上皮細胞は多細胞生物の内的環境を外界から遮断する細胞層を形成する重要な細胞群です。体表面を覆う「表皮」、臓器の管腔表面を構成する「粘膜」、血管等の内腔を覆う「内皮」などを構成し、成体の約50％の細胞に該当します。
上皮細胞の最も重要な特徴は、外界に接する頂端面と内部環境に接する基底面の間での非対称性（上皮細胞極性）を発達させることです。この極性があるために物質の分泌・吸収が可能になり、生体の恒常性維持に欠かせない機能を果たしています。
上皮細胞シートは、外界からの異物の侵入を防ぐバリアとして機能します。このバリア機能の中核を担うのが細胞間接着構造です。隣り合う上皮細胞は種々の細胞間結合でつながれており、これにより細胞間隙を分子が通るのを防いだり、細胞同士がコミュニケーションをとっています。
特に重要なのが、「密着結合 tight junction」、「接着帯 zonula adherens」、「デスモゾーム desomosome」という三つの接着構造です。これらの構造が細胞内の細胞骨格系（特にアクチン骨格系、中間径線維系）と密接に結びついています。
上皮細胞は一般的にタイトジャンクションと呼ばれるタンパク質複合体で互いが結合しています。タイトジャンクションが弱体化または損傷すると、細菌や病原体、毒素が上皮細胞間隙から血流へ侵入し、その結果免疫システムが活性化し炎症を引き起こすことが知られています。
上皮細胞は機能的に以下のように分類できます：
分泌機能では、これらの細胞はホルモン、酵素、粘液、汗、唾液、乳など、体の活動やプロセスに必要な物質を生成および放出します。たとえば、腺型汗腺の上皮細胞は、暑いときに体温調節のために汗を分泌します。
腸管上皮細胞における吸収機能は特に重要で、栄養と水分の消化吸収、ならびに体内への異物の侵入を防ぐバリア、内分泌機能による消化液の分泌と腸管運動の調節など多岐に渡ります。
上皮組織は、過酷な環境刺激に対する第一防御層であり、常に修復と交換が行われなくてはなりません。この継続的な再生プロセスは、上皮細胞の幹細胞によって支えられています。
皮膚において、上皮細胞の幹細胞は成人の毛包、皮脂腺、表皮に存在し、組織の恒常性維持、毛髪の再生、損傷後の表皮修復を行っています。これらの幹細胞は自己増殖と多系統分化の両方の能力を持つ特別な細胞です。
腸管では、陰窩という管状のくぼみが存在し、ここが細胞分裂が盛んな場となっています。上皮細胞は底部に存在するLgr5陽性の腸管上皮幹細胞から産生され、小腸では陰窩上部に絨毛が形成されますが、大腸では絨毛は形成されません。
損傷時には、幹細胞が活性化されて再上皮化を媒介し、組織機能を回復させます。このプロセスでは、幹細胞はしばしば系統可塑性を示し、損傷シグナルに応答してその運命を拡張します。
近年の研究により、上皮細胞の機能制御に関わる分子メカニズムが詳細に解明されてきています。特に注目されているのが、リン脂質PIP₂（ホスファチジルイノシトール4,5-二リン酸）の役割です。
研究によると、上皮細胞の細胞膜にはPIP₂が多く含まれており、上皮細胞の細胞膜からPIP₂を減少させると、上皮細胞の特徴が失われることが確認されています。逆に、非上皮細胞由来のがん細胞の細胞膜にPIP₂を増加させると、上皮細胞の特徴が獲得されることから、「上皮細胞らしさ」の決定には、細胞膜に含まれるPIP₂が大きな役割を果たしていることがわかりました。
また、TRPチャネルファミリーに属するTRPV1は、上皮細胞におけるセンサータンパク質として重要な機能を持ちます。TRPV1は腸管上皮細胞に発現しており、三次元培養下において、TRPV1を介したシグナリングが細胞増殖に関与していることが明らかになっています。
亜鉛やマンガンといった微量ミネラルも、上皮組織の生成と維持に重要な役割を果たします。特に亜鉛は角化の過程で重要なミネラルであり、保護層や細胞構造を維持するために必要なケラチンフィラメントの形成に関与しています。
上皮細胞の機能異常は、多くの疾患の発症メカニズムに関与しています。特に注目されているのが、上皮-間葉変換（epithelial-mesenchymal transition）と呼ばれる現象です。
上皮細胞の増殖と運動は細胞間の接着に大きく制御されており、接着の破綻（たとえばE-cadherinの発現低下）は上皮-間葉変換に結びつき、発癌に結びつく大きな原因となります。実際に、ほとんどの癌は上皮性であることが知られています。
腸管においては、タイトジャンクションの弱体化によってリーキーガット症候群が引き起こされます。腸管上皮細胞によるバリア機能の低下は、微生物や未消化物などの体内への流入を招き、免疫反応の活性化と炎症を引き起こします。
リーキーガットは、暑熱ストレスや細菌、飼料汚染、脱水、亜鉛欠乏によっても引き起こされることがあり、炎症が起きると免疫システムがより多くの栄養素を感染を抑えるための免疫反応に必要とするため、成長や生産性に利用される栄養素量が減少します。
糖尿病患者では、白内障術後に角膜上皮細胞機能障害が生じることが報告されており、代謝異常が上皮細胞機能に与える影響も注目されています。
上皮細胞の機能維持には、適切な栄養供給と環境条件の管理が重要であり、特に微量ミネラルの十分な摂取が推奨されています。これらの知見は、臨床現場における上皮組織関連疾患の予防と治療戦略の構築に重要な示唆を与えています。