Cajal間質(zhì)細(xì)胞在胃腸動力障礙性疾病中的研究

常宗宏， 鄧尚新， 楊 娟， 康生朝， 劉 鑫， 耿聞男， 楊春麗

1.中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第940醫(yī)院消化科，甘肅 蘭州 730050； 2.中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第921醫(yī)院

胃腸動力障礙性疾病(disorders of gastrointestinal motility，DGIM)是指因胃腸動力紊亂引起的以各種消化道癥狀為臨床表現(xiàn)的疾病[1]。研究提示，胃腸蠕動的產(chǎn)生是由Cajal間質(zhì)細(xì)胞(interstitial cells of Cajal，ICC)起搏的慢波活動(slow-way activity)和神經(jīng)、胃腸激素介導(dǎo)的快速活動(fasting intestinal motor activity)或稱移行性復(fù)合運動(migrating motor complex，MMC)組成[2]。近年來，關(guān)于ICC的認(rèn)識及其在DGIM中的作用研究越發(fā)深入，現(xiàn)概述如下。

1 ICC形態(tài)及特點

光鏡下ICC呈紡錘形或三角形，核大且細(xì)胞質(zhì)少，有細(xì)胞突起，并相互交織成網(wǎng)絡(luò)。電鏡下ICC結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括[3]：(1)數(shù)量多且體積大的線粒體；(2)胞膜有小凹結(jié)構(gòu)；(3)粗、滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)育良好；(4)大量中間絲；(5)ICC間3級神經(jīng)纖維間有突觸樣結(jié)構(gòu)；(6)缺乏肌動纖維；(7)與平滑肌形成縫隙連接。細(xì)胞識別上，ICC表達(dá)酪氨酸激酶受體(receptor tyrosine kinase，c-Kit)，c-Kit染色陽性及鏡下細(xì)胞特征是鑒定ICC的重要方法。近期研究發(fā)現(xiàn)，一種鈣激活通道蛋白(anoctamin 1，Ano1)可用來標(biāo)識ICC，其可避免肥大細(xì)胞c-Kit染色陽性的錯誤[4]，因此具有更高的特異性。

依據(jù)空間分布的不同，ICC可分為肌間(ICC-MY/ICC-MP)、肌內(nèi)(ICC-IM)、深肌叢(ICC-DPMY)及黏膜下(ICC-SM)四種類型；其中肌間和黏膜下ICC主要參與胃腸起搏活動[5]。毗鄰結(jié)構(gòu)上，ICC與平滑肌細(xì)胞、腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system，ENS)密切連接，呈網(wǎng)絡(luò)狀分布。ICC與ENS之間的距離，較它與平滑肌之間的距離更接近；免疫組化研究表明，ICC細(xì)胞膜上存在多種神經(jīng)遞質(zhì)受體，預(yù)示著ICC具有參與神經(jīng)支配胃腸蠕動的重要解剖結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[6-7]。

2 ICC的生理功能

目前研究認(rèn)為，ICC的生理功能包括：(1)起搏并調(diào)節(jié)慢波傳播；(2)介導(dǎo)ENS信號到平滑肌細(xì)胞；(3)作為胃腸道的機(jī)械感受器；(4)ICC為胃腸道運動的起搏細(xì)胞和調(diào)控者[8-9]。慢波可決定消化道平滑肌的節(jié)律收縮。既往研究[10-11]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用河豚毒素阻斷神經(jīng)傳遞、硝苯地平阻滯平滑肌收縮后，慢波依然存在；由此提示慢波的產(chǎn)生并不依賴于神經(jīng)的支配和平滑肌細(xì)胞。從食管至肛門括約肌存在著不同類型的ICC，免疫標(biāo)識c-Kit或Ano1的缺損會出現(xiàn)不同類型的胃腸蠕動功能紊亂，包括慢波活動的缺損[12]。推測ICC是慢波的起搏和調(diào)控者[13]。

ENS-ICC-平滑肌細(xì)胞緊密連接所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，使ICC在ENS和平滑肌之間扮演著重要的角色，即能介導(dǎo)神經(jīng)信號至平滑肌細(xì)胞，并作為機(jī)械感受器[8]。胃腸生理功能的正常運行受迷走神經(jīng)、內(nèi)臟神經(jīng)和ENS的共同支配，其中ENS起主導(dǎo)作用[14]。ICC表達(dá)多種受體，如P物質(zhì)、一氧化氮(NO)、神經(jīng)激肽受體(NK1和NK3受體)、乙酰膽堿受體(毒蕈堿M2和M3受體)、腸血管活性肽受體(VIP-1受體)等[3]。ENS神經(jīng)元釋放遞質(zhì)，與ICC表面受體結(jié)合，ICC將神經(jīng)信號傳遞至平滑肌細(xì)胞，使之去極化或超極化，從而產(chǎn)生興奮或抑制的效果。

3 ICC與DGIM

DGIM可分為消化系統(tǒng)本身的動力障礙性疾病，如賁門失弛緩癥、胃食管反流病(gastroesophageal reflux disease，GERD)、慢傳輸型便秘等；也包括消化系統(tǒng)以外的疾病累及消化系統(tǒng)所致的疾病，如糖尿病胃輕癱、結(jié)締組織病導(dǎo)致的胃腸動力障礙等。DGIM的成因與ICC細(xì)胞形態(tài)、分布、數(shù)量及網(wǎng)絡(luò)的異常密切相關(guān)。

賁門失遲緩癥(achalasia of cardia，AOC)是一種原發(fā)性食管蠕動障礙，通常認(rèn)為與食管下段括約肌(LES)松弛功能障礙相關(guān)，但具體病因和機(jī)制仍不明確。既往通過外科手術(shù)或尸檢標(biāo)本研究發(fā)現(xiàn)，AOC患者的食管中歐氏神經(jīng)叢和ICC數(shù)量減少，并出現(xiàn)食管肌層被纖維組織所取代[15]。近年隨著經(jīng)口內(nèi)鏡下括約肌切開術(shù)的發(fā)展，AOC研究更為容易，發(fā)現(xiàn)Ⅲ型AOC仍保留著一定數(shù)量的ICC(n=9.4±1.2，細(xì)胞/高倍視野)，Ⅰ型(n=3.7±0.3，細(xì)胞/高倍視野)和Ⅱ型(n=3.5±1.0，細(xì)胞/高倍視野)ICC減少最明顯，而嚴(yán)重的纖維化則只出現(xiàn)在Ⅰ型當(dāng)中[16]。更為深入的細(xì)胞學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，AOC中LES的基礎(chǔ)運動受到雙重機(jī)制調(diào)控，即NO-鳥甘酸環(huán)化酶途徑敏感的平滑肌細(xì)胞和該途徑敏感的ICC；但更重要的是，吞咽誘導(dǎo)下的LES松弛則主要由NO敏感的ICC機(jī)制實現(xiàn)[17]。由此可見，ICC病變時可誘發(fā)LES松弛障礙，在AOC發(fā)病機(jī)制中起重要作用。

與AOC的LES松弛障礙不同，GERD可能與LES功能障礙及無效的食管運動(ineffective esophageal motility，IEM)等相關(guān)。早期研究發(fā)現(xiàn)，IEM占GERD的50%，而當(dāng)GERD伴隨呼吸系統(tǒng)癥狀時IEM則非常普遍[18]。研究[19]提示，IEM的形成可能與迷走神經(jīng)功能和ICC相關(guān)；迷走神經(jīng)活性是支配和控制食管蠕動的重要環(huán)節(jié)，在平滑肌組織中存在迷走神經(jīng)末梢與ICC-MY共同構(gòu)成的感覺單元；因此，迷走神經(jīng)、迷走神經(jīng)與ICC構(gòu)成的感覺單元可能是GERD治療的重要靶點。

非消化系統(tǒng)疾病引發(fā)的DGIM中，胃輕癱較為常見，病因包括先天性和糖尿病并發(fā)癥所致。大量動物和人體學(xué)研究均發(fā)現(xiàn)，胃輕癱組織中存在ICC的消耗或超微結(jié)構(gòu)改變，并稱為ICC病變(ICC-opathy)[20]。近期的糖尿病大鼠模型研究[21]發(fā)現(xiàn)，胃輕癱與胃竇中ICC-IM、ICC-MP和ICC-SM數(shù)量較少相關(guān)；超微結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，c-Kit陽性細(xì)胞出現(xiàn)膜不完整、破裂和縮短，細(xì)胞體和線粒體腫脹、破裂，染色質(zhì)濃縮；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，ICC-IM、ICC-MP和ICC-SM存在明顯的凋亡。更為定量的研究[22]發(fā)現(xiàn)，糖尿病胃輕癱大鼠的胃竇中ICC-IM、ICC-SM密度下降至46.4%和26.7%。人體病例對照研究[23]發(fā)現(xiàn)，不論是因為糖尿病所致還是先天性胃輕癱患者，均存在明顯ICC數(shù)量的減少，而糖尿病胃輕癱與先天性胃輕癱患者之間的ICC丟失并無區(qū)別。定量研究發(fā)現(xiàn)，人體胃輕癱患者的ICC減少可達(dá)50%[20]。與ICC數(shù)量減少類似，糖尿病胃輕癱患者中也觀察到胃內(nèi)ICC超微構(gòu)架的改變；而有研究認(rèn)為，先天性胃輕癱患者的ICC結(jié)構(gòu)改變程度較糖尿病胃輕癱患者更為明顯[24]。有研究顯示，即便只是具有胃輕癱類似癥狀的患者，也存在著ICC的減少和輕度的超微結(jié)構(gòu)改變[25]。

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome, IBS)被認(rèn)為是無任何器官病變的胃腸功能紊亂，其發(fā)病機(jī)制可能與胃腸動力異常、內(nèi)臟感覺異常、腦-腸調(diào)控異常、炎癥和精神心理等多種因素相關(guān)[26]。研究發(fā)現(xiàn)，ICC參與了IBS的炎癥和內(nèi)臟高敏性的發(fā)病機(jī)制。近期的IBS動物模型研究[27]發(fā)現(xiàn)，小鼠在遇到母嬰隔離等的早期生活應(yīng)激事件后，機(jī)體會上調(diào)神經(jīng)元型一氧化氮合酶(nNOS)的表達(dá)，并進(jìn)一步影響ICC的活動，從而導(dǎo)致腸道運動功能的改變，出現(xiàn)腹瀉型IBS。

4 ICC增殖與調(diào)控

ICC重要生理功能的維持依賴于增殖與調(diào)控。胃腸道內(nèi)幾乎所有ICC都特異性表達(dá)c-Kit，其配體為平滑肌細(xì)胞所表達(dá)的干細(xì)胞因子(stem cell factor，SCF)[28]。SCF與c-Kit特異性結(jié)合，形成二聚體并活化酪氨酸激酶，啟動了一系列酸化過程，調(diào)節(jié)ICC細(xì)胞的增殖、分化和表型維持。若此通路受損，ICC發(fā)生凋亡或表型改變，數(shù)量明顯減少，可進(jìn)而影響其功能[29]；但通過增加外源性SCF等方法，可有助于恢復(fù)通路，恢復(fù)ICC表型和功能[30]。

ICC調(diào)控同樣受5-羥色胺(5-HT)、胰島素受體及胰島素樣生長因子1(IGF-1)受體、血紅素加氧酶-1(HO-1)等的調(diào)節(jié)[31]。5-羥色胺2b受體(5-HT2b受體)通路研究發(fā)現(xiàn)，激活5-HT2b受體有助于ICC在體內(nèi)的增殖，缺乏此信號通路成年小鼠ICC密度網(wǎng)絡(luò)明顯受損[32]。胰島素受體及IGF-1受體存在于平滑肌細(xì)胞表面，其對于ICC表型維持是通過影響平滑肌細(xì)胞分泌SCF，進(jìn)而影響SCF/c-Kit通路。動物模型研究[33]發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠血清IGF-1水平和組織中c-Kit、SCF、IGF-1受體的表達(dá)均較正常大鼠明顯降低；但經(jīng)胃電刺激治療后，血清IGF-1升高，IGF-1受體陽性的平滑肌細(xì)胞和c-Kit陽性的ICC也明顯升高。HO-1通過對氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)，從而保護(hù)ICC，避免其受損。研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病胃排空延遲的大鼠胃壁肌層中HO-1表達(dá)較低，此時伴隨著高水平的氧化應(yīng)激和c-Kit表達(dá)的丟失；予以白細(xì)胞介素10或高鐵血紅色誘導(dǎo)HO-1表達(dá)后，可逆轉(zhuǎn)胃排空狀態(tài)，nNOS和c-Kit的表達(dá)同樣得到恢復(fù)[34-35]。由此可見，HO-1可保護(hù)ICC免受氧化應(yīng)激的損傷。

5 展望

以消化道動力紊亂為基礎(chǔ)的DGIM病因較復(fù)雜，其影響全球大部分人口，降低了生活質(zhì)量，并導(dǎo)致相當(dāng)大的醫(yī)療費用開支[36]。ENS-ICC-平滑肌細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在胃腸運動的調(diào)節(jié)中發(fā)揮至關(guān)重要的樞紐作用。ICC作為該網(wǎng)絡(luò)的中間核心角色，是胃腸道慢波運動的起搏細(xì)胞、調(diào)控者和機(jī)械感受器；其病理性改變?nèi)鐢?shù)量的減少、形態(tài)結(jié)構(gòu)的異常、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破外等可影響胃腸蠕動功能，導(dǎo)致DGIM的發(fā)生。ICC生理作用如此重要，正逐步被認(rèn)為是DGIM治療的重要靶點[37-38]。