El epitelio intestinal es la capa unicelular que forma la superficie luminal (revestimiento) del intestino delgado y grueso (colon) del tracto gastrointestinal . Compuesto por epitelio columnar simple, sus funciones principales son la absorción y la secreción. Las sustancias útiles se absorben en el cuerpo y se restringe la entrada de sustancias nocivas. Las secreciones incluyen mucinas y péptidos .
Las células absorbentes en el intestino delgado se conocen como enterocitos , y en el colon se conocen como colonocitos . Los otros tipos de células son las células secretoras: células caliciformes , células de Paneth , células enteroendocrinas y células de penacho . Las células de Paneth están ausentes en el colon. [1] [2]
Como parte de su función protectora, el epitelio intestinal forma un componente importante de la barrera mucosa intestinal . Ciertas enfermedades y afecciones son causadas por defectos funcionales en el epitelio intestinal. Por otro lado, diversas enfermedades y condiciones pueden provocar su disfunción, lo que, a su vez, puede provocar más complicaciones.
El epitelio intestinal es parte del revestimiento mucoso . El epitelio es un epitelio cuboide simple compuesto por una única capa de células, mientras que las otras dos capas de la mucosa, la lámina propia y la muscularis mucosae , sostienen y se comunican con la capa epitelial. Para contener de forma segura el contenido de la luz intestinal , las células de la capa epitelial se unen entre sí mediante uniones estrechas , formando así una membrana contigua y relativamente impermeable.
Las células epiteliales se renuevan continuamente cada 4 a 5 días mediante un proceso de división, maduración y migración celular. La renovación se basa en células proliferativas ( células madre ) que residen en la cripta (base) de las glándulas intestinales (invaginaciones epiteliales en el tejido conectivo subyacente). [3] Después de formarse en la base, las nuevas células migran hacia arriba y fuera de la cripta, madurando a lo largo del camino. Finalmente, sufren apoptosis y se eliminan hacia la luz intestinal. [4] De esta manera, el revestimiento del intestino se renueva constantemente mientras el número de células que componen la capa epitelial permanece constante. [5]
En el intestino delgado, la capa mucosa está especialmente adaptada para proporcionar una gran superficie con el fin de maximizar la absorción de nutrientes. La expansión de la superficie de absorción, 600 veces mayor que la de un simple tubo cilíndrico, se logra mediante tres características anatómicas: [6]
El borde en cepillo de la superficie apical de las células epiteliales está cubierto por un glicocálix , que está compuesto de oligosacáridos unidos a glicoproteínas y glicolípidos de membrana . [7]
Las células madre que residen en la base de las criptas producen diferentes tipos de células. [4] Cada tipo madura de acuerdo con su programa de diferenciación específico a medida que migra hacia arriba y fuera de la cripta. Se han identificado y caracterizado muchos de los genes necesarios para la diferenciación en los diferentes tipos de células epiteliales. Los tipos de células producidas son: enterocitos (intestino delgado) (conocidos como colonocitos en el colon), células caliciformes , células enteroendocrinas , células de Paneth , células de micropliegues , células de copa y células de penacho . Sus funciones se enumeran aquí: [8]
A lo largo del tracto digestivo, la distribución de los diferentes tipos de células epiteliales varía según la función de esa región. [5]
Importante para la función de barrera del epitelio intestinal, sus células están unidas de forma segura mediante cuatro tipos de unión celular que pueden identificarse a nivel ultraestructural : [14] [15]
Las uniones en hendidura acercan las células adyacentes a una distancia de 2 nanómetros entre sí. Están formados por varias proteínas homólogas codificadas por la familia de genes conexinas que se unen para formar un complejo multiproteico . La estructura molecular de este complejo tiene forma de hexámero . El complejo, que está incrustado en las membranas celulares de las dos células unidas, forma un espacio o canal en medio de las seis proteínas. Este canal permite el paso de diversas moléculas , iones e impulsos eléctricos entre las dos células. [dieciséis]
Estos complejos, que consisten en proteínas de adhesión transmembrana de la familia de las cadherinas , unen las células adyacentes a través de sus citoesqueletos . [17] Los desmosomas dejan un espacio de 30 nanómetros entre las células. [dieciséis]
Las uniones adherentes, también llamadas zónula adherens, son complejos multiproteicos formados por proteínas de las familias catenina y cadherina. Están ubicados en la membrana en los puntos de contacto entre las células. Se forman por interacciones entre proteínas adaptadoras intracelulares , proteínas transmembrana y los citoesqueletos de actina de las células. Además de su papel en la unión de células adyacentes, estos complejos son importantes para regular la migración epitelial, la polaridad celular y la formación de otros complejos de unión celular. [15]
Las uniones estrechas, también llamadas zonula occludens, son los componentes más importantes del epitelio intestinal para su función de barrera. [18] Estos complejos, formados principalmente por miembros de las familias de claudina y ocludina , constan de alrededor de 35 proteínas diferentes, [14] forman una cinta continua en forma de anillo alrededor de las células y están ubicados cerca de los bordes de las membranas lateral y apical. . [15]
Los dominios extracelulares de las proteínas transmembrana en las células adyacentes se cruzan para formar un sello hermético. Estas interacciones incluyen aquellas entre proteínas de la misma membrana ("cis") y proteínas de células adyacentes ("trans"). Además, las interacciones pueden ser homofílicas (entre proteínas idénticas) o heterófilas (entre proteínas diferentes). [15]
De manera similar a las uniones adherentes, los dominios intracelulares de las uniones estrechas interactúan con diferentes proteínas de andamio , proteínas adaptadoras y complejos de señalización para regular la unión citoesquelética, la polaridad celular, la señalización celular y el tráfico vesical. [15]
Las uniones estrechas proporcionan un sello estrecho pero modificable entre las células adyacentes en la capa epitelial y, por tanto, proporcionan un transporte paracelular selectivo de solutos. [15] Aunque antes se pensaba que eran estructuras estáticas, ahora se sabe que las uniones estrechas son dinámicas y pueden cambiar el tamaño de la abertura entre las células y, por lo tanto, adaptarse a los diferentes estados de desarrollo, fisiologías y patologías. [18] Funcionan como una barrera paracelular selectiva y semipermeable entre los compartimentos apical y basolateral de la capa epitelial. Funcionan para facilitar el paso de pequeños iones y solutos solubles en agua a través del espacio paracelular al tiempo que previenen el paso de antígenos luminales, microorganismos y sus toxinas. [15]
El epitelio intestinal tiene una estructura anatómica compleja que facilita la motilidad y las funciones digestivas, absortivas, inmunológicas y neuroendocrinas coordinadas. [19]
El moco secretado por las células caliciformes actúa como lubricante y protege la capa de células epiteliales contra la irritación del contenido de la mucosa. [20]
Tradicionalmente, las células de las criptas se consideraban principalmente células secretoras, mientras que los enterocitos se consideraban principalmente absorbentes. Sin embargo, estudios recientes han cuestionado esta partición funcional clásica y han demostrado que tanto las células de la superficie como las de las criptas pueden realizar funciones secretoras y de absorción y que, de hecho, estas funciones pueden ocurrir simultáneamente. [21] [22]
Superpuesto al borde en cepillo de la superficie apical de los enterocitos se encuentra el glicocálix , que es una red laxa compuesta por las cadenas laterales de oligosacáridos de las hidrolasas integrales de membrana y otras enzimas esenciales para la digestión de proteínas y carbohidratos. Estas glicoproteínas , glicolípidos y enzimas catalizan las etapas digestivas finales de los carbohidratos y proteínas luminales. Los monosacáridos y aminoácidos así producidos se transportan posteriormente a través del epitelio intestinal y finalmente al torrente sanguíneo. [7]
La absorción de electrolitos y agua es una de las funciones más importantes del tracto digestivo. La absorción de agua es pasiva e isotónica, dependiendo de la velocidad y dirección del flujo del soluto. Otros factores que influyen en la absorción de líquidos son la osmolaridad y la región intestinal específica. [19] La permeabilidad selectiva regulada se realiza a través de dos rutas principales: la ruta transcelular (transepitelial) y la ruta paracelular. [15]
Consiste en el transporte específico de solutos a través de las células epiteliales. Está regulado predominantemente por las actividades de transportadores especializados que translocan electrolitos, aminoácidos, azúcares, ácidos grasos de cadena corta y otras moléculas específicas dentro o fuera de la célula. [15]
La permeabilidad paracelular depende del transporte a través de los espacios que existen entre las células epiteliales. Está regulado por uniones celulares que se localizan en las membranas laminares de las células. [15] Esta es la ruta principal de flujo pasivo de agua y solutos a través del epitelio intestinal. La regulación depende de las uniones estrechas intercelulares que tienen la mayor influencia en el transporte paracelular. [23] Los estudios que utilizan el microscopio electrónico demostraron que la resistencia eléctrica de las capas epiteliales depende de la complejidad y el número de filamentos dentro de los complejos proteicos transmembrana de unión estrecha. [19] Además, la resistencia de la membrana plasmática y la conductancia transmembrana variable de las células epiteliales también pueden modular la función de la vía paracelular. [19]
La barrera formada por el epitelio intestinal separa el ambiente externo (el contenido de la luz intestinal ) del cuerpo [15] y es la superficie mucosa más extensa e importante del cuerpo. [18]
El epitelio intestinal cumple varias funciones cruciales y exhibe características inmunes tanto innatas como adaptativas. Vigila de cerca su entorno intracelular y extracelular, comunica mensajes a las células vecinas e inicia rápidamente medidas activas defensivas y de reparación, si es necesario. [24] Por un lado, actúa como barrera, impidiendo la entrada de sustancias nocivas como antígenos extraños , toxinas y microorganismos . [14] [15] Por otro lado, actúa como un filtro selectivo que facilita la absorción de nutrientes dietéticos , electrolitos , agua y otras sustancias beneficiosas de la luz intestinal. [15]
Cuando se pierde la integridad de la barrera, aumenta la permeabilidad intestinal y puede producirse el paso incontrolado de sustancias nocivas. Esto puede provocar, dependiendo de la predisposición genética del individuo, el desarrollo de inflamación , infección , alergias , enfermedades autoinmunes o cáncer , en el propio intestino o en otros órganos. [19]
Aunque funcionan principalmente como parte del sistema digestivo , los enterocitos del epitelio intestinal también expresan receptores tipo peaje y proteínas del dominio de oligomerización de nucleótidos que reconocen diversos tipos de microbios y contribuyen al funcionamiento del sistema inmunológico . [25] [26] Por lo tanto, el epitelio intestinal no solo sirve como una barrera física que separa la luz intestinal del cuerpo propiamente dicho, sino que también lleva a cabo funciones de reconocimiento de patógenos como parte del sistema inmunológico intrínseco .
La pérdida de integridad del epitelio intestinal juega un papel patogénico clave en la enfermedad inflamatoria intestinal (EII). [27] Los cambios en la composición de la microbiota intestinal son un factor ambiental importante en el desarrollo de la EII. Los cambios perjudiciales en la microbiota intestinal inducen una respuesta inmune inapropiada (incontrolada) que daña el epitelio intestinal. Las brechas en esta barrera crítica (el epitelio intestinal) permiten una mayor infiltración de la microbiota que, a su vez, provoca más respuestas inmunes. La EII es una enfermedad multifactorial que, no obstante, está impulsada en parte por una respuesta inmune exagerada a la microbiota intestinal que causa defectos en la función de la barrera epitelial. [28]
Los ácidos biliares son componentes normales del contenido luminal del tracto gastrointestinal, donde pueden actuar como detergentes fisiológicos y reguladores de la homeostasis epitelial intestinal . [29] La exposición excesiva a largo plazo de las células epiteliales intestinales a los ácidos biliares puede causar estrés oxidativo que conduce a daño oxidativo del ADN y mutaciones cancerígenas . [30]