迷走神經(jīng)抗炎通路及迷走神經(jīng)刺激在炎癥性腸病治療中的應(yīng)用研究進(jìn)展

成家飛，張露，馮皖，徐藝

江蘇省中醫(yī)院，江蘇南京210029

炎癥性腸病(IBD)是消化系統(tǒng)的慢性、復(fù)發(fā)性、炎癥性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩病(CD)。歐洲、北美IBD的患病率最高，超過0.3%[1]。近幾十年來，隨著工業(yè)化進(jìn)程，亞洲的IBD發(fā)病率也一直在上升[1]。雖然IBD的確切發(fā)病機(jī)制尚不清楚，但普遍認(rèn)為IBD是遺傳因素、環(huán)境因素、腸道微生物和免疫因素相互作用的結(jié)果。隨著對發(fā)病機(jī)制的了解，IBD的治療取得了顯著進(jìn)展，藥物治療以氨基水楊酸類藥物、激素、免疫調(diào)節(jié)劑及生物制劑等為代表。雖然這些藥物通常能夠誘導(dǎo)和維持疾病緩解，但對部分患者無效，并且有些藥物可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的不良反應(yīng)。因此，探索更有效和更安全的治療方法十分必要。生物電神經(jīng)調(diào)控已成功用于治療多種胃腸道疾病，尤其是功能性胃腸病或動(dòng)力障礙性胃腸病，如胃輕癱、功能性消化不良、胃食管反流病、大便失禁和便秘[2-3]。迷走神經(jīng)(VN)是體內(nèi)最長的顱神經(jīng)，調(diào)節(jié)自主神經(jīng)、呼吸系統(tǒng)、心血管、胃腸、免疫和內(nèi)分泌系統(tǒng)的功能，支配從食道到結(jié)腸脾區(qū)的消化道。研究[4-5]顯示，VN可通過下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)通路、膽堿能抗炎(CAP)通路、脾交感神經(jīng)抗炎通路調(diào)節(jié)腸道炎癥。迷走神經(jīng)刺激(VNS)作為生物電神經(jīng)調(diào)控的一種方法，最初用于治療癲癇。近年來發(fā)現(xiàn)，VNS具有抗炎效應(yīng)，已有多個(gè)動(dòng)物和臨床研究證實(shí)VNS治療IBD的有效性和安全性，使得VNS有望用于IBD患者的治療。現(xiàn)將VN抗炎通路及VNS在IBD治療中的應(yīng)用研究進(jìn)展綜述如下。

1 VN的解剖學(xué)特點(diǎn)

VN是體內(nèi)最長的顱神經(jīng)，包含傳入纖維(占80%)和傳出纖維(占20%)。VN起源于延髓，通過頸靜脈孔離開顱內(nèi)，穿過頸部和胸部向下延伸至腹部，調(diào)節(jié)自主神經(jīng)、呼吸系統(tǒng)、心血管、胃腸、免疫和內(nèi)分泌系統(tǒng)的功能，支配從食道到結(jié)腸脾區(qū)的消化道。胃腸道VN傳入纖維起源于胃腸壁除上皮層外的其他層，通過孤束進(jìn)入延髓，主要終止于孤束核。孤束核向VN背側(cè)運(yùn)動(dòng)核(DMNV)傳輸內(nèi)臟感覺信息，并通過VN反射來影響傳出纖維的功能，隨后將感覺信息投射到中樞神經(jīng)系統(tǒng)相應(yīng)區(qū)域，例如臂旁核、藍(lán)斑、延髓頭端腹外側(cè)、杏仁核、下丘腦室旁核、內(nèi)側(cè)視前區(qū)、下丘腦弓狀核和腹外側(cè)區(qū)及丘腦等。VN傳出纖維起源于疑核(NA)和DMNV，它位于延髓并在孤束核下方，廣泛分布于胃腸道，在胃中最多，小腸和結(jié)腸逐漸減少。在腸道中，VN傳出纖維不直接接觸腸黏膜固有層，而在調(diào)節(jié)腸功能的腸神經(jīng)元上形成突觸。VN傳出纖維主要是通過乙酰膽堿(ACh)作為其主要神經(jīng)遞質(zhì)，此外還有其他非腎上腺素能非膽堿能(NANC)神經(jīng)遞質(zhì)，包括一氧化氮(NO)、血管活性腸肽(VIP)和降鈣素基因相關(guān)蛋白(CGRP)。

2 VN抗炎通路

VN以三種不同的方式通過傳入和傳出纖維發(fā)揮抗炎作用。

2.1 HPA通路 HPA通路通過VN傳入纖維介導(dǎo)。VN傳入纖維具有感知外周炎癥的能力，炎癥信息引起傳入纖維活化，信息被傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，誘導(dǎo)HPA通路的激活，最終引起腎上腺釋放皮質(zhì)類固醇激素。細(xì)菌內(nèi)毒素、脂多糖(LPS)和多種促炎細(xì)胞因子，如白介素-1(IL-1)、腫瘤壞死因子-ɑ(TNF-ɑ)、IL-6以及干擾素-γ(IFN-γ)，可以激活外周VN傳入神經(jīng)元，繼而激活下游HPA通路。VN切斷術(shù)可以預(yù)防該效應(yīng)。HPA激活導(dǎo)致促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(CRH)的產(chǎn)生，CRH可刺激垂體分泌促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)，接著ACTH刺激腎上腺分泌皮質(zhì)類固醇激素[6]。最終，血清皮質(zhì)類固醇激素水平升高，抑制促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，并抑制全身炎癥反應(yīng)。研究[7]表明，HPA通路的損傷增加了多種炎癥和自身免疫性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，包括類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、IBD、多發(fā)性硬化和過敏性疾病等。

2.2 CAP通路 CAP通路由與腸神經(jīng)元接觸的VN傳出纖維介導(dǎo)。傳出纖維在巨噬細(xì)胞的突觸連接處釋放ACh，ACh與α7-煙堿型乙酰膽堿受體(α7nAChR)結(jié)合，抑制促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。2000年，BOROVIKOVA等[8]首次發(fā)現(xiàn)，VN遞質(zhì)的主要成分ACh能夠顯著抑制促炎細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-18)的釋放，但不影響抗炎細(xì)胞因子IL-10，外周VN電刺激可抑制TNF-α的合成，并且能夠有效阻止大鼠休克的發(fā)展。刺激VN也可以減少多種促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，并改善各種疾病動(dòng)物模型的結(jié)局，如敗血癥、缺血再灌注損傷和術(shù)后腸梗阻。相反，手術(shù)或化學(xué)VN切斷術(shù)增加了促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。研究[8-9]發(fā)現(xiàn)，VN通過ACh發(fā)揮抗炎作用，其與巨噬細(xì)胞上的ACh受體相互作用，從而抑制TNF-α和其他促炎細(xì)胞因子的釋放。ACh有許多類型的受體AChRs，其中煙堿AChRs(nAChRs)是由五個(gè)亞基組成的陽離子通道，包括α(α1-10)、β(β1-4)、γ、δ和ε亞基。CAP需要α7nAChR的參與，因?yàn)閂N電刺激不能抑制α7nAChR缺陷小鼠中TNF-α的合成[9]。另外，Jak2-STAT3信號通路也參與了α7nAChR介導(dǎo)的抗炎作用。然而，有研究發(fā)現(xiàn)，VN傳出纖維并不與腸道巨噬細(xì)胞產(chǎn)生直接聯(lián)系，而是通過腸神經(jīng)元間接影響巨噬細(xì)胞。與HPA通路相比，CAP通路具有兩大優(yōu)點(diǎn)：一方面神經(jīng)傳導(dǎo)速度快，另一方面它能更準(zhǔn)確和特異性地響應(yīng)環(huán)境變化。這兩大特性使其在消化道免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

2.3 脾交感神經(jīng)抗炎通路 脾交感神經(jīng)末梢釋放去甲腎上腺素(NE)，NE與脾淋巴細(xì)胞的β2腎上腺素能受體結(jié)合，釋放ACh，最后ACh通過α7nAChR抑制脾巨噬細(xì)胞釋放TNF-α[10]。脾臟是全身炎癥狀態(tài)下炎癥細(xì)胞因子的主要來源之一，脾切除術(shù)能顯著降低內(nèi)毒素血癥小鼠循環(huán)TNF-α的濃度。有研究[11]表明，脾臟受來自腹腔神經(jīng)節(jié)的交感神經(jīng)支配。TRACEY等[12]首先描述了脾交感通路，他們發(fā)現(xiàn)VN刺激引起腹腔神經(jīng)節(jié)中的VN釋放ACh，然后ACh與脾神經(jīng)的a7nAChR結(jié)合，引起脾神經(jīng)釋放NE，隨后NE與脾淋巴細(xì)胞的β2腎上腺素能受體結(jié)合，釋放ACh，ACh作用于脾巨噬細(xì)胞a7nAChR，從而抑制脾臟釋放TNF-α[10]。然而，這一通路目前仍存在爭議，因?yàn)槠渌芯繘]有在VN和脾神經(jīng)之間找到功能或解剖學(xué)聯(lián)系。為解釋這種爭議，MARTELLI等[13]提出了VN和脾交感神經(jīng)之間非神經(jīng)連接的概念，他們認(rèn)為a7nAChR不在脾神經(jīng)細(xì)胞體上，而是在脾交感神經(jīng)的外周末端，當(dāng)ACh刺激時(shí)，脾交感神經(jīng)釋放NE，然后NE作用于脾巨噬細(xì)胞上的β2腎上腺素能受體，從而抑制其產(chǎn)生TNF-α。

3 VN功能異常與IBD發(fā)病的關(guān)系

越來越多的證據(jù)[14]表明，自主神經(jīng)功能異?？赡芘cIBD的發(fā)病有關(guān)。有研究[14]觀察到，UC患者的VN活性降低，CD患者的交感神經(jīng)活性增加。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，UC和CD患者VN活性均增加。同時(shí)，大量實(shí)驗(yàn)表明VN對IBD具有抗炎作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[15]發(fā)現(xiàn)，VN切斷術(shù)增加了小鼠的疾病活動(dòng)指數(shù)(DAI)、大體評分、組織學(xué)評分和促炎細(xì)胞因子水平，外周或中樞乙酰膽堿酯酶抑制劑能顯著減弱大鼠和小鼠腸道炎癥程度。小鼠的抑郁行為導(dǎo)致腸道ACh水平降低，腸道炎癥易感性增加，三環(huán)類抗抑郁藥可以防止這種損害。研究[16]表明，VN抗炎效應(yīng)通過巨噬細(xì)胞或脾依賴機(jī)制起作用。迄今為止，尚無臨床數(shù)據(jù)支持VN切斷術(shù)會(huì)增加腸道炎癥的發(fā)生率。然而，有間接證據(jù)支持VN抗炎效應(yīng)在IBD中的作用。心率變異性(HRV)是一種非侵入性檢查，常用于評估自主神經(jīng)功能。HRV檢測表明，健康個(gè)體和心臟病患者的VN活性下降與全身炎癥指標(biāo)顯著相關(guān)，如血沉、C-反應(yīng)蛋白、TNF-α和IL-10。同時(shí)有報(bào)道[17]稱，自主神經(jīng)功能的個(gè)體差異可作為UC疾病活動(dòng)的預(yù)測因子。VN功能和IBD之間的確切相關(guān)性仍需要進(jìn)一步證實(shí)。

4 VNS在IBD治療中的應(yīng)用

不同疾病VNS的刺激頻率選擇非常重要。通常認(rèn)為，高頻(20～30 Hz)可以激活VN傳入纖維，在治療癲癇和抑郁癥中最常用，低頻(1～10 Hz)可以激活VN傳出纖維，表現(xiàn)出抗炎特性。因此，在VNS治療IBD的動(dòng)物和人體研究中通常選擇較低的頻率。最初認(rèn)為只有VN傳出纖維和CAP通路參與了這個(gè)過程，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中1～10 Hz的低頻VNS通過激活VN傳出纖維和CAP發(fā)揮抗炎作用。同時(shí)，有研究[8]表明近端VN結(jié)扎并不能降低抗炎作用，這似乎表明傳入通路并沒有起到重要作用。然而，近期的文獻(xiàn)強(qiáng)調(diào)了VN傳入途徑的作用。REYT等[18]采用功能磁共振成像(fMRI)研究VNS干預(yù)大鼠的腦神經(jīng)元聯(lián)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)VNS誘導(dǎo)的小腦失活與已知的NTS-小腦神經(jīng)投射有關(guān)。CLAREN等[19]報(bào)道，10 Hz低頻VNS改變了CD患者的腦電圖。另外，KIBLEUR等[20]研究發(fā)現(xiàn)，除了VN傳出纖維的激活外，VNS還通過傳入纖維發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。總之，VNS可能通過其傳入纖維(激活HPA通路)和傳出纖維(激活CAP通路)在IBD中發(fā)揮其抗炎特性。

4.1 VNS在IBD模型動(dòng)物治療中的應(yīng)用 目前，VNS已被美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)用于治療難治性癲癇和抑郁癥，考慮到其抗炎作用，已有許多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究正在評估VNS對IBD的療效。MEREGNANI等[21]報(bào)道，VNS每天3 h、持續(xù)5 d能降低三硝基苯磺酸(TNBS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎大鼠體質(zhì)量下降程度和炎癥標(biāo)志物。SUN等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，VNS每天3 h、持續(xù)6 d能降低TNBS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎大鼠DAI、組織學(xué)評分、髓過氧化物酶(MPO)活性、TNF-α、IL-6及NF-κBp65等水平。另一研究[23]發(fā)現(xiàn)，VNS通過自主神經(jīng)途徑降低了TNBS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎大鼠的DAI和血漿TNFα、IL-1β、IL-6、MPO水平。此外，VNS對另一種IBD動(dòng)物模型—惡唑酮誘導(dǎo)的結(jié)腸炎亦有效。除了針對結(jié)腸炎，PAYNE等[24]發(fā)現(xiàn)VNS亦能減輕TNBS誘導(dǎo)的大鼠小腸炎癥。

4.2 VNS在IBD患者治療中的應(yīng)用 由于VNS在動(dòng)物研究中的成功，其臨床研究也陸續(xù)進(jìn)行，但研究數(shù)量較少。CLAREN等[23]首先報(bào)告了用VNS治療CD患者，他們發(fā)現(xiàn)長期低頻VNS可顯著改善患者的克羅恩病疾病活動(dòng)指數(shù)(CDAI)和內(nèi)鏡評分，其療效與副交感神經(jīng)活性的增加有關(guān)。BONAZ等[25]對7名活動(dòng)期CD患者進(jìn)行了6個(gè)月的慢性VNS試驗(yàn)，其中5名患者獲得了臨床、生物學(xué)和內(nèi)鏡下緩解，并恢復(fù)了VN活性。VNS治療IBD的設(shè)備主要有兩類：侵入性VNS(iVNS)和非侵入性VNS(nVNS)。目前為止，探討VNS對IBD療效的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究采用的設(shè)備均是iVNS?？紤]到安全性和便捷性，nVNS的應(yīng)用研究也越來越多。

4.2.1 iVNS在IBD患者治療中的應(yīng)用 目前，應(yīng)用最廣泛的VNS裝置是侵入性的，iVNS設(shè)備由脈沖發(fā)生器、雙極VNS導(dǎo)線、筆記本電腦、編程軟件、編程棒和手持磁鐵組成。iVNS需要兩個(gè)小切口，將脈沖發(fā)生器植入胸部的左上側(cè)，雙極導(dǎo)線通常纏繞在頸部的左側(cè)VN。醫(yī)生使用筆記本電腦、編程軟件和編程棒對刺激器進(jìn)行編程?；颊呤殖执盆F，在脈沖發(fā)生器植入后可自行控制刺激頻率。通常認(rèn)為，左側(cè)VN優(yōu)于右側(cè)VN，因?yàn)楹笳邔π难芄δ苡绊懜?。在癲癇的治療中已經(jīng)有右側(cè)VNS的報(bào)道，似乎右側(cè)VNS與左側(cè)VNS一樣有效，然而其對心臟或呼吸的干擾問題尚未解決。通常情況下，iVNS安全且耐受性好，其潛在不良反應(yīng)包括聲音嘶啞、咳嗽、呼吸急促、聲音/言語改變、疼痛、喉嚨或喉部痙攣、頭痛、失眠、消化不良等，其中聲音嘶啞、咳嗽和呼吸急促是最常見的，但通常這些不良反應(yīng)是暫時(shí)的。

4.2.2 nVNS在IBD患者治療中的應(yīng)用 nVNS包括經(jīng)耳VNS(taVNS)和經(jīng)頸VNS(tcVNS)，可有效治療癲癇、偏頭痛及抑郁等疾病。它不需要手術(shù)植入電極和脈沖發(fā)生器，與nVNS相比，更安全和便捷。taVNS刺激VN的耳廓分支，其支配耳甲腔和耳甲艇。tcVNS刺激頸動(dòng)脈鞘中的VN纖維。目前已有動(dòng)物和臨床研究[26]探索nVNS治療炎癥的療效，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在大鼠中taVNS通過α7nAChR介導(dǎo)的膽堿能抗炎途徑，能抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。另一項(xiàng)研究[27]發(fā)現(xiàn)，taVNS可以預(yù)防內(nèi)毒素血癥，并減少小鼠體內(nèi)IL-6和TNF-α的釋放。LERMAN等[28]發(fā) 現(xiàn)tcVNS降低了健康人群血液中的細(xì)胞因子和趨化因子水平。同時(shí)，CLANCY等[29]報(bào)道taVNS降低了健康人的交感神經(jīng)活性。因此，nVNS有望用于治療消化系統(tǒng)炎癥性疾病，例如IBD的治療。

總之，VN以不同的方式通過傳入和傳出纖維發(fā)揮抗炎效應(yīng)，VN功能的失調(diào)在IBD的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。VNS是一種安全的生物電神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，能夠恢復(fù)交感神經(jīng)-迷走神經(jīng)平衡，并可避免IBD藥物治療的明顯不良反應(yīng)，如感染、腫瘤等。已有相關(guān)研究評估了VNS在IBD中的療效，并探討其機(jī)制，這些研究為VNS在IBD治療中的臨床應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，VNS有望成為IBD的候選治療手段，其中非侵入性VNS(taVNS和tcVNS)的發(fā)展尤其值得關(guān)注。當(dāng)然，目前VNS的療效、刺激參數(shù)及機(jī)制研究都還不夠，有待進(jìn)一步探索。