腸管上皮
腸管上皮によって形成されるバリアは外部環境(腸管内腔の内容物)と体内を分離しており、最も広くかつ重要な粘膜表面である。
腸管上皮はいくつかの重要な機能を果たし、自然免疫系と獲得免疫系の双方に関与している。腸管上皮は細胞内外の環境をしっかりと監視して近隣細胞とコミュニケーションし、必要な場合には迅速に防御応答や修復機構を開始する。バリアとして外来の抗原、毒素や微生物など有害な物質の進入を防ぐ一方で、食物中の栄養素、電解質、水分やその他有用な物質に対しては腸管内腔からの取り込みを促進する選択性フィルターとして機能する。
バリアの完全性が損なわれた場合には腸管透過性が亢進し、有害な物質が無制御に通過するようになる場合がある。その結果、腸自体やその他の器官において、個体の遺伝的素因に応じて炎症、感染症、アレルギー、自己免疫疾患やがんが引き起こされる場合がある。
腸管上皮のエンテロサイトは消化系の一部としての機能が主要な役割である一方で、多様な微生物を認識して免疫系の機能に寄与するToll様受容体やNOD様受容体(英語版)も発現している。このように、腸管上皮は腸管内腔と体内を分離する物理的バリアとして機能しているだけでなく、内因性免疫(英語版)の一部として病原体を認識する役割も果たしている。
エンテロサイトの刷子縁を覆っているのはグリコカリックスであり、タンパク質や炭水化物の消化に必要不可欠な膜貫通型ヒドロラーゼやその他の酵素の側鎖のオリゴ糖から構成される、緩やかなネットワークである。こうした糖タンパク質や糖脂質、酵素は管腔内の炭水化物やタンパク質の最終的な消化段階を触媒する。こうして形成された単糖やアミノ酸は腸管上皮を越えて輸送され、最終的には血中へ輸送される。
調節された選択的透過は、主に経細胞経路(英語版)(細胞内経路、transcellular (transepithelial) route)と傍細胞経路(英語版)(細胞間隙経路、paracellular route)の主に2つの経路で行われる。
腸管上皮は腸粘膜の一部を構成する。上皮は単層の細胞から構成され、粘膜を構成する他の2層である粘膜固有層と粘膜筋板が上皮層を支持しまとめている。腸管内腔の内容物を確実に保持するため、上皮層の細胞はタイトジャンクションによって連結されており、連続的な比較的透過性の低い膜構造が形成されている。
上皮細胞は細胞分裂、成熟、移動の過程によって4–5日周期で常に再生されている。再生は腸腺(上皮が下部の結合組織へ陥入している部分)の陰窩(底部)に位置する増殖性細胞(幹細胞)に依存している。新たな細胞は底部で形成され、上方へ移動して陰窩を出る。その過程で成熟が進行する。そして最終的に、アポトーシスによって腸管内腔へ剥離する。このようにして、腸管の内壁は常に再生されている一方で、上皮層を構成する細胞数は一定に維持されている。
小腸では、粘膜層は栄養素の吸収を最大化するために表面積を広げる特殊な適応が生じている。こうした吸収面の拡大は3つの解剖学的特徴によって達成されており、その結果、単純な円筒構造と比較してその表面積は600倍となっている。
輪状襞は内壁に輪状に存在する襞であり、内腔の内容物の通過を遅らせ、表面積を3倍に拡大する。
絨毛と腸腺は粘膜の表面積を10倍に拡大する。
微絨毛はエンテロサイトの頂端側表面を覆い、吸収面を20倍拡大する。直径100 nmの指型の突起が無数に存在しており、波打つ刷子縁を形成している。
上皮細胞の頂端側表面の刷子縁はグリコカリックスで覆われている。グリコカリックスは膜糖タンパク質や糖脂質に連結されたオリゴ糖から構成されている。