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《组织学与胚胎学》,一、表皮 表皮角化

表皮(epidermis)是皮肤的浅层,由角化的复层扁平上皮构成。人体各部位的表皮厚薄不等,一般厚0.07~0.12mm,手掌和足跖最厚,约0.8~1.5mm。表皮由两类细胞组成:一类是角蛋白形成细胞(keratinocyte),占表皮细胞的绝大多数,它们在分化中合成大量角蛋白,细胞角化并脱落;另一类细胞为非角蛋白形成细胞,数量少,分散存在于角蛋白形成细胞之间,包括黑(色)素细胞、郎格汉斯细胞和梅克尔细胞,它们各有特别的功能,与表皮角化无直接关系。

 手掌皮肤(低倍)

图10-1 手掌皮肤(低倍)

(一)表皮的分层和角化

手掌和足跖的厚表皮的结构较典型,从基底到表面可分为五层。

1.基底层 基底层(stratum basale)附着于基膜上,为一层矮柱状或立方形细胞(图10-1,10-2),称基底细胞(basal cell),胞核相对较大,呈圆形,染色较浅,胞质内含丰富的游离核糖体,故在HE染色的标本上呈强嗜碱性,有分散和成束的角蛋白丝(keratin filament),也称张力丝(tonofilament)。细胞的相邻面有桥粒相连,细胞基底面以半桥粒与基膜相连(图10-3)。基底细胞是未分化的幼稚细胞,有活跃的分裂能力。新生的细胞向浅层移动,分化成表皮其余几层的细胞。

足底皮肤(高倍)

图10-2 足底皮肤(高倍)

2.棘层 棘层(stratum spinosum)在基底层上方,一般由4~10层细胞组成。细胞较大,呈多边形。胞核较大,圆形(图10-2)。细胞向四周伸出许多细短的突起,故名棘细胞;相邻细胞的突起由桥粒相连(图10-3)。胞质丰富,也含许多游离核糖体,因而也显嗜碱性。胞质内含许多角蛋白丝,常成束分布,并附着到桥粒上(图10-3)。光镜下能见成束的角蛋白丝,称张力原纤维(tonofibril)。电镜下,可见胞质中有多个卵圆形的颗粒,称板层颗粒(lamellated granule)(图10-3),直径为0.1~0.5μm,有界膜包被,内有明暗相间的平行板层。这种颗粒由高尔基复合体生成,其内容物主要为糖脂和固醇。

角质形成细胞和黑素细胞超微结构模式图

图10-3 角质形成细胞和黑素细胞超微结构模式图

3.颗粒层(stratum granulosum)约由3~5层较扁的梭形细胞组成,位于棘层上方,胞核和细胞器已退化。细胞的主要特点是胞质内含有许多透明角质颗粒(keratohyalin granule),在HE染色的切片上显强嗜碱性,形状不规则,大小不等(图10-2,10-3)。电镜下,颗粒没有界膜包被,呈致密均质状(图10-3)。颗粒的来源不明,主要成分为富有组氨酸的蛋白质。在颗粒层细胞内,角蛋白丝与透明角持颗粒的物质发生化学反应,电镜下可见角蛋白丝伸入颗粒中。颗粒层细胞含板层颗粒多,并常位于胞质周边,与细胞膜贴连,将所含的糖脂等物质释放到细胞间隙内,在细胞外面形成多层膜状结构,构成阻止物质透过表皮的主要屏障。

4.透明层 透明层(stratum lucidum)位于颗粒层上方,只在无毛的厚表皮中明显易见。此层由几层更扁的梭形细胞组成,在HE染色的切片上,细胞呈透明均质状,细胞界限不清,被伊红染成红色,胞核和细胞器已消失(图10-2)。细胞的超微结构与角质层细胞相似。

5.角质层 角质层(stratum corneum)为表皮的表层,由多层扁平的角化细胞(horny cell)组成。这些细胞干硬,是已完全角化的死细胞,已无胞核和细胞器。在HE染色切片上,细胞呈均质状,轮廓不清,也易被伊红着色(图10-2)。在电镜下,可见胞质中充满密集平行的角蛋白丝,浸埋在均质状的物质中,其中主要为透明角质颗粒所含的富有组氨酸的蛋白质。细胞膜内面附有一层厚约12nm 的不溶性蛋白质,故细胞膜明显增厚而坚固(图10-3)。细胞表面折皱不平,相邻细胞互相嵌合,细胞间隙中充满板层颗粒释放的脂类物质。靠近表面的细胞间的桥粒解体,细胞彼此连接不牢,逐渐脱落,即为日常所称的皮屑。

身体大部分的表皮相当薄,与厚表皮的分层有差别(图10-4)。基底层与厚表皮的相同,棘层的细胞层数少,颗粒层只有2~3层细胞,没有透明层,角质层也薄,只有几层细胞。

表皮由基底层到角质层的结构变化,反映了角蛋白形成细胞增殖、分化、移动和脱落的过程,同时也是细胞逐渐生成角蛋白和角化的过程。表皮角蛋白形成细胞不断脱落和更新,其更新周期约为3~4周。表皮角蛋白形成细胞定期脱落和增殖,使表皮各层得以保持正常的结构和厚度。

表皮是皮肤的重要保护层。角质层细胞干硬,胞质内充满角蛋白,细胞膜增厚,因而角质层的保护作用尤其明显。棘层到角质层的细胞间隙内脂类,构成阻止物质出入的屏障。因此表皮对多种物理和化学性刺激有很强的耐受力,能阻挡异物和病原侵入,并能防止组织液丧失。

 人腹部皮肤光镜像

图10-4 人腹部皮肤光镜像 HE×400

(二)非角蛋白形成细胞

1.黑素细胞 黑素细胞(melanocyte)是生成黑色素的细胞,由胚胎早期的神经嵴发生,然后迁移到皮肤中。它们大多散在于表皮基底细胞之间,真皮中可有少数,它们在身体各部的数目有明显差别,如前额每平方毫米约有2000个,四肢每平方毫米约有1000个。这种细胞在HE染色的切片上不易辨认;用特殊染色法可显示细胞的全貌,为有多个较长并分支突起的细胞。在电镜下,可见胞质内有丰富的核糖体和粗面内质网,高尔基复合体发达。这种细胞的主要特点是胞质中有多个长圆形的小体,长0.6μm,宽0.2μm,称黑素体(melanosome)(图10-3)。这种小体由高尔基复合体生成,有界膜包被,内含酷氨酸酶,能将酷氨酸转化为黑色素(melanin)。黑素体充满色素后成为黑素颗粒(melanin granule)。黑素颗粒移入突起末端,然后被输送到邻近的基底细胞内,因而基底细胞内常含许多黑素颗粒,而黑素细胞本身却含黑素颗粒少。黑色素为棕黑色物质,是决定皮肤颜色的一个重要因素。由于细胞中黑素颗粒的大小和含量的差别,并由于黑素细胞合成色素的速度不同,决定了不同种族和个体不同部位皮肤颜色的差异。黑色素能吸收和散射紫外线,可保护表皮深层的幼稚细胞不受辐射损伤。

 人腹部表皮铺片 ATP酶法

图10-5 人腹部表皮铺片 ATP酶法 ×450

示郎格汉斯细胞

(上海医科大学组织胚胎学教研室供图)

2.郎格汉斯细胞 郎格汉斯细胞(Langerhans cell)由胚胎期的骨髓发生,以后迁移到皮肤内,分散在表皮的棘细胞之间。它们在身体各部位的数目不等,每平方毫米约为400~1000个。它们是多突起的细胞,在HE染色的切片上不易辨认。用三磷酸腺苷酶等特殊染色法可见细胞向周围伸出几个较粗的突起,这些突起又分出多个树枝状的细突起。穿插在棘细胞之间(图10-5)。电镜下可见细胞具有以下的特点:①胞核呈弯曲形或分叶形;②胞质密度低,无角蛋白丝和桥粒;③胞质内有特殊形状的伯贝克颗粒(Birbeck granule),有膜包裹,呈盘状或偏囊形,长15~30nm ,宽4nm,一端或两端常有泡,颗粒的切面为杆状或球拍形,内有纵向的致密线(图10-6,10-7),颗粒的意义尚不了解。这种细胞的性质与免疫系统的树突状细胞很相似,能识别、结合和处理侵入皮肤的抗原,并把抗原传送给T细胞,是皮肤免疫功能的重要细胞,在对抗侵入皮肤的病毒和监视表皮癌变细胞方面起重要作用,并在排斥移植的异体组织中起重要作用。

郎格汉斯细胞电镜像

图10-6 郎格汉斯细胞电镜像 ×7800

↑球拍形Birbeck颗粒 M线粒体

(白求恩医科大学尹昕、朱秀雄教授供图)

郎格汉斯细胞超微结构模式图

图10-7 郎格汉斯细胞超微结构模式图

左图示郎格汉斯细胞,右图示不同形状的伯贝克颗粒的切面

朗格汉斯细胞大概由单核细胞发生。它们并不是长期固定生存在表皮内,而是不断进行更新,更新率尚未确知。有些细胞受损伤死亡,有些携带抗原移入周围淋巴器官的胸腺依赖区,将抗原传递给T细胞,新生的细胞由血流内的单核细胞发生,也可由表皮内有分裂能力的郎格汉斯细胞增殖补充。

形态、功能和细胞化学等方面的研究表明,郎格汉斯细胞、面纱细胞和交错突细胞是巨噬细胞的一个亚群。这三种细胞都具有较低的吞噬力,都有免疫球蛋白IgG的Fc段受体和补体C3受体,并都有MHCⅡ类抗原和很强的抗原传递能力。此外,有些面纱细胞和交错突细胞也有伯贝克颗粒。这些事实说明,这三种细胞之间有密切的关系。目前认为,郎格汉斯细胞携带抗原进入淋巴管后即转变为面纱细胞,后者进入局部淋巴结胸腺依赖区成为交错突细胞。

3.梅克尔细胞 梅克尔细胞(Merkel cell)是一种具短指状突起的细胞,数目很少,每平方厘米约1个,大多存在于毛囊附近的表皮基底细胞之间,在HE染色标本上不辨认,须用特殊染色法显示。电镜下可见细胞的胞核较小。呈不规则形,胞质内有许多有膜的含致密核芯的小泡,直径约80nm,与肾上腺髓质细胞内的分泌颗粒很相似(图10-8)。这种细胞的功能还未完全了解。常见有些细胞的基底面与盘状的感觉神经末梢紧相接触,而且胞质中的小泡也多聚集在细胞基底部,形成类似于突触的结构(图10-8)。由于细胞具有突触样结构以及生理学研究结果,认为这种细胞是感觉细胞,能感受触觉刺激。

梅克尔细胞与神经末梢超微结构模式图

图10-8 梅克尔细胞与神经末梢超微结构模式图

N梅克尔细胞核 P胞质突起 D桥粒 GY糖原GO高尔基复合体

G分泌颗粒 BM基膜 A轴突 NP神经板

梅克尔细胞是起源于胚胎期的原始表皮,还是由神经嵴发生后迁移到表皮,仍有不同的见解。近年的一些研究倾向于认为,梅克尔细胞是在人胚胎8~12周时由原始的表皮细胞发生的。关于梅克尔细胞的生理学意义也提出一些有待解决的问题。由于梅克尔细胞所含的小泡与肾上腺髓质细胞的分泌颗粒很相似,故有人认为梅克尔细胞可能合成儿茶酚胺,是属于APUD细胞系统的一种细胞。但梅克尔细胞是否合成儿茶酚胺,并未得到确实的证据。免疫组织化学的研究显示,在人和某些动物不同部位的梅克尔细胞含有不同的生物活性肽,而且胚胎期和成年时同一部位的细胞所含的肽也常不同,切断动物分布到皮肤的神经后,梅克尔细胞仍能正常生存3个月以上。另外已知,人和某些动物的正常表皮中就存在一些不与神经未梢接触的梅克尔细胞。因此有理由认为。梅克尔细胞可能是一个异质性的细胞群。其中有些细胞可能是感觉细胞,与神经末梢共同构成触觉感受器;其余的细胞也许对表皮细胞增殖和皮肤附属器的发生,或对皮肤内神经纤维的生长起诱导和调节作用。

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