© Borgis - Nowa Pediatria 4/2000, s. 24-28
Maciej Potyrała¹, Barbara Iwańczak¹, Marta Rzeszutko²
Zjawisko apoptozy w błonie śluzowej żołądka
Apoptosis in chronic gastritis
¹ z II Katedry i Kliniki Pediatrii, Gastroenterologii i Żywienia Akademii Medycznej we Wrocławiu
Kierownik Katedry i Kliniki: prof. dr hab. med. Franciszek Iwańczak
² z Katedry i Zakładu Anatomii Patologicznej AM we Wrocławiu
Kierownik Katedry i Zakładu: prof. dr hab. med. Jerzy Rabczyński
Streszczenie
Homeostasis and development of metazoans organism depend on balance between proliferation and elimination of cells-programmed death (apoptosis). Apoptosis plays important role in physiology and pathology of diegestive system in human, and also influence damage of organs during diseases. Apoptosis is regulated both by extra and intracellular factors.
In stomach spare cells are eliminated with apoptosis. In chronic gastritis the number of apoptotic cells increases. This phenomenon is observed in different types of chronic gastritis. TNF-R and CD95 – receptors on the surface of gastric epithelial cells activate apoptosis. Such specific ligands as CD95L i TNFa or some intracellular proteins, like family Bcl-2 proteins, regulate the process of apoptosis in chronic gastritis. H. pylori activates apoptosis either directly or by complex cytokine system. Chronic gastritis lasting for years results in gastric atrophy, it could be accompanied by intestinal type metaplasia – established precancerosus condition. The total cell turnover in intestinal metaplasia is moderately increased. The proliferation zone in metaplastic glands is moved toward the fundus. Apoptosis is more intense in the glands with incomplete metaplasia compare to those with complete metaplasia. This fiding could be in relation to increased elimination of cells with damaged DNA. Dysregulation of apoptosis in the DNA-damaged cells could result in the development of neoplastic processes.
Od wielu lat stwierdzano różnice morfologiczne towarzyszące śmierci komórek w różnych warunkach. Dopiero w 1972 roku termin nekroza – tradycyjne określenie śmierci komórki został poddany ponownej ocenie przez Kerra i wsp. (14). Wprowadzili oni pojęcie apoptozy w odniesieniu do specyficznego, zaprogramowanego, możliwego do odróżnienia od nekrozy procesu obumierania komórki. Komórki, które nie są dłużej potrzebne zostają dzięki mechanizmowi fizjologicznej śmierci komórkowej usunięte. Podobny proces leży u podłoża inwolucji narządów, zmian w czasie embriogenezy oraz w procesach odnowy i regeneracji tkanek. Apoptoza jest to proces aktywny, podlegający zewnątrz- i wewnątrzkomórkowej regulacji. Zjawisko programowej śmierci komórki prowadzi do autodestrukcji komórki (11).
W przeciwieństwie do apoptozy nekroza jest procesem biernym, występującym w wyniku zadziałania na komórkę, silnego czynnika uszkadzającego, którego siłą przekracza zdolność komórki do adaptacji i naprawy. Zjawisko to nie podlega regulacji i jest nieodwracalne. Nekroza komórki charakteryzuje się obrzękiem całej komórki i jej organelli. Dochodzi do utraty integralności błony komórkowej co prowadzi nieodwracalnie do lizy komórki i jej wewnętrznych struktur. Wydostająca się na zewnątrz zawartość komórki wywołuje różnie nasiloną odpowiedź ze strony otaczających tkanek – reakcję zapalną. Cechą charakterystyczną dla nekrozy jest przypadkowa degeneracja DNA (26).
Apoptoza natomiast cechuje się kodensacją chromatyny i cytoplazmy. W przebiegu apoptozy nie dochodzi do wczesnego uszkodzenia organelli komórkowych. Zmiany w obrębie błony komórkowej oraz fragmentacja jądra prowadzą do tworzenia tzw. ciałek apoptotycznych, wewnątrz których znajduje się pozostałość jądra i cytoplazmy. W taki sposób zawartość komórki nie wydostaje się na zewnątrz, co z kolei nie rodzi reakcji zapalnej ze strony otoczenia komórki. Biochemiczną cechą apoptozy jest, w przeciwieństwie do nekrozy, enzymatycznie zdeterminowana fragmentacja DNA (2, 21).
Regulacja apoptozy jest złożonym procesem, który podlega wpływom różnych czynników, tak wewnątrz- jak i zewnątrzkomórkowych. Bodźce hamujące apoptozę to czynniki odpowiedzialne za przeżycie komórki np. czynniki wzrostowe. Wśród lepiej poznanych i zdefiniowanych czynników zapoczątkowujących apoptozę należą inhibitor wzrostu TGFb (transforming growth factor b) inhibiny, aktyny, liganda receptora CD95 (CD95L), czynnik martwicy nowotworów a (TNFa tumor necrosis factor a) i pochodne substancje. Wiele z nich działa poprzez łączenie się ze specyficznymi receptorami na powierzchni błony komórkowej, rozpoczynając w ten sposób kaskadę reakcji prowadzących do programowanej śmierci komórki (2, 3, 26).
Jednym z mechanizmów, który indukuje apoptozę jest układ receptor CD95 i jego liganda CD95L. Cząsteczka CD 95 (APO-1, Fas) jest receptorem błonowym typu I, który należy do nadrodziny czynnika wzrostu nerwów/czynnik martwicy nowotworów (NGF/TNF). Receptor CD95 jest spotykany w wielu tkankach ustroju człowieka. Ekspresja CD95 może być indukowana przez różne bodźce. Liganda CD95 jest syntetyzowana w różnych komórkach i tkankach. Wytwarzana jest przez aktywne limfocyty T, także przez płuca, wątrobę, nerki. Połączenie ligandy z receptorem CD95 powoduje zmianę konfiguracji wewnątrzkomórkowej domeny receptora CD95, co pociąga za sobą aktywację cytoplazmatycznej kaspazy 8 (FLICE, MACH, Mch5). Podobny mechanizm działania związany jest z połączeniem TNF z receptorem TNF (CD 120a.b) na powierzchni komórek. W tym przypadku przy udziale białek TRADD (TNF receptor associated death domain, związana z receptorem TNF domena śmierci komórkowej), TRAF2 (TNF receptor associated factor, czynnik związany z receptorem TNF) i RIP (receptor interacting protein, białko współdziałające z receptorem) powstaje złożony układ wewnątrzkomórkowy, który aktywuje dalsze elementy kaskady enzymatycznej prowadzącej do apoptozy (2, 3, 20). Limfocyty cytotoksyczne syntetyzują różne białka, które łączą się z powierzchnią docelowych komórek. Jednym z takich białek jest perforyna, która po połączeniu się z kanałami błonowymi, zmienia ich przepuszczalność dla niektórych białek. W taki sposób do wnętrza komórki dostają się enzymy, które bezpośrednio aktywują kaskadę apoptozy.
Rodzina kaspaz (caspase – cysteine aspartic acid-specific enzymes) to układ proteaz, który aktywowany przez różne czynniki, prowadzi do autodestrukcji komórki (26). Spotykane w komórkach człowieka kaspazy są analogami proteaz odkrytych i badanych u obleńca Caenorhabditis elegans. Układ kaspaz, kaskadowo aktywowanych enzymów jest uznawany obecnie za kluczowy element wykonawczy w procesie apoptozy. W rodzinie kaspaz wyróżnia się ponad 10 różnych czynników. Kaspazy, trawią cząsteczki białek, między innymi nieaktywne proenzymy innych kaspaz. Kaspazy działają na zasadzie reakcji łańcuchowej: aktywowanie jednej cząsteczki kaspazy prowadzi do uruchomienia innych i nieodwracalnego skierowania komórki na drogę apoptozy. Substratami aktywnych kaspaz są zarówno białka strukturalne jak również szereg enzymów istotnych w przemianach metabolicznych komórki. Substratami dla kaspaz są niektóre elementy szkieletu komórki białka wyścielające wewnętrzną powierzchnię otoczki jądrowej laminy, aktyna i fodryna. Ponadto kaspazy trawią szereg białek uczestniczących w procesach molekularnych związanych z cyklem komórkowym. Substratem jest białko RB, które kontroluje przechodzenie komórki przez kolejne fazy cyklu komórkowego, podjednostka kinazy DNA-PK (DNA – Activated Protein Kinase), która uczestniczy w wykrywaniu uszkodzeń jądrowego DNA komórki (24).
Dużą grupę śródkomórkowych regulatorów apoptozy stanowi rodzina białek Bcl-2. Ludzki gen Bcl-2 jest odpowiednikiem genu C. elegans ced-9 (cell death gene). Rodzina Bcl-2 składa się z kilku białek, które oddziałują między sobą, tworząc homo- lub heterodimery. Efekt biologiczny białek z tej rodziny może być odmienny. Bcl-x1 i Bfl-1 hamują apoptozę, poprzez inhibicję aktywacji kaskady kaspaz. Pozostałe białka wchodzące w skład tej rodziny tj. Bax, Bak, Bad i Bid aktywują apoptozę, najprawdopodobniej poprzez rozszczepienie struktur koniecznych do przeżycia. Równowaga pomiędzy białkami regulatorowymi należącymi do rodziny Bcl-2 determinuje los komórki (1).
Poza rodziną białek Bcl-2, jest co najmniej jeszcze jedna grupa regulatorów apoptozy. Należą do nich białka określane IAP (inhibitors of apoptosis), które hamują apoptozę.
Biochemicznym markerem komórki przechodzącej proces apoptozy jest fragmentacja DNA. W przeciwieństwie do nekrozy nie jest ona przypadkowa lecz przebiega w określonych miejscach łańcucha DNA. Proces fragmentacji DNA zachodzi w dwóch etapach, regulowanych przez aktywowane kaspazy, które trawią białko odpowiedzialne za utrzymywanie enzymów degradujących DNA w nieaktywnej postaci. W pierwszym etapie, większe fragmenty o długości 300 i 50 kb są odszczepiane, najprawdopodobniej przy udziale topoizomerazy II (DNA-za zależna od Mg++), w drugim etapie odszczepiane są mniejsze oligonukleosomowe fragmenty przez endonukleazę zależną od Ca++. Fragmentacja DNA jest wykorzystywana w praktyce w badaniach morfologicznych nad apoptozą. Znakowanie specyficznych fragmentów jądrowego DNA w miejscach jego pęknięć, umożliwia obrazowanie komórek w fazach apoptozy. Wiele badań nad apoptozą opiera się właśnie na metodzie oznaczania powstałych w wyniku działania terminalnej transferazy zakończonych dUTP fragmentów DNA (terminal deoxynucleotidyl transferase mediated dUTP nick end labeling – TUNEL) (12, 17).
BŁONA ŚLUZOWA ŻOŁĄDKA W FIZJOLOGII
Integralność błony śluzowej żołądka jest zależna od stałej wymiany komórek nabłonka śluzówki. Homeostaza opiera się na stałej proliferacji komórek, która jest równoważona przez ich obumieranie. Utrata komórek nabłonka w śluzówce żołądka jest regulowana przez apoptozę. Komórka podlegająca apoptozie oddziela się od sąsiednich komórek oraz od podścieliska. Przerwanie łączności komórki z sąsiednimi komórkami oraz z podłożem może powodować zmniejszenie oddziaływania zewnętrznych bodźców hamujących apoptozę. Proces ten określany jest przez niektórych jako anoikis.
Właściwości błony śluzowej żołądka są zależne od lokalizacji anatomicznej w tym narządzie. W żołądku wyróżnia się cztery zasadnicze części: wpust, trzon, dno i okolicę odźwiernikową. W badaniu mikroskopowym natomiast można wyodrębnić dwa podstawowe typy śluzówki żołądka. W pierwszych 2/3 żołądka (trzon i wpust) śluzówka charakteryzuje się prostymi gruczołami wyścielonymi komórkami głównymi, okładzinowymi i neuroendokrynnymi. Natomiast w okolicy odźwiernikowej i dna żołądka gruczoły są bardziej rozgałęzione i wyścielone przede wszystkim komórkami wydzielającymi mucynę, z niewielką ilością komórek neuroendokrynnych i pojedynczymi okładzinowymi. Bez względu na lokalizację anatomiczną w żołądku dołeczki wyściela nabłonek cylindryczny. W okolicy odźwiernikowej dołeczki stanowią około 1/2 grubości śluzówki, natomiast w okolicy trzonu i dna około 1/4 grubości śluzówki (18).
Poza oczywistymi różnicami w budowie błona śluzowa żołądka różni się od nabłonka wyścielającego dalsze odcinki przewodu pokarmowego umiejscowieniem strefy proliferacyjnej. W żołądku komórki proliferujące zlokalizowane są w szyi gruczołów żołądkowych, a nie jak w pozostałych odcinkach u ich podstawy. Migracja komórek po podziale odbywa się w dwóch kierunkach. Część z nich przemieszcza się w kierunku ujścia gruczołów, pozostałe w kierunku dna. W trakcie tej migracji komórki różnicują się w ściśle określony sposób. Komórki wędrujące ku szczytowi gruczołów różnicują się w komórki wydzielające śluz, tworząc dołeczki i właściwą powierzchnię śluzówki żołądka. Natomiast migrujące w kierunku dna gruczołów w zależności od anatomicznego położenia w żołądku tworzą gruczoły odźwiernikowe lub obfite w komórki okładzinowe, główne i neuroendokrynne gruczoły dna i trzonu (13).
Właściwości proliferacyjne komórek w obrębie żołądka różnią się istotnie. Wykorzystując techniki immunocytochemiczne wykazano iż około 5% komórek nabłonka śluzówki okolicy odźwiernikowej oraz 3% komórek w trzonie żołądka jest w fazie syntezy DNA cyklu komórkowego (S). Również stwierdzono istotne różnice w czasie trwania poszczególnych faz cyklu komórki. Czas trwania fazy S komórek okolicy odźwiernikowej wynosi około 8 godzin, a w trzonie 11.
W oparciu o metodę TUNEL wykazano, że w warunkach fizjologicznych około 1-3% komórek nabłonka żołądka w okolicy odźwiernikowej, trzonie i dnie podlega apoptozie. Ciałka apoptotyczne najczęściej widoczne są u szczytów i dna gruczołów, a pochłaniane są przez sąsiednie komórki nabłonka lub podścieliska. W mikroskopie świetlnym w prawidłowej śluzówce żołądka ciałka apoptotyczne są rzadko obserwowane. Wynika to po części z nieprawidłowej interpretacji i mylnego rozpoznawania ciałek apoptotycznych jako limfocytów śródnabłonkowych.
Inny mechanizm programowej śmierci komórki jest najprawdopodobniej wykorzystywany przy eliminacji komórek z uszkodzonym DNA i mutacjami genomowymi. Taki „altruistyczny” sposób śmierci komórek został zaobserwowany w kryptach jelitowych gryzoni, które poddane były napromieniowaniu.
Wyniki badań przeprowadzonych w ostatnich latach umożliwiły lepsze poznanie mechanizmów regulujących apoptozę w żołądku. Wczesne badania sugerowały że receptor CD95 nie jest reprezentowany na powierzchni komórki nabłonka śluzówki żołądka. Kolejne badania wykazały, że antygen ten może mieć istotny udział w regulacji apoptozy w żołądku. Chociaż ilość komórek nabłonka z wykrywalnym receptorem CD95 jest niewielka koreluje ściśle z liczbą komórek apoptotycznych (20).
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Adams J.M., Cory S.: The Bcl-2 protein family: arbiters of cell survival. Science, 1998, 281:1322-1325. 2. Andreoli T.E.: The Apoptotic Syndromes, Am. J. Med., 1999, 107:488. 3. Ashkenazi A., Dixit V.M.: Death receptors: signaling and modulation. Science, 1998, 281:1305-1308. 4. Bazzoni F., Beutler R.: The tumor necrosis factor ligand and receptor families. N. Engl. J. Med., 1996, 334:1717-1725. 5. Bennett M.W. et al.: Expression of Fas ligand by gastric adenocarcinomas: a potential mechanism of immune escape in stomach cancer. Gut, 1999, 44:156-162. 6. Bielański W. et al.: Grow factiors in human gastric mucosa beforeand after H. pylori eradication. J. Phys. and Phar., 1998, 49, 2:3. 7. Blaser M.J. et al.: Infection with Helicobacter pylori strains possessing cagA is associated with an increased risk of developing adenocarcinoma of the stomach. Cancer Res., 1995, 55:2111-2115. 8. Brenes F. et al.: Helicobacter pylori causes hyperproliferation of the gastric epithelium: pre- and post-eradication indicies of proliferating cell nuclear antigen. Am. J. Gastroenterol., 1993, 88:1870-1875. 9. Dixon M.F. et al.: Classification and grading of gastritis. Am. J. Surg. Pathol., 1996, 20:1161-1181. 10. Genta R.M.: Helicobacter pylori, inflammation, mucosal damage, and apoptosis: pathogenesis and definition of gastric atrophy. Gastroenterology, 1997, 113 (Suppl. 6):S61-S55. 11. Gorczyca W. i wsp.: Programowa śmierć komórek (apoptoza). Pat. Pol., 1993, 44, 3:113-119. 12. Green D., Reed J.: Mitochondria and apoptosis. Science, 1998, 281, 1309-1312. 13. Karam S.M., Lebond C.P.: Identyfying and counting apithelial cell types in the „corpus” of the mouse stomach. Anat. Rec., 1992, 232:231-246. 14. Kerr J.F. et al.: Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics. Br. J. Cancer, 1972, 26:239-257. 15. Kohda K. et al.: Role of apoptosis induced by Helicobacter pylori infection in the development of duodenal ulcer. Gut, 1999, 44:456-462. 16. Lee S.H. et al.: Immunohistochemical analysis of Fas ligand expression in normal human tissue. APMIS, 1999 Nov, 107(11):1013-1019. 17. Lynch D.A. et al.: Cell proliferation in Helicobacter pylori – associated gastritis and the effect of eradication. Gut, 1995, 36:346-350. 18. Owen D.A.: Histology of the normal stomach. In: Sternberg, S.S. (ed.), Histology for Pathologists, 2nd ed. Lippincott-Raven, Philadelphia-New York, 1997, p. 481-493. 19. Ponec R.J. et al.: Endoscopic and histologic diagnosis of intestinal graft-versus-host disease after marrow transplantation. Nutr. Cancer, 1999, 33, 1: 33-39. 20. Rudi J. et al.: Involvement of the CD95 (APO-1/Fas) receptor and ligand system in Helicobacter pylori-induced gastric epithelial apoptosis. J. Clin. Invest., 1998a, 102: 1506-1514. 21. Saikumar P. et al.: Apoptosis: Definition, Mechanisms, and Relevance to Disease. Am. J. Med., 1999, 107:489-506. 22. Slomiany B.L. et al.: Induction of casase-3 and nitric oxide synthase-2 during gastric mucosal inflammatory reaction to Helicobacter pylori lipopolysaccharide. Altern. Med. Rev., 1998, 3, 6:448-457. 23. Slomiany B.L. et al.: Induction of tumor necrosis factor-alpha and apoptosis in gastric mucosal injury by indomethacin: effect of omeprazole and ebriditine. Scand. J. Gastroenterol., 1997, 32:638-642. 24. Thornberry N., Lazebnik Y.: Caspases: Enemies Within. Science, 1998, 281:1312-1317. 25. Tsuji M. et al.: Cell kinetics of mucosal atrophy in rat stomach induced by long-term administration of ammonia. Gastroenterology, 1993, 104:796-801. 26. von Herbay A., Rudi J.: Role of apoptosis in gastric epithelial turnover. Microsc. Res. Tech., 2000 Mar 1, 48(5):303-311. 27. Wagner S. et al.: Regulation of gastric epithelial cell growth by Helicobacter pylori: evidence for a major role of apoptosis. Gastroenterology, 1997, 113:1099-1109. 28. Washington K. et al.: Gastric graft-versus-host disease; a blinded histologic study. Am. J. Surg. Pathol., 1997, 21:1037-1046.
