Эндокринная секреция пищеварительных ферменты железы млекопитающих экзокринными железами

Экзокринная поджелудочная железа и некоторые слюнные железы млекопитающих выделяют различные ферменты в желудочно-кишечный тракт, где они переваривают пищу. Эти же железы также выделяют эти ферменты в кровоток. Обычно предполагалось, что этот последний процесс происходит исключительно в результате патологического состояния или как непреднамеренный побочный продукт экзокринной секреции из-за утечки следовых количеств ферменты железы в кровь.

Однако ряд данных свидетельствует о том, что эндокринная секреция пищеварительных ферменты железы является нормальным явлением, которое может достигать значительной величины у здоровых людей, реагировать на различные физиологические стимулы и отличается от экзокринной секреции. Недавние исследования привлекли внимание к этому процессу как к многообещающему способу доставки сконструированных белков в системный кровоток для фармацевтических целей. В данном обзоре мы проводим обзор исследований в этой области и рассматриваем доказательства существования эндокринной секреции пищеварительных ферменты железы, причину выброса фермента железы в кровь, его источник внутри ткани и, наконец, физиологические цели этой секреции. процесс может служить.

классический видсостоит в том, что существует два различных типа секреторных желез: экзокринные и эндокринные. Экзокринные железы выделяют продукты, которые они производят, во внешнюю среду, например, в просвет желудочно-кишечного тракта, через систему протоков железы. Напротив, эндокринные железы выделяют свои продукты внутрь, сначала в интерстициальную жидкость, а затем в кровоток. Считается, что движение секреторных продуктов внутри клеток этих двух различных типов желез отражает эту полярность. Таким образом, в экзокринных клетках транспорт происходит от места синтеза к обращенной к протоку или апикальной мембране клетки, тогда как в эндокринных клетках транспорт осуществляется к ее обращенной к крови или базолатеральной поверхности мембраны. Таким образом, клетки организованы таким образом, чтобы высвобождать свои продукты либо в одном, либо в другом направлении, но не в обоих направлениях.

В этой статье мы обсуждаем процесс, идущий вразрез с этим пониманием: эндокринную секрецию пищеварительных ферменты железы экзокринной поджелудочной железой и некоторыми слюнными железами млекопитающих. Помимо выделения большого количества пищеварительных ферменты железы в кишечный тракт, эти железы также выделяют те же продукты в кровоток. Как таковые они являются не строго экзокринными железами, а «дуакринными» органами, способными секретировать свои продукты как во внешнюю среду, так и в кровеносную систему.

Пищеварительные ферменты железы в крови

Давно известно, что в крови человека можно обнаружить такие пищеварительные ферменты железы, как трипсин, амилаза и липаза. Традиционно их появление в кровотоке рассматривалось как результат патологического инсульта или как случайный побочный продукт экзокринной секреции. Это отражает сильную склонность предполагать по определению, что экзокринные железы секретируют только в экзокринном направлении. В соответствии с этой точкой зрения, повышенные уровни пищеварительных ферменты железы в крови являются общими симптомами и важными диагностическими критериями воспалительных заболеваний пищеварительных желез, таких как панкреатит. Хотя их уровни в крови повышены при определенных болезненных состояниях, это повышение происходит относительно нормальных значений. То есть многие, если не все, а также их неактивные предшественники и множество других активных пищеварительных ферменты железы присутствуют в крови, не вызывая заболевания или разрушения тканей. Это не новое наблюдение в том смысле, что активные протеолитические, липолитические и амилолитические ферменты железы литохол, полученные из непищеварительных источников, являются нормальными составляющими плазмы и внеклеточных пространств здоровых людей. В этих условиях потенциально опасные ферменты железы контролируются различными способами, включая регуляцию их продукции, секреции и метаболизма, а также наличие специфических ингибиторов ферменты железы, таких как α 1 -антитрипсин и α 2 - макроглобулин.

Если эндокринная секреция пищеварительных ферменты железы не обязательно должна быть патологическим явлением, тем не менее их присутствие в крови может быть результатом нефизиологических причин. Это может быть совершенно нормальным и достаточно безвредным, но результатом случайной, функционально бессмысленной утечки следовых количеств этих веществ в процессе протоковой секреции. На первый взгляд может показаться, что такой вывод оправдан низкой концентрацией различных пищеварительных ферменты железы в плазме по сравнению с их концентрацией в железистой ткани (миллимолярные концентрации). Но это само по себе не оправдывает такой вывод. Неудивительно, что поджелудочная железа содержит свои пищеварительные ферменты железы в гораздо более высоких концентрациях, чем плазма, потому что железа хранит большое количество этих веществ перед их высвобождением.1 ) и различные протеазы плазмы. Концентрации пищеварительных ферменты железы, обнаруживаемые в крови, в диапазоне нанограммов на миллилитр, также не могут считаться следовыми количествами. Их достаточно для обеспечения измеримого ферментативного гидролиза, и многие ферменты железы активны при значительно более низких концентрациях.

Их концентрация в крови не определяет их количество. Это также зависит от объема распределения, то есть от размера пула, в котором находится вещество. У мужчины массой 70 кг объем крови составляет около 5 литров, а общий объем внеклеточной жидкости — около 15 литров. Это намного больше, чем объем, например, поджелудочной железы, который составляет всего 90–100 мл. В случае такого большого расхождения в относительных объемах двух компартментов больший пул будет обнаружен в крови и внеклеточной жидкости при концентрации <1 на 100. Хотя концентрация пищеварительных ферменты железы в крови значительно меньше, примерно на три-четыре порядка ниже, чем их концентрация в железах, эта концентрация все же представляет собой значительное количество, в пределах 1-10% от уровня в тканях.40 ). Ясно, что это не следовые количества.

Наконец, что важно, даже если количество вещества в пуле невелико, это не обязательно означает, что скорость его транспорта в этот пул несущественна. Количество, поступающее в купе, также зависит от скорости его оборота; то есть, как быстро он уходит, а также как быстро он входит в это отделение. В совокупности эти факты не позволяют нам заключить, основываясь исключительно на понимании того, что их концентрация в крови низка по сравнению с тканями их происхождения, что наличие пищеварительных ферменты железы в крови является просто отражением их количественно тривиальной утечки из желез по мере их поступления. случайный побочный продукт протоковой секреции. Для обоснования вывода о его случайности нужны дополнительные сведения, прежде всего оценка свойств процессов, производящих эндокринную секрецию.

Эндокринная секреция пищеварительных ферментов железы

Доказательства эндокринной секреции пищеварительных ферменты железы экзокринными железами относятся к 1930-м годам. Исследования на собаках и кроликах выявили значительное повышение уровня сывороточной амилазы, связанное с поджелудочной железой, после введения холинергических агонистов (ацетилхолина, физостигмина и ацетил-β-метилхолина), которые активируют экзокринную секрецию этой и других желудочно-кишечных желез в процессе пищеварения. Около тридцати лет спустя аналогичный эффект был зарегистрирован у крыс, но в этом случае также было обнаружено, что уровень амилазы в плазме после кормления увеличился более чем вдвое. Впоследствии различные исследования подтвердили, что амилаза в крови обусловлена ​​ее высвобождением из слюнных желез, поджелудочной железы и, вероятно, печени.

Мало того, что эндокринная секреция реагировала на пищеварительные стимулы, ответы могли быть количественно значимыми. Например, у кроликов панкреатический стимулятор секреции поджелудочной железы холецистокинин (ХЦК)-панкреозимин в дозе в пределах нормального диапазона постпрандиальных концентраций в сыворотке повышал концентрацию амилазы в плазме на величину, равную до15% протоковой секреции, или 42 нмоль, за тот же период времени. Аналогичные значения были зарегистрированы в ответ на введение CCK у собак под наркозом (15%) и у кроликов in vitro (18%).

Источник эндокринной секреции в железах

Высвобождение пищеварительного фермента железы в кровь чаще всего рассматривалось как результат того, что некоторая часть фермента железы, секретируемого в проток, попадает в интерстициальную жидкость через парацеллюлярные каналы и оттуда в кровоток. Было высказано предположение, что каналы, достаточно большие, чтобы действовать как шунты для пищеварительных ферменты железы, проникают через апикально расположенные плотные соединения, соединяющие соседние железистые эпителиальные клетки. В этом случае эндокринная секреция была бы пассивным, обязательным побочным продуктом экзокринной секреции. Если бы такой механизм работал, мы бы ожидали, что все стимуляторы, а также все ингибиторы экзокринной секреции будут зависимо и пропорционально влиять на высвобождение эндокринной системы. В этой ситуации тот факт, что эндокринная секреция реагирует на физиологические стимулы, не имеет значения.

Поджелудочная железа

Парацеллюлярную модель можно проверить, просто сравнив влияние стимуляторов на секрецию в двух направлениях. Вызывают ли стимуляторы изменения эндокринной секреции, пропорциональные тем, которые происходят в экзокринном направлении? Учитывая пассивный парацеллюлярный путь, можно было бы ожидать, что когда концентрация фермента в системе протоков повышается под действием стимулятора, его эндокринная секреция будет увеличиваться пропорционально увеличению градиента диффузии (концентрации). Или, если стимулятор вызывал повышение внутрипротокового давления, вызванное увеличением объема жидкости, удерживаемой в системе протоков, это увеличивало бы поток ферментсодержащей жидкости через парацеллюлярные каналы. В этом случае эндокринная секреция будет увеличиваться пропорционально увеличению скорости потока.

Если бы таких пропорциональных ответов не наблюдалось или, по крайней мере, не наблюдалось во всех случаях, то за эндокринную секрецию пищеварительных ферменты железы должен был бы отвечать другой механизм. Это не означает, что мы могли бы заключить в таком случае, что парацеллюлярные шунты, проницаемые для пищеварительных ферменты железы, вообще не существовали, а скорее, что если бы они существовали, то прохождение через них не учитывало бы, то есть не было бы количественно ответственным за эндокринную секрецию.

Так было. Эндокринная секреция не обязательно или даже обычно не параллельна экзокринному процессу. Например, в поджелудочной железе CCK может вызывать значительное (магнитное) увеличение экзокринной секреции вообще без какого-либо заметного увеличения в эндокринном направлении. С другой стороны, в более высоких физиологических дозах тот же гормон оказывает существенное влияние на эндокринную секрецию, в то время как секреция в протоковом направлении уже с максимальной скоростью не затрагивается. Это дозозависимое различие между секрецией в двух направлениях отражено в полностью разделенных кривых доза-реакция. Это согласуется с сообщениями о наличии низко- и высокоаффинных рецепторов CCK на экзокринных клетках поджелудочной железы.

Зависимость доза-ответ для эндокринной секреции амилазы поджелудочной железой кролика в ответ на холецистокинин-панкреозимин (CCK-PZ). Значения представляют собой концентрацию амилазы в омывающей среде в стационарном состоянии. Стрелка указывает на дозу CCK-PZ, которая является максимальной для протоковой секреции.

Скачать рисунокСкачать PowerPoint

Точно так же гормон секретин, мощный стимулятор секреции соли и воды экзокринной поджелудочной железой, не усиливает секрецию экзокринного белка у людей, даже несмотря на то, что в высоких концентрациях он существенно повышает уровень амилазы в плазме. Также у людей гормон бомбезин, общий стимулятор секреции ферменты железы в экзокринном направлении, повышает уровень трипсина в плазме, но не амилазы или липазы. Если бы парацеллюлярные шунты были ответственны за эндокринную секрецию, можно было бы ожидать, что секреция различных ферменты железы будет усиливаться параллельным или пропорциональным образом.

Поджелудочная железа кролика в органной культуре

Аналогичные показания были получены в исследованиях поджелудочной железы in vitro. Прямые измерения транспорта амилазы через обращенную к крови или базолатеральную поверхность пищеварительных желез были впервые предприняты в 1970-х годах с использованием изолированного препарата поджелудочной железы кролика. Из-за своей диффузной природы поджелудочная железа кролика может быть инкубирована целиком in vitro с сохранением ее естественной экзокринно-эндокринной полярности. Как следствие, транспорт белка через базолатеральную поверхность железы может быть измерен непосредственно и отдельно от экзокринной секреции. Эндокринную секрецию измеряют путем отслеживания высвобождения в инкубационную среду, тогда как экзокринную секрецию контролируют путем сбора жидкости из канюлированного протока поджелудочной железы.

При использовании этого метода выход амилазы в инкубационную жидкость был не только измеримым, но и довольно большим, по крайней мере, при начальной скорости. Действительно, он примерно в три раза превышал одновременный поток в систему протоков в нестимулированном состоянии. Когда секреция стимулировалась холинергическими агонистами, секреция протоков значительно усиливалась, как и ожидалось, и, в соответствии с предыдущими данными in vivo, также увеличивалась эндокринная секреция. Однако холинергический агент имел относительно больший эффект на экзокринную секрецию, чем на эндокринную, и вызывал потоки примерно одинаковой величины в обоих направлениях.

Совокупный выход амилазы из поджелудочной железы кролика как в экзокринном, так и в эндокринном направлениях. Секреция в экзокринном направлении не ослабевает в течение 4-часового периода исследования, тогда как секреция в эндокринном направлении, хотя и намного выше, чем в экзокринном направлении в начале, со временем снижается.

Наиболее поразительным был тот факт, что нестимулированная эндокринная секреция, предположительно являющаяся побочным продуктом протоковой секреции, в три раза превышала одновременную скорость секреции в экзокринном направлении (рис. 2 ). Как побочный продукт может быть в три раза больше самого «продукта»? В этих же экспериментах также было обнаружено, что поток амилазы в среду падал примерно по экспоненциальному закону в течение нескольких часов, пока концентрация амилазы там не достигала стационарного значения и выделение в среду не прекращалось. Это произошло даже несмотря на то, что экзокринная секреция не ослабевала в течение этого периода времени в отношении как концентрации белка, так и его объема. Это различие между двумя процессами, один из которых прекращается, а другой остается неизменным, по-видимому, исключает возможность парацеллюлярных шунтов.

Тем не менее, падение эндокринной секреции может быть объяснено парацеллюлярным шунтом, если было достигнуто диффузионное равновесие между амилазой в протоках и интерстиции. Это может объяснить уменьшение и, в конечном итоге, исчезновение чистого потока в эндокринном направлении. Если бы это произошло, то концентрация амилазы в среде в стационарном состоянии была бы если не идентичной (из-за эффектов Доннана и т. п.), то очень близкой к таковой в системе протоков. При сравнении двух концентраций различия были очень большими. Концентрация амилазы в среде в стационарном состоянии была значительно ниже, примерно на три порядка ниже, чем в протоке. Ясно, что эти два отсека не находились в диффузионном равновесии.

Эта точка зрения была подтверждена добавлением в среду экзогенной амилазы. Ожидается, что его добавление уменьшит градиент концентрации между протоком и средой, если речь идет о равновесии между протоком и интерстицием. Этого не только не наблюдалось, но добавление амилазы фактически увеличивало градиент. Это было связано с тем, что повышенная концентрация в среде инкубации более чем соответствовала последующему увеличению концентрации в протоках, которое она вызывала. В конкурентных экспериментах, в которых сравнивали экзокринную секрецию эндогенных и экзогенных (добавленных в среду, омывающую железу) источников фермента железы, было показано, что наблюдаемое увеличение градиента концентрации было результатом транспорта амилазы «в гору» от среды в проток через экзокринные клетки.

Наконец, эндокринная и экзокринная секреция в поджелудочной железе не имеют одинаковых временных характеристик. Если бы эндокринная секреция была просто зависимым результатом экзокринного процесса, тогда оба процесса должны были бы идти параллельно друг другу во времени, повышаясь и понижаясь вместе с некоторой определенной задержкой между ними. По крайней мере, в некоторых случаях это было не так. Например, у кроликов in situ после стимуляции CCK эндокринная секреция увеличивалась медленнее, чем экзокринная секреция, и возвращалась к контрольным значениям даже тогда, когда экзокринная секреция оставалась сильно повышенной.

Паракеллюлярный шунт в поджелудочной железе?

Хотя все это свидетельствовало против гипотезы парацеллюлярного шунта, в поджелудочной железе имелась одна существенная линия доказательств, которая, по-видимому, поддерживала ее. В другом исследовании поджелудочной железы кролика в культуре органов, прохождение традиционных маркеров внеклеточного пространства маннита, сахарозы и инулина измеряли через эпителиальный слой от среды для купания до протоковой жидкости. Поскольку эти вещества не проникают в клетки, их появление в протоковой жидкости, вероятно, свидетельствует об их парацеллюлярном прохождении. А поскольку они больше, чем виды веществ, которые обычно проходят между эпителиальными клетками, такие как вода и небольшие ионы, это подтверждает наличие необычайно негерметичных соединений между соседними экзокринными клетками. Хотя наличие каналов, достаточно больших, чтобы вместить эти все еще сравнительно небольшие молекулы, не доказывает, что гораздо более крупные белки могут проходить по тем же каналам, такой результат, по крайней мере, повышает или согласуется с такой возможностью. Конечно,

Когда были проведены эти измерения, маркеры внеклеточного пространства, добавленные в среду для купания, вскоре появились в протоковой жидкости и фактически присутствовали в таких высоких концентрациях, что авторы предположили, что поджелудочная железа кролика является наиболее проницаемым эпителиальным барьером, который до сих пор не был обнаружен. описано. Если поджелудочная железа была проницаема для этих внеклеточных маркеров, то, возможно, каналы, по которым они проходили, были достаточно широкими, чтобы также принимать пищеварительные ферменты железы, движущиеся в противоположном направлении.

Но как разрешить противоречие между таким выводом и выводами, сделанными из описанных выше различных наблюдений, вроде бы исключающих парацеллюлярное объяснение? Конечно, как мы уже говорили, парацеллюлярная проницаемость для этих маркеров внеклеточного пространства только повышает вероятность того, что более крупные пищеварительные ферменты железы пересекают эпителий тем же путем. Эта экстраполяция может быть необоснованной. Каналы могут быть достаточно большими для маннита, сахарозы и инулина, но не для пищеварительных ферменты железы. Но была и другая возможность. Вывод о том, что парацеллюлярные каналы ответственны за прохождение маркеров внеклеточного пространства, был основан на разумном, но непроверенном предположении, что используемые вещества окончательно маркируют внеклеточное пространство железы и что, как таковые,

Когда это предположение было проверено, оказалось, что оно не соответствует действительности. Данные не только указывали на то, что маркеры внеклеточного пространства проникали и проходили через клетки эпителия поджелудочной железы, но, по-видимому, они не проходили между ними в какой-либо значительной степени. Например, концентрация маннита в протоковой жидкости оказалась достаточно высокой в ​​стационарном состоянии, 54% от его концентрации в среде, омывающей железу, но концентрация двух других молекул аналогичного размера и массы, инозита и 3- О -метилглюкозы, было гораздо меньше (12 и 8% соответственно). Если бы парацеллюлярные шунты обеспечивали транспорт маннита, то эти другие вещества также должны были бы ассимилироваться этими шунтами и, следовательно, обнаруживаться в протоковой жидкости примерно в той же концентрации, что и маннит, а не в несколько раз меньше. Действительно, можно было ожидать, что они будут присутствовать в несколько более высоких концентрациях, поскольку, в отличие от маннита, в клеточной мембране существуют транспортные системы для инозитола и 3- О -метилглюкозы, которые позволяют им проникать в клетки этой ткани и, следовательно, пересекают их в дополнение к прохождению через эпителий через парацеллюлярные каналы.

Было также обнаружено, что тканевые пространства для сахарозы и инулина примерно в три раза (54 и 44% соответственно) превышают объемы для альбумина (16%). Это предполагает существенное внутриклеточное распределение обеих молекул, как и другие наблюдения. Например, когда к среде, омывающей поджелудочную железу кролика в культуре органов, добавляли либо сахарозу, либо инулин, молекулы достигали стационарных значений в протоковой жидкости примерно через 30–60 мин. Если применима парацеллюлярная модель, когда они удаляются из среды (путем замены раствора для купания), мы ожидаем, что они исчезнут из протоковой жидкости, переходя по соответствующим градиентам концентрации в бедную сахарозой или инулином среду быстрее, чем они изначально уравновешивали. Хотя их концентрации в протоковой жидкости падали примерно экспоненциально, когда это было сделано, они падали гораздо медленнее, чем росли во время первоначального уравновешивания. Даже через 2 часа они оставались сильно повышенными по сравнению с их соответствующими концентрациями в среде для купания. Оказалось, что существует возобновляемый источник, который заменяет жидкость, богатую инулином и сахарозой, поскольку она выводится через систему протоков. Этим источником не могли быть низкие концентрации этих веществ в омывающей среде, а при отсутствии такой возможности это должны были быть ранее накопленные сахароза и выделившийся из клеток железы инулин.

Этот вывод был подтвержден реакцией на гормональные стимуляторы. Добавление холинергических агонистов или CCK в несколько раз увеличивало уровни обоих веществ в протоковой жидкости. То есть их секреция стимулировалась гормонами, действующими на клетки, когда эти вещества практически отсутствовали в среде, омывающей железу. Гормональная стимуляция также увеличивала концентрацию инозитола и 3- O -метилглюкозы в экзокринной секреции , а также концентрацию объемного неорганического иона фосфата, причем все это происходило изнутри клетки.

Таким образом, оказалось, что неэлектролиты небольшого размера, такие как маннит, сахароза и инулин, не проникают через эпителий парацеллюлярно. Удивительно, но все молекулы оказались способными легко проникать в экзокринные клетки и пересекать их. Эпителий поджелудочной железы был проницаемым, но его проницаемость, по-видимому, была свойством клеток, а не парацеллюлярных каналов. И если эти относительно небольшие молекулы не проходили между клетками, чтобы попасть в проток поджелудочной железы, то, конечно же, этого не делали и гораздо более крупные пищеварительные ферменты железы. В конце концов, наблюдения, которые на первый взгляд, казалось, поддерживали идею больших парацеллюлярных каналов и, по крайней мере, поднимали возможность парацеллюлярного прохождения пищеварительных ферменты железы, исключали ее.

Слюнные железы

Другая поразительная диссоциация между эндокринной и экзокринной секрецией, сходная с обнаруженной в поджелудочной железе, была обнаружена для околоушных желез крыс. Стимуляция симпатического нерва приводит к значительной мобилизации амилазы в слюне, но мало или совсем не влияет на активность амилазы в сыворотке. Напротив, стимуляция парасимпатического нерва приводит к образованию слюны с относительно низкой концентрацией амилазы (хотя секретируются значительные количества), но приводит к значительному увеличению уровня амилазы в сыворотке.

На первый взгляд, это наблюдение еще раз свидетельствует против транспорта через парацеллюлярные шунты и в пользу независимого секреторного механизма эндокринной секреции. Однако ответы на парасимпатическую и симпатическую стимуляцию различались по другому признаку. Парасимпатическая стимуляция, но не симпатическая стимуляция, увеличивает поток жидкости через систему протоков . Было высказано предположение, что это различие может объяснить высвобождение амилазы в кровь при парасимпатической стимуляции посредством парацеллюлярных шунтов. Высвобождение произойдет в результате увеличения потока слюны через парацеллюлярные шунты, управляемые давлением. Поскольку это увеличение наблюдалось только при парасимпатической стимуляции, в этом случае уровни в плазме только увеличивались. Но это объяснение неудовлетворительно, если только поток вещества через предполагаемые шунты не происходит только при наличии парасимпатической стимуляции, то есть ничего не происходит при ее отсутствии. Если, с другой стороны, парацеллюлярный транзит был пропорционален потоку, обусловленному существующим градиентом давления, то значительное увеличение концентрации амилазы в слюне, наблюдаемое при симпатической стимуляции, даже при отсутствии увеличения потока, должно привести к повышению уровня фермента железы в крови прямо пропорционально повышению концентрации в системе протоков. И если мы предполагаем, что шунты открываются только вследствие парасимпатической стимуляции, то как слюнная амилаза попадает в кровь в отсутствие парасимпатической стимуляции? Прекращается ли высвобождение во время сна, например? Какой бы правдоподобной ни была такая модель для слюнных желез, она может быть исключена для поджелудочной железы, где происходит разная скорость выделения в экзокринном и эндокринном направлениях без изменений в секреции жидкости. тогда как слюнная амилаза попадает в кровь в отсутствие парасимпатической стимуляции? Прекращается ли высвобождение во время сна, например? Какой бы правдоподобной ни была такая модель для слюнных желез, она может быть исключена для поджелудочной железы, где происходит разная скорость выделения в экзокринном и эндокринном направлениях без изменений в секреции жидкости. тогда как слюнная амилаза попадает в кровь в отсутствие парасимпатической стимуляции? Прекращается ли высвобождение во время сна, например? Какой бы правдоподобной ни была такая модель для слюнных желез, она может быть исключена для поджелудочной железы, где происходит разная скорость выделения в экзокринном и эндокринном направлениях без изменений в секреции жидкости.

Тем не менее, другие наблюдения, по-видимому, подкрепляют представление о парацеллюлярном пассаже в околоушной железе. При ретроградном введении различных маркерных белков в систему протоков железы в определенных условиях стимуляции, некоторые впоследствии были обнаружены в латеральных межклетниках железистой ткани. Исходя из этого, авторы этих исследований пришли к выводу, что белки прошли через парацеллюлярные шунты, чтобы достичь этих мест назначения. Однако их наблюдения сами по себе этого не доказывали. Простое присутствие белков-маркеров в межклеточных пространствах не говорит нам, как они туда попали. В частности, он не позволяет различать движение по парацеллюлярным каналам и по самим железистым клеткам. Доказательства, которые относились непосредственно к пути транзита, не поддерживали идею прохождения через парацеллюлярные каналы. Например, на изображениях замораживания перелома авторам не удалось продемонстрировать какую-либо корреляцию между структурой соединения и проницаемостью протока. Возможно, что более важно, поглощение клетками является предпосылкой для прохождения через них, цитоплазма как протоковых, так и ацинарных клеток показала диффузное распределение белков-маркеров [в частности, лактопероксидазы (82 кДа) и пероксидазы хрена (40 кДа)].

Ряд других наблюдений также оказался несовместимым с парацеллюлярными каналами. Как мы обсуждали в отношении маркеров внеклеточного пространства, такие каналы обычно рассматриваются как сита, которые сортируют молекулы главным образом в зависимости от размера. Хотя форма и заряд также могут играть важную роль, решающую роль играет размер. Каким бы ни был заряд или форма, если молекула слишком велика, она не может проникнуть в канал. Результаты экспериментов с маркерными белками не согласуются с такой моделью. Например, в покоящихся железах лактопероксидаза (82 кДа) и пероксидаза хрена (40 кДа) были обнаружены в межклеточном пространстве, тогда как другие белки аналогичного или меньшего размера были ограничены протоковым пространством [в частности, микропероксидаза (1,8 кДа), цитохром с(12 кДа), миоглобина (17,8 кДа), тирозиназы (34,5 кДа) и гемоглобина (66 кДа)]. Эти расхождения нельзя объяснить различиями ни в общем заряде, ни в грубой форме молекул. Должны быть задействованы более конкретные различия.

Но, возможно, наиболее любопытным наблюдением, которое трудно объяснить с помощью модели парацеллюлярного шунта, является то, что происходит с такими маркерами при стимуляции. При использовании миоглобина в качестве индикатора крысам давали либо симпатомиметики (изопротеренол), либо парасимпатомиметики (метахолин), чтобы вызвать секрецию слюны. Помните, что парасимпатическая стимуляция этой железы увеличивает уровень амилазы в плазме, тогда как более мощный экзокринный стимулятор изопротеренол не влияет на уровень амилазы в плазме. Если действие парасимпатического препарата было обусловлено прохождением амилазы через парацеллюлярный шунт, то относительно небольшой индикаторный белок миоглобин (17,8 кДа) должен появиться в интерстициальном пространстве в присутствии этого стимулятора, следуя тем же путем, что и более крупная амилаза. (55 кДа). Кроме того, если эта модель верна, поскольку симпатическая стимуляция не влияет на эндокринную секрецию амилазы, нет оснований ожидать, что белок-трассер проникнет в интерстициальное пространство в его присутствии. Этого не только не наблюдалось, но наблюдалось как раз обратное. С миоглобином в качестве индикаторной молекулы изопротеренол, а не холинергический агонист метахолин, привел к его появлению в межклеточных пространствах железы.

В другом исследовании амилаза (бактериальная) вводилась в систему протоков в качестве белка-маркера. В этом случае, в отличие от только что обсуждавшегося эксперимента и в отличие от ситуации с эндогенными белками, как симпатическая, так и парасимпатическая стимуляция повышали уровни амилазы в плазме по сравнению с контролем, которому вводили физиологический раствор. Исследования секреции калликреина, сериновой протеазы, продуцируемой протоковыми клетками поднижнечелюстной железы, которая секретируется как в кровь, так и в проток, также трудно объяснить с точки зрения парацеллюлярных шунтов. В этом случае симпатическая стимуляция увеличивает секрецию калликреина в проток примерно в 100 раз больше, чем парасимпатическая стимуляция. Тем не менее, влияние на уровни в крови было сопоставимо для двух агентов. Как пришли к выводу авторы, «маловероятно, чтобы (калликреин) попал в кровь через межклеточную утечку или проникновение из содержимого просвета», учитывая это большое несоответствие. В другой работе та же группа предоставила доказательства того, что калликреин высвобождается в слюну и, возможно, также в кровь из «незернистого», а не зернистого клеточного пула.

Выброс пищеварительных ферментов из экзокринных клеток

Объяснить все данные об эндокринной секреции пищеварительных ферменты железы, которые мы обсуждали, будь то в поджелудочной железе или слюнных железах, с точки зрения прохождения этих молекул через парацеллюлярные каналы из содержимого протоков, является огромной задачей. Мы считаем, что если бы такая модель могла быть разработана на основе всех данных, а неясно, насколько легко это можно было бы сделать, то это потребовало бы сложностей такого рода и характера, для которых не существует никакой документации, не только в эти железы, но в эпителии в целом. Это не означает, что парацеллюлярные каналы в этих железах абсолютно непроницаемы для пищеварительных ферменты железы или маркеров внеклеточного пространства, но если такая проницаемость существует,

Если мы можем должным образом исключить такие каналы, то эндокринная секреция пищеварительных ферменты железы должна быть клеточного происхождения, скорее всего, продуктом тех же клеток, которые производят и секретируют пищеварительные ферменты железы в экзокринном направлении. В этом случае, если мы все еще хотим считать эту секрецию случайным событием, мы должны посмотреть на базолатеральную поверхность этих клеток на предмет случайности. Такое случайное высвобождение было предложено в рамках экзоцитозной модели секреции. Время от времени блуждающий пузырь находил путь к базолатеральной мембране, сливался с ней и высвобождал свое содержимое в интерстиций. Когда при воспалительном заболевании этих желез в крови наблюдаются повышенные уровни фермента железы, это может быть связано с увеличением частоты экзоцитоза на базолатеральной поверхности клетки, возможно, за счет высвобождения в экзокринном направлении.

По крайней мере, при отсутствии патологических причин мы ожидаем, что такой случайный эффект будет возникать в некоторой фиксированной пропорции к секреции протоков. Условия, увеличивающие скорость экзоцитоза на апикальной поверхности клетки, в то же время пропорционально увеличивают вероятность экзоцитоза на базолатеральной поверхности. Как мы уже обсуждали для различных случаев, изменения, происходящие в обоих процессах в ответ на те или иные специфические условия, не обнаруживают такой пропорциональности. На самом деле не только наблюдаются непропорциональные изменения, но, насколько нам известно, о пропорциональных изменениях не сообщалось. Но если оставить в стороне возникновение непропорциональных изменений, Как таким образом мы можем объяснить тот факт, что начальная скорость высвобождения амилазы в среду, инкубирующую поджелудочную железу кролика в культуре органов, примерно в три раза превышает ее скорость секреции в экзокринном направлении и примерно равна скорости в присутствии холинергического агента? агонист? Мы должны были бы предположить, что в нестимулированном состоянии экзоцитоз, непреднамеренный или нет, с гораздо большей вероятностью происходит на базолатеральной поверхности секреторной клетки, чем на апикальной мембране, предположительно предполагаемом месте. Или что в присутствии холинергического стимулятора, основного природного стимулятора экзокринной секреции, экзоцитоз происходит примерно с одинаковой частотой в эндокринных и экзокринных участках.

В дополнение к этим особенностям, уменьшение высвобождения амилазы в среду инкубации с течением времени in vitro можно полностью предотвратить, просто периодически заменяя жидкость, омывающую железу. Когда это сделано, первоначальная скорость высвобождения, самая высокая скорость, может быть восстановлена ​​по желанию. Если бы непреднамеренный экзоцитоз на базолатеральной мембране клетки объяснял этот эффект, мы должны были бы предположить, что изменение среды, омывающей железу, с какой бы частотой мы это ни делали, значительно и эквивалентно увеличивает скорость экзоцитоза на этой поверхности. Как простая замена внешней среды идентичным раствором может повлиять на процесс, предположительно контролируемый внутриклеточными событиями, в то время как сопутствующий экзокринный процесс на апикальной клеточной мембране, который не демонстрирует этого спада, но контролируется теми же событиями, остается незатронутым? Может ли модель экзоцитоза объяснить такие результаты, или же необходимы механизмы мембранного транспорта, как мы полагаем, такие данные не поддерживают представление о том, что эндокринная секреция является просто непреднамеренным результатом клеточной экзокринной секреции.

Физиологическая функция эндокринной секреции пищеварительных ферментов

Мы полагаем, что данные, которые мы обсуждали, взятые вместе, убедительно доказывают, что эндокринная секреция пищеварительных ферменты железы является нормальным, то есть физиологическим, клеточным процессом. Он обладает свойствами, которые мы ожидаем от отдельного физиологического явления: 1 ) он механически отделен (или, по крайней мере, отделим) от экзокринного высвобождения; 2 ) может быть значительной величины и не является следовым явлением; реагирует на различные гормоны, участвующие в пищеварительном процессе; и 4 ) регулируется отдельно от экзокринной секреции.

Регуляция уровня амилазы в плазме

Этот вывод был бы значительно подкреплен, если бы можно было показать, что уровни секретируемых веществ в плазме регулируются. Несмотря на то, что регуляция уровней в крови сама по себе не является требованием для процесса транспорта, выполняющего физиологические функции, регуляция, безусловно, предполагает такую ​​цель. Хотя это не было непосредственно оценено, есть существенные доказательства того, что уровни амилазы в крови регулируются. Например, различия между животными в концентрации амилазы (в % от среднего значения) в ткани поджелудочной железы и тонком кишечнике, содержимое которых, как известно, физиологически регулируется, примерно в 3,5–4 раза больше, чем в крови. Другими словами, уровни амилазы в крови гораздо более ограничены, чем в поджелудочной железе или кишечнике. С регулированием также согласуется тот факт, что при добавлении амилазы к среде, омывающей срезы ткани поджелудочной железы in vitro, она ингибирует синтез амилазы de novo, но не синтез других пищеварительных ферменты железы. На регуляцию также указывает тот факт, что концентрация амилазы в среде, омывающей поджелудочную железу кролика в органной культуре в стационарном состоянии, по существу такая же, как концентрация этого фермента железы в плазме голодного кролика. Кроме того, эта концентрация амилазы в стационарном состоянии увеличивается дозозависимым образом под действием гормональных стимуляторов. Наконец, когда околоушные железы, основной источник амилазы плазмы у крыс, искореняются, уровни амилазы в плазме, хотя изначально снижены, со временем снова поднимаются до нормальных значений, несмотря на отсутствие желез. Другие источники фермента железы компенсируют их потерю, и такая компенсация свидетельствует о том, что уровень амилазы в крови является регулируемым параметром.

Некоторые возможности

Если эндокринная секреция пищеварительных ферменты железы является физиологическим процессом, а не результатом патологии или небрежности, то можно предположить, что она играет определенную роль в экономике тела. Если такая роль и существует, то она остается неизвестной, хотя мы можем предположить о некоторых неисключающих возможностях. Вообще говоря, эти белки могут служить ферментативным или неферментативным целям в крови. Неферментативной целью, например, может быть иммунологический самоконтроль. Ферментативные функции могут быть связаны либо с пищеварительными, либо с непищеварительными функциями. Например, считается, что пищеварение у позвоночных ограничено просветом желудочно-кишечного тракта. Однако сегодня известно, что основным местом окончательного восстановления малых пептидов до составляющих их аминокислот являются всасывающие клетки тонкой кишки, не просвет кишки. Если сделать еще один шаг вперед, то наличие пищеварительных ферменты железы в крови может служить безотказным механизмом, позволяющим справиться с неизбежным поглощением небольшого количества не полностью переваренной пищи. Относительно низкий уровень ферментативной активности и наличие ингибиторов протеолитических ферменты железы могут быть преимуществом, препятствующим выходу этой активности из-под контроля.

Также возможно, что циркуляция пищеварительных ферменты железы в кровотоке обеспечивает транспорт этих белков из одной части пищеварительного тракта в другую через капиллярное русло различных тканей желудочно-кишечного тракта. Например, есть предположение, что это может иметь место для слюнных желез. У крыс поднижнечелюстные, подъязычные и околоушные слюнные железы поглощают значительное количество амилазы из крови (величина их концентрации в тканях) после повышения уровня в плазме с помощью холинергических агонистов.

Наконец, попадая в кровь, эти ферменты железы могут служить целям, совершенно не связанным с перевариванием пищи. Они могут действовать подобно другим сериновым протеазам, нуклеазам, амилолитическим и липолитическим ферментам железы внутриклеточного метаболизма или различным внеклеточным процессам. Действительно, первоначальное наблюдение повышенных уровней амилазы в крови было получено в результате исследования, предпринятого для определения того, могут ли уровни амилазы в крови объяснить увеличение метаболизма гликогена в результате стимуляции блуждающего нерва. В таком сценарии поджелудочная железа и слюнные железы будут служить источником этих ферменты железы, откуда они будут транспортироваться (сортироваться) в клетки и внеклеточные пространства в отдаленных органах. Эта возможность согласуется с наблюдением, что длительная холинергическая стимуляция увеличивает содержание амилазы в различных, хотя и не во всех, твердых тканях непищеварительного тракта, включая мышцы и мозг.

Новые направления

В последнее время практический интерес вызывает эндокринная секреция экзокринных желез. Этот процесс был использован в качестве системы доставки для основанной на генах системной белковой терапии. В дополнение к исправлению различных генетических дефектов в соматических клетках генная терапия дает возможность доставлять в системный кровоток широкий спектр белковых фармацевтических препаратов, таких как гормоны, факторы роста, белки свертывания крови, антибиотики, антитела, антигены и т.п. Разработка практических методов для достижения этой цели требует определения эффективных процедур in vivo для введения векторов рекомбинантной ДНК, производства желаемых белков и их секреции в кровоток. Процесс эндокринной секреции экзокринных желез, таких как поджелудочная железа и различные слюнные железы, имеет много идеальных особенностей для этого типа терапии. В значительных исследованиях, подтверждающих принцип действия, рекомбинантную ДНК гормона роста человека и инсулина вводили в экзокринные клетки поджелудочной железы и слюнных желез путем ретроградной инстилляции в систему протоков железы. Впоследствии клетки производили сконструированные белки и секретировали их в кровоток. С помощью этого метода удалось достичь физиологических уровней экзогенных пептидов в крови, продемонстрировать их регулируемую секрецию и даже лечить системные заболевания. Что касается этого последнего достижения, то удалось скорректировать повышенный уровень глюкозы в крови у животных с диабетом (рис. 3 ). Одной инъекции плазмиды, кодирующей человеческий инсулин, было достаточно для достижения почти нормального гомеостаза глюкозы у крыс, чьи β-клетки были разрушены введением токсина.

Экспрессия и секреция человеческого инсулина в поджелудочной железе крыс с диабетом. У экспериментальных и контрольных животных развили диабет путем введения стрептозотоцина (токсина β-клеток) в день 0 . Экспериментальным животным также вводили ДНК, кодирующую человеческий инсулин, путем ретроградной инъекции в проток поджелудочной железы в тот же день. Уровни глюкозы в крови животных, получавших ДНК инсулина, были в пределах нормы, тогда как у нелеченых животных или животных, которым вводили контрольный вектор, оставался диабет. Белок человеческого инсулина также был измерен и хорошо коррелировал с уровнями глюкозы. (Изменено из ссылки 15. )

Заключительный комментарий

Куда бы ни указывали доказательства, следует сказать, что в исследовательской литературе нет четкого консенсуса относительно точного пути (путей), по которому экзокринная поджелудочная железа и слюнные железы секретируют белок в кровь. Однако сегодня, по крайней мере, широко признано, что многие белки, синтезируемые ацинарными тканями как поджелудочной, так и слюнных желез, в норме попадают в кровь.

В прошлом отсутствие известных функций эндокринной секреции пищеварительных ферменты железы укрепило традиционное представление о том, что этот процесс является непреднамеренным или патологическим, а не физиологическим. Несомненно, было бы меньше скептицизма по поводу того, что это естественный процесс, если бы его изучали в контексте какой-то известной или потенциальной физиологической функции. Безусловно, легче принять реальность биологического процесса, то есть признать, что он не является искусственным или непреднамеренным, если мы знаем, что он делает, или думаем, что делаем. Но, как ни хотелось бы, это не был исторический путь открытия в данном случае.

Вместо этого на протяжении многих лет исследователи пытались исключить или исключить возможность того, что феномен был своего рода артефактом или иным образом результатом нефизиологических причин. Фактически внимание было сосредоточено почти исключительно на этой проблеме с момента первого сообщения о пищеварительных ферментах железы в крови. Тем не менее, исследования, продолжавшиеся около 75 лет, предоставили существенные доказательства естественной эндокринной секреции пищеварительных ферменты железы. Учитывая это свидетельство, есть веская причина искать неизвестные в настоящее время функции для этого неожиданного процесса. Этим усилиям могут значительно помочь технологии, которые теперь легко доступны, такие как инструменты молекулярной биологии и методы доставки генов. Это только кажется уместным,