組織学レク：結合組織(21st Aug 2024)

学習目標（Learning Objectives）

• **結合組織の機能（Function）と起源（Origin）**を説明できるようにする。
• **結合組織の構成要素（Components）**を特定し、理解する。
• **結合組織に一般的に見られる細胞（Cells）**の機能を特定し、説明できるようにする。
• **細胞外マトリックス（Extracellular Matrix）**とその構成要素（Fibers and Ground Substance）を特定し、説明できるようにする。
• **結合組織の異なる種類（Types of Connective Tissue）**を認識し、体内の具体例を挙げられるようにする。

機能（Function）

結合組織は、他の組織や細胞を支え、物理的に結びつける**マトリックス（Matrix）**を提供し、それにより体の器官を形成します。

起源（Origin）

線維芽細胞（Fibroblasts）

---

脂肪細胞（Adipocytes）

---

マクロファージ（Macrophages）

肥満細胞（Mast Cells）

形質細胞（Plasma Cells）

白血球（Leukocytes）

細胞タイプ（Cell Type）	主要な産物または活動（Major Product or Activity）
線維芽細胞（Fibroblasts / Fibrocytes）**	細胞外線維（Extracellular Fibers）および基質（Ground Substance）の産生
形質細胞（Plasma Cells）	抗体（Antibodies）の産生
リンパ球（Lymphocytes / Several Types）**	各種免疫/防御機能（Various Immune/Defense Functions）
好酸球（Eosinophilic Leukocytes）	アレルギー反応や寄生虫に対する防御の調節（Modulate Allergic/Vasoactive Reactions and Defense Against Parasites）
好中球（Neutrophilic Leukocytes）	細菌（Bacteria）の貪食（Phagocytosis）
マクロファージ（Macrophages）	ECM成分やゴミの貪食（Phagocytosis of ECM Components and Debris）；免疫細胞への抗原処理と提示（Antigen Processing and Presentation to Immune Cells）；成長因子、サイトカイン、その他の因子の分泌（Secretion of Growth Factors, Cytokines, and Other Agents）
肥満細胞および好塩基球（Mast Cells and Basophilic Leukocytes）	薬理活性分子（例：ヒスタミン（Histamine））の放出（Release of Pharmacologically Active Molecules）
脂肪細胞（Adipocytes）	中性脂肪（Neutral Fats）の貯蔵

タンパク質繊維（Protein Fibers）

コラーゲン（Collagen）

• 機能: 全ての結合組織（connective tissues）、上皮基底膜（epithelial basement membranes）、および筋肉や神経細胞の外膜（external laminae of muscle and nerve cells）の主要な要素です。
• 割合: 人体で最も豊富なタンパク質で、体重の乾燥重量の30%を占めます（30% of its dry weight）。
• 合成: 線維芽細胞（fibroblasts）によって合成されます。

• 分解:
  • コラーゲナーゼ（collagenases）: マトリックスメタロプロテイナーゼ（matrix metalloproteinases (MMPs)）と呼ばれる酵素群のメンバーで、コラーゲン線維やシートを切断し、非特異的プロテアーゼ（nonspecific proteases）によるさらなる分解を受けやすくします。

Type1 Collagen

タイプ	α-鎖組成	構造	光学顕微鏡	主な位置	主な機能
I	[α1 (I)]₂[α2 (I)]	300-nm 分子、67-nm 縞模様の線維	厚く、高度にピクロシリウス偏光性の線維	皮膚、腱、骨、歯質	張力に対する抵抗
II	[α1 (II)]₃	300-nm 分子、67-nm 縞模様の線維	緩やかに集まった線維、偏光性	軟骨、硝子体	圧力に対する抵抗
III	[α1 (III)]₃	67-nm 縞模様の線維	薄い、弱い偏光性の、アルギロフィリック（銀結合性）線維	皮膚、筋肉、血管、タイプIと共にしばしば存在	拡張可能な器官の構造的維持
V	[α1 (V)]₃	390-nm 分子、N末端の球状ドメイン	タイプIと共に線維を形成することが多い	胎児組織、皮膚、骨、胎盤、ほとんどの間質組織	タイプIコラーゲンの機能に参加
XI	[α1 (XI)][α2 (XI)][α3 (XI)]	300-nm 分子	小さな線維	軟骨	タイプIIコラーゲンの機能に参加
IV	[α1 (IV)]₂[α2 (IV)]	二次元交差リンクネットワーク	免疫細胞化学で検出	すべての基底膜および外部ラミナ	上皮細胞の支持; フィルター機能
X	[α1 (X)]₃	六角形の格子	免疫細胞化学で検出	成長軟骨、内因性骨形成に関与	マトリックスの密度を増加
VII	[α1 (VII)]₃	450-nm、各端に球状ドメイン	免疫細胞化学で検出	上皮基底膜	基底ラミナを下層の網状ラミナに固定
IX	[α1 (IX)][α2 (IX)][α3 (IX)]	200-nm 分子	免疫細胞化学で検出	軟骨、硝子体	様々なプロテオグリカンと結合; タイプIIコラーゲンと関連
XII	[α1 (XII)]₃	大きなN末端ドメイン	免疫細胞化学で検出	胎盤、皮膚、腱	タイプIコラーゲンと相互作用
XIV	[α1 (XIV)]₃	大きなN末端ドメイン; 十字形の分子	免疫細胞化学で検出	胎盤、骨	タイプIコラーゲン線維、タイプVおよびXIIと結合し、線維形成を強化

網状繊維（Reticular Fibers）

• 分布: 多くの臓器の繊細な結合組織に見られ、特に免疫系（immune system）で重要です。
• 合成: 線維芽細胞（fibroblasts）によって生成されます。
• 構成: 主にコラーゲンタイプIII（collagen type III）から成り、多くの異なる細胞を支持するための広範なネットワーク（reticulum）を形成します。
• 特徴:
  • 染色: 銀塩（silver salts）による処理後に黒く染まり、アルギロフィル（argyrophilic）と呼ばれます。
  • PAS染色: 高い糖鎖含量（high content of sugar chains）のため、周期酸シッフ（periodic acid-Schiff (PAS)）陽性です。
  • 糖含量: 網状繊維は最大10%の糖質（carbohydrate）を含み、他の多くのコラーゲン繊維の1%に比べて高いです。

• 発見場所:
  • 基底膜の網状層（reticular lamina of basement membranes）
  • 脂肪細胞（adipocytes）、平滑筋（smooth muscle）、神経線維（nerve fibers）、小血管（small blood vessels）を取り囲む
  • 肝臓（liver）や内分泌腺（endocrine glands）の分泌細胞の支持組織（supportive stroma）と豊富な微小血管（microvasculature）
  • 骨髄（bone marrow）、脾臓（spleen）、およびリンパ節（lymph nodes）のストローマ（stroma）

弾性繊維（Elastic Fibers）

• 構成:
  • フィブリリン（Fibrillin）: 微細繊維（microfibrils）のネットワークを形成します。
  • エラスチン（Elastin）: 微細繊維の周りに蓄積し、最終的には弾性繊維の大部分を占めます。弾力性の特性を担当します。
  • デスモシン（Desmosine）: エラスチンのサブユニットを交差結合し、集まりを維持しながらもエラスチンの弾力性の特性を保持します。
  • エラスターゼ（Elastase）（膵臓由来）: エラスチンを加水分解します（hydrolyzes elastin）。
• 発見場所:
  • 肺のストローマ（stroma of the lungs）
  • 動脈の壁（walls of arteries）

基質（Ground Substance）

• 特徴:
  • 高度に水分を含む（highly hydrated）、透明な（transparent）、複雑な混合物（complex mixture）で、3種類の主要なマクロ分子（macromolecules）から成ります。
• 機能:
  • 細胞と繊維の間のスペースを埋める（fill the space between cells and fibers）。
  • 小さな分子の拡散を可能にする（allows diffusion of small molecules）。
  • 潤滑剤（lubricant）として作用し、侵入者の侵入に対するバリア（barrier）として機能する（acts as both a lubricant and a barrier）。

糖鎖（Glycosaminoglycans (GAGs)）

• 別名: ムコ多糖（mucopolysaccharides）
• 構造: 繰り返し単位（repeating disaccharide units）であるヘキソサミン（hexosamine）（グルコサミン（glucosamine）またはガラクトサミン（galactosamine））とウロン酸（uronic acid）（グルクロン酸（glucuronate）またはイデュロン酸（iduronate））からなる長いポリマー（long polymers）。
• ヒアルロン（Hyaluronan）:
  • 最大かつ最も広く存在するGAG。
  • ディサッカライドグルコサミン-グルクロン酸（glucosamine-glucuronate）からなる非常に長いポリマー。
  • 多くの細胞の細胞膜に位置するヒアルロン酸合成酵素（hyaluronan synthase）によって合成される。
  • 粘性のある細胞周囲ネットワーク（viscous, pericellular network）を形成し、大量の水を結びつけ、結合組織を通じて分子の拡散を可能にし、様々な器官や関節を潤滑する（lubricates various organs and joints）。
• その他のGAGs:
  • ヒアルロンよりもはるかに小さく、硫酸化され（sulfated）、タンパク質（bound to proteins）（プロテオグリカン（proteoglycans）の一部として）に結合し、ゴルジ体（Golgi complexes）で合成される（synthesized in Golgi complexes）。

物質	構成成分	存在場所
ヒアルロン酸	D-グルクロン酸	へその緒、滑液、硝子体、軟骨
コンドロイチン4-硫酸	D-グルクロン酸、D-ガラクトサミン	軟骨、骨、角膜、皮膚、脊索、大動脈
コンドロイチン6-硫酸	D-グルクロン酸、D-ガラクトサミン	軟骨、へその緒、皮膚、大動脈（内膜）
デルマタン硫酸	L-イドゥロン酸またはD-グルクロン酸、D-ガラクトサミン	皮膚、腱、大動脈（外膜）
ヘパラン硫酸	D-グルクロン酸またはL-イドゥロン酸、D-グルコサミン	大動脈、肺、肝臓、基底膜
ケラタン硫酸	D-ガラクトース、D-グルコサミン	軟骨、髄核、線維輪

プロテオグリカン（Proteoglycans）

• 構成:
  • コアタンパク質（core protein）: 硫酸化GAGs（sulfated GAGs）を共価的に結合。
  • リンクタンパク質（link protein）: プロテオグリカンをGAGsに結びつける（binds proteoglycans to GAGs）。
• 合成:
  • 粗面小胞体（RER）で合成され、ゴルジ体（Golgi apparatus）で成熟し、GAG側鎖（GAG side chains）が追加され、細胞からエキソサイトーシス（exocytosis）で分泌される（synthesized on RER, mature in Golgi apparatus, and secreted from cells by exocytosis）。

プロテオグリカン	説明
ペルカン（Perlecan）	すべての基底膜（basal laminae）に存在し
アグリカン（Aggrecan）	大きな分子で、ヒアルロン酸（hyaluronan）と結合し、アグリカン-ヒアルロン酸複合体を形成します。特に軟骨に豊富に存在します。
デコリン（Decorin）	少数のGAG（糖化大分子）側鎖を持ち、タイプIコラーゲンフィブリルの表面と結合します。
シンデカン（Syndecan）	細胞膜へのECM（細胞外マトリックス）への追加の接着を提供する膜貫通コアタンパク質を持っています。

多接着性糖タンパク質（Multiadhesive Glycoproteins）

• 特徴:
  • 大きな分子で、分岐したオリゴ糖鎖（branched oligosaccharide chains）を持ち、細胞が基質（substrate）に付着するのを助ける（allow adhesion of cells to their substrate）。
  • 細胞表面インテグリン（cell surface integrins）や他のマトリックスマクロ分子（matrix macromolecules）に対する複数の結合部位（multiple binding sites）を持つ。
• 糖タンパク質（Glycoprotein）:
  • ラミニン（Laminin）:
    • インテグリン（integrins）、タイプIVコラーゲン（type IV collagen）、特定のプロテオグリカン（specific proteoglycans）に対する結合部位を持ち、上皮細胞やその他の細胞の接着を提供する（providing adhesion for epithelial and other cells）。
    • 全ての基底膜（basal laminae）および外側膜（external laminae）にも存在する（found in all basal and external laminae）。
  • フィブロネクチン（Fibronectin）:
    • インテグリン（integrins）、コラーゲン（collagens）、および特定のGAGs（certain GAGs）に対する結合部位を持ち、結合組織全体に不溶性の線維網（insoluble fibrillar networks）を形成する（forms insoluble fibrillar networks throughout connective tissue）。
    • 細胞の接着（cell adhesion）および細胞移動（cellular migration）に重要である（important both for cell adhesion and cellular migration）。

Glycoprotein	Description
Laminin	– インテグリン、タイプIVコラーゲン、特定のプロテオグリカンとの結合部位を持ち、上皮細胞や他の細胞の接着を提供します。 – すべての基底膜（ベーサルラミナ）および外部ラミナに存在します。
Fibronectin	– インテグリン、コラーゲン、特定のGAGs（糖胺類）との結合部位を持ち、結合組織全体に不溶性の線維ネットワークを形成します。 – 細胞接着および細胞の移動において重要です。

水（Water）

• 別名: 間質液（interstitial fluid）
• 特徴:
  • 血漿（blood plasma）と似たイオン組成（ion composition）を持つ。
  • 毛細血管を通過する低分子量の血漿タンパク質（plasma proteins of low molecular weight）を含む。
• 主な作用:
  • 血圧による静水圧（hydrostatic pressure）: 心臓のポンピング作用によって血液の静水圧が生じ、毛細血管壁を越えて水を押し出す（forces water out across the capillary wall）。
  • コロイド浸透圧（colloid osmotic pressure）: アルブミン（albumin）などの血漿タンパク質によって生じ、水を毛細血管内に引き戻す（draws water back into the capillaries）。

結合組織（Connective Tissue）

結合組織適正（Connective Tissue Proper）

• 疎性結合組織（Loose (Areolar) CT）:
  • 特徴:
    • 細胞、繊維、基質（ground substance）がほぼ同等の割合で含まれる。
    • 細胞: 主に線維芽細胞（fibroblasts）、他の結合組織細胞や神経、毛細血管も含まれる。
    • コラーゲン繊維（collagen fibers）が主成分だが、弾性繊維（elastic fibers）や網状繊維（reticular fibers）も存在する。
    • 基質の量は中程度で、繊細な一貫性を持ち、柔軟でストレスにはあまり強くない。

• 密な結合組織（Dense CT）:
  • 特徴:
    • 疎性結合組織と同様の構成要素を持つが、細胞（主に線維芽細胞）の数が少なく、基質に対してタイプIコラーゲン繊維（type I collagen fibers）の束が明確に優勢。
  • 不規則密結合組織（Dense irregular CT）:
    • コラーゲン繊維（collagen fibers）の束がランダムに交錯しており、特定の配向がない。
    • あらゆる方向からのストレスに対して抵抗を提供する。
    • 主に皮膚の深層真皮層（deep dermis layer of skin）や多くの臓器を取り囲むカプセル（capsules surrounding most organs）に存在する。
  • 規則的密結合組織（Dense regular CT）:
    • タイプIコラーゲンの束（type I collagen bundles）と線維芽細胞（fibroblasts）が平行に配列されている。
    • 同じ方向からの長期または繰り返しのストレスに対して大きな抵抗を提供する。
    • 主に腱（tendons）、腱膜（aponeuroses）、靭帯（ligaments）に見られる。

• 網状結合組織（Reticular Tissue）:
  • 特徴:
    • 豊富なタイプIIIコラーゲン（type III collagen または reticulin）の繊維から成り、さまざまな種類の細胞を支える繊細なネットワークを形成する。
    • 血液生成組織（hemopoietic tissue）およびいくつかのリンパ器官（lymphoid organs）（骨髄（bone marrow）、リンパ節（lymph nodes）、脾臓（spleen））に存在する。
    • 白血球（leukocytes）やリンパ（lymph）の通過のためのメッシュワークを作成する。

• 粘液結合組織（Mucoid Tissue）:
  • 特徴:
    • 胎児のへその緒（fetal umbilical cord）の主要な成分で、Wharton’s jelly（Wharton’s jelly）と呼ばれる。
    • ヒアルロン酸（hyaluronan）が主成分で、ゼラチン状（gelatinous）で、コラーゲン繊維（collagen fibers）はまばらで、散在する線維芽細胞（fibroblasts または mesenchymal stem cells）を含む。

結合組織の種類	特徴	主要な機能	例
Loose (Areolar) Connective Tissue	多くの基質、たくさんの細胞、少ないコラーゲンがランダムに分布	微小血管、神経、免疫防御細胞をサポートする	消化管の上皮下層にあるラミナプロプリア
Dense Irregular Connective Tissue	基質が少なく、少数の細胞（主に線維芽細胞）、ランダムに配置された多くのコラーゲン線維	臓器を保護しサポートする；引っ張りに耐える	皮膚の真皮、臓器のカプセル、消化管の粘膜下層
Dense Regular Connective Tissue	ほぼ完全に平行に並んだコラーゲン束、少数の線維芽細胞、コラーゲンと整列	筋骨格系内の強力な結合を提供する；力に強い耐性	腱、腱膜、靭帯、角膜実質
Mesenchyme	希薄で未分化の細胞が基質中に均等に分布し、希少なコラーゲン線維がある	成人の結合組織細胞の幹/前駆細胞を含む	胚の中胚葉層
Mucoid (Mucous) Connective Tissue	ランダムな線維芽細胞とコラーゲン線維が粘稠な基質に存在	大血管をサポートし、クッションとして機能する	胎児のへその緒の基質
Reticular Connective Tissue	繊細なレティキュリン/コラーゲンIIIのネットワークと、それに付着した線維芽細胞（レティキュラー細胞）	血液形成細胞、多くの分泌細胞、リンパ球をサポートする	骨髄、肝臓、膵臓、副腎、胸腺以外のすべてのリンパ器官