ヒトの全細胞

200種類あると言われる人の細胞を、一つ一つ、全てまとめるつもりです。
2019/1/6 human-cell.comにサイト移転します。よろしくお願いします

カテゴリ: 胃に関する細胞

胃小窩細胞
(Foveolar cell)


○胃小窩細胞とは


胃小窩細胞は、胃の単層円柱上皮細胞である。持続的に粘液を分泌することで細胞が塩酸や消化酵素に分解されることを防ぐ。表層に位置するものを表層粘液細胞、胃腺の上部に存在するものを頚部粘液細胞(副細胞)と呼ぶ。表層粘液細胞は粘液を分泌する働きとともに、内腔に微絨毛を持つ。


わかもと
図1 胃腺の構造
 胃小窩細胞はこの図の上皮細胞・副細胞に対応する。






○粘度


粘液は、その名の通りねばりがある液体である。粘り気が強いことを、粘度が高いと表現する。生物とは直接関係しないが、粘度の定義を以下に記す。

粘性のある物体(液体)を面積S、間隔hの2枚の平板に挟み、平板を相対速度Uで動かすと、動く方向とは逆向きに、剪断応力τが生じる。τは、実際に発生した力をFとしたときに、F/Sで表せる面積当たりの力である。それは間隔hの逆数と相対速度Uに比例し、

τ=F/S=μU/h 

と表現できる。このμを粘度という。

粘度は温度に依存し、液体は温度が上がると低下する。

単位はPa・秒であるが、1Pa・秒=10P=1000cP(ポアズ)とする単位も用いられる。

主な液体の粘度を以下に示す。


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図2 液体の粘度 
出典:https://www.keyence.co.jp/ss/products/process/flowmeter/selection/viscosity.jsp


ちなみに血液の粘度は3~4 m(ミリ)Pa・秒程度である。

○胃粘液の粘度

胃粘液の剪断応力はUに比例しない(非ニュートン流体という)。したがって、各Uの値に対応してμが計算されている。


無題
図3 胃粘液の粘度
出典:https://www.keyence.co.jp/ss/products/process/flowmeter/selection/viscosity.jsp


単位、CpはmPa・秒と等しい。胃粘液は、灯油やオイスターソースと同じくらいの粘度を持っているということがわかる。

さてこの論文によると、潰瘍を患った人のの粘液は高い粘度を示すことが報告されている。これは、潰瘍を患ったことを検知した胃が防御を固めているためと考えらえる。粘度が高ければ、容易には胃上皮から流れ出さず、粘液の厚い層を構成できるだろう。

○ムチン


粘液の主成分である糖たんぱく質を、ムチンという。ムチンは、アポムチンと呼ばれるコアタンパク(10~80残基)に多数の糖鎖が修飾した巨大分子である。コアタンパクは大半がセリン・トレオニンであり、そのヒドロキシ基を用いて糖鎖と脱水縮合を起こす。

糖鎖は単糖のヒドロキシ基どうしが脱水縮合してできるポリマーであるが、それぞれ数個のOHを持つために複雑な枝分かれも可能で、多様性を持つ。糖鎖がタンパク質を覆っていることで、水分子の保持やタンパク質分解酵素からの保護、粘性を可能としている。

一般に、ムチン濃度が増すと分子間相互作用が強化され、粘度が増すと言われている。


○炭酸水素イオン


 胃小窩細胞は粘液と同時にHCO3-イオンを放出し、塩酸を中和する働きを持つ。この炭酸イオンは血中を流れているものを取り込む。この炭酸水素イオンのおかげで、胃酸が細胞に到達するまでにはpHが4を上回るようになって、細胞の障害とペプシンの活性化を防いでいる。






○参考文献

・Wikipedia
 Foveolar cell

・胆汁粘度を規定する因子
https://www.jstage.jst.go.jp/article/tando1987/7/2/7_109/_article/-char/ja/

・Viscosity of gastric mucus in duodenal ulceration


・流体の粘度と目安
https://www.keyence.co.jp/ss/products/process/flowmeter/selection/viscosity.jsp


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ECL細胞
(Enterochromaffin-like Cells)



○ECL細胞とは


ECL細胞は、G細胞からのガストリンを受容してヒスタミンを分泌する、胃腸内分泌細胞の一種である。分泌小胞はクロム親和性であり、重クロム酸カリウム(K2Cr2O7)によって褐色に染色される。英語ではEnterochromaffin-like Cellsと表記され、日本語訳をすれば腸クロム親和性細胞様細胞となる。


○制御


 G細胞の内分泌したガストリン副交感神経のアセチルコリンによって刺激されると、ヒスタミンを放出する。ガストリンは胃を通る食べ物の刺激で放出され、副交感神経は食事時に活性化する神経であるから、ECL細胞がヒスタミンを放出するのは食事時である。

ECL-1
図1 ECL細胞の役割


○ヒスタミン


ヒスタミンは、ECL細胞の細胞質に含まれるヒスチジン脱炭酸酵素の働きで合成される。通常は分泌小胞に保存されているが、刺激を受けるとと傍分泌される。傍分泌されたヒスタミンは主細胞や壁細胞のH2受容体に受容され、ペプシノーゲンや塩酸の分泌を増加させることによって食物の消化を促進する。

ヒスタミンの受容体はH1~H4型までが存在し、いずれもGタンパク共役型(GPCR)である。H1型受容体はGqと共役して炎症やアレルギー・中枢神経に、H2型はGsと共役して胃酸分泌に、H3は中枢神経に関与する。H4についてはよくわかっていない。
400px-Histidine_decarboxylase.svg

図2 ヒスタミンの合成
 左はヒスチジン、右はヒスタミンである。

放出されたヒスタミンはジアミンオキシダーゼによって
ヒスタミン + H2O + O2  (イミダゾール-4-イル)アセトアルデヒド + NH3 + H2O2
という反応が起こり、速やかに分解される。


○抗ヒスタミン剤とH2ブロッカー


一般的に、H1受容体に拮抗してアレルギーを抑えるものを抗ヒスタミン剤というが、同時に中枢にも作用して眠気の副作用も生じる。副作用が出やすい薬を第一世代、後に開発された副作用が少ない薬を第二世代という。第一世代に比べ、第二世代は親水性が高く、血液脳関門を通過しづらくなり、中枢作用を抑えている。

一方、H2型受容体の競合的拮抗薬は抗ヒスタミン剤とは呼ばず、H2ブロッカーの名で呼ばれている。シメチジン(一般名タガメット)やファモチジン(ガスター10)がその代表格であり、胃潰瘍や食道炎の際に胃酸分泌を抑える薬として用いられている。H1受容体とH2受容体では構造が異なることから、抗ヒスタミン剤はH2受容体を阻害せず、また逆もしかりである。






○関連項目

G細胞
主細胞
壁細胞



〇参考文献
・Wikipediaの各項目
 クロム親和性細胞 
 ヒスタミン 
 

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G細胞
(G cell)

○G細胞とは


G細胞は、胃の幽門部から十二指腸・膵臓に位置し、ガストリンを血中に内分泌する細胞である。ガストリンは胃の壁細胞に働いて胃酸分泌を、主細胞に働いてのプシノーゲン分泌を増やす働きを持つ。

EC細胞やECL細胞、D細胞などとともに、消化管ホルモンを分泌する胃腸内分泌細胞の一つとして数えられている。

ECL-1



○分泌制御

 G細胞からのガストリンの放出は副交感神経によって制御されている。その神経末端における神経伝達物質はGRP(Gastrin releasing peptide)というペプチドであり、アトロピンという抗コリン薬でアセチルコリンを阻害してもガストリン分泌には影響がないことが知られている。その一方、副交感神経が直接壁細胞を刺激して胃酸分泌を増強する時の神経伝達物質はアセチルコリンであり、この経路はアトロピンによって阻害される。

 副交感神経のGRPを介した刺激のほかでは、胃にアミノ酸がある場合やカルシウム濃度が高くなっている場合にもG細胞がそれを受容して、ガストリン分泌を増大させる。それとは逆に、酸性溶液に触れた十二指腸が分泌するセクレチン、インクレチンの一種であり血糖値低下に働くGIP、D細胞が分泌するソマトスタチン等にはガストリンの分泌を減少させる作用がある。
 
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図1 胃酸分泌の制御 Wikipediaより
 G細胞=G cellはECL cellやD cellと共に胃酸分泌を調整する。
  

○ガストリンの作用

 まず第一に、ガストリンは胃のECL細胞(Enterochromafin like cell)を刺激して、ヒスタミンの傍分泌をうながす働きがある。ヒスタミンは壁細胞に作用して胃酸分泌を増強する効果がある。胃酸分泌の上昇は胃内腔側の細胞膜にK+/H+ ATPaseが増えることによる。また、壁細胞にもガストリン受容体が存在し、直接はたらいて胃酸分泌を促す働きもあるが、こちらの寄与は小さい。

 ガストリンは他にも、主細胞からのペプシノーゲン分泌を促す、胃の運動性を高める、膵液分泌を高めるなど多様な作用が認められており、いずれも食事時に消化を促進する。

○ガストリン分子

G細胞におけるガストリン産生の際、まずGASTという遺伝子領域から101アミノ酸からなるプロガストリンという前駆体が転写・翻訳される。プロガストリンはN末端側にシグナルペプチドを有しており、リボソームは粗面小胞体の膜に結合して翻訳産物は小胞体の中に送られる。

翻訳が終了するとシグナルペプチドの21アミノ酸は切り離され、さらなる切断を受けることによって、最終的なガストリンが完成する。多くのガストリンは17アミノ酸か34アミノ酸からなり、前者をリトルガストリン、後者をビッグガストリンという。作用はどちらも同じである。

細胞膜上に位置するガストリンの受容体はCCKBRと呼ばれ、十二指腸や空腸のI細胞で産生するコレシストキニンと共通した受容体である。阻害剤としてプログルミドという薬剤が開発され、消化性潰瘍の薬として用いられていた。興味深いことに、プログルミドには鎮痛の増強、プラセボ効果の増強が確認されている。神経にも作用していると考えられている。

○ゴジラ細胞

胃とは関係ないが、ゴジラの細胞もG細胞という。分裂速度が極端に早く、どんな細胞にでも分化できて、毒物や放射線にも耐性があって、日本とアメリカとサウジアラビアが狙っているという設定。

○関連項目

主細胞
壁細胞
ECL細胞

○参考文献

・Wikipediaの各項目 
 G cell  
   Gastrine
 プログルミド

・漢方と胃

 http://kanpouseitai.blog87.fc2.com/blog-entry-330.html?sp


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主細胞
 (gastric chief cell)

○主細胞とは


主細胞は、胃小窩の特に底部に偏在し、ペプシノーゲンを分泌する細胞である。ペプシノーゲンは壁細胞が分泌する塩酸によってN末端側が加水分解され、消化酵素のペプシンとなる。ペプシンはプロテアーゼであり、タンパク質の分解を触媒する。

関連:壁細胞

わかもと
図1 胃腺の構造




○ペプシノーゲン

分泌され、塩酸で活性化されたペプシンもまた、不活性のペプシノーゲンに作用し、自身の数をさらに増やしていく。ペプシンの活性中心はペプチドがはまる「溝」のような構造をとっているが、ペプシノーゲンはN末端がその部位にフタをして、活性を抑えている。

もし活性型ペプシンを翻訳によって生産していれば、主細胞内部でタンパク質を分解してしまうことが予想される。それゆえ、ペプシノーゲンという安定な前駆体を分泌している。

○ペプシンの触媒

ペプシンは活性中心に2つのアスパラギン酸を持っており、"アスパラギン酸プロテアーゼ"の一種である。片方のアスパラギン酸残基が一般塩基触媒として水分子からプロトンを奪い、活性化した水分子がペプチド結合のカルボニル炭素を求核攻撃する。すると四面体型のオキソアニオン中間体ができるが、それをもう一つのアスパラギン酸残基が安定化し、反応効率を高める。そして最後にC-N結合が切断され、ペプチドは二つに分かれる。


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図2 反応機構


至適pHは強酸性で、温度は37~42度である。基質ポケットの大きさの関係から疎水性残基、特に芳香族アミノ酸のN末端側の切断を好み、それは全体の20%にもなる。胃の次に位置する十二指腸においては、粘膜が重炭酸イオンを多く分泌してpHが上昇し、ペプシンの働きは抑えられる。

○ペプシコーラ


 余談であるが、ペプシコーラの「ペプシ」は、まさにペプシンのことである。ペプシコーラは1894年にアメリカの薬剤師によって消化不良治療薬として開発された。その主成分はコーラナッツや砂糖であったが、ペプシンも含有されていたのである。今は残念ながら含まれない。

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図3 ペプシコーラ

○制御


主細胞に対しては、胃酸を分泌する壁細胞と同様な制御が働いている。その第一は副交感神経である。嗅覚、味覚、視覚等で食べ物を把握すると、その情報が伝わってアセチルコリンを放出する。アセチルコリンはGPCRのムスカリン受容体に結合し、ペプシノーゲンが放出される。幽門部のG細胞が出すガストリン、クロム親和性細胞が分泌するヒスタミンもまた放出を促進する。

○健胃薬


漢方の用途として、消化を促進する"健胃"というものがある。センブリをはじめとする苦味健胃、ミカン科の芳香性健胃薬が有名であるが、これらは強力な味やにおいを持つ。強い刺激を受けた味覚、嗅覚から副交感神経にシグナルが伝わり、主細胞や壁細胞での胃酸・ペプシノーゲンの放出を促進するのである。




○関連項目


胃小窩細胞

〇参考文献
・わかもと製薬 胃のしくみと働き
http://www.wakamoto-pharm.co.jp/health_si/understand/index.html
・ペプシコーラ http://www.pepsi.co.jp/menu.html
・今月の分子 PDB
http://eprots.pdbj.org/mom/index.php?l=ja&p=012
・生理学会 教育
・Wikipediaの各項目
 主細胞
 ペプシン
 Protease

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壁細胞
(Parietal cell)

壁細胞とは


壁細胞は、胃腺に存在して胃酸(塩酸)や内因子を分泌する細胞である。プロトンポンプを利用してH+を胃に組みだし、別経路でCl-を排出することで塩酸となる。アセチルコリン、ガストリン、ヒスタミンを受容すると、胃酸分泌を促進する作用を持つ。

わかもと

図1 胃腺の細胞



胃粘膜と胃腺


粘膜は、外胚葉由来の上皮細胞層であり、粘液を分泌するものを指す。胃には胃粘膜が存在し、そこには胃小窩と呼ばれる小さい穴が多数存在する。胃小窩の底に胃腺があって、そこから粘液や塩酸、消化酵素が分泌されている。塩酸を分泌する細胞は壁細胞、ペプシノーゲンを分泌する細胞は主細胞と呼ばれている。

関連: 主細胞

胃酸分泌の制御

胃酸分泌は、脳相胃相腸相の3つの方法で制御されている。脳相はすなわち副交感神経、胃相はG細胞や物理的刺激、腸相はセクレチンを意味する。セクレチンは、小腸で低いpHを感じたときに内分泌されるホルモンであり、胃酸分泌を抑制する。脳相・胃相については後述する。

アセチルコリン(脳相)


アセチルコリンは副交感神経の出す神経伝達物質である。副交感神経は一般に食事時に働く神経であり、胃酸分泌を促進する。視覚や味覚、嗅覚で食べ物を認識した場合も神経興奮が起こる。壁細胞においては、GPCRのムスカリンM3受容体に結合し、シグナルが伝達される。



ガストリン(胃相)


ガストリンは、胃の出口、幽門に存在するG細胞によって内分泌されるペプチドホルモンである。食べ物の刺激があるとG細胞は活性化され、ガストリンは血管を通って壁細胞のCCK2受容体を刺激し、塩酸分泌を促進する。

CCK2受容体はガストリンのほか、小腸I細胞が放出するコレシストキニン(Cholecystokinin, CCK)を受容するGタンパク共益型の受容体である。コレシストキニンは小腸セクレチン産生を促進する作用を持つ。

ヒスタミン


ヒスタミンは体内で広くみられる神経伝達物質であるが、壁細胞は隣接するクロム親和性細胞(ECL細胞)が傍分泌したものをH2受容体で受容し、胃酸を分泌する。クロム親和性細胞は、副交感神経やガストリンが作用して活性化された場合にのみヒスタミンを発する。


ヒスタミン受容体にはH1からH4までのサブタイプが存在し、いずれもGPCRである。ヒスタミンは胃酸分泌に最も大きな影響を与えると言われており、シメチジン(タガメット)等のヒスタミンH2受容体拮抗薬が胃潰瘍の薬として用いられている。

プロトンポンプ阻害剤


壁細胞のプロトンポンプはATPをエネルギー源としてH+をくみ出しているが、それを阻害する薬剤(ゲフィニチブ等)もまた、胃酸分泌を強力に抑制する薬として用いられている。ただしこの薬には腸内細菌の変化をはじめとする副作用が見られるため、長期に用いることは禁止されている。

胃潰瘍


胃潰瘍とは、胃の上皮組織が欠損し、その下層の組織が露出する疾患である。通常は粘膜表面の重曹を含んだ粘液が粘膜を保護し、細胞表面のリン脂質が胃酸水溶液を寄せ付けず、また上皮細胞もプロスタグランジンE2の効果で盛んに増殖することで損傷を抑えているが、飲酒や熱いもの、塩分やストレスでバランスが崩れると損傷が起こる。プロスタグランジンの合成を阻害する風邪薬、NSAIDsも、上皮の分裂を抑制するために潰瘍の副作用がある。

内因子


内因子は、壁細胞によって作られる糖たんぱく質であり、回腸におけるビタミンB12の吸収に必要である。食物ではタンパク質と結びついているビタミンB12は胃のペプシンで切り離されて、代わりに唾液由来のハプトコリンというタンパク質と結合し、強酸での分解を防ぐ。十二指腸まで出ると、膵液によってハプトコリンが分解され、壁細胞由来の内因子と結合する。内因子とビタミンB12の複合体が回腸で吸収されている。


ビタミンB12は葉酸に変換され、DNA合成に重要な役割を果たすため、ビタミンB12が不足すると分裂
の早い細胞に悪影響が生じ、悪性貧血を引きおこす。


悪性貧血の主要因となるのは、萎縮性胃炎という疾患である。胃粘膜が薄くなって胃腺が減少する疾患であり、ほとんどの場合はヘリコバクター・ピロリを原因とする。

ヘリコバクター・ピロリ

 
ピロリ菌としても知られ、強酸環境で生存可能なグラム陰性細菌である。ウレアーゼを持ち、胃粘液中の尿素をアンモニアと二酸化炭素に分解し、アンモニアで塩酸を中和することによって生存している。免疫応答による炎症により、感染から数カ月で慢性胃炎を引き起こし、さらに続くと萎縮性胃炎や胃がんとなる。

現在は、抗生物質によってピロリ菌を除去する治療が行われている。

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図2 ピロリ菌


〇関連項目
胃小窩細胞(上皮細胞・副細胞)


〇参考
・ピロリ菌のお話.jp 武田薬品
http://www.pylori-story.jp/
・Wikipedia の各項目
 壁細胞
 ヘリコバクター・ピロリ
 内因子
 胃粘膜
 胃腺
 プロトンポンプ阻害剤

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