Cellules souches
Cette population de cellules est nichée dans le fond des cryptes dans l’intestin grêle et dans le côlon (Figure 4 et 8). Leur division asymétrique donne naissance à deux cellules filles, l’une identique à la cellule mère et l’autre à l’origine de cellules progénitrices qui proliférent rapidement sur environ six cycles (Wong et al., 2010). Leur caractère multipotent leur permet ensuite de se différencier vers les différents types cellulaires présents au niveau de l’épithélium. Il existe encore à ce jour quelques débats quant à la localisation exacte des cellules souches intestinales et des marqueurs permettant de les identifier. En effet, au niveau des cryptes de l’intestin grêle elles ont étés décrites en position 4 en partant du fond de la crypte, nommées +4LRC, ou intercalées entre les cellules de Paneth, nommées les « crypt base columnar » (CBC). Leur identification sur un critère de prolifération les confond avec les progéniteurs qui se divisent plus vite, sont positifs aux marquages de KI67 et fixent les intercalants de l’ADN (BrdU). On peut donc difficilement distinguer ces deux populations jusqu’à la position 20 des cryptes. D’autre part, l’absence d’expression de marqueurs de différenciation ne permet pas non plus de les distinguer sur ce critère. Néanmoins, par homologies avec les cellules souches d’autres organes, des marqueurs plus spécifiques émergent tels que Bmi1 (Sangiorgi and Capecchi, 2008), Lgr5 (Barker et al., 2007), ou Musashi (Potten et al., 2003), même s’ils ne sont pas exprimés de la même manière au niveau des +4LRC et des CBC (Montgomery and Breault, 2008). Suite à une irradiation, certaines cellules permettent la régénération des cryptes intestinales. Deux populations de cellules souches plus ou moins sensibles aux doses d'irradiation sont à l'origine de ce processus régénératif, suggérant que les +4LRC et les CBC peuvent coexister (Scoville et al., 2008).
Cellules absorbantes
Les cellules absorbantes sont également appelées entérocytes au niveau de l’intestin grêle ou côlonocytes au niveau du côlon et représentent 80 à 90% de la population de l’épithélium intestinal (Figure 4 et 8). Sous l'effet des diverses voies de signalisation précédemment décrites, la régulation de facteurs de transcription spécifiques tels que GATA-4, HNF1-α (Hépatocyte nuclear factor), Cdx2 ou HNF4α entraîne l’expression des gènes impliqués dans
la différenciation entérocytaire (Benoit et al., 2010b; Quaroni and Isselbacher, 1985; Stegmann et al., 2006; Traber, 1998). Ils sont responsables de l'acquisition de marqueurs structuraux avec des molécules de jonction et le cytosquelette et fonctionnels par l'expression d'enzymes et transporteurs spécifiques. La mise en place de jonctions intercellulaires fortement cohésives (jonctions adhérentes, serrées et desmosomes) leur donne une forme cylindrique polarisée, avec le noyau au pôle basal, de nombreux organites et une membrane plasmique hautement spécialisée au pôle apicale. Ce scellement des contacts intercellulaires permet d’établir une compartimentation de la membrane plasmique dont la composition des lipides et des protéines est différente au pôle baso-latéral et au pôle apical. A leur apex, ces cellules sont hérissées de microvillosités appelées bordure en brosse (BB) dont la taille diminue selon l’axe proximo-distal et qui participent à l’augmentation de la surface d’échange avec la lumière digestive. Leur structure est assurée par un cytosquelette d’actine échaffaudé et stabilisé par des molécules de villine. Les BB sont également riches en glycoprotéines. On y retrouve ainsi des enzymes digestives telles que la sucrase isomaltase (SI), la lactase phlorizine hydrolase (LPH), la dipeptidylpeptidase IV (DPPIV) ou la phosphatase alcaline (PA) qui parachèvent la dégradation des nutriments, et des transporteurs permettant l'absorption des sucres au niveau du cytoplasme, les SGLT1 (glucose et galactose) ou les GLUT5 (fructose) (Ferraris, 2001). Avec l’expression d’autres transporteurs comme GLUT2 au pôle baso-latéral, cette organisation permet le transport actif de nombreux composés à travers la barrière épithéliale : sucres, acides aminée, électrolytes, eau, vitamines et sels minéraux.
Cellules sécrétrices de mucus (goblet)
Elles représentent 5% de l’épithélium intestinal au niveau du grêle et leur proportion augmente en région distale pour atteindre un maximum de 15% au niveau du côlon (Figure 4 et 8). Ces cellules sont des glandes exocrines unicellulaires qui produisent et sécrètent un mucus tapissant la face luminale de l’épithélium intestinal (Kim and Ho, 2010). Il est aisé de les distinguer dans l’épithélium grâce à leur morphologie ou par les groupements acides des composés de leurs vésicules avec le bleu Alcian. En effet, le volume représenté par les vésicules de sécrétion donne aux cellules une forme évasée au pôle apical, à l’origine de leur autre nom : cellules caliciformes. Ce mucus est constitué de glycoprotéines, principalement les mucines qui sont transmembranaires ou sécrétées. Elles possèdent un cœur protéique servant à leur assemblage les unes aux autres par liaisons covalentes et une partie glucidique
hydrophile, essentiellement constituée de galactose, de fucose, de N-acétylgalactosamine, de N-acétylglucosamine et d'acide sialique. Cette composition permet de faciliter le transit du bol alimentaire, de limiter l’adhérence bactérienne aux cellules épithéliales et de les protéger de l’agression des enzymes biliaires et gastriques. Il s’agit du premier rempart de la barrière épithéliale intestinale vis-à-vis des agressions extérieures. L'altération de ces cellules ou la diminution de la production de mucus peut être responssable d'un développement inflammatoire.
Cellules entéro-endocrines
Ces cellules ne représentent que 0,4 à 1% des cellules épithéliales intestinales et sont plus nombreuses dans l’intestin grêle que dans le côlon (Figure 4 et 8). Elles sont plus petites que les autres cellules épithéliales, de forme allongée, enchâssées entre les entérocytes et réparties sur l’axe crypto-villositaire. Il existe 10 types de cellules entéro-endocrines différents plus ou moins restreints à certaines sections du tube digestif. Ils se caractérisent par la nature de leur contenu vésiculaire : cholécystokinine (CCK), sécrétine, gastric inhibitory polypeptide, motiline, neurotensine, sérotonine 5-HT, PP-like peptide PYY, somatostatine,… (Cristina et al., 1978). Sous l’effet de certains stimuli, ces neuromédiateurs sont libérés au niveau de la lamina propria où ils agissent sur les populations cellulaires locales mais également à distance sur d’autres organes par diffusion dans le sang. Les cellules 5-HT (ou entérochromaffines) constituent le sous-type le plus représenté des cellules entéro-endocrines, notamment impliqué dans le réflexe sécréto-moteur, en relation avec le SNE.
Cellules de Paneth
Ces cellules se différencient en redescendant à la base des cryptes dans l’intestin grêle et ne sont pas retrouvées au niveau du côlon (Garabedian et al., 1997) (Figure 4 et 8). De type séreux zymogénique, elles adoptent une morphologie haute avec des vésicules de sécrétion au pôle apical. Le contenu de ces vésicules peut varier d’une cellule à l'autre mais reste néanmoins riche en α-défencines, lysozymes et chromogranine A. Comme les neutrophiles, elles assurent un rôle anti-bactérien et participent à la réponse immunitaire innée. Ces cellules ont une durée de vie de 30 jours environ et sont régulièrement éliminées par les macrophages de la lamina propria (Troughton and Trier, 1969).
Figure 9: Modèles d’étude des cellules épithéliales en culture.
Diverses lignées cellulaires ou cultures primaires sont représentatives les différentes parties de l’épithélium intestinal au niveau de l’intestin grêle et du côlon. Ces modèles permettent d’étudier les processus de prolifération des cellules souches et de leur progéniteurs (IEC, HIEC) et de différenciation à différents stades (NCM460, PCDE, HT-29, Caco2, tsFHI, HT-29 MTX). (d’après Scoville, D.H., 2008 ; Crosnier, C., 2006). HT29 Gal HIEC/ IEC tsFHI PCDE HT29 MTX Grêle côlon Caco2 NCM460
Autres types cellulaires
Au niveau de l’intestin grêle, il existe des structures spécialisées dans la réponse immunitaire appelées plaques de Peyer. Celles-ci sont composées de cellules M et de lymphocytes T (LT) organisés sous forme de follicules lymphoïdes. L’origine des cellules M n’est pas clairement définie, cependant certaines hypothèses proposent qu’il s’agisse d’entérocytes dédifférenciés impliqués dans le transport (par la voie trans-cellulaire) et la présentation de l’antigène du contenu de la lumière vers les follicules. Des LT sont également retrouvés dans l’épithélium du côlon où, enchâssés entre les entérocytes, ils participent à la réponse inflammatoire locale (Tlaskalova-Hogenova et al., 1995). Récemment, un quatrième type cellulaire issu du lignage sécrétoire a été caractérisé (Gerbe et al., 2011). Ces cellules appelées cellules Tuft avaient déjà été décrites dans plusieurs organes comprenant le tube digestif (Jarvi and Keyrilainen, 1956; Rhodin and Dalhamn, 1956), de par leur morphologie particulière présentant une bordure en brosse très développée (Sato, 2007) (Figure 4 et 8). Ces cellules sont également réparties dans l’intestin grêle et dans le côlon où elles représentent environ 0,4% de la population épithéliale. Leur fonction n’est encore pas connue ; on sait cependant qu'elles expriment les enzymes impliquées dans la biosynthèse des prostanoïdes et des β-endorphines, suggérant un rôle dans l’inflammation, la motricité et la douleur digestive (Gerbe et al., 2011).