磷酸二酯酶抑制劑在胃腸道中的作用和研究進(jìn)展

袁方婷 羅和生

武漢大學(xué)人民醫(yī)院消化內(nèi)科(430060)

磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE)是一類能夠水解環(huán)核苷酸的酶，由11個(gè)基因相關(guān)的同工酶家族(PDE1～PDE11)組成，由于其同工酶的多樣性，PDE不僅在不同的細(xì)胞和亞細(xì)胞中均有分布，且可調(diào)控不同的胞內(nèi)信號(hào)，成為胞內(nèi)信號(hào)通路中重要的靶點(diǎn)。PDE的主要作用是將磷酸基團(tuán)從靶細(xì)胞中分離出來，降低細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷(cAMP)或環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)的濃度。抑制PDE可阻止cAMP或cGMP降解，而細(xì)胞內(nèi)cAMP和cGMP可通過影響激素、神經(jīng)遞質(zhì)以及其他細(xì)胞效應(yīng)因子的作用，充當(dāng)細(xì)胞間的第2信使，提示PDE抑制劑對(duì)細(xì)胞發(fā)揮生理功能具有關(guān)鍵作用。越來越多的研究表明，PDE抑制劑在調(diào)節(jié)胃腸動(dòng)力和相關(guān)胃腸疾病中發(fā)揮重要作用。本文就PDE抑制劑在胃腸道中的作用和研究進(jìn)展作一綜述。

一、PDE抑制劑與胃腸動(dòng)力

1. PDE抑制劑與胃動(dòng)力：目前關(guān)于PDE抑制劑對(duì)胃動(dòng)力作用的研究結(jié)論尚未一致。Zhu等[1]的研究證實(shí)PDE5 抑制劑西地那非(sildenafil)可顯著抑制犬的胃慢波振幅、胃底張力以及胃竇收縮，但不影響胃慢波的收縮頻率和胃內(nèi)液體、食物排空。在人體試驗(yàn)中，與安慰劑組相比，服用西地那非的志愿者更早達(dá)到最大飽腹感，且胃排空顯著下降[2]。另有研究[3]表明，服用西地那非 50 mg可顯著增加餐后胃容量，減緩胃排空液體的速度。Cho等[4]通過計(jì)算胃內(nèi)放射線不透明標(biāo)志物的清除率評(píng)估胃排空，發(fā)現(xiàn)西地那非可改變食物在胃內(nèi)的分布，縮短近端胃排空1/2的時(shí)間，減少近端胃體積，明顯增加遠(yuǎn)端胃體積，但并未影響胃內(nèi)食物的總體排空或清除率。同樣，Madsen等[5]的研究顯示，健康志愿者單次服用西地那非50 mg并未改變胃排空或餐后胃竇收縮頻率。然而，一項(xiàng)對(duì)健康志愿者體內(nèi)研究[6]結(jié)果顯示，使用低順應(yīng)性測壓系統(tǒng)記錄試驗(yàn)者胃十二指腸運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)50 mg西地那非可減少胃竇和十二指腸收縮頻率和幅度，抑制胃竇和十二指腸消化間期的收縮活動(dòng)。Patil等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，口服低劑量西地那非(0.5～5 mg/kg)對(duì)小鼠胃排空和腸道轉(zhuǎn)運(yùn)無影響；但在較高劑量(10 mg/kg 、30 mg/kg)作用下，西地那非可顯著抑制胃排空并延遲腸道轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，亦有研究[8]表明，靜脈注射西地那非4 mg/kg可延遲大鼠胃內(nèi)液體、食物的排空和胃腸轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間。

2. PDE抑制劑與腸動(dòng)力：目前缺乏PDE對(duì)腸運(yùn)動(dòng)影響的大量研究。非選擇性PDE抑制劑3-異丁基-1-甲基黃嘌呤(3-isobutyl-1-methylxanthine, IBMX)、PDE5抑制劑扎普司特(zaprinast)或PDE4抑制劑Ro20-1724均能抑制高鉀離子或氨甲酰膽堿誘導(dǎo)回腸縱肌收縮；然而，Ro20-1724對(duì)收縮反應(yīng)的抑制作用明顯小于IBMX和扎普司特[9]。在一項(xiàng)吲哚美辛致大鼠小腸潰瘍的研究[10]中，口服西地那非3～20 mg/kg可逆轉(zhuǎn)吲哚美辛導(dǎo)致的腸道液體分泌下降和腸動(dòng)力增強(qiáng)。一項(xiàng)對(duì)空腸組織的體外研究[11]表明，PDE4抑制劑羅氟司特(roflumilast)不僅以濃度依賴的方式(0.001～0.1 mg/mL)抑制空腸的自發(fā)性收縮，且可逆轉(zhuǎn)氨甲酰膽堿和高鉀離子誘導(dǎo)的空腸收縮反應(yīng)。Xu等[12]研究了西地那非對(duì)小腸肌電活動(dòng)和小腸收縮活動(dòng)的影響，發(fā)現(xiàn)在禁食期間，西地那非可顯著降低小腸肌電活動(dòng)的幅度，但未改變腸肌電活動(dòng)的頻率和節(jié)律性; 西地那非不改變餐后腸收縮頻率，而可顯著抑制小腸收縮的幅度。在對(duì)大鼠的急性實(shí)驗(yàn)中，西地那非可延緩食物在清醒大鼠體內(nèi)的腸道轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間[13]。而一項(xiàng)對(duì)健康男性結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)和直腸感覺的研究[14]表明，西地那非對(duì)結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間無影響，但能改變直腸敏感性。

二、PDE抑制劑對(duì)胃腸動(dòng)力的作用機(jī)制

目前關(guān)于PDE抑制劑對(duì)胃腸動(dòng)力的影響及其作用機(jī)制尚未完全闡明。 有研究[15]結(jié)果表明，PDE4抑制劑咯利普蘭(rolipram)通過增加細(xì)胞內(nèi)的cGMP，以濃度依賴的方式抑制胃底縱肌和環(huán)肌肌條的收縮。Patil等[7]證實(shí)了一氧化氮(NO)-cGMP轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與了高劑量西地那非對(duì)胃腸道平滑肌的抑制作用。McDonough等[16]的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，各種PDE抑制劑如咯利普蘭、吡拉米司特、羅氟司特以及RS25344 等均可在小鼠急性胃潴留模型中延遲胃排空，且α2-腎上腺素受體信號(hào)在PDE4抑制劑誘導(dǎo)的小鼠胃輕癱中發(fā)揮重要作用。Kaneda等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，IBMX、扎普司特通過濃度依賴的方式增加回腸縱行平滑肌細(xì)胞的cGMP含量，從而抑制回腸肌肉收縮，且此過程與細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平和對(duì)鈣離子敏感性降低有關(guān)，而Ro20-1724主要通過增加cAMP的濃度來抑制回腸收縮。Kato等[10]的研究發(fā)現(xiàn)，非選擇性NO合酶抑制劑可減弱西地那非對(duì)吲哚美辛誘導(dǎo)的小腸運(yùn)動(dòng)功能亢進(jìn)的抑制作用，并伴隨神經(jīng)元型NO合成酶受體表達(dá)抑制，提示西地那非通過NO-cGMP機(jī)制抑制吲哚美辛誘導(dǎo)的小腸運(yùn)動(dòng)功能亢進(jìn)。Rehman等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，羅氟司特具有止瀉和止痙攣的作用，可能是通過阻斷電壓門控鈣離子通道，使鈣離子濃度響應(yīng)曲線向右偏移，抑制其最大峰值；此外，羅氟司特的此種作用與組織內(nèi)cAMP水平升高有關(guān)。

三、PDE抑制劑與胃腸疾病

1. PDE抑制劑與腸易激綜合征(IBS)：IBS是一種功能性胃腸病，主要表現(xiàn)為腹部不適、疼痛以及慢性間隙性排便習(xí)慣和糞便性狀改變。胃腸動(dòng)力學(xué)異常和內(nèi)臟感覺異常是IBS重要的特征[17]。Fritz等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，西地那非可通過增強(qiáng)NO-cGMP信號(hào)旁路降低直腸張力，但不改變直腸敏性。Barone等[19]的研究顯示，在壓力誘發(fā)的動(dòng)物排便模型中，PDE4抑制劑咯利普蘭和羅氟司特均可顯著減少應(yīng)激誘導(dǎo)的大、小鼠糞便排出量，提示PDE抑制劑對(duì) IBS具有潛在治療作用。一項(xiàng)對(duì)IBS患者和健康志愿者進(jìn)行的雙盲研究[20]發(fā)現(xiàn)，在服用西地那非后，IBS患者的直腸壓力-容積曲線明顯左移，直腸放松，但并未顯著改變其疼痛閾值。Sharman等[21]的研究顯示，葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)能力減弱，糞便含水量增加，給予急性劑量的西地那非可使其結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)和糞便含水量正常化，提示PDE抑制劑可能是治療便秘型IBS(IBS-C)和炎癥后IBS的有效方法；同時(shí)，西地那非可抑制洛哌丁胺引起的小鼠結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間增加，但對(duì)小腸轉(zhuǎn)運(yùn)無影響。Sedky等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，在IBS-C動(dòng)物模型中，PDE5抑制劑他達(dá)拉非(tadalafil)不僅可減少模型大鼠的腸道轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間，增加糞便顆粒和含水量，且可降低IBS-C大鼠的內(nèi)臟超敏反應(yīng)，減輕抑郁樣行為，這些作用可能與結(jié)腸組織中cGMP增加有關(guān)。

2. PDE抑制劑與炎癥性腸病(IBD)：IBD是一種腸道慢性疾病，以腸道炎癥和黏膜組織損傷為特征，包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩病(CD)[23]。阿普斯特(apremilast)是一種PDE4小分子抑制劑，可產(chǎn)生較高的細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度，降低IBD患者腸黏膜中促炎細(xì)胞因子釋放[24-25]。Kangawa等[26]的研究顯示，PDE3抑制劑西洛他唑(cilostazol)可通過抑制細(xì)胞炎性因子預(yù)防葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎黏膜損傷，可能對(duì)IBD具有治療作用。Li等[27]的研究表明，阿普斯特通過干擾黏膜免疫對(duì)小鼠實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎發(fā)揮保護(hù)作用，揭示了PDE4作用于腸道炎癥中的病理機(jī)制；此外，阿普斯特不僅抑制結(jié)腸PDE4亞型表達(dá)，亦可激活PKA-CREB和Epac-Rap1通路，并抑制MAPK、NF-κB、PI3K-mTOR以及JAK-STAT-SOCS3信號(hào)激活。Danese等[28]進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)、雙盲、安慰劑對(duì)照研究，發(fā)現(xiàn)阿普斯特30 mg治療的活動(dòng)性UC患者在臨床癥狀、內(nèi)鏡檢查、生物學(xué)標(biāo)志物以及黏膜愈合方面均有明顯改善，說明PDE4抑制劑阿普斯特治療UC具備較好的有效性和安全性。

3. PDE抑制劑與結(jié)直腸癌：研究[29]表明，致癌基因KRAS可上調(diào)PDE4B的表達(dá)，且抑制PDE4的活性可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞極性和結(jié)直腸癌細(xì)胞凋亡。該研究亦分析了公共數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)與健康對(duì)照組相比，PDE4B在結(jié)腸直腸癌患者腫瘤樣本中的表達(dá)更高，且PDE4B mRNA表達(dá)增加與結(jié)直腸癌復(fù)發(fā)相關(guān)。Mahmood等[30]行功能性實(shí)驗(yàn)表明，PDE4亞型在結(jié)直腸癌患者中表現(xiàn)出較低的活性，而qPCR分析顯示PDE4B亞型過表達(dá)，且PDE4B作為功能性的失調(diào)蛋白在結(jié)直腸癌患者的癌旁非癌組織中選擇性過表達(dá)。Pleiman等[31]的研究表明，PDE4B RNA在結(jié)腸腺瘤和鄰近的正常結(jié)腸組織中的表達(dá)均有所增加，且在鄰近正常組織中具有保護(hù)作用。Lapa等[32]和Nishi等[33]的研究結(jié)果亦證實(shí)PDE4B是KRAS的下游信號(hào)通路。Kim等[34]的研究表明，PDE4B是癌基因Myc的下游靶點(diǎn)，且PDE4B在結(jié)直腸癌模型中與cAMP介導(dǎo)的AKT/mTOR信號(hào)通路抑制有關(guān)。上述研究提示PDE4B抑制劑可在結(jié)直腸癌的治療中發(fā)揮重要作用，應(yīng)積極尋求PDE4B的靶向性治療。

4. PDE抑制劑與其他相關(guān)疾病：腸缺血是一個(gè)嚴(yán)重的臨床問題，腸血流量中斷導(dǎo)致細(xì)胞損傷、腸壞死，患者死亡率高。因此，在缺血損傷前需預(yù)防性給予處理，減少腸缺血及其對(duì)器官的影響，亦可有效恢復(fù)腸缺血再灌注(intestinal ischaemia and reperfusion, I/R)的組織損傷。多項(xiàng)研究[35-38]表明，PDE在I/R中發(fā)揮重要作用。Souza等[35]研究了PDE4抑制劑咯利普蘭對(duì)大鼠I/R損傷后局部腸組織的影響，發(fā)現(xiàn)咯利普蘭可部分逆轉(zhuǎn)輕重度I/R模型中腸組織血管通透性、腸道出血以及腸促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。Colak等[36]通過研究大鼠I/R模型檢測曲匹地爾對(duì)腸屏障功能的影響，發(fā)現(xiàn)曲匹地爾可通過抑制血栓素A2、脂質(zhì)過氧化、促炎細(xì)胞因子以及前列環(huán)素阻止細(xì)菌移位，從而恢復(fù)腸屏障功能的完整性。一項(xiàng)對(duì)大鼠I/R后回腸功能和結(jié)構(gòu)的研究[37]顯示，西地那非可預(yù)防I/R引起的大鼠回腸嚴(yán)重缺血損傷。此外，西地那非預(yù)處理不僅可消除乙酰膽堿對(duì)I/R后回腸組織的抑制作用，且可逆轉(zhuǎn)硫代巴比妥酸活性和髓過氧化物酶活性至正常水平。Moore等[38]的研究表明，缺血后使用西地那非并不能改善腸系膜灌注，但可抑制腸上皮損傷。上述研究提示，PDE抑制劑可能是治療I/R損傷的一種有效輔助療法。

四、結(jié)語

綜上所述，PDE抑制劑超家族的多樣性和復(fù)雜性為多種胃腸疾病的治療提供了新線索。雖然PDE抑制劑對(duì)相關(guān)疾病的具體作用機(jī)制尚未完全明確，目前對(duì)PDE抑制劑的研究多著重于其抗炎活性，但相關(guān)研究亦提供了一種新的探索方向，即為多靶點(diǎn)藥物設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。