Гистология и биохимия
Histology and Biochemistry
Гистология и биохимия
Histology and Biochemistry
Роговица состоит из трех различных клеточных слоев и двух интерфейсов: эпителия, слоя Боумена, стромы, мембраны Десцеме и эндотелия (см. рис. 1.1).[55] Таким образом, типы клеток, составляющих роговицу, включают эпителиальные клетки, кератоциты (фибробласты роговицы) и эндотелиальные клетки. Компоненты роговицы взаимодействуют друг с другом для поддержания целостности и функции ткани, при этом точное расположение различных компонентов способствует ее прозрачности и прочности.
The cornea consists of three different cellular layers and two interfaces: the epithelium, Bowman's layer, the stroma, Descemet's membrane, and the endothelium (see Fig. 1.1).[55] The cell types that constitute the cornea thus include epithelial cells, keratocytes (corneal fibroblasts), and endothelial cells. Components of the cornea interact with each other to maintain the integrity and function of the tissue, with the precise arrangement of the various components contributing to its transparency and strength.
Эпителий роговицы
Corneal epithelium
Эпителий роговицы и конъюнктивы непрерывны и вместе формируют поверхность глаза. Оба они состоят из неороговевших многослойных плоских эпителиальных клеток. Несмотря на различия в характеристиках, эпителий роговицы и конъюнктивы совместно обеспечивают систему биозащиты передней поверхности глаза.[56],[57] Толщина эпителия роговицы составляет примерно 50 µm, что составляет около 10% от общей толщины роговицы (см. рис. 1.1), и она постоянна по всей поверхности роговицы.
The corneal and conjunctival epithelia are continuous and together form the ocular surface. They are both composed of nonkeratinized, stratified, squamous epithelial cells. Although their characteristics differ, both corneal and conjunctival epithelia cooperate to provide the biodefense system of the anterior surface of the eye.[56],[57] The thickness of the corneal epithelium is approximately 50 µm, which is about 10% of the total thickness of the cornea (see Fig. 1.1), and it is constant over the entire corneal surface.
Эпителий роговицы состоит из пяти или шести слоев трех различных типов эпителиальных клеток: поверхностных клеток, крыловидных клеток и столбчатых базальных клеток, последние из которых прикрепляются к базальной мембране, прилегающей к слою Боумена (рис. 1.4). Пролиферируют только базальные клетки эпителия роговицы. Дочерние клетки дифференцируются в крыловидные, а затем в поверхностные клетки, постепенно выходя на поверхность роговицы. Процесс дифференцировки занимает около 7–14 дней, после чего поверхностные клетки десквамируются в слезную пленку.[58] Ультрафиолетовое излучение, гипоксия или механический стресс индуцируют апоптоз (программируемую гибель клеток) и десквамацию эпителиальных клеток роговицы.[59–62]
The corneal epithelium consists of five or six layers of three different types of epithelial cells: superficial cells, wing cells, and columnar basal cells, the latter of which adhere to the basement membrane adjacent to Bowman's layer (Fig. 1.4). Only the basal cells of the corneal epithelium proliferate. The daughter cells differentiate into wing cells and subsequently into superficial cells, gradually emerging at the corneal surface. The differentiation process requires about 7 to 14 days, after which the superficial cells are desquamated into the tear film.[58] Ultraviolet radiation, hypoxia, or mechanical stress induces apoptosis (programmed cell death) and desquamation of corneal epithelial cells.[59–62]
Рис. 1.4 Просвечивающая электронная микроскопия эпителия роговицы человека. (A) Эпителий состоит из пяти или шести слоев эпителиальных клеток. Электронно-плотная клетка находится на грани десквамации. (B) Базальные клетки. Обратите внимание на многочисленные соединительные комплексы. (C) Базальная мембрана и передняя часть слоя Боумена. Обратите внимание на гемидесмосомы на базальной поверхности эпителиальных клеток. (D) Интердигитация и соединительные комплексы на латеральной поверхности базальных эпителиальных клеток. (E) Щелевой контакт на латеральной поверхности базальных клеток.
Fig. 1.4 Transmission electron microscopy of the human corneal epithelium. (A) The epithelium comprises five or six layers of epithelial cells. The electron-dense cell is about to undergo desquamation. (B) Basal cells. Note the numerous junctional complexes. (C) Basement membrane and anterior portion of Bowman's layer. Note hemidesmosomes at the basal surface of the epithelial cells. (D) Interdigitation and junctional complexes at the lateral surface of basal epithelial cells. (E) Gap junction at the lateral surface of basal cells.
Важной физиологической ролью эпителия роговицы является создание барьера для внешних раздражителей. Наличие соединительных комплексов между соседними эпителиальными клетками роговицы предотвращает проникновение таких агентов в более глубокие слои роговицы. Взаимодействия как клетка-клетка, так и клетка-матрикс важны для поддержания нормальной многослойной структуры и физиологических функций эпителия роговицы. Характеристики различных типов межклеточных соединительных комплексов, присутствующих в эпителии роговицы, обобщены в Таблице 1.2 и на Рисунках 1.4, 1.5 и 1.6. Плотные контакты (zonula occludens) присутствуют в основном между клетками поверхностных слоев и обеспечивают высокоэффективный барьер, предотвращающий проникновение слезной жидкости и ее химических компонентов. Гемидесмосомы (zonula adherens) и десмосомы присутствуют во всех слоях эпителия роговицы, тогда как щелевые контакты, позволяющие проходить малым молекулам между клетками, присутствуют в крыловидных и базальных клетках. После повреждения эпителия роговицы активно мигрирующие эпителиальные клетки больше не проявляют щелевых контактов или десмосом в области раны, где отсутствует базальная мембрана. Восстановление непрерывности эпителия роговицы сопровождается синтезом и отложением белков базальной мембраны и повторной сборкой различных типов соединительного аппарата, что позволяет предположить, что наличие базальной мембраны может быть необходимым для повторного формирования межклеточных соединений в эпителии роговицы (рис. 1.6).[63]
An important physiological role of the corneal epithelium is to provide a barrier to external stimuli. The presence of junctional complexes between adjacent corneal epithelial cells prevents the passage of such agents into the deeper layers of the cornea. Both cell–cell and cell–matrix interactions are important for maintenance of the normal stratified structure and physiological functions of the corneal epithelium. The characteristics of the different types of intercellular junctional complexes present in the corneal epithelium are summarized in Table 1.2 and in Figures 1.4, 1.5, and 1.6.Tight junctions (zonula occludens) are present mostly between cells of the superficial cell layers and provide a highly effective barrier to prevent the penetration of tear fluid and its chemical constituents. Hemidesmosomes (zonula adherens) and desmosomes are present in all layers of the corneal epithelium, whereas gap junctions, which allow the passage of small molecules between cells, are present in the wing cells and basal cells. After damage to the corneal epithelium, actively migrating epithelial cells no longer manifest gap junctions or desmosomes in the wounded region lacking a basement membrane. Reestablishment of the continuity of the corneal epithelium is accompanied by the synthesis and deposition of basement membrane proteins and by the reassembly of the various types of junctional apparatus, suggesting that the presence of the basement membrane may be required for re-formation of cell–cell junctions in the corneal epithelium (Fig. 1.6).[63]
Таблица 1.2 — Характеристики различных типов эпителиальных клеток роговицы
Table 1.2 -- Characteristics of the various types of corneal epithelial cells
| Форма | Слои | Размер | Митотическая активность | Интердигитация | Соединительные комплексы | Цитоплазматические органеллы | Кератин | Микрофиламенты (актин) | Микротрубочки | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Поверхностные клетки |
| Shape | Layers | Size | Mitotic activity | Interdigitation | Junctional complexes | Cytoplasmic organelles | Keratin | Microfilaments(actin) | Microtubules | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Superficial cells |
| | | | | --- | --- | --- | | | |
Плоские | | | |
Flat | | | |
Микроворсинки | | | |
Microvilli | | | |
Микроплики | | 2–4 |
Microplicae | | 2–4 |
| | | | | --- | --- | --- | | | |
40–60 µm в диаметре | | | |
40–60 µm in diameter | | | |
4–6 µm толщиной в области ядра | | | |
4–6 µm thick at the nucleus | | | |
2 µm толщиной на периферии | | − | Вся поверхность |
2 µm thick at the periphery | | − | Entire surface |
| | | | | --- | --- | --- | | | |
Десмосомы | | | |
Desmosomes | | | |
Плотные соединительные комплексы | | | |
Tight junctional complexes | | | |
(zonula occludens) | | Редкие | + | + | ? |
(zonula occludens) | | Sparse | + | + | ? |
|
Крыловидные клетки
Wing cells
|
Крыловидные отростки
Winglike processes
| 2–3 | | − |
Вся поверхность
Entire surface
|
| | | | | --- | --- | --- | | | |
Десмосомы | | | |
Desmosomes | | | |
Щелевые контакты | | Редкие | +++ | + | +/− |
Gap junctions | | Sparse | +++ | + | +/− |
|
Базальные клетки
Basal cells
|
Столбчатые
Columnar
|
Однослойный
Mono layer
|
| | | | | --- | --- | --- | | | |
18–20 µm высокая | | | |
18–20 µm high | | | |
8–10 µm в диаметре | | | |
8–10 µm in diameter | | | |
Плоские на задней поверхности | | + | Апикальная поверхность |
Flat at posterior surface | | + | Apical surface |
| | | | | --- | --- | --- | | | |
Десмосомы | | | |
Desmosomes | | | |
Щелевые контакты | | | |
Gap junctions | | | |
Гемидесмосомы | |
Hemidesmosomes | |
| | | | | --- | --- | --- | | | |
Больше, чем в поверхностных клетках | | | |
More than superficial cells | | | |
Большое количество гранул гликогена | | | |
Large numbers of glycogen granules | | | |
Выраженные митохондрии и аппарат Гольджи | | +++ | + | + |
Prominent mitochondria and Golgi apparatus | | +++ | + | + |
Рис. 1.5 Схематическое изображение локализации плотных контактов (темные прямоугольники), десмосом или гемидесмосом (заштрихованные прямоугольники) и щелевых контактов (пунктирные прямоугольники) в роговице.
Fig. 1.5 Schematic representation of the localization of tight junctions (dark boxes), desmosomes or hemidesmosomes (hatched boxes), and gap junctions (dotted boxes) in the cornea.
Рис. 1.6 Межклеточные контакты в эпителии роговицы. Верхние панели: (A–D) электронные микрофотографии просвечивающей электронной микроскопии эпителия роговицы человека. Масштабные отрезки, 50 нм. Средние панели: (E–H) иммунофлуоресцентные микрофотографии эпителия роговицы крысы, окрашенные антителами к указанным белкам. Масштабные отрезки, 50 µm. Нижние панели: (I–L) схематическое изображение межклеточных контактов в эпителии роговицы. GJ — щелевой контакт; TJ — плотный контакт; DS — десмосома; AJ — адгезивный контакт; Cx43 — коннексин 43; Oc — окклюдин; Dsg 1+2 — десмоглеины 1 и 2; E-cad — E-кадгерин; c-AMP — циклический аденозинмонофосфат; Cld — клаудин; zo-1 и -2 — zonula occludens-1 и -2; 7H6, 7H6 антиген; AF — актиновый филамент; Dsc — десмоколлин; DP I/II — десмоплакин I или II; PG — плакоглобин; KF — кератиновый филамент; α- и β-ctn — α- и β-катенин; P120, P120 катенин. *(Из Suzuki K et al. Cell–matrix and cell–cell interactions during corneal epithelial wound healing. Prog Retin Eye Res 22:113-133, 2003 Copyright Elsevier.)*
Fig. 1.6 Intercellular junctions in the corneal epithelium. Upper panels: (A–D) Transmission electron micrographs of the human corneal epithelium. Scale bars, 50 nm. Middle panels: (E–H) Immunofluorescence micrographs of the rat corneal epithelium stained with antibodies to the indicated proteins. Scale bars, 50 µm. Lower panels: (I–L) Schematic representation of intercellular junctions in the corneal epithelium. GJ, gap junction; TJ, tight junction; DS, desmosome; AJ, adherens junction; Cx43, connexin 43; Oc, occludin; Dsg 1+2, desmogleins 1 and 2; E-cad, E-cadherin; c-AMP, cyclic adenosine monophosphate; Cld, claudin; zo-1 and -2, zonula occludens-1 and -2; 7H6, 7H6 antigen; AF, actin filament; Dsc, desmocollin; DP I/II, desmoplakin I or II; PG, plakoglobin; KF, keratin filament; α- and β-ctn, α- and β-catenin; P120, P120 catenin. *(From Suzuki K et al. Cell–matrix and cell–cell interactions during corneal epithelial wound healing. Prog Retin Eye Res 22:113-133, 2003 Copyright Elsevier.)*
В клетках эпителия роговицы промежуточные филаменты цитоскелета образованы специфическими типами кислых (тип I) и основных (тип II) молекул кератина. Базальные клетки эпителия роговицы экспрессируют кератин 5/14, подобно базальным клеткам эпидермиса кожи. Однако кератин 3/12 (64-кДа кератин) экспрессируется специфически в эпителии роговицы и не обнаруживается в эпителии конъюнктивы или в эпидермисе.[64],[65] Генетическая мутация гена кератина 12 ответственна за дистрофию Мисманна в эпителии роговицы.[66]
In corneal epithelial cells, intermediate filaments of the cytoskeleton are formed by specific types of acidic (type I) and basic (type II) keratin molecules. Basal cells of the corneal epithelium express keratin 5/14, like basal epidermal cells of the skin. However, keratin 3/12 (64-kDa keratin) is specifically expressed in the epithelium of the cornea, not being found in that of the conjunctiva or in the epidermis.[64],[65] Genetic mutation of the keratin 12 gene is responsible for Meesmann's dystrophy of the corneal epithelium.[66]
Замена большинства органов или тканей путем трансплантации от генетически неидентичного индивидуума сопровождается иммунным ответом, который может привести к отторжению. Напротив, роговица обладает «иммунной привилегированностью» — характеристикой, которая имеет решающее значение для успеха трансплантации роговицы. Дендритные клетки Лангерганса, специализированные макрофаги, происходящие из костного мозга и участвующие в процессинге антигенов, в большом количестве присутствуют на периферии эпителия роговицы, но отсутствуют в центральной области нормальной роговицы.[67],[68] Эти клетки экспрессируют молекулы главного комплекса гистосовместимости (HLA) класса II и, как полагают, функционируют в афферентном звене иммунного ответа глаза, представляя антигены Т-лимфоцитам.[69],[70] Повреждение центральной части роговицы приводит к быстрой миграции периферических клеток Лангерганса в поврежденную область.
Replacement of most organs or tissues by transplantation from a genetically nonidentical individual is associated with an immune response that may lead to rejection. In contrast, the cornea is ‘immune privileged,’ a characteristic that is critical for the success of corneal transplantation. Dendritic Langerhans cells, specialized macrophages derived from the bone marrow that are implicated in antigen processing, are abundant at the periphery of the corneal epithelium but are not present in the central region of the normal cornea.[67],[68] These cells express human leukocyte antigen (HLA) class II molecules and are thought to function in the afferent arm of the ocular immune response by presenting antigens to T lymphocytes.[69],[70] Injury to the central cornea results in the rapid migration of peripheral Langerhans cells to the damaged area.
Поверхностные клетки
Superficial cells
Поверхность эпителия роговицы состоит из двух-трех слоев терминально дифференцированных поверхностных клеток. В отличие от эпидермиса кожи, эпителий роговицы в норме не кератинизируется, хотя это может произойти при патологических состояниях, таких как дефицит витамина А. Эти клетки плоские и многоугольные, с диаметром 40–60 µm и толщиной 2–6 µm (см. таблицу 1.2). Их поверхность покрыта микроворсинками.[71] Поскольку поверхностные клетки хорошо дифференцированы, они не пролиферируют.
The surface of the corneal epithelium contains two to three layers of terminally differentiated superficial cells. In contrast to the epidermis of the skin, the corneal epithelium is not normally keratinized, although it may become so under pathological conditions such as vitamin A deficiency. These cells are flat and polygonal with a diameter of 40–60 µm and a thickness of 2–6 µm (see Table 1.2). Their surface is covered with microvilli.[71] Given that superficial cells are well differentiated, they do not proliferate.