ЭВОЛЮЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДИСПЕРСНОЙ ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОГО ТРАКТА

Полный текст

Введение. Клетки энтероэндокринной системы были обнаружены у позвоночных животных и человека еще в конце позапрошлого века. Они были отнесены к дисперсной эндокринной системе (ДЭС) - комплексу гормонпродуцирующих клеток, основная масса которых располагается в эпителиальных пластах органов пищеварительной, дыхательной, мочевой систем и кожи [2, 5, 7]. Показано, что многие из клеток ДЭС имеют сродство к солям серебра. Секретируемые ими вещества (разнообразные пептиды и моноамины) играют важную роль в регуляции функций соответствующих органов и контролируют процессы обмена с внешней средой [3, 5, 7, 8]. Однако сложившиеся представления об эндокриноцитах пищеварительной системы основаны преимущественно на данных, полученных на позвоночных животных и человеке. Эволюционные аспекты становления и развития энтеральной эндокринной системы исследованы мало. Нет устоявшегося мнения и о происхождении клеток ДЭС даже у высших животных и человека [4-6]. Изучение структурной организации и функционирования регуляторных систем желудочнокишечного тракта продолжает оставаться актуальной проблемой современной нейробиологии и медицины. Понимание закономерностей развития и эволюции этих систем в филогенезе разных по уровню организации, систематическому положению, образу жизни и типу питания животных могло бы способствовать выявлению фундаментальных основ формирования компенсаторноприспособительных механизмов, лежащих в основе регуляции работы пищеварительной системы высших животных и человека. Цель настоящей работы - выявление и сравнительное морфологическое исследование эндокриноцитов пищеварительной системы представителей брюхоногих моллюсков - классических модельных объектов современной нейробиологии. Материал и методы. Объектами исследования были половозрелые особи представителей 9 видов брюхоногих моллюсков из разных филогенетических групп: подкласса Caenogastropoda - морские Littorina littorea, Cryptonatica clausa (отр. Mesogastropoda), Buccinum undatum (отр. Stenoglossa); подкласса Opisthobranchia - морские Cadlina laevis (отр. Doridida), Dendronotus frondosus и Coryphella verrucosa (отр. Nudibranchia), подкласса Pulmonata - наземные улитки Achatina fulica и слизни Deroceras reticulatum и Arion silvaticus (отр. Stylommatophora). Морские виды были получены из Чупинской губы Белого моря, слизни собраны в Ленинградской области, а улитки A. fulica взяты из коллекции ЗИН РАН. Все манипуляции с животными проведены в соответствии с «Международными рекомендациями по проведению медикобиологических исследований с использованием животных» (1985) и правилами лабораторной практики в Российской Федерации (приказ МЗ РФ от 19.06.2003 г. № 267). Выявление регуляторных клеточных элементов в пищеварительной системе моллюсков проводили с помощью метода импрегнации азотнокислым серебром по Гольджи - Колонье на светооптическом уровне с помощью микроскопа Leica DMR IW (Германия) с камерой Nikon Coolpix 4500. Для этого у анестезированных в парах эфира животных выделяли пищевод, желудок, печень и кишку. После фиксации в смеси глутаральдегида с раствором бихромата калия и импрегнации AgNO3 материал заключали в целлоидин и делали серийные срезы толщиной 40-100 мкм. Отдельные участки перечисленных отделов пищеварительной системы L.littorea и B.undatum фиксировали для электронно-микроскопического исследования в 1,5 % глутаральдегиде (G5882, Sigma-Aldrich, США) на какодилатном буфере с рН 7,6 в течение 2-72 ч. После дополнительной фиксации в 1 % растворе OsO4 на какодилатном буфере материал промывали, обезвоживали в спиртах и ацетоне и заливали в эпон или эпон-аралдит. Ультратонкие срезы, контрастированные уранил-ацетатом и цитратом свинца, исследовали при увеличении от 3000 до 30 000 с помощью электронного микроскопа Morgagni 268D (FEI Company, США) центра коллективного пользования «Таксон» ЗИН РАН (http://www.ckp-rf.ru/ckp/3038/). Результаты исследования. Импрегнация по Гольджи-Колонье показала, что в эпителии всех отделов пищеварительного тракта у исследованных моллюсков, наряду с описанными ранее нейроноподобными клетками открытого и закрытого типа, длинные отростки которых образуют интра-и субэпителиальное нервные сплетения [10-12], присутствует значительное количество эндокриноподобных клеток. Эти клетки имеют короткие базальные отростки или «лапковидные» выросты цитоплазмы, часто расширенные у базальной мембраны (рис. 1). Большая часть выявленных эндокринопо добных клеток в пищеводе, желудке и средней кишке моллюсков относятся к открытому типу; в печени чаще встречаются клетки закрытого типа. Эндокриноциты открытого типа по форме похожи на окружающие их эпителиальные клетки. Их апикальная часть обращена в просвет тракта (см. рис. 1). Только у A. fulica встречаются отдельные более дифференцированные эндокриноциты открытого типа. Они имеют вытянутую апикальную часть и хорошо выраженную расширенную ядросодержащую базальную часть, что придает им грушевидную форму. У A. fulica наблюдаются и сильно вытянутые веретеновидные клетки с расширенной в средней области эпителия ядросодержащей частью. Эндокриноциты закрытого типа у всех моллюсков имеют, как правило, округлую или овальную форму и локализуются у базальной мембраны. Эндокриноциты располагаются во всех отделах пищеварительного тракта у моллюсков диффузно. Встречаются как отдельные эндокриноциты, так и небольшие их скопления. Кроме этого, во всех отделах пищеварительного тракта моллюсков обнаруживается относительно небольшое количество особых аргентофильных клеток, в цитоплазме которых присутствуют разные по величине не импрегнирующиеся серебром вакуоли (см. рис. 1, б). Эти клетки по форме, базальным выростам и положению в эпителиальном пласте не отличаются от эндокриноцитов открытого типа и не выглядят как дегенерирующие клетки. Однако у некоторых из них наблюдается булавовидное расширение апикальных частей, в котором присутствует вакуолизированный аргентофобный секреторный продукт. Обнаруживаются и клетки, у которых расширенные апикальные части отрываются в просвет пищеварительного канала. Следует отметить, что в тех отделах пищеварительного тракта моллюсков, где обнаруживается присутствие значительного количества пищи, число клеток с расширенными апикальными частями существенно больше. Отсутствие пищи в том или ином отделе пищеварительного тракта коррелирует с отсутствием расширенных апикальных частей описанных клеток. Полученные данные указывают на участие этих клеток в процессе пищеварения и позволяют рассматривать их как особый, «смешанный», тип экзо-эндокринных клеток. Электронно-микроскопическое исследование подтверждает это предположение. Иу L. littorea, и у B. undatum в эпителии всех исследованных отделов пищеварительного тракта, помимо основных типов эпителиальных клеток (абсорбирующих, бокаловидных и секреторных, типа зимогенных), встречаются 2 типа «регуляторных» клеточных элементов. Первый тип - «светлые» нейроноподобные клетки с длинными отростками был описан нами ранее [12]. Второй тип - клетки открытого и закрытого типов, содержащие в цитоплазме значительные скопления электронно-плотных гранул диаметром от 100 до 240 нм с «гало» и без него. Такие гранулы считаются характерными для пептидергических нейронов и эндокринных клеток позвоночных и беспозвоночных животных. У обоих видов моллюсков в клетках с электронно-плотными гранулами хорошо развиты гранулярная эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи (рис. 2, а). Скопления электронно-плотных гранул наблюдались в апикальных частях клеток у просвета пищеварительного канала, а также в базальных частях и их выростах, обращенных к базальной пластинке (см. рис. 2, б). Это позволяет предположить, что биологически активные вещества (содержимое гранул) выделяются как в просвет пищеварительного тракта, так и посредством паракринной секреции в подлежащие эпителий ткани. Наряду с типичными эндокриноцитами и одноклеточными экзокринными железами, были выявлены еще 2 типа «смешанных» клеток. В цитоплазме клеток первого, «смешанного» типа, наряду с типичным зимогенным секретом, присутствовали характерные для эндокринных клеток электронно-плотные гранулы (см. рис. 2, в). В цитоплазме клеток второго типа мелкие электронно-плотные эндокринные гранулы располагались вместе с секреторным продуктом, характерным для бокаловидных (слизистых) клеток (см. рис. 2, г). Причем электронно-плотные гранулы образовывали в смешанных клетках скопления в базальной и апикальной частях, как и в эндокринных клетках, а основной секреторный продукт (зимогенный или слизистый) занимал в клетках такое же положение, как и в соответствующих экзокринных железах. Обсуждение полученных данных. Результаты настоящей работы и наших предыдущих исследований показали, что у всех исследованных представителей беспозвоночных (брюхоногих моллюсков, немертин и приапулид), несмотря на хорошо развитую иннервацию пищеварительного тракта, в составе его эпителия присутствуют довольно многочисленные дисперсно локализованные «регуляторные клетки» [9-15]. К ним, в отличие от позвоночных животных [1-7], наряду с разнообразными эндокриноподобными клетками, можно отнести многочисленные нейроны, отростки которых образуют интра-и субэпителиальное нервные сплетения [9-15]. Большая часть эндокриноподобных и нервных клеток относятся к открытому типу и, по всей видимости, являются хемо-и механорецепторами. С помощью иммуногистохимических и гистохимических методов среди регуляторных клеток пищеварительного тракта беспозвоночных обнаружены, как и у высших животных, разнообразные моноамин-и пептидсодержащие элементы [9-15]. Выявленные в эпителии различных отделов пищеварительной системы беспозвоночных смешанные экзо-эндокринные клетки присущи и позвоночным животным [1-7]. Однако у беспозвоночных они обнаруживаются в стабильных условиях функционирования пищеварительной системы, а у позвоночных - преимущественно в условиях регенерации и некоторых патологических состояниях [5, 6]. Возможно, что такие клетки являются промежуточными формами, отражающими преобразование экзокринных эпителиальных клеток в эндокринные. Такое преобразование считается закономерностью для цитогенеза эндокриноцитов всей пищеварительной системы позвоночных [5, 6]. Заключение. Наличие сходных смешанных клеток у разных по уровню организации, систематическому положению, среде обитания и образу жизни беспозвоночных подтверждает широкое распространение и универсальность этих процессов в эволюции. С другой стороны - возможность трансформации экзокринных клеток в эндокринные свидетельствует в пользу существования общего источника развития экзо-и эндокринных клеток и их местного, энтодермального, происхождения у позвоночных и беспозвоночных животных. Работа выполнена по теме государственного задания АААА-А19-119020690076-7. Автор сообщает об отсутствии в статье конфликта интересов.

Об авторах

Ольга Викторовна Зайцева

Зоологический институт Российской академии наук; Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет

Email: ovzaitseva@inbox.ru
лаборатория эволюционной морфологии; кафедра гистологии и эмбриологии им. проф. А. Г. Кнорре 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 1

Список литературы

Дополнительные файлы