Cajal間質(zhì)細胞與(術(shù)后)胃腸道功能恢復(fù)的研究進展

李志飛，李勝利，李斌

(內(nèi)蒙古自治區(qū)人民醫(yī)院 肝膽胰脾外科，內(nèi)蒙古 呼和浩特)

0 引言

Cajal 間質(zhì)細胞(ICC)是中胚層衍生的間充質(zhì)細胞，自1893年由 Sandago Puamony Cajal在胃腸道發(fā)現(xiàn)以來，受到諸多研究者的重視。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)ICC細胞不僅存在于胃腸道中，還廣泛分布在輸精管、輸卵管及尿道、膀胱[1,2]，膽囊及肝外膽道系統(tǒng)[3]。近年來，研究發(fā)現(xiàn)不論在患病還是正常狀態(tài)下，Cajal間質(zhì)細胞對胃腸道動力調(diào)控方面都起著十分重要的作用[4]。不同的研究表明，ICC的病理變化或數(shù)量減少可能導(dǎo)致胃腸道運動障礙，影響正常的腸道功能。ICC功能的缺失，常會使患者出現(xiàn)腹瀉和/或便秘，失眠，焦慮等不適，嚴(yán)重影響患者的身心健康[5]。

膽腸吻合術(shù)是治療膽道疾病常用且療效確切的手術(shù)方式，眾多手術(shù)方式中，膽總管十二指腸吻合術(shù)和膽管空腸Roux-en-Y 吻合術(shù)是應(yīng)用最廣泛的手術(shù)方式[6]。消化道重建后，由于改變了膽道及腸道的正常解剖及生理功能，腸道正常的蠕動功能發(fā)生改變，使得病人出現(xiàn)不同程度的胃腸道功能障礙[7]。查閱文獻得知，對膽腸吻合術(shù)后ICC功能與胃腸道功能恢復(fù)的關(guān)系研究甚少，本文將對近幾年Cajal 間質(zhì)細胞以及與胃腸道功能恢復(fù)關(guān)系的最新研究進展進行綜述。

1 ICC的生理特點

1.1 ICC的分布

ICC 最初發(fā)現(xiàn)于胃腸道，又與平滑肌細胞和腸神經(jīng)元緊密連接，因以上兩者是胃腸道正常蠕動的先決條件[8]。因此，ICC在胃腸動力調(diào)節(jié)方面扮演著至關(guān)重要的作用[9]。目前的研究表明，ICC廣泛分布于從食管至肛門括約肌的整個消化道，以及膽囊和肝外膽道系統(tǒng)[10,11]。基于其解剖位置、功能[12]以及所表達的酪氨酸受體C-kit的不同[8]，目前主要描述了四種ICC：(1)肌間神經(jīng)叢ICC(ICC-MY)：ICC-MY的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在于肌間神經(jīng)叢周圍，位于環(huán)肌層及縱肌層之間。這種多極細胞的主要生理作用是產(chǎn)生并傳播慢波電位，這對于肌層的分隔和收縮是至關(guān)重要的[13]；(2)肌層內(nèi)ICC(ICC-IM)：其位于消化道的肌層內(nèi)，呈雙極紡錘形，與周圍的平滑肌細胞定向排列。且優(yōu)先接受腸道神經(jīng)元的支配，其主要的生理作用是傳播起搏信號[14]；(3)深部肌肉叢ICC(ICC-DMP)：僅在小腸壁肌肉層中發(fā)現(xiàn)，被認為是一種特殊類型的ICC-IM[12]，其主要作用是介導(dǎo)小腸內(nèi)神經(jīng)信號傳導(dǎo)[15]；(4)黏膜下 ICC(ICC-SM/SMP)：位于環(huán)肌層與黏膜下結(jié)締組織間，其扮演著神經(jīng)傳導(dǎo)以及起搏的角色[16]。

1.2 ICC的生理堅定鑒定方法特點

目前的研究表明，ICC可以通過CD117(C-kit)的表達來鑒定，CD117是c-kit基因表達的一種具有酪氨酸激酶活性的膜受體[17]。標(biāo)記物是由原癌基因編碼的145KD的跨膜糖蛋白。C-kit的表達可以用免疫組化的方法清楚的觀察到，其是明確ICC結(jié)構(gòu)，細胞網(wǎng)絡(luò)定位和分布的重要工具。大多數(shù)ICC亞型，包括ICC-MP和ICC-SM都可通過用c-Kit抗體標(biāo)記來鑒定。這一事實顯著推進了ICC的研究鑒定，并使其在消化管壁上的外觀研究成為可能[18]。值得注意的是，C-Kit不止表達于ICC，同時還表達于其它幾種類型的細胞，如肥大細胞、黑色素細胞、生殖細胞等[8]，這使得ICC的觀察研究受到了一定的影響。因此，一種新的更具有特異性的ICC標(biāo)記物被提出來，這便是鈣激活氯離子通道( Anoctamin 1，Ano1)。研究人員認為，在ICC的鑒別上，由Tmem16a編碼的Ano1比C-kit標(biāo)記ICC更為準(zhǔn)確[19]，其主要作用是參與胃腸道慢波電位的產(chǎn)生。一項針對于慢性傳輸型便秘的研究發(fā)現(xiàn)[20]，組織中的ICC對Ano1具有免疫反應(yīng)性，且與C-kit的免疫反應(yīng)性幾乎完全重疊，利用Ano1和C-kit的免疫反應(yīng)性對相同組織標(biāo)本鑒定發(fā)現(xiàn)，ICC的數(shù)量和分布范圍幾乎相同。但也有研究發(fā)現(xiàn)，Ano1不止表達于ICC，也表達于前腸上皮細胞[21]，因此，使用C-Kit和Ano1進行雙重標(biāo)記，并且結(jié)合細胞形態(tài)學(xué)的觀察，被認為是一種比使用任何單一標(biāo)記物鑒別胃腸道中ICC類型的更為可靠方法，且這種方法正迅速成為ICC免疫組織學(xué)鑒定的標(biāo)準(zhǔn)[22]。此外，腹腔遷移神經(jīng)管細胞(VENT)也可在食道，胃和十二指腸第一部分等特定的ICC亞型(ICCIM)中被觀察到[23]。Da Eun Jang等[24]通過新生兒母體分離(NMS)應(yīng)激模型建立動物腸易激綜合征(IBS)模型，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元型一氧化氮合酶(nNOS)是NMS應(yīng)激下ICC的新型生物標(biāo)志物，但僅在小鼠的粘膜下神經(jīng)叢的ICC中觀察到其表達。

1.3 ICC的功能

消化道內(nèi)分布的ICC的主要作用包括起搏消化道平滑肌動力、產(chǎn)生及介導(dǎo)消化道慢波電位的傳播、調(diào)節(jié)胃腸道神經(jīng)遞質(zhì)的釋放等[25]。針對ICC功能的分析，對于理解胃腸道中的電節(jié)律機制以及腸道的收縮運動是十分重要的。ICC的電傳導(dǎo)作用和“時鐘”機制對于產(chǎn)生慢波蠕動是至關(guān)重要的[12]。其中，由C-kit 與其配體干細胞因子(SCF)所組成的SCF/C-kit信號在通路在ICC 的分化上起著重要的調(diào)控作用[55]。并且C-kit介導(dǎo)的細胞內(nèi)信號通路在ICC表型的鑒別及ICC在胃腸道中的功能活性的發(fā)展和維持中的作用也不容忽視[26]。胃腸道平滑肌自發(fā)性、節(jié)律性的電活動的產(chǎn)生以及在平滑肌間的傳導(dǎo)都與ICC的功能息息相關(guān)[27]，節(jié)律性慢波活動的實現(xiàn)得益于間充質(zhì)細胞層包含著成熟的腸神經(jīng)系統(tǒng)以及ICC完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[25]。

ICC的功能與其細胞膜上存在的多種離子通道亦是分不開的，這些通道的關(guān)閉與開放對于ICC的功能調(diào)節(jié)是十分必要的。其中較為重要的幾種離子通道包括：(1)氯離子通道(Ano1)：Ano1是由Tmem16a所編碼，可用來鑒別標(biāo)記ICC；動物實驗表明，將大鼠的Ano1基因敲除后，Ano1活性的喪失導(dǎo)致ICC中不協(xié)調(diào)的Ca2 +瞬變，導(dǎo)致平滑肌收縮的協(xié)調(diào)性喪失，并表明Ano1在調(diào)節(jié)胃腸道平滑肌收縮的協(xié)調(diào)性上起重要作用；實驗同時也證實，Ano1在慢波電位的起搏中扮演著重要的角色[28]。(2)鉀離子通道：現(xiàn)已證實，ICC可表達多種鉀離子通道，如：ATP敏感型鉀離子通道[29]以及人類結(jié)腸組織中發(fā)現(xiàn)了 hERG 鉀通道[30]，其作用是參與調(diào)節(jié)Ca2+的釋放或內(nèi)流而影響起搏電流的形成。(3)鈣離子通道：目前可以證實的是ICC上存在T型及L型鈣離子通道，其中T型Ca2+通道是低電壓依賴型，Ca2+離子的內(nèi)流使得ICC去極化，參與慢波電位的起搏，并使得慢波通過ICC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在細胞之間傳遞[31]。Hyun Jung Kim等[54]研究認為，5-TH也可能參與了Ca2+的調(diào)節(jié)，劑量依賴性地使ICC起搏器電位去極化。

2 ICC與術(shù)后胃腸道功能恢復(fù)的相關(guān)性

目前的相關(guān)研究已經(jīng)證實ICC數(shù)量的減少同多種疾病的發(fā)生和發(fā)展有著重要關(guān)聯(lián)，如胃癱[12]、賁門失遲緩癥[32]、炎性病變[33]、潰瘍性結(jié)腸炎[34]、克羅恩病[35]、急性胰腺炎[36]、膽囊炎[37,33]、慢性傳輸型便秘[38]、術(shù)后胃腸道功能恢復(fù)[39,40]，不明原因的嘔吐[41]、腸易激綜合征(IBS)[42]等。

ICC產(chǎn)生和介導(dǎo)慢波的傳播，調(diào)節(jié)胃平滑肌的周期性收縮，并且已知ICC數(shù)量的丟失與慢波節(jié)律失常在胃癱的發(fā)病機制中其重要作用[43]。在一項使用高分辨率(HR)多電極映射技術(shù)的研究中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)胃癱患者存在一系列異常起搏的慢波和傳導(dǎo)模式[44]。Mohammad Bashashati等[45]對28例頑固性胃癱的患者行胃竇全層活檢，并將結(jié)果與因其它原因行胃切除所取得的標(biāo)本進行對比，觀察到頑固性胃癱患者肌間神經(jīng)叢中ICC數(shù)量顯著減少。在隨后的研究中指出胃癱的病因，年齡，性別，癥狀嚴(yán)重程度和胃排空時間與ICC計數(shù)沒有顯著相關(guān)性，但Gomez-Pinilla等[46]研究表明，ICC數(shù)量與年齡存在相關(guān)性，每十年減少約13%。胃電圖檢查時發(fā)現(xiàn)，ICC耗竭的病例與ICC計數(shù)正常的病例相比，正常慢波的數(shù)量明顯減少且胃動過速的次數(shù)增加；Jiao Zhao[47]等研究表明，電針刺激(EA)穴位ST36[48]可促進干細胞的增值及分化，增加骨髓來源的ICC，改善胃排空延遲并增加了c-Kit的表達，提示EA對胃輕癱的作用可能由ICC介導(dǎo)，從而改善胃排空障礙。Timothy R. Angeli[41]等針對不明原因嘔吐(CUVN)的研究中發(fā)現(xiàn)，CUNV患者的ICC計數(shù)較對照組少，且有輕度超微結(jié)構(gòu)異常，CUNV患者的ICC耗竭程度低于胃癱患者，但卻表現(xiàn)出相似的慢波節(jié)律異常。Yong-bing Wang等[38]實驗發(fā)現(xiàn)，通過藥物干預(yù)的慢性傳輸型便秘小鼠(對照組)與未經(jīng)過藥物干預(yù)小鼠(實驗組)相比，在食物通過消化道時間等指標(biāo)上存在有差異性；鏡下比較發(fā)現(xiàn)，實驗組小鼠結(jié)腸中Cajal間質(zhì)細胞的基底膜遭到破壞，與周圍細胞的連接中斷，并且細胞核出現(xiàn)了不同程度的萎縮，同時，ICC數(shù)量和C-Kit表達也較對照組明顯的降低。結(jié)果證實ICC的減少和功能障礙可導(dǎo)致結(jié)腸中慢波活動減少，阻斷腸神經(jīng)系統(tǒng)和平滑肌細胞之間的信息傳遞，延緩起搏細胞和平滑肌細胞之間的電刺激傳遞，導(dǎo)致平滑肌收縮力下降，結(jié)腸運動障礙和糞便轉(zhuǎn)運延遲。此外，針對部分腸梗阻的動物模型研究發(fā)現(xiàn)[49]，部分腸梗阻導(dǎo)致炎癥介質(zhì)增加，抗炎介質(zhì)無明顯變化，慢波活動和ICC數(shù)量減少。給予電針刺激穴位足三里，可明顯阻斷炎癥介質(zhì)的繼續(xù)釋放，使得ICC數(shù)量逐漸恢復(fù)，無活性的ICC逐漸恢復(fù)至其功能性的C-Kit陽性表型，側(cè)面證實了ICC的可塑性。Yanagida H研究腸道手術(shù)對于ICC，神經(jīng)反應(yīng)和基本電節(jié)律的影響發(fā)現(xiàn)術(shù)后胃腸運動的消失與ICC網(wǎng)絡(luò)破壞，基本電節(jié)律和細胞收縮性缺失有關(guān)，隨著ICC網(wǎng)絡(luò)的重建，胃腸運動于術(shù)后24小時逐漸恢復(fù)[39]。研究者對參照組(假手術(shù)組)大鼠行腸道離斷再吻合，實驗組大鼠行小腸大部分切除術(shù)，減少ICC的數(shù)量并破壞其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性，使得大鼠出現(xiàn)胃腸道功能紊亂，分別于術(shù)后7天及14天檢測腸道內(nèi)慢波電位的產(chǎn)生以及C-kit(+)細胞的數(shù)量及密度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在術(shù)后14天，對照組大鼠隨著腸道功能的恢復(fù)，C-kit(+)細胞的數(shù)量及密度恢復(fù)到術(shù)前水平，而實驗組的C-kit(+)細胞明顯減少且未出現(xiàn)典型的慢波電位。電鏡下顯示ICC細胞明顯肥大，基本電節(jié)律振幅明顯縮小，頻率明顯加快。這些差異表明ICC功能的改變是造成慢波傳遞中斷的原因[8]。當(dāng)ICC完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞后，所監(jiān)測的慢波產(chǎn)生的幅度以及神經(jīng)傳遞信號圖像上的改變均隨著ICC結(jié)構(gòu)的變化而變化。術(shù)后腸梗阻(POI)是一種胃腸動力障礙，發(fā)生在腹部手術(shù)后，由炎癥引起的平滑肌和腸神經(jīng)元功能障礙引起，Kaji N[40]等研究者進行腸道手術(shù)操作(IM)以誘導(dǎo)POI的出現(xiàn)，分別在IM后24小時及48小時，測試腸道肌層的電位變化，同時通過免疫組織化學(xué)和電子顯微鏡分析組織標(biāo)本。結(jié)果顯示，由于腸道肌層炎癥反應(yīng)的存在，IM后24小時胃腸道運動明顯減少，48小時后明顯改善。在IM后24小時，原始起搏電位的產(chǎn)生和傳播是中斷的，并在48小時后逐漸恢復(fù)到對照水平。通過免疫反應(yīng)檢測c-Kit發(fā)現(xiàn)，ICC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在術(shù)后24小時是明顯中斷的，術(shù)后 48小時逐漸恢復(fù)期完整性，這與胃腸道功能逐漸恢復(fù)的時間是一致的。實驗同時證實一氧化氮合酶抑制劑可抑制ICC網(wǎng)絡(luò)的破壞。Huang Y[50]等研究腸切除對小鼠硫化氫(H2S)生物合成和ICC的影響。研究結(jié)果顯示腸切除誘導(dǎo)的肌層炎癥反應(yīng)使得吻合口附近胱硫醚-c-裂解酶(CSE)的mRNA表達上調(diào)，產(chǎn)生過量的H2S，損傷ICC，導(dǎo)致腸道運動功能障礙，提示術(shù)前抑制內(nèi)源性H2S可能會保護ICC。Ding XW[51]等研究使用不同的手術(shù)方式對消化道重建，并觀察術(shù)后的胃腸道功能恢復(fù)是否存在差異，研究從腸道吻合口附近炎性反應(yīng)、ICC的凋亡以及腸道轉(zhuǎn)運率三方面進行比較，結(jié)果表明腸道炎癥以及損傷的改善可能有助于減少ICC損失，更有利于腸道功能的恢復(fù)。

3 總結(jié)

ICC通過協(xié)調(diào)平滑肌功能和產(chǎn)生節(jié)律性慢波收縮，維持正常腸道功能，由于C-kit陽性細胞的減少或過度增殖導(dǎo)致各種人類胃腸動力障礙[36]，但是目前所發(fā)現(xiàn)的因ICC數(shù)量及功能異常引起的疾病中，依然無法明確是由于ICC 異常導(dǎo)致相關(guān)胃腸道功能紊亂，還是由于病理狀態(tài)下引起ICC數(shù)量及功能的繼發(fā)性改變；Albertí等[52]研究也證實，攜帶C-kit突變基因的小鼠胃腸道中ICC的數(shù)量是不合理的，Zhen-peng Huang等[33]在膽囊結(jié)石的動物模型中也證實，炎癥反應(yīng)越嚴(yán)重，SCF及ICC相關(guān)的mRNA的表達水平越低。這些研究也在一定程度上正是ICC數(shù)量及其網(wǎng)絡(luò)的破壞可能與mSCF /ckit信號傳導(dǎo)表達下調(diào)相關(guān)[53]，但其具體機制還有待進一步研究。這也為以后進一步探究ICC相關(guān)基因表達或通道蛋白來改善胃腸運動提供了可能行，從而促進術(shù)后胃腸功能恢復(fù)。