上皮細胞的多樣性與功能：從屏障到信號傳導的多維角色_abio生物試劑品牌網
上皮細胞是構成上皮組織的基本功能單位，廣泛分布于機體的內外表面，如皮膚、消化道、呼吸道、泌尿生殖道以及腺體等。它們不僅是機體的第一道物理和化學屏障，還參與物質轉運、分泌、感覺傳遞以及免疫調節等多種生理過程。近年來，隨著單細胞測序技術、類器官模型和基因編輯技術的快速發展，科學家們對上皮細胞的異質性、功能多樣性及其在疾病中的作用有了更深入的理解。
上皮細胞的分類與結構特征：
上皮組織根據表層細胞的形狀以及細胞層數的單層或多層進行分類。
圖1.上皮細胞
表層細胞的形狀：
上皮細胞的功能多樣性
上皮細胞的功能遠不止于物理屏障。它們還積極參與細胞間通訊、免疫調節和組織穩態的維持。例如，腸道上皮細胞能夠分泌多種細胞因子（如IL-10、TGF-β）和抗菌肽（如防御素），調節腸道菌群平衡和局部免疫反應。此外，上皮細胞在組織修復和再生中發揮關鍵作用。當組織受損時，位于基底層的上皮干細胞能夠快速增殖并分化為功能性上皮細胞，促進傷口愈合和組織重建。
在信號傳導方面，上皮細胞通過多種受體和信號通路感知外界環境變化并作出響應。例如，皮膚上皮細胞通過Toll樣受體（TLRs）識別病原體相關分子模式（PAMPs），啟動先天免疫反應。此外，上皮細胞還通過分泌外泌體等方式與其他細胞（如免疫細胞和間質細胞）進行通訊，調控局部微環境。
上皮細胞與疾病的關系
上皮細胞的功能異常與多種疾病密切相關。例如，上皮屏障功能的破壞可能導致炎癥性腸病（IBD）、哮喘和過敏性疾病；而上皮細胞的異常增殖、分化和凋亡則是癌癥發生的重要機制之一。在腫瘤微環境中，上皮細胞與免疫細胞和間質細胞的相互作用顯著影響腫瘤的進展和轉移。此外，上皮細胞在纖維化疾病（如肺纖維化和肝纖維化）中也扮演重要角色，其上皮-間質轉化（EMT）過程被認為是纖維化發生的關鍵環節。
研究前沿與展望
近年來，單細胞測序技術的應用揭示了上皮細胞的高度異質性，為研究其功能多樣性提供了新的視角。類器官模型的建立則使得在體外模擬上皮組織的發育和疾病成為可能，為藥物篩選和個性化治療提供了重要工具。未來，結合多組學分析和基因編輯技術，研究者們有望進一步解析上皮細胞在生理和病理過程中的分子機制，為相關疾病的精準治療提供新的靶點。
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參考文獻
上皮細胞的分類與結構特征：
上皮組織根據表層細胞的形狀以及細胞層數的單層或多層進行分類。
圖1.上皮細胞
表層細胞的形狀：
- 鱗狀上皮（Squamous） - 細胞扁平，寬度大于高度
- 細胞核通常比扁平細胞高，并凸向管腔
- 細胞質較薄，難以觀察
- 立方上皮（Cuboidal ） - 細胞的高度與寬度相近
- 球形細胞核位于細胞中央
- 柱狀上皮（Columnar） - 細胞的高度大于寬度
- 橢圓形細胞核位于細胞基部附近
- 單層上皮（Simple） - 僅由一層細胞組成
- 所有細胞均與基底膜（紫色）接觸
- 復層上皮（Stratified ） - 由兩層或更多層細胞組成
- 只有最底層的細胞（黃色）與基底膜（紫色）接觸
- 假復層柱狀上皮（Pseudostratified Columnar）
- 單層細胞
- 細胞核位于不同水平
- 并非所有細胞都到達表面
- 所有細胞均與基底膜（紫色）接觸
- 變移上皮（Transitional） - 用于上皮組織被拉伸的部位
- 多層細胞
- 只有最底層的細胞（黃色）與基底膜（紫色）接觸
- 形態隨組織的松弛或拉伸而變化
- 松弛狀態 - 表層為大而圓頂狀的細胞
- 拉伸狀態 - 表層為扁平細胞
上皮細胞的功能多樣性
上皮細胞的功能遠不止于物理屏障。它們還積極參與細胞間通訊、免疫調節和組織穩態的維持。例如，腸道上皮細胞能夠分泌多種細胞因子（如IL-10、TGF-β）和抗菌肽（如防御素），調節腸道菌群平衡和局部免疫反應。此外，上皮細胞在組織修復和再生中發揮關鍵作用。當組織受損時，位于基底層的上皮干細胞能夠快速增殖并分化為功能性上皮細胞，促進傷口愈合和組織重建。
在信號傳導方面，上皮細胞通過多種受體和信號通路感知外界環境變化并作出響應。例如，皮膚上皮細胞通過Toll樣受體（TLRs）識別病原體相關分子模式（PAMPs），啟動先天免疫反應。此外，上皮細胞還通過分泌外泌體等方式與其他細胞（如免疫細胞和間質細胞）進行通訊，調控局部微環境。
上皮細胞與疾病的關系
上皮細胞的功能異常與多種疾病密切相關。例如，上皮屏障功能的破壞可能導致炎癥性腸病（IBD）、哮喘和過敏性疾病；而上皮細胞的異常增殖、分化和凋亡則是癌癥發生的重要機制之一。在腫瘤微環境中，上皮細胞與免疫細胞和間質細胞的相互作用顯著影響腫瘤的進展和轉移。此外，上皮細胞在纖維化疾病（如肺纖維化和肝纖維化）中也扮演重要角色，其上皮-間質轉化（EMT）過程被認為是纖維化發生的關鍵環節。
研究前沿與展望
近年來，單細胞測序技術的應用揭示了上皮細胞的高度異質性，為研究其功能多樣性提供了新的視角。類器官模型的建立則使得在體外模擬上皮組織的發育和疾病成為可能，為藥物篩選和個性化治療提供了重要工具。未來，結合多組學分析和基因編輯技術，研究者們有望進一步解析上皮細胞在生理和病理過程中的分子機制，為相關疾病的精準治療提供新的靶點。
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為什么選擇 康和達 Celloger？
- 高分辨率實時成像：捕捉上皮細胞的細微變化，從細胞遷移到屏障功能形成，盡在掌握。
- 長時間無標記觀察：低光毒性設計，確保細胞在生理狀態下長時間存活，真實反映細胞行為。
- 箱內成像：箱內培養穩定環境，為上皮細胞提供最接近生理的培養條件。
- 自動化分析與高效操作：具備強大的數據存儲和圖像分析功能。通過電腦實時訪問實驗數據和查看細胞培養情況，優化日常細胞培養工作并將成像結果標準化，改善下游實驗流程。
- 上皮細胞屏障功能研究：實時監測緊密連接形成與破壞，評估藥物或病原體對屏障功能的影響。
- 細胞遷移與增殖分析：追蹤上皮細胞的遷移路徑和增殖動態，研究傷口愈合或癌癥轉移機制。
- 藥物篩選與毒性測試：快速評估藥物對上皮細胞的作用，加速藥物開發進程。
- 疾病模型構建：利用類器官或3D培養技術，模擬復雜上皮組織結構，研究疾病機制。
參考文獻
- Peterson, L. W., & Artis, D. (2014). Intestinal ePIthelial cells: regulators of barrier function and immune homeostasis. Nature Reviews Immunology, 14(3), 141-153.
- Clevers, H. (2016). Modeling development and disease with organoids. Cell, 165(7), 1586-1597.
- Kalluri, R., & Weinberg, R. A. (2009). The basics of epithelial-mesenchymal transition. Journal of Clinical Investigation, 119(6), 1420-1428.
- Tang, P. C., et al. (2021). Single-cell transcriptomics reveals the role of epithelial cell heterogeneity in tissue homeostasis and disease. Nature Communications, 12(1), 1-15.
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