Hepatocyt

Hepatocyt, neboli jaterní buňka, je buňka tvořící základ jaterní tkáně, která je zodpovědná za většinu metabolických pochodů, která probíhají v játrech. Tvoří 78 % objemu jater a 60 % všech buněk tohoto orgánu.^[1][2] V každém miligramu lidských jater se nachází asi 171×10³ hepatocytů.^[1] Je to epitelová buňka, pro kterou je typická těsná vazba s ostatními buňkami a přítomnost keratinů.

Řez lidskými játry pod světelným mikroskopem: pravidelné červené buňky jsou hepatocyty

Vzhled

Snímek z elektronového mikroskopu: mikroklky hepatocytů v Dysseho prostoru okolo fenestrované krevní kapiláry

Hepatocyty jsou polyedrické, asi 30 µm velké^[1] buňky se světlým, kulatým jádrem a jedním nebo dvěma výraznými jadérky.^[3] Většinou mají pouze jedno jádro,^[1][3] ale dvoujaderné hepatocyty jsou časté.^[3]

Hepatocyty nenasedají na žádnou bazální membránu.^[1] Jednou stranou směřují směrem ke krevní vlásečnici a boky se dotýkají ostatních hepatocytů. V místech, kde na sebe těsně naléhají jednotlivé hepatocyty, je jejich okraj hladký a jednotlivé buňky jsou spojené buněčnými spoji, desmozomy.^[4] Výjimku tvoří místa, kde dva sousedící hepatocyty vytváří žlučovou kapiláru, kam je produkována žluč. Zde dva k sobě přiléhající hepatocyty vytvoří prostor vchlípením cytoplazmy a jeho utěsněním dalšími buněčnými spoji, kromě desmozomů také těsnými spoji (tight junction) a vodivými spoji (gap junction).^[4] Cytoplazmatická membrána směřující dovnitř žlučové kapiláry se vychyluje v pravidelné mikroklky.^[4]

Strana směřující ke krevní vlásečnici je rovněž vybavena mikroklky, které jsou ale nepravidelné.^[4] Mikroklky směřují do tzv. Disseho prostoru, což je 0,2-0,5 μm široký prostor mezi endotelovou buňkou vlásečnice, neboli sinusoidy, a hepatocytem.^[5]

Organely hepatocytu a jejich funkce

Jádro hepatocytu je kulaté a tvoří 5–10 % objemu buňky.^[6] Ve světelném mikroskopu se jeví světle, protože většina chromatinu je tzv. euchromatin, s aktivní transkipcí genů.^[6] Asi 25 % hepatocytů má dvě jádra.^[6] Vzácností není ani zvýšená ploidie jader, která je přímo úměrná velikosti jádra.^[6] Mohou být tetraploidní, se čtyřmi chromozomovými sadami, a od dvaceti let věku člověka se objevují i oktoploidní jádra.^[4] Velké množství chromozomových sad v jádrech hepatocytů je však považováno za prekancerózní změny.^[4] Časté jsou jaderné inkluze tvořené glykogenovými zrny či tukovými kapénkami.^[6]

Endoplazmatické retikulum, bohatě rozvinutá organela hepatocytů

Bohatě rozvinuté je endoplazmatické retikulum. Je to soustava cisteren a kanálků tvořených membránou, která se napojuje na buněčné jádro. Tvoří 15–20 % objemu buňky^[7] a jeho celkový povrch je 63000 μm², což je asi 38× víc než povrch cytoplazmatické membrány celé buňky.^[7] Při metabolickém stresu se dokáže ještě zvětšit.^[7] 60 procent endoplazmatického retikula hepatocytu je tvořeno drsným endoplazmatickým retikulem, na jehož membráně jsou přítomné ribozomy.^[7]

Zde jsou syntetizovány bílkoviny, a to především albumin, srážecí faktory a enzymy, jako je glukóza-6-fosfatáza.^[8] V játrech jsou tvořeny všechny bílkoviny krevní plazmy kromě gama-globulinů, a jejich syntéza probíhá právě na drsném ER. Dále jsou zde tvořeny triacylglyceridy z volných masných kyselin a spojovány s proteiny za vzniku lipoproteinů, a tato organela se podílí i na syntéze glykogenu.^[8]

Hladké endoplazmatické retikulum je místem, kde probíhá množství biochemických reakcí, na jeho membránách se nachází skupina cytochromů P450, kde dochází k oxidaci substrátů a detoxikaci cizorodých látek, je zde také syntetizován cholesterol, steroidy a žlučové kyseliny a probíhá zde degradace hemu.^[8]

Soustava Golgiho aparátu slouží k transportu, přechovávání a úpravě látek syntetizovaných buňkou. V hepatocytu se váčky Goldiho aparátu nachází především v blízkosti žlučové kapiláry, podílí se zřejmě významně na produkci žluči.^[8]

Mitochondrie hepatocytů jsou početné. Na kristách vnitřní membrány mitochondrií probíhají procesy, které zásobují hepatocyt energií, především pak oxidativní fosforylace.^[9] Matrix mitochondrií je místem, kde se odehrává Krebsův cyklus, částečně i beta-oxidace mastných kyselin, část ornitinového cyklu, některé kroky syntézy steroidů a syntéza hemu.^[9]

Peroxizomy se nachází především v blízkosti hladkého endoplazmatického retikula a glykogenových inkluzí.^[8] Jejich funkce je spojena především s oxidací vyšších karboxylových kyselin a eikosanoidů a syntézou plazmalogenů a cholesterolu. Kromě toho obsahuje také enzymy, jako je glykolátoxidáza, kataláza, a oxidáza D-aminokyselin.^[10]

Lyzozomy se rovněž nachází v blízkosti žlučové kapiláry. Obsahují proteolytické enzymy a slouží též jako zásobárna železa v podobě ferritinu, ukládají také měď, žlučové pigmenty a lipofuscin.^[8]

V cytoplazmě hepatocytu jsou přítomné četné inkluze, především glykogenu,^[3] dále lipidové kapénky a granula ferritinu.^[8] Lipidové kapénky tvoří 0,3-2,1 % objemu buňky.^[11]

Plazmatická membrána hepatocytů je vyztužena vláknitými bílkovinami, které tvoří podpůrný cytoskelet, udržující tvar buňky. Tuto funkci mají zvláště intermediární filamenta, u hepatocytů se jedná o cytokeratiny.^[8][12] Cytokeratinová vlákna se táhnou od perinukleární oblasti k cytoplazmatické membráně, kde jsou ukotvena v pevných buněčných spojích, desmozomech. Udržují tak stabilní tvar buňky a celé tkáně. Lidské hepatocyty obsahují cytokeratiny typu 8 a 18.^[12]

S desmozomy jsou asociována také mikrofilamenta, tvořená aktinem. Jsou kontraktilním elementem, v hepatocytu se vyskytují především pod cytoplazmatickou membránou v blízkosti žlučové kapiláry,^[12] kterou tak vyztužují,^[8] a pronikají také do mikroklků.^[12] Zajišťují tak motilitu kapiláry a proudění žluči.^[12][8]

Poslední složkou cytoskeletu hepatocytů jsou mikrotubuly, které slouží jako "koleje" k transportu organel a umožňuje také jaderné dělení tvorbou dělicího vřeténka.

Cytoplazmatická membrána je rozdělena na tři specializované oblasti podle toho, jestli směřuje do Dysseho prostoru, do žlučové kapiláry nebo k jiným hepatocytům. Tyto oblasti se liší jak vlastnostmi samotné membrány, jako je její fluidita, po enzymovou i receptorovou výbavu.^[11]

Schema buněčných spojů hepatocytů: vodivý spoj, desmozom a těsný spoj

Část cytoplazmatické membrány, která tvoří žlučovou kapiláru, tvoří asi 15 % povrchu hepatocytu.^[11] Transport látek na ní je jednosměrný, z hepatocytu směrem do lumina kapiláry.^[11] V membráně jsou umístěné enzymy alkalická fosfomonoesteráza a ATP-áza. Ze všech stran je utěsněna těsnými spoji, které zabraňují úniku makromolekul do mezibuněčného prostoru mezi hepatocyty.^[11] Na laterálních plochách hepatocytů jsou pravidelně rozmístěné desmozomy a vodivé spoje, kterými spolu komunikují sousedící buňky.^[11] Na membráně přivrácené do Dysseho prostoru je možný oboustranný transport látek.^[11]

Enzymatická výbava

Model enzymu fosfoenolpyruvátkinázy, cytosolového enzymu hepatocytů

Hepatocyty mají enzymatickou výbavu k průběhu většiny metabolických drah v organismu. Játra slouží jiným orgánům a tkáním, které tyto enzymy netvoří. Speciálními enzymy hepatocytů jsou:^[13]

• Glukokináza, umožňuje rychle vychytávat glukózu z krve, je-li její koncentrace zvýšená (po jídle)
• Glukóza-6-fosfatáza, působí opačně, umožňuje uvolňovat glukózu do krve
• Glycerolkináza, umožňuje využití glycerolu buď při glykolýze, nebo pro syntézu triacylglycerolů a fosfoglycerolů
• Fosfoenolpyruvátkarboxykináza, řídící enzym metabolické dráhy syntézy glukózy, glukoneogeneze
• Fruktokináza, umožňuje vychytávat fruktózu z krve
• Argináza, poslední enzym v ornitinovém cyklu, ve kterém je tvořena močovina
• 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA-syntáza, mitochondriální enzym umožňující vznik ketolátky acetacetátu
• 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA-lyáza, mitochondriální enzym umožňující vznik ketolátky acetacetátu, při ketokegezi musí být přítomny oba enzymy, syntáza i lyáza
• 7-α-hydroxyláza, enzym umožňující vznik žlučových kyselin z cholesterolu

V játrech se pro užití v organismu zpracovávají volné mastné kyseliny, laktát, glycerol, fruktóza a aminokyseliny a nezastupitelná je role jater v udržování stálé koncentrace glukózy v krvi.

Uspořádání hepatocytů

Schema uspořádání jaterního lalůčku

Hepatocyty jsou v jaterní tkáni uspořádány do trámců, které se větví a zase se spojují v pruzích vedoucích od centrální žíly po okraj jaterního lalůčku, který má tvar šestibokého hranolu, s centrální žílou uprostřed. V místech, kde se dotýkají tři sousedící lalůčky, probíhá jaterním parenchymem větev jaterní tepny, portální žíly a žlučovod, toto uspořádání tvoří tzv. triádu. Trámce hepatocytů jsou obvykle jeden až dvě buňky tlusté, u novorozenců a dětí jsou však tvořeny dvěma nebo více buňkami.^[5] Mezi centrální žílou a triádou se v jedné řadě nachází asi 24 hepatocytů.^[5] Mezi trámci hepatocytů se proplétají sinusoidy.

Protože ne všechny hepatocyty se nachází stejně daleko od přívodní jaterní tepny, jsou nestejně zásobené kyslíkem a živinami. Hepatocyty se podle svého umístění vůči krevnímu zásobení liší i morfologicky a odlišná je i jejich enzymatická výbava a hlavní funkce, které vykonávají. Toto zohledňuje popis tzv. primárního jaterního acinu, který se dělí na tři zóny:

• 1. zóna, periportální, je nejlépe zásobená kyslíkem a živinami. Je tvořena hepatocyty, které se nacházejí nejblíž přívodní jaterní arterioly. Odehrává se v nich především glukoneogeneze, syntéza glutathionu a procesy vyžadující energii, jako je syntéza močoviny. Produkce žluči periportálními buňkami je závislá na žlučových kyselinách.^[14]
• 2. zóna je zónou přechodnou
• 3. zóna, periacinární, je nejméně zásobená živinami a kyslíkem. Převládá zde aktivita cytochromu P-450 a detoxikace látek a glykolýza, tvoří se zde glutaminsyntetáza a sekrece žluči je nezávislá na žlučových kyselinách.^[14]

Životní cyklus hepatocytů a jejich regenerace

Hepatocyty pokusných zvířat žijí asi 150 dní.^[1] Staré či poškozené buňky zanikají apoptózou.^[15] Ve zdravé jaterní tkáni vzniká stejně nových buněk, jako jich zaniká.^[15] Hepatocyty se obnovují dělením: dle potřeby jsou schopny přejít z G₀ fáze do G₁ fáze. Za normálních okolností je mitotický index jaterní tkáně malý, jen asi 1:10⁴–2,2×10³,^[6] ale rychlost obnovy jaterní tkáně může rychle stoupnout, například po odnětí části jaterní tkáně.^[15]

Dojde-li k takovému poškození jaterní tkáně, že přežívající hepatocyty obnovu samy nemohou zvládnout, nastupují na jejich místo také kmenové buňky, které jsou v játrech připravené v blízkosti malých žlučových vývodů, mimo těchto kmenových buněk se v hepatocyt může diferencovat také kmenová buňka kostní dřeně.^[15]