Диффузная нейроэндокринная система энтероэндокринные клетки

В 1870 году немецкий физиолог Рудольф Гейденгайн впервые описал в слизистой оболочке желудка особые, диффузно расположенные клетоки, которые окрашивались солями хрома, и дал им название «хромаффинные клетки»
Впоследствии многие исследователи, обнаруживая «хромаффинные клетки» называли их - энтерохромаффинными клетками Кульчитского, клетками Нуссбаума, Николаса, светлыми, желтыми, базальнозернистыми

В 1914 году П. Массон (французский патологоанатом) показал, что хромаффинные клетки окрашиваются также и нитратом серебра, и предположил их эндокринную природу
В 1938 году Ф.Фейртер, использовал гистологические методы Массона, исследовал различные органы, и обнаружил аргетаффинные и аргирофильные клетки, диффузно расположенные в панкреатических протоках, слизистой оболочке пищеварительного тракта, слизистой оболочке дыхательных и мочеполовых путей. Он ввел понятия «диффузная нейроэндокринная система» и «нейроэндокринные клетки»

Энтерохромафинные (аргентафинные) – окрашиваются бихроматом калия и азотнокислым серебром (ЕС- клетки)
Аргирофильные – восстанавливают нитрат серебра в присутствии восстановителя (общая популяция)

A.E. Pears (1966-1969)
Александр Эверсон Пирс
АРUD – серия
АРUD – Amine Precuser Uptake and Decarboxylation
Клетки способны поглощать предшественники биогенных моноаминов
(5-гидрокситриптофан,
L-дигидрооксифенилаланин)

Происхождение апудоцитов
Первоначально Пирс предполагал, что единым эмбриональным предшественником клеток АПУД-системы является нейроэктодерма. По другим источникам – так называемый нейроэндокринно-программированный эпибласт.
Согласно современным представлениям, клетки APUD-серии развиваются из всех зародышевых листков и присутствуют во всех тканях:
производные нейроэктодермы - нейроэндокринные клетки гипоталамуса, эпифиза, мозгового вещества надпочечников, пептидэргические нейроны центральной и периферической нервной системы;
производные кожной эктодермы - это клетки APUD-серии аденогипофиза, клетки Меркеля в эпидермисе кожи;
производные кишечной энтодермы - это многочисленные клетки гастроэнтеропанкреатической системы;
производные мезодермы - секреторные кардиомиоциты;
производные мезенхимы - например, тучные клетки соединительной ткани.

Метод флуоресценции основан на способности моноаминов конденсироваться с парами формальдегида при воздействии глиоксиловой кислоты с образованием флуорофоров
Этим методом выявляются ЕС-клетки ЖКТ

Иммуногистохимические методы.
Отличаются высокой специфичностью. Получено значительное количество моноклональных антител к активным пептидам, биогенным аминам и ферментам, таким как нейроспецифическая энолаза, L-ДОФА декарбоксилаза
Популярен метод окрашивания серийных срезов различными антителами. Это позволило обнаружить в одной клетке различные гормоны

Электронная микроскопия
Основной отличительный признак апудоцитов – секреторные гранулы в цитоплазме
Достоверно отличить эндокринные гранулы от эндокринно-подобных позволяет метод уранаффинной реакции. При его использовании избирательно контрастируются гранулы эндокринных клеток, ядерный хроматин, ядрышки и рибосомы, а лизосомы, липофусциновые, лактальбуминовые и зимогенные гранулы не окрашиваются

Принципиальная схема секреторного цикла, как известно, универсальна и состоит из 4-х следующих друг за другом фаз:
1 - поступление в клетку исходных продуктов для биосинтеза гормонов. Эти продукты ЭК получает из межклеточного вещества собственной пластинки, куда они доставляются через капилляры, нервные волокна;
2 - синтез прогормонов. В цитоплазме из поступивших продуктов при участии эндоплазматического ретикулума и энергетической поддержке митохондрий происходит синтез прогормонов;
3 - формирование в комплексе Гольджи секреторных гранул и их накопление в цитоплазме;
4 - высвобождение гормона из клетки при поступлении адекватных стимулов (нервных или гуморальных).

Нервная, эндокринная и иммунная система – объединены
Новая область биологии и медицины – нейроиммуноэндокринология
Клетки этой системы - НЭК присутствуют в каждом органе, единая диффузная нейроиммуноэндокринная система

Желудочно-кишечный тракт
Поджелудочная железа
Мочеполовая система
Воздухопроводящая система
Шишковидная железа
Щитовидная железа
Надпочечники
Аденогипофиз
Паротидные тельца
Симпатические ганглии
Тимус
Плацента
Органы репродуктивной системы и др.
НЕЙРОИММУНОЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА

В настоящее время известны
более 100 типов нейроэндокринных клеток

Идентичность активных веществ, действующих внутри нервной системы как нейротрансмиттеры и нейрогормоны, а также как гормоны внутри эндокринной APUD-системы, позволили объединить обе эти системы (нервную и APUD) в единую регулирующую систему организма - диффузную нейроэндокринную систему (ДНЭС)
ДНЭС включает в себя диффузно рассеянные эндокринные клетки, а также аминергические и пептидергические нейроны
Клетки ДНЭС имеют несколько сходных признаков: присутствие в цитоплазме одинаковых секреторных гранул, общих регуляторных пептидов и нейронспецифической энолазы (фермента, участвующего в декарбоксилировании аминов)

ДНЭС
(нейроэндокринные клетки)‏
Аминергические и
Пептидэргические нейроны
APUD (ДЭС)‏
Сходные признаки:
одинаковые секреторные гранулы
общие регуляторные пептиды
нейроспецифическая энолаза
L-DOPA-декарбоксилаза

R. Guillemin (1977)
Нобелевская премия
Лекция: «Пептиды в мозге - новая эндокринология нейрона»

Появление радиоиммунологии и развитие иммуногистохимии привели к открытию совершенно неожиданного феномена: биогенные амины и пептидные гормоны, характерные для апудоцитов были обнаружены и в некоторых нейронах. (Polak, Bloom, 1986)
Эти нейроны, содержащие гормонально-активные полипептиды, отнесли к метасимпатической нервной системе
Особенностью этой системы является ее значительная автономия по сравнению с симпатической и парасимпатической системами
Среди пептидергических нейронов известны чувствительные и моторные. Их основная функция – модулировать возбуждающие импульсы

Пептидэргическая нервная система ярко представлена в эндокринном островке поджелудочной железы. Пептидергические нейроны и их отростки образуют плотную сеть, пронизывающую и оплетающую островок

(Weichselbaum M. et al., 2005)
Слизистая оболочка бронха. ИГХ-реакция с АТ к гастрин-рилизинг-пептиду. Конфокальная микроскопия.

(Weichselbaum M. et al., 2005)
Слизистая оболочка бронха. Видны 2 эндокринные клетки (метка - АТ к гастрин-рилизинг-пептиду) и нервные волокна (метка - протеин-ген-продукт - protein gene product, 9,5- PGP 9,5) ЗД. Конфокальная микроскопия.

АПУД-система желудочно-кишечного тракта и поджелудочной железы, выделена в отдельную гастроэнтеропанкреатическую эндокринную систему (ГЭПС) на долю которой приходится около половины всех апудоцитов

Типы энтериноцитов
Открытого
Закрытого
Апикальная часть
клетки достигает
поверхности
Не сообщаются
с просветом
Секреция
в просвет
Давление,
растяжение стенки,
колебания
температуры,
секрет в кровь
р СО2 и О2

Клетки ГЭПС могут быть эндокринными клетками открытого типа (их апикальные концы достигают просвета желудочно-кишечного тракта), и реагируют на пищевые раздражители и изменения рН изменением секреции.
Клетки ГЭПС, являющиеся эндокринными клетками закрытого типа, не имеют выхода в просвет желудочно-кишечного тракта и реагируют на физические (растяжение органа, давление, температура) и химические факторы.

Энтериноциты тесно связаны с пептидергической (метасимпатической) и нервной системой

В настоящее время в желудочно-кишечном тракте обнаружено более 30 видов эндокринных клеток. Но многие из них способны одновременно вырабатывать различные пептиды и амины

Основные типы нейроэндокринных клеток
желудочно-кишечного тракта

Функции ЭЭК (Kvetnoj, et al., 2001)
Участие в механизмах нейроэндокринной регуляции
Регуляция пролиферативных и апоптических процессов, дифференцировки клеток эпителия

ЕС –клетки самая большая популяция (синтезирует 95% серотонина)
(ЕС1)- серотонин
(ЕС)- мелатонин, мотилин
Вещество Р (Watahabe et al., 1998)
В ж.к.т. Синтезируется в 400 раз больше мелатонина, чем в эпифизе (Lerner et al., 1958)

D1 клетки – вазоинтестинальный пептид
Во всех отделах ЖКТ, ЦНС (гипоталамус, фронтальная кора, симпатических ганглиях), т.е. типичный нейропептид
Кишка в ЭЭК и волокнах нервных сплетений
ВИП- вазодилятатор
липолитическая активность
гликогенолиз
повышение экскреции магния, кальция,
фосфатов, Na, K и др.
Синдром Вернера-Моррисона «Випома» поджелудочной железы – водная диарея, гипокалиемия, гиперкальциемия, тетания

Нейроэпителиальные тельца

Взаимосвязь числа ЕС-ЭЭК с чувствительностью к стрессу и гипоксии

Содержание общего тестостерона, серотонина в крови крыс контрольной группы и в разные сроки после введения омнадрена

Изменение количества энтероэндокринных клеток в эпителии тонкой и толстой кишки при введении омнадрена

Изменения популяции НЭК в разные возрастные
периоды и при разных физиологических состояниях
Наибольшее количество клеток у плода
С возрастом количество ЭК уменьшается
В эпителии бронхов у взрослых европеоидов практически отсутствуют, а у азиатов – достаточное большее число

Кролики – острая гипоксия, усиление секреции, хроническая гипоксия - увеличение числа ЭК
В условиях хронической гипоксии – высокогорье, Мексика – увеличено число ЭК и тучных клеток у взрослого населения
При питании преимущественно растительной пищей число ЭК увеличивается
Изменения популяции ЭК в разных физиологических условиях

Изменения популяции НЭК в патологии
При хронических воспалительных процессах в эпителиальной выстилке бронхов увеличивается число НЭК
Увеличение числа ЕС-клеток (серотониноцитов) при НЯК и болезни Крона
Увеличение числа энтериноцитов, синтезирующих мелатонин, при язвенной болезни двенадцатиперстной кишки (Korblihtt et al., 1993; Осадчук М.А., 1996)

Физиологические и патологические процессы в органах, содержащих нейроэндокринные клетки, всегда связаны с изменением их количества и секреторной активности
Количественные и качественные изменения эндокринных клеток в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта тесно сопряжены с изменениями нейропсихологического статуса, вегетативными дисфункциями, гормональными нарушениями, вторичным иммунодефицитом

Проблемы
Не охарактеризована структура и молекулярно-биологические механизмы взаимосвязей между ЭЭК и нервной системой
Не ясны механизмы секреции
Нет систематизированного представления об изменениях популяции ЭЭК при изменении физиологического состояния и в патологии. Недостаточно изучены механизмы взаимодействия на локальном уровне нервной, эндокринной и иммунной системы