудов и на белках плазмы крови.
На базальной плазмалемме всех эпителиальных
клеток и в межклеточных пространствах (рис. 2 а)
определяется выраженная концентрация продукта гистохимической реакции. В париетальной
клетке при большем увеличении кристаллы хлористого серебра видны только в тубуловезикулах, чаще на внутренней поверхности мембраны
(рис. 2 б). Свободно в цитоплазме париетальных
клеток и других эпителиоцитов слизистой оболочки желудка продукт реакции обнаруживается
редко, что соответствует низкой внутриклеточной концентрации хлора. Однако само обнаружение хлора в тубуловезикулах не указывает путь,
по которому он поступает в клетку и транспортируется в ней.
Для решения этого вопроса мы решили использовать введение изотопа хлора (Cl –36 с удельной
радиоактивностью 140 мкК/г) в виде натриевой
соли внутрибрюшинно или с пищей крысам линии
Вистар с последующим выявлением изотопа с помощью прямого метода визуализации радиоактивных изотопов растворами галоидных соединений
золота и серебра [9]. Количество гранул серебра
размером 20–100 Å, образующихся над местом расположения изотопа, при этом методе верификации
хлора существенно ниже, чем при гистохимии. Это
определяется ограничением количества вводимого
изотопа хлора уровнем концентрации физиологического раствора и последующим смешиванием
с общим внутренним пулом хлора в организме.
Однако количество «меток» было достаточным
для выявления деталей процессов, происходящих с ионом хлора (рис. 3). Метки изотопа Cl–36
располагались с внешней (внеклеточной) стороны
базальной плазмалеммы в слое гликопротеидов,
покрывающих эту мембрану. Как правило, кристаллы почти вплотную прилежат к клеточной
оболочке. Кроме того, они определяются между
мембранами в зоне двухконтурных складок базальной плазмалеммы и в пузырьках-тубуловезикулах,
везикулярный внутриклеточный транспорт в органах пищеварения | vesicular intracellular transport in the digestive organs
Рис. 3.
Изотоп Cl–36 в париетальной
клетке: а) метки изотопа
на базальной плазмалемме
и в ее двухконтурных складках париетальной клетки.
Метки в отпочковывающейся везикуле (стрелка); б) изотоп хлора в тубуловезикулах.
Условные обозначения:
СПБ — складки базальной
плазмалеммы, ТВ — тубуловезикулы, СП — собственная пластинка. Препарат
не контрастирован. ЭМ,
ув. × 30 000
отпочковывающихся от этих складок (рис. 3 а).
И если момент отрыва пузырьков из-за высокой
скорости процесса уловить невозможно, то в самих
пузырьках, расположенных недалеко от складок,
метка обнаруживалась достаточно часто (рис. 3 б)
на внутренней поверхности мембраны.
На основании этих результатов и полученной
картины распределения продуктов гистохимической реакции и меток изотопов мы предположили, что ионы хлора, выйдя из сосудистого русла
капилляров собственной пластинки слизистой
оболочки желудка, связываются с акцептором,
расположенным в слое гликопротеидов базальной плазмалеммы париетальных клеток. Затем
«мембранным потоком», который, по-видимому,
происходит в процессе секреторного цикла, ионы
хлора вовлекаются в многочисленные инвагинации
(двухконтурные складки) клеточной оболочки. От
этих складок происходит постоянно наблюдаемое
отпочковывание пузырьков, в которых ион хлора
оказывается вместе с акцептором с внутренней стороны, изолированной мембраной тубуловезикулы
от гиалоплазмы клетки. Тубуловезикулы, аккумулируясь в клетке, постепенно концентрируются
в апикальной части клетки и вокруг внутриклеточных секреторных канальцев [8].
Окончательно доказать возможность взаимопревращения мембран париетальных клеток можно было путем их морфометрического анализа
в процессе всего секреторного цикла. Учитывая
ошибку большинства исследователей, изучавших
фазы секреторного цикла на грызунах (обладающих
непрерывным типом секреции), мы предприняли
экспериментальную проверку поставленных вопросов на собаке с изолированным желудочком
по Павлову и получением биопсийного материала
через фистулу. Эксперимент по стимуляции секреции внутривенным введением пентагастрина
в дозе 10 мг/кг массы на этой собаке был проделан
трижды с интервалом две недели. Биопсии слизистой оболочки изолированного желудочка забирали в голодном состоянии и через 1 и 3 часа после
стимуляции [10].
При электронно-микроскопическом исследовании биопсий в предсекреторный период установлено, что париетальные клетки содержат
в цитоплазме большое количество тубуловезикул,
располагающихся вокруг секреторных канальцев и в апикальной части клетки. Мембраны этих
образований имели небольшую протяженность
с довольно редкими микроворсинками (рис. 4). Латеральная плазмалемма была гладкой, а базальная
имела редкие двухконтурные складки небольшой
протяженности.
На высоте секреции через 1 час после стимуляции количество тубуловезикул в цитоплазме резко
снижалось. В результате слияния тубуловезикул
с мембранами секреторных канальцев значительно
возрастало количество микроворсинок, в которых
сосредоточен основной мембранный материал.
Однако почти сразу «мембранным потоком» начиналось перемещение мембран на латеральную
и базальную поверхности клетки. Это отчетливо
видно по результатам морфометрического анализа
(рис. 4) через 3 часа после стимуляции. В этот период секреция соляной кислоты падала почти до
исходного уровня. Число тубуловезикул начинало
увеличиваться преимущественно в базальных отделах клеток. Однако они еще не образовывали выраженных скоплений вокруг канальцев, которые
выглядели несколько расширенными. Наибольшие
сдвиги определялись в латеральной и базальной
плазмалемме, которые образовывали многочисленные и довольно протяженные сложные двухконтурные складки, от которых наблюдалось
Рис. 4.
Результаты морфометрического анализа протяженности плазмалеммы
и секреторных мембран
париетальных клеток в различные фазы секреторного
цикла
7
экспериментальная и клиническая гастроэнтерология | выпуск 102 | № 2 2014
Рис. 5.
Распределение продуктов
иммунохимической реакции
на Н+/К+-АТФазу в покое
(во всех компартментах)
и после стумуляции секреции (в мембранах клетки
и секреторных канальцах).
По I. M. Modlin [12]
отпочковывание многочисленных пузырьков-тубуловезикул.
Образование избытка мембран на латеральной
и базальной плазмалемме в виде двойных складок
свидетельствует о том, что перемещение мембран
с микроворсинок внутриклеточных канальцев
на мембраны тубуловезикул осуществлялось не
путем «обратного пиноцитоза», а переходом на
двойные складки латеральной и базальной клеточной оболочки и отпочковыванием от них везикул,
содержащих хлор [10, 11]. При этом сумма всех
секреторных мембран изменялась незначительно, что свидетельствует о хорошей сохранности
мембранного материала в процессе секреторного
цикла и возможности многократного использования секреторных мембран в последующих циклах
секреторной активности париетальных клеток.
Этот феномен чрезвычайно важен для такой долгоживущей клетки, обладающей крайне низкой
потенцией белкового синтеза для восстановления
целостности клеточных органелл.
Ранее считалось [12], что Н+/К+-АТФаза, обеспечивающая транспорт протона, бывает активна
только в случае расположения в мембране внутриклеточных секреторных канальцев. Ингибитор водородного насоса, для того чтобы встроиться в Н+/
К+-АТФазу на мембране внутриклеточных канальцев и проявить свое блокирующее влияние, должен
дважды преодолеть непроницаемую для таких
соединений мембрану — базальную и апикальную.
Если же она находится в мембране тубуловезикул,
то она неактивна и ингибитор на нее не действует.
Вместе с тем Н+/К+-АТФаза очень четко выявляется
во всех этих секреторных компартментах с помощью иммуноцитохимии (рис. 5).
Исходя из полученных нами результатов изучения процесса образования соляной кислоты
в обкладочной клетке, можно высказать вполне
обоснованное предположение, что генерация недостающего компонента кислоты — протона (Н+)
происходит во время метаболических процессов
в митохондриях, а его транслокация в тубуловезикулы осуществляется с помощью Н+/К+-АТФазы,
Рис. 6.
Схема механизма секреции
соляной кислоты париетальной клеткой и действия
блокаторов Н+/К+-АТФазы.
Пояснения в тексте
8
передовая статья | leading article
встроенной во все секреторные мембраны париетальной клетки, при передвижении везикул к секреторным канальцам в момент их прохождения
через митохондриальное «сито» (рис. 6).
Мы никогда не решились бы утверждать изложенное выше, если бы не знали, что существуют
косвенные данные, свидетельствующие о том, что
тубуловезикулы в надъядерной зоне париетальной
клетки содержат готовую соляную кислоту. Польский ученый-гистолог M. Ostrouch еще в 1936 году
[13] установил, что при внутривенном введении
кролику 1 %-ного раствора нейтрального красного он накапливается в париетальных клетках.
Причем, в базальной части клетки «вакуоли» (тубуловезикулы) имеют бледно-оранжевый цвет, а по
мере продвижения по цитоплазме в надъядерную
зону приобретают красное окрашивание, то есть
их содержимое становится кислым. Эксперимент
удался вследствие того, что молекула нейтрального
красного состоит из красящего катиона и аниона
хлора, которые связываются с акцепторами хлора
базальной плазмалеммы. Краситель проделывает
путь, аналогичный ионам хлора и имеет сродство
к клеткам, активно транспортирующим хлор, то
есть к париетальным клеткам желудка. Цитируемая работа свидетельствует, что протон (как элемент соляной кислоты) транслоцируется внутрь
тубуловезикулы в момент их прохода через митохондриальное «сито» по пути к внутриклеточным
секреторным канальцам, а скопившиеся вокруг
секреторных канальцев тубуловезикулы в предсекреторный период уже содержат в своем просвете
готовую к секреции соляную кислоту.
С этих же позиций находит свое объяснение
и механизм действия блокаторов протоновой помпы (рис. 6), в состав которых входит и анион хлора,
благодаря чему блокатор связывается с акцептором
базальной плазмалеммы и оказывается в ее двухконтурных складках и следом внутри тубуловезикул. При поступлении в везикулы первых ионов
водорода происходит протонирование и активация
блокатора Н+/К+-АТФазы, что приостанавливает поступление протона внутрь тубуловезикул.
Важно, что блокатор Н+/К+-АТФазы блокирует накопление ионов водорода внутри тубуловезикул
и предотвращает образование кислоты, не затрагивая при этом сам процесс секреции (в том числе
и хлора) и рециркуляции мембран.
Таким образом, при рассмотрении проблемы
везикулярного транспорта в париетальных клетках при секреции ими соляной кислоты мы имеем
дело с трансцеллюлярным переносом везикул (цитопемпсисом) и их специфического содержимого при выполнении основной функции. Именно
функциональность объединяет процессы везикулярного транспорта в париетальных клетках,
в эндотелии капилляров, эпителии проксимальных почечных канальцев с теми, которые происходят в большом количестве клеток, синтезирующих и секретирующих вещества и соединения
преимущественно белковой природы, которыми
занимались нобелевские лауреаты по физиологии и медицине 2013 года. Несмотря на то что
в обоих случаях мы имеем дело с везикулярным
транспортом, механизмы регуляции этих двух
везикулярный внутриклеточный транспорт в органах пищеварения | vesicular intracellular transport in the digestive organs
групп принципиально отличаются уже хотя бы
тем, что в описываемом нами случае с париетальными клетками абсолютно отсутствует участие
шероховатой эндоплазматической сети и аппарата
Гольджи в формировании секрета и транспорте
везикул. Микроворсинки внутриклеточных секреторных канальцев не имеют классического
строения щеточной каемки, а являются, по сути,
избытком мембран, образованного в результате
слияния мембран тубуловезикул с канальцами, который в дальнейшем транспортируется с помощью
подвижных кластеров латеральной плазмалеммы
на двухконтурные складки базальной мембраны.
От них отпочковывается новая популяция тубуловезикул для реализации следующего секреторного
цикла париетальной клетки.
Везикулярный транспорт в абсорбтивных энтероцитах
тонкой кишки и желчного пузыря
Основной функцией эпителиоцитов слизистых обо- движутся внеплазматически», имея в виду «каналы
лочек тонкой кишки и желчного пузыря является эргастоплазмы (внутриклеточные каналы) и межвсасывание (абсорбция), что принципиально отли- клеточные промежутки». Автор оставил вне поля
чает эти клетки от рассмотренных выше париеталь- зрения эндоцитозный (пиноцитозный) механизм,
ных клеток, осуществляющих секрецию. В начале цепь событий при котором (трансцитоз) вполне
1960-х годов усилиями группы ученых под руко- можно рассматривать как канал внеплазматического
водством А. М. Уголева было открыто пристеночное транспорта. Несмотря на наличие объективных
(мембранное) пищеварение [14]; утвердилось поня- подтверждений существования эндоцитоза в эпитие (гипотеза) трансмембранного переноса веществ телиоцитах тонкой кишки, именно в этот период
через щеточную кайму энтероцитов в цитоплазму благодаря экспериментально необоснованным заклетки [15] с помощью ферментно-транспортно- ключениям S. L. Clark [19, 20] среди исследователей
го комплекса, состоящего из гидролитического утвердилось мнение о том, что пищевые вещества
фермента, транспортера (канала), и энергизатора всасываются путем пиноцитоза у млекопитающих
(АТФазы) [16]. Одновременно появилось огром- только во время молочного вскармливания (что
ное количество гипотез о механизмах трансмем- никем не отрицалось), причем пиноцитоз и по скобранного переноса. Следует заметить, что все они рости, и по объему не может обеспечить метаболибазировались на результатах экспериментальных ческие потребности взрослого организма. Таким
работ, выполненых in vitro с использованием изоли- образом, сложилась парадоксальная ситуация: обърованных клеток, а также вывернутых и невыверну- ективно наблюдаемый пиноцитоз в эпителиоцитах
тых отрезков тонкой кишки мелких лабораторных тонкой кишки отвергается в качестве возможного
животных. Гипотезы опирались на сложившихся механизма всасывания.
представлениях о транспорте веществ через плазНачиная наши исследования, мы прежде всематическую мембрану неполярных соматических го обратили внимание на полное игнорирование
клеток, целиком погруженных во внутреннюю среду наличия надэпителиального слоя слизи в схемах
организма. Данные механизмы, связанные с функ- пищеварительно-транспортных процессов в тонционированием транспортных АТФаз и прямой кой кишке. Объединенными усилиями нескольтрансформацией энергии макроэргов в работу по ких лабораторий в Москве, Обнинске, Пущине,
переносу веществ из межклеточного пространства Томске и Ташкенте была расшифрована не только
в клетку и наоборот, были экстраполированы на структура этого слоя, в основе которой лежат муциполярный эпителий тонкой кишки. Апикальная ны, секретируемые бокаловидными клетками, но
поверхность энтероцитов, хоть и покрыта надэпи- и ферментный состав, радиальное распределение
телиальным слоем слизистых наложений, но все же гидролаз, активность гетерофазного пищеварения
открыта в просвет тонкой кишки, сообщающийся и резидентная микрофлора слизистых наложений
с внешней средой. После установления отсутствия [21–23]. Все эти результаты вошли в коллективную
в апикальной плазмалемме эпителиоцитов тонкой монографию [24], в которой было введено понятие
кишки транспортной Na+-K+-АТФазы была пред- «пристеночного пищеварения» как один из промеложена схема вторичной энергизации механизмов жуточных этапов пищеварительно-транспортного
всасывания за счет процессов, происходящих на конвейера между полостным и мембранным гибазолатеральной мембране эпителиоцитов [17], в ко- дролизом. Однако эта проблема не является целью
торой присутствуют разнообразные АТФазы. Есте- данной публикации, и мы не будем на ней останавственно, что трансмембранный транспорт веществ ливаться подробно.
из просвета кишки в клетку должен вызывать рост
Главной задачей исследований являлась расконцентрации транспортируемого вещества в цито- шифровка механизмов и значимости эндоцитозплазме. Однако этот феномен отсутствовал при про- ного способа абсорбции нутриентов энтероцитами
ведении экспериментов в условиях in situ и in vivo: тонкой кишки. Мы предприняли ряд эксперименконцентрация ни одного из транспортируемых ве- тов in vivo и in situ с введением различных веществ
ществ в цитоплазме энтероцитов не увеличивалась. в желудок животных через зонд, либо непосредЭто положение привело А. М. Уголева в одной из ственно в кишку. Были использованы 45CaCl 2 [25],
ранних его работ к однозначному выводу [18, с. 121]: 58Со-цианкобаламин, 14С-тиамин, 3Н-токоферол,
«Может быть, в кишечных клетках существует та- 3Н-ретинол, 3Н-холестерин, пероксидаза хрена
кая специализация, что вещества, проникающие [26], ферритин, а также β-лактоглобулин и бычий
со стороны основания, входят в цитоплазму клеток, сывороточный альбумин, конъюгированные с пеа вещества, идущие со стороны кишечной полости, роксидазой хрена.
9
экспериментальная и клиническая гастроэнтерология | выпуск 102 | № 2 2014
передовая статья | leading article
Рис. 7.
Эндоцитозное всасывание
45
CaCl 2 после введения в желудок и пероксидазы в кишку in situ: а) изотоп 45Са 2+ на
поверхности микроворсинок
и в эндоцитозных везикулах.
Препарат не контрастирован.
ЭМ, ув. ´40 000; б) пероксидаза в эндоцитозных везикулах
(стрелка). ЭМ, ув. × 20 000
A
В результате изучения и анализа экспериментального материала, полученного морфологическими методами с использованием гистохимии
и прямого метода идентификации радиоактивных изотопов, установлено, что принципиальной
разницы в локализации ионов (45Са –2) (рис. 7 а)
и крупномолекулярных веществ (пероксидаза
и др.) (рис. 7 б) в клеточных структурах в процессе всасывания и транспорта через энтероцит
нет. Так, в течение первых минут после введения
субстратов в тонкую кишку происходила сорбция
исследуемого вещества в структурах пристеночного слоя слизи и на апикальной поверхности
энтероцитов. В начале всасывания абсорбируемые вещества были выявлены в эндоцитозных
везикулах, и уже через 3–5 минут после введения
в кишку отмечено их появление в межклеточном
пространстве ниже зоны плотного контакта. Выход веществ из транспортных везикул в межклеточное пространство осуществлялся путем экзоцитоза. Следует отметить, что трансмембранный
перенос веществ непосредственно в цитоплазму
клеток нами не был обнаружен, за исключением
единичных клеток апикального полюса ворсинок
с признаками инволюции, завершающих свой
жизненный цикл и подлежащих экструзии из
эпителиального пласта.
Аналогичную картину мы наблюдали и в случае естественного кратковременного (15 минут)
кормления крыс смешанной пищей, состоящей
из белого хлеба, молока и семян подсолнечника
в гомогенизированном виде [27, 28]. Уже через 25
минут после кормления во всасывающих клетках
12-перстной и тощей кишок, преимущественно
в верхней трети ворсинок, наблюдали значительное количество нутриентов, которые находились
в везикулярных структурах (рис. 8 а). Часто наблюдали слияние транспортных везикул и формирование более крупных вакуолей, которые вместе
с везикулами сливались с латеральной мембраной энтероцитов и выбрасывали свое содержимое
в межклеточное пространство. Здесь происходило
временное депонирование (рис. 8 б) всосавшихся
10
Б
нутриентов (пищевых частиц и хиломикронов),
а затем они проходили через базальную мембрану
и обнаруживались в собственной пластинке и вокруг капилляров.
При изучении контрольной группы половозрелых крыс перед экспериментом с естественным
кормлением, голодавших в течение 24 часов в условиях, исключавших копрофагию, были получены
признаки активной деятельности тонкой кишки.
Они выражались в наличии большого количества
эндоцитозных везикул в апикальной части энтероцита, часть которых содержали осмиофильные
электроноплотные частицы, которые, как было
установлено, являются желчными мицеллами —
основной транспортной формой желчи [29]. В этом
нет ничего удивительного, поскольку крыса является грызуном с постоянным типом секреции,
у которой к тому же отсутствует желчный пузырь.
Подробно все аспекты пищеварительно-транспортных процессов в тонкой кишке изложены в нашей
монографии [30].
Слизистая оболочка желчного пузыря покрыта
ворсинками, своеобразие которых заключается
в их сильной извитости с наличием многочисленных бухт и инвагинаций различного размера и глубины. Высота ворсинок переменна, но сопоставима
с ворсинками двенадцатиперстной кишки. Форма
их листовидная и при взгляде с поверхности очень
напоминает форму ворсинок дуоденальной слизистой оболочки. Ворсинки покрыты однослойным
цилиндрическим эпителием с хорошо выраженной
щеточной каемкой. Бокаловидные клетки в эпителии (несмотря на их упоминание некоторыми
авторами) отсутствуют. Это определяет отсутствие
формирования пристеночного слоя слизи в желчном пузыре, полную открытость поверхностного
эпителия и его доступность желчи. В этом заключается одно из главных отличий слизистых оболочек
желчного пузыря и тонкой кишки.
Ультраструктура эпителиальных клеток желчного пузыря почти не отличается от энтероцитов. Вместе с тем эпителиоциты слизистой оболочки пузыря несколько меньше энтероцитов,
везикулярный внутриклеточный транспорт в органах пищеварения | vesicular intracellular transport in the digestive organs
Рис. 8.
Всасывание нутриентов
после естественного кормления: а) пищевые частицы
в эндоцитозных везикулах.
ЭМ, ув. × 10 000; б) крупные
вакуоли с нутриентами
в надъядерной зоне и аккумуляция пищевых частиц
в межклеточном пространстве. ЭМ, ув. × 8000
A
и микроворсинки также короче. Основной функцией эпителиоцитов слизистой оболочки желчного
пузыря является концентрирование желчи в результате всасывания (абсорбции) воды и растворенных в ней молекулярных компонентов. В силу
этого в холецитах наблюдаются те же процессы
эндоцитоза, что и в энтероцитах, и образование
транспортных везикул с электронопрозрачным
содержимым (рис. 9 а). При этом в нормальном
желчном пузыре желчные мицеллы эндоцитозными везикулами не захватываются.
Как было отмечено выше, на апикальной поверхности эпителиоцита образуются эндоцитозные
инвагинации и везикулы, в которые вовлекаются
находящиеся в водной фазе желчи водорастворимые элементы — различные ионы, свободный
холестерин и его эфиры. Возможно, что при этом
активнее всасываются те элементы, для которых
в структуре гликокаликса имеются акцепторы
связывания, анионные и катионные сайты гликопротеинов и аполипопротеиды. Образованные
транспортные везикулы перемещаются к латеральной поверхности клетки и, сливаясь с мембраной,
изливают свое содержимое в межклеточное пространство. Этот процесс активен, идет с затратой
энергии и может осуществлять противоградиентный перенос различных веществ. Латеральные
мембраны в надъядерной зоне эпителиоцита имеют
многочисленные складки, которые большинство
исследователей рассматривают как интердигитации, скрепляющие соседние клетки (рис. 9 а).
На самом деле эти складки представляют собой
Б
своеобразные мешковидные выпячивания, образованные избытком мембранного материала,
принесенного сюда эндоцитозными везикулами.
В желчном пузыре в обычных условиях всасывающий эпителий обеспечивает лишь одну концентрационную функцию, а объем всасывающейся жидкости не столь велик, как в тонкой кишке.
В силу этого эволюционно сложилось отсутствие
специализации абсорбтивных эпителиоцитов
желчного пузыря, имеющих непосредственный
контакт только с желчью. В то же время при холестерозе желчного пузыря, в патогенезе которого
лежат общие нарушения липидного обмена и потребление большого количества животной пищи,
эпителий столкнулся с неадекватным для себя
надмолекулярным комплексом в виде желчных
мицелл, которые он не может быстро переместить
в везикуле к латеральной мембране. В результате в надъядерной зоне транспортные везикулы
сливаются, образуя крупные вакуоли с огромным
количеством желчных мицелл (рис. 9 б). Мицеллы
и липидные капли внутри вакуоли не имеют отграничивающей мембраны, а сама вакуоль имеет очень
тонкую элементарную мембрану, отделяющую свое
содержимое от цитоплазмы клетки. В дальнейшем
эти вакуоли сливаются с латеральной мембраной
и изливают свое содержимое в межклеточное пространство. Подробности процессов происходящих
при холестерозе желчного пузыря изложены в нашей монографии [31].
При сопоставлении морфологических картин
эндоцитоза в эпителии тонкой кишки и желчного
Рис. 9.
A
Б
Ультраструктура слизистой
оболочки желчного пузыря:
а) эндоцитозные везикулы в холеците пузыря без признаков
холестероза (Я — ядро, МВ —
микроворсинки); б) желчные
мицеллы в эндоцитозных везикулах и в составе конгломерата
слившихся везикул при холестерозе. Пояснения в тексте.
ЭМ, ав.: а — 5000, б — 8000
11
экспериментальная и клиническая гастроэнтерология | выпуск 102 | № 2 2014
Рис. 10.
Схема организации апикального сократительного
комплекса абсорбтивных
эпителиоцитов
12
пузыря выявилась существенная разница в структуре всасывающихся веществ. Тонкая кишка активно всасывает с помощью эндоцитоза не только
воду и ионы, но и в мономерной форме все классы
макро- и микронутриентов. Липиды всасываются
не только в виде мономерных компонентов (жирных кислот, глицерина и т. д.), но и в виде капель
триглицеридов, а также хиломикронов, которые
образуются в полости тонкой кишки из желчных
мицелл, растворивших в себе продукты гидролиза пищевых жиров. Картины эндоцитозного
транспорта желчных мицелл особенно отчетливо выявляются в двенадцатиперстной кишке
в межпищеварительный период, что было описано
нами [29, 30] при исследовании энтерогепатической
рециркуляции желчи.
При изучении первой реакции щеточной каймы
энтероцитов после естественного кормления экспериментальных животных было установлено, что
не происходит увеличения длины микроворсинок
и увеличения площади апикальной мембраны для
усиления мембранного гидролиза и трансмембранного транспорта [15]. Напротив, уже в ранние сроки
микроворсинки существенно укорачиваются, а их
мембрана приобретает волнистую форму. Было
естественным предположить, что такая реакция
вызвана активацией апикального сократительного
комплекса микроворсинок, структура которого
была детально изучена несколькими исследователями [32, 33 и др.] (рис. 10). Ф. М. Уголев считал,
что этот комплекс вызывает активное сбрасывание
гликокаликса с целью его обновления: «Быстрое обновление гликокаликса обеспечивает эффективное
функционирование щеточной каймы как пористого
реактора, так как благодаря сбрасыванию «зрелого» гликокаликса создается своеобразный эффект
постоянной очистки пор, или межворсинчатых
пространств» [17, с. 13]. Такое утверждение было
бы правомерным, если бы жизнь энтероцита не
была столь коротка (3–4 суток), а встреча кишечной клетки с нутриентами не ограничивалась ее
расположением в верхней трети ворсинки лишь
одними сутками.
Мы решили проверить возможность участия
апикального сократительного комплекса и цитоскелета энтероцитов во всасывании и внутриклеточном транспорте эндоцитозных везикул
с помощью ингибиторного анализа. С этой целью
мы использовали цитохалазины В и D, ингибирующие полимеризацию актина, и колхицин, связывающийся с тубулином и останавливающий
сборку цитоплазматических микротрубочек с (+)
-конца. Ингибиторы вводились внутрибрюшинно
голодным крысам за 20–30 минут до кормления.
Контрольной группе вводили физиологический
раствор. С методическими деталями исследования можно ознакомиться в нашей публикации
[34]. После кратковременного кормления тонкую
кишку животных всех трех групп изучали спустя
30 и 60 минут, а также через 3–4 часа. Уже в ранние
сроки после кормления при изучении полутонких
срезов выявляются последствия действия ингибиторов: в контрольной группе пищевые вещества
наблюдались в надъядерной зоне и в межклеточных пространствах, в группе с цитохалазином
передовая статья | leading article
всасывание пищи отсутствовало, а в группе с колхицином пищевые вещества накапливались в надъядерной зоне, но в межклеточное пространство не
проникали. При электронной микроскопии эти
процессы выявлялись более отчетливо, особенно
в экспериментальных группах (рис. 10 а, б). Цитохалазины связываются с быстро растущим концом
актинового филамента, блокируя присоединение
субъединиц на этом конце, и вызывают обратимую деполимеризацию микрофиламентов. Все эти
свойства цитохалазины могут проявлять благодаря
тому, что они способны проникать через клеточную
мембрану и взаимодействовать с комплексом актиновых филаментов энтероцита. Но самое главное,
что они могут разрезать актиновые филаменты
и тем самым полностью блокировать их функцию.
Наиболее активным считается цитохалазин D, хотя
в наших исследованиях мы не заметили различий.
Использование колхицина в качестве ингибитора абсорбции не привело к прекращению эндоцитоза, поскольку колхицин не оказывает никакого
влияния на актиновые филаменты, ответственные
за этот процесс (рис. 11 б). Напротив, наблюдался
активный эндоцитоз и накопление транспортных
везикул, содержащих электроноплотные частицы нутриентов, часть которых сливалась в более
крупные вакуоли. Однако транспорт везикул к латеральной плазмалемме и экзоцитоз их содержимого в межклеточное пространство отсутствовал.
Учитывая, что основной мишенью колхицина являются тубулин и собранные из него микротрубочки, был сделан вывод об участии микротрубочек
в переносе транспортных эндоцитозных везикул
к латеральной плазмалемме энтероцитов.
Микротрубочки являются постоянным и обязательным компонентом всех эукаритических клеток.
В последнее время было установлено, что в живой
клетке микротрубочки растут, укорачиваются, исчезают, т. е. постоянно находятся в динамической
нестабильности. Оказалось, что среднее время полужизни цитоплазматических микротрубочек составляет всего лишь 5 минут. Так, за 15 минут около
80 % всей популяции микротрубочек обновляется.
везикулярный внутриклеточный транспорт в органах пищеварения | vesicular intracellular transport in the digestive organs
Рис. 11.
A
При этом отдельные микротрубочки могут на растущем конце относительно медленно (4–7 мкм/
мин) удлиняться, а затем достаточно быстро (14–17
мкм/мин) укорачиваться. Около 10–20 % микротрубочек остаются стабильными достаточно долгое
время (до нескольких часов). Стабилизация микротрубочек связана или с модификацией тубулинов
или с их связыванием с дополнительными MAP
(membrane associated proteins) белками микротрубочек и с другими клеточными компонентами.
Роль цитоплазматических микротрубочек может
быть сведена к двум функциям: скелетной и двигательной. Скелетная, или каркасная, роль заключается в том, что расположение микротрубочек
в цитоплазме стабилизирует форму клетки. Однако
они обязательны для целого ряда внутриклеточных транспортов, таких как эндоцитоз, экзоцитоз, движение митохондрий и др. Их двигательная
роль заключается не только в том, что они создают
упорядоченную, векторную систему движения.
Микротрубочки цитоплазмы в ассоциации со
специфическими ассоциированными моторными
белками (MAP, цитозольные кинезины) образуют АТФазные комплексы, способные приводить
в движение клеточные компоненты. Некоторые
участвуют в переносе только митохондрий, другие — только транспортных пузырьков. Многие из
кинезинов связываются специфически со своими
грузами и осуществляют их направленный перенос
вдоль оси микротрубочки в направлении ее (+)
-конца. Таким образом, нами была доказана роль
актина в инициации и реализации эндоцитозного
всасывания пищевых веществ и микротрубочек
в осуществлении перемещения транспортных
(эндоцитозных) везикул к латеральной мембране
энтероцитов. Несомненно, что подобный механизм
абсорбции присутствует и в других абсорбтивных
клетках, обладающих щеточной каемкой и реализующих эндоцитозное всасывание, например,
эпителий желчного пузыря [31] и проксимальных
канальцев почек [35]. Но он коренным образом
отличается от механизмов микропиноцитоза, наблюдаемого в эндотелии капилляров, поскольку
последний реализуется без затраты энергии.
Что касается острой научной дискуссии между
мной и А. М. Уголевым, которая велась на протяжении 15 лет в устной форме на Школе-семинаре
в Калуге, симпозиумах и съездах Общества физиологов СССР, то можно отметить, что в научных
публикациях она была односторонней, поскольку
академик А. М. Уголев в своих книгах и статьях ни
разу не сослался на наши публикации. Даже когда
мы доказали [36], что нельзя изучать процессы всасывания in vitro, поскольку даже кратковременное
Б
Изменение ультраструктуры энтероцитов при
ингибировании элементов
цитоскелета: а) отсутствие
эндоцитоза после ингибирования цитохалазином В;
б) накопление эндоцитозных
везикул в надъядерной зоне
после ингибирования колхицином. Объяснения в тексте.
ЭМ, ув. × 15 000
снижение кровотока в мезентериальной артерии на
50 % (ишемия) ведет к повреждению апикальной
мембраны и межклеточных контактов, А. М. Уголев
иносказательно признал нашу правоту и написал
[17, с. 213]: «Таким образом, данные, полученные
в условиях in vitro, приводят исследователя к представлениям о системах, которые существуют лишь
в поврежденном виде. Теперь возникает трудная
задача подвергнуть критическому анализу результаты, полученные в условиях традиционных
острых опытов». Однако такой пересмотр не был
произведен в связи с кончиной А. М. Уголева.
Подводя итоги нашего обзора о существовании
и механизмах везикулярного внутриклеточного
транспорта в органах пищеварения, следует сказать,
что научная дискуссия о трансмембранном и эндоцитозном транспорте касалась лишь процессов
всасывания в тонкой кишке и не имеет никакого
отношения к общебиологическим фундаментальным понятиям о транспорте. Если касаться только
транспортной функции клеточной мембраны, то
различают два вида транспорта: трансмембранный, осуществляемый без затраты мембранного материала, и эндоцитозный — с затратой (или
переносом) мембран клетки. Трансмембранный
транспорт бывает активный (с затратой энергии)
и пассивный (без затраты энергии). Пассивный
транспорт (различные виды диффузии) является
рудиментом от прокариот. Он чрезвычайно медленный, малообъемный, не играющий никакой
роли в функционировании клетки. Таким образом,
в основном мы имеем дело с двумя активными
видами транспорта: трансмембранным и эндоцитозным. Еще в 1970-х годах были получены
доказательства того, что в специализированных
эпителиальных клетках, разделяющих различные
среды, апикальная и базальная мембраны должны
отличаться между собой не только морфологически, но и функционально. Уже тогда большинство
авторов полагали, что молекулярные механизмы
транспорта ионов локализуются на базальной
мембране клеток. В этом направлении было произведено огромное количество исследований, из
которых вытекало, что, несмотря на гигантскую
поверхность микроворсинок апикальных мембран,
транспортная АТФаза в них составляет около 5 % от
суммы всех транспортных АТФаз клетки. Причем
в щеточной кайме находится только Са 2+-активируемая, Mg 2+-зависимая АТФаза [37]. Как было
установлено, именно этой активностью обладает
миозин апикального сократительного комплекса. Все это указывает на то, что основная часть
транспортных АТФаз, в том числе и интегральная Na+/K+-АТФаза, по-видимому, локализованы
13
экспериментальная и клиническая гастроэнтерология | выпуск 102 | № 2 2014
преимущественно на базальной плазмалемме. Они
частично используются некоторыми клеточными
органеллами, такими как шероховатый эндоплазматический ретикулум и митохондрии, осуществляя не только энергозависимый транспорт ионов,
но и ко-транспорт из межклеточного пространства
в клетку мономерных сахаров, аминокислот и других нутриентов, необходимых для внутриклеточных метаболических процессов.
Таким образом, в абсорбтивном эпителии органов пищеварения мы имеем дело с двумя энергозависимыми видами транспорта — трансмембранным (ионным и нутритивным) гомеостазирующим,
осуществляемым АТФазной системой базальной
плазмалеммы, и везикулярным (эндоцитозным),
реализуемым апикальным сократительным комплексом щеточной каемки. Несмотря на то что
везикулярный транспорт выполняет основную
функцию эпителия — всасывание, он взаимосвязан
с трансмембранным гомеостазирующим транспортом, без которого не может быть реализован.
Важно, что оба вида транспорта находятся под
постоянным клеточным контролем. Впрочем, этот
передовая статья | leading article
постулат имеет прямое отношение к большинству
клеток, в том числе осуществляющих секрецию
различных веществ: соляной кислоты париетальными клетками, ферментов главными клетками
желез желудка и экзокриноцитами поджелудочной железы, гормонов эндокринными клетками
АПУД-системы и, наконец, медиаторов нервными
клетками. Все эти клетки также используют везикулярный транспорт при выполнении своей специфической функции, одновременно осуществляя
гомеостазирующий трансмембранный транспорт,
реализуемый АТФазной системой.
Следовательно, необходимо разделять два взаимосвязанных вида транспорта, которые существуют в большинстве специализированных клеток —
гомеостазирующий и функциональный. Первый
осуществляется преимущественно в отношении
ионов на базолатеральной мембране с помощью
ее АТФазных систем и обеспечивает внутриклеточный гомеостаз и нутритивный ко-транспорт,
тогда как второй (функциональный) определяет
выполнение основной специфической функции
с помощью мембранных везикул.
Литература
1. Wohlfarth-Bottermann K. E. Dynamik der Zelle //
Mikroskopie. — 1968. — Bd. 23. — № 3. — P. 71–96.
2. Lipkin M. Proliferation and differentiation of gastrointestinal cells // Physiological Reviews. — 1973. — Vol. 53,
№ 4. — P. 891–915.
3. Nomura G. On the submicroscohic morphogenesis of
parietal cell in the gastric gland of the human fetus //
Z. Anat. Entwicklungsegesch. — 1966. — Vol. 125. —
№ 3. — P. 316–356.
4. Pease  D. C. Infolded basal plasma membranes found in
epithelia noted for their water transport // J. Biophys.
Biochem. Cytol. — 1956. — Suppl. 2, part 2. — P. 203–208.
5. Sedar  A. W. The fine structure of the oxyntic cell in relation to functional activity of the stomach // Annals
of the New York Academy of Sci. — 1962. — Vol. 99,
Part 1. — P. 9–29.
6. Woodbury  J. W. The cell membrane: ionic and potential gradients and active transport // Neurophysiology
Ed. 2. — W. B. Saunders Co., Philadelphia, 1965. — P. 1–25.
7. Pipan N. Chloridnachweis in der belegzellen der maus
wahrend der differenzierung // Cytobiologie. — 1974. —
Vol. 8. — № 6. — P. 509–519.
8. Морозов  И. А. Транспорт ионов хлора в париетальных клетках слизистой оболочки желудка (электронно-гистохимическое и авторадиографическое
исследование) // Бюлл. экперим. биол. и мед. — 1977. —
№ 7. — С. 29–32.
9. Normandin  D. K. Direct deposition at high resolution
of specific metals from solutions at radioactive sites in
tissue sections // Trans. Amer. Microsc. Soc. — 1973. —
Vol. 92. — № 3. — P. 381–398.
10. Морозов  И. А. Морфологические аспекты секреции соляной кислоты желудком в норме и патологии (Функциональная морфология париетальных
клеток): Автореф. дис. … докт. мед. наук. — М.,
1977. — 31 с.
11. Морозов  И. А., Храмцов  А. В. Изучение морфофункциональных свойств париетальных клеток желудка
при активации секреторной деятельности // Физиол. журн. СССР им. И. М. Сеченова. — 1979. — Т. 65,
№ 3. — С. 456–461.
14
12. Modlin  I. M. From prout to the proton pump. — Schnetztor-Verlag GmbH В-Konstanz, 1995. — 100 pp. ISBN
3–8 7018–118–4.
13. Ostrouch M. Histophysiologische untersuchungen uber
die hauptdrusen des magens. I. Die bedentung der belegesellen im sekretionsprozess // Ztschr. Fur Zeliforschung und Mikroskopische Anatomie. — 1936. — Bd
26. — P. 424–438.
14. Уголев  А. М. О существовании пристеночного (контактного) пищеварения // Бюлл. эксперим. биол. —
1960. — Т. 49, № 1. — С. 12–17.
15. Уголев  А. М. Организация и регуляция процессов
мембранного пищеварения и транспорта // Физиол.
журн. СССР. — 1970. — Т. 56, № 4. — С. 651–662.
16. Уголев  А. М. Мембранное пищеварение. Полисубстратные процессы, организация и регуляция. — Л.:
Наука, 1972. — 358 с.
17. Мембранный гидролиз и транспорт: Новые данные и гипотезы / Под ред. А. М. Уголева. — Л.: Наука,
1986. — 240 с.
18. Уголев  А. М. Физиология и патология пристеночного (контактного) пищеварения. — Л.: Наука, 1967. —
230 с.
19. Clark  S. L. The ingestion of proteins and colloidal materials by columnar absorptive cells of the small intestine in
suckling rats and mice // J. Cell Biol. — 1959. — Vol. 5. —
P. 41–49.
20. Clark  S. L. Alkaline phosphatase of the small intestine
studied with electron microscope in suckling and adult
mice // Anat. Record. — 1961. — Vol. 139, № 2. — P. 216.
21. Лысиков  Ю. А., Морозов  И. А. Ультраструктура пристеночного слизистого слоя тонкой кишки // Бюлл.
эксперим. биол. и мед. — 1990. — № 11. — С. 550–554.
22. Морозов  И. А., Ишкова  В. Ю., Лысиков  Ю. А. О пищеварительной функции надэпителиального слизистого слоя тонкой кишки // Физиол. журн. СССР
им. И. М. Сеченова. — 1990. — Т. 76, № 4. — С. 515–522.
23. Гальперин  Ю. М., Лазарев  П. И. Пищеварение и гомеостаз. — М.: Наука, 1986. — 304 с.
24. Структура и функции слизистого слоя тонкой кишки /
Под ред. И. А. Морозова. — М.: Темпус, 1998. — 282 с.
везикулярный внутриклеточный транспорт в органах пищеварения | vesicular intracellular transport in the digestive organs
25. Морозов  И. А., Спиричев  В. Б., Лысиков  Ю. А. Изучение субклеточной локализации Са 45 при его всасывании эпителием тонкой кишки крыс // Бюлл.
эксперим. биол. и мед. — 1980. — № 12. — С. 736–738.
26. Лысиков  Ю. А., Соколова  М. В., Морозов  И. А. Везикулярный транспорт пероксидазы эпителиальными
клетками тонкой кишки взрослых крыс // Бюлл. эксперим. биол. и медицины. — 1983. — № 4. — С. 114–118.
27. Хвыля  С. И., Морозов  И. А., Лысиков  Ю. А. Ультраструктурометрическое исследование реакции микроворсинок энтероцитов тонкой кишки крыс при
естественном кормлении // Бюлл. эксперим. биол.
и мед. — 1984. — № 11. — С. 624–627.
28. Морозов  И. А., Лысиков  Ю. А., Хвыля  С. И. Везикулярный транспорт нутриентов в тонкой кишке при
естественном питании // Вопр. питания. — 1985. —
№ 3. — С. 42–49.
29. Морозов  И. А., Лысиков  Ю. А., Хвыля  С. И. Электронно-микроскопическое исследование процесса
печеночно-кишечной рециркуляции компонентов
желчи // Физиол. журн. СССР. — 1985. — Т. 71, № 11. —
С. 1419–1427.
30. Морозов  И. А., Лыс иков  Ю. А., Питран  Б. В.,
Хвыля  С. И. Всасывание и секреция в тонкой кишке: субмикроскопические аспекты. — М.: Медицина,1988. — 224 с. ISBN 5–2 25–00118–1.
31. Ильченко  А. А., Морозов  И. А., Хомерики  С. Г., Орлова  Ю. Н. Холестероз желчного пузыря. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. — 232 с. ISBN 978–5–9704–0 550–5.
32. Bretscher A., Weber K. Localization of actin and microfilament-associated proteins in the microvilli and terminal
web of the intestinal brush-border by immunofluorescence microscopy // J. Cell Biol. — 1978. — Vol. 79. —
P. 839–845.
33. Matsudaira  P. T., Burgess  D. R. Identification and organization of the components in the isolated microvillus cytoskeleton // J. Cell Biol. — 1979. — Vol. 83. — P. 667–678.
34. Морозов  И. А., Верина  Т. Ю. Ингибиторный анализ
роли цитоскелета во всасывании пищевых веществ
в тонкой кишке // Физиол. журн. им. И. М. Сеченова. — 1993. — Т. 79, № 6. — C. 48–56
35.Apodaca G. Endocytic traffic in polarized epithelial cells:
role of the actin and microtubule cytoskeleton // Traffic. —
2001. — Vol. 2, № 3. — P. 149–159.
36. Морозов  И. А., Хвыля  С. И., Лысиков  Ю. А. Электронно-микроскопическое изучение проницаемости энтероцитов тонкой кишки для коллоидного лантана
в опытах in vitro и in vivo // Физиол. журн. СССР. —
1982. — Т. 68, № 9. — С. 1261–1268.
37. Ташмухамедов  Б. А. Активный транспорт ионов
в плазматических мембранах животных клеток //
Биологические мембраны; под ред. П. В. Сергеева. —
М.: Медицина, 1973. — 248 с.
15