Cajal間質細胞在糖尿病胃輕癱中的研究進展

甘思玲,高飛,2

【提要】 糖尿病胃輕癱(DGP)為有糖尿病(DM)病史患者出現的常見的非原發(fā)性疾病，胃運動功能低下和胃排空率延遲是它非常突出的臨床特點。近幾年來，DGP因其高發(fā)病率逐漸引起了人們關注。Cajal間質細胞(ICC)參與胃腸神經肌肉系統(tǒng)的組成以及慢波的形成，維持胃腸信號的傳導，同時具有機械感覺能力。DGP的發(fā)生與ICC變化有關聯(lián)，明確證實DGP患者存在胃腸道的ICC數目下降，并伴有不同程度的結構破壞和功能損害。本文探討了對ICC的理解，ICC與DGP的關系，以及ICC在DGP治療中的變化的最新相關研究。

糖尿病(diabetes mellitus，DM)患者遍及全球，發(fā)病率在近幾十年來不斷攀升[1]。DM引起的胃腸運動障礙在全消化道均可出現[2]，其中胃輕癱是最重要的表現[3]。糖尿病胃輕癱(diabetic gastroparesis, DGP)多伴隨著惡心、嘔吐、早飽、腹痛、餐后腹脹等常見消化道癥狀[2, 4]，其中早飽、餐后腹脹為主要表現[5]，給患者帶來諸多困擾并加重了醫(yī)療經濟負擔[6]。國內外近年研究結果表明，很多因素均與DGP發(fā)生發(fā)展有關，目前比較認可高血糖，自主神經病變以及腸神經肌肉炎癥和損傷等原因[7-8]。隨著醫(yī)療發(fā)展水平的提高，患者對DGP的診斷和治療有了新的期待。 Cajal間質細胞(interstitial cell of Cajal，ICC)功能類似于竇房結細胞，參與胃腸運動信號形成的起始環(huán)節(jié)，和DGP的發(fā)病有密切聯(lián)系，引起不少學者的關注[9-10]。本文對ICC在DGP發(fā)病和治療過程中所起的作用及機制文獻進行綜述。

1 糖尿病胃輕癱

60多年前，DGP的定義初次由Kassander[11]提及，并逐漸被學者們理解。DGP是指以DM為基礎，以胃腸動力低下為特征，以腹脹、早飽、惡心等為臨床表現的，并伴有胃電活動異常、胃腸消化時間延長、排空功能障礙等病理生理學特征的疾病[12]。

DM患者出現以下癥狀，如惡心、嘔吐、腹脹等在排除胃出口阻塞后，并明確存在胃排空延遲應考慮DGP[13]。胃排空延遲定義為飯后4 h胃潴留>10%[14]。目前明確有無胃排空延遲主要有以下四種手段：胃排空閃爍顯像、無線運動膠囊、呼吸測試、超聲檢查[15]。胃排空閃爍顯像(gastric emptying scintigraphy, GES)一直以來被認為是評估胃排空延遲的金標準，但其可靠性并不能獲得胃腸病學家一致認可，因為采用不同的膳食類型，患者定位，圖像采集頻率和持續(xù)時間以及定量方法可引起結果不一致[16-17]。無線運動膠囊(wireless motility capsule, WMC)能在不依靠輻射的情況下以微創(chuàng)的方式測量區(qū)域和整個胃腸道的傳輸時間，受到了學者們的青睞，并被批準應用于臨床[18]。

1型糖尿病(type 1 diabetes, T1D)和2型糖尿病(type 2 diabetes, T2D)都可引起胃輕癱[19]。研究提示10年內 T1D患者出現的胃排空障礙的累計發(fā)病率(5%)高于 T2D患者(1%)[19]。另一項研究表明，在7 000多例T1D患者的研究分析中發(fā)現，胃輕癱發(fā)生率為4.8%，女性(5.8%)發(fā)病率明顯高于男性(3.5%)[20]。在美國急診部就診患者的統(tǒng)計中，研究人員發(fā)現過去近8年內，胃輕癱患者就診率急劇增加，其中DGP患者的急診就診次數從5 696增加到14 114，每100 000急診就診次數從4.7增加到10.5，急診就診及隨后入院的總相關費用從0.84億美元增加到1.82億美元[21]；在1997—2013年期間，T1D患者的胃輕癱出院診斷也較前增加了6倍，T2D患者的胃輕癱出院診斷較前增加了3.7倍(P<0.001)[22]。這些變化可能反映了以下幾點：DGP認識加深；診斷治療手段不斷更新；DM患者對DGP的重視程度加深。

出現胃輕癱癥狀時，胃動力檢測可表現為胃排空延遲和加速胃排空，前者多見于 T1D，后者見于 T2D胃內液體的快速排空，多伴有早期疾病[23]。胃排空延遲可能與腸神經系統(tǒng)功能障礙、高血糖、自主神經病變等有關[7, 24]，其中腸神經系統(tǒng)異常、高血糖一致被認為是DGP發(fā)生的主要因素[25]。在DM患者全胃組織病理檢查中發(fā)現，ICC細胞減少，腸神經丟失，免疫細胞浸潤[26]。Moraveji S等[27]發(fā)現，胃輕癱患者幽門的ICC丟失是胃竇的兩倍，幽門平滑肌的纖維化幾乎是胃竇的三倍。綜上我們可以得出以下結論：DM患者繼發(fā)胃輕癱時，電鏡下一方面ICC數量銳減，它作為胃腸動力的起搏器，因而產生的慢波減少，間接導致產生于慢波基礎上動作電位數量減少，胃腸蠕動功能減弱；另一方面腸神經損傷，免疫細胞浸潤，胃壁發(fā)生纖維化，腸神經肌肉系統(tǒng)功能障礙，進一步減弱胃腸動力。因為胃蠕動減弱，固體食物分解成微小顆粒的時間延長，間接延緩了胃內食物向小腸內排出；而液體食物容易消化吸收，同時幽門平滑肌內纖維化，可能存在幽門關閉功能障礙，當胃運動時，液體就可以從胃內流入腸道。因此進食固體食物時，由于食物排空延遲而出現惡心、嘔吐、早飽、腹脹等一系列消化道癥狀。具體機制需要大量實驗驗證。

2 Cajal間質細胞

2.1 ICC的生物學特性

ICC最早由Cajal發(fā)現和命名[28]，研究表明ICC表面存在酪氨酸蛋白激酶受體Kit (CD117)[29]。通常Kit和干細胞因子(SCF)形成胞外SCF-kit復合物，進而定向運動到細胞內使酪氨酸激酶產生生物學活性，從而促使細胞的從幼稚轉變?yōu)槌墒靃30]。然而，也存在ICC不表達Kit，比如人類小腸深肌叢[31-32]。

近年來，研究表明鈣激活的氯離子通道anoctamin 1(Ano1)是人和小鼠胃腸道中所有類型ICC的選擇性分子標記，可獨立于Kit，用于對ICC的免疫化學鑒定[33-34]。另有文獻報道，ICC或某些亞型的ICC也特異性表達CD34[35]、Na+/K+/2Cl-co-transporter(NKCC1)[36]、neurokinin-1 receptor[37]或CD44[38]。這些因子尚需要進一步的研究來證實它們是否可以作為胃腸道ICC的選擇性標記物。

2.2 胃腸ICC分類、分布、功能

詳見表1。

表1 胃腸ICC分類、分布、功能[39]

2.3 ICC和慢波及胃腸運動的關系

值得一說的是，胃腸道的慢波學說最早是在腸道內發(fā)現的。1986年Suzuki N等[40]首次提出腸道慢波的產生很可能與ICC有關，隨后多有文獻佐證，并在此理論上進行各種研究[41-42]。文章報道慢波的機制取決于起搏器ICC所表達的Ano1、Ca2+活化氯-通道(CaCCs)、CaV3.2、T型和電壓依賴性的Ca2+通道[42]。ICC細胞內存儲的Ca2+釋放是起搏器去極化的首要條件，當慢波通過ICC網絡傳播時，T型電流的激活使電壓依賴Ca2+進入ICC，Ca2+誘導ICC中Ca2+釋放和Ano1的激活會放大慢波去極化[42]。

3 Cajal間質細胞與糖尿病胃輕癱

隨著ICC出現在人們視野，研究者們先后開始探討ICC與DGP的關系。有學者用電子顯微鏡檢測DM模型大鼠胃竇，發(fā)現ICC存在凋亡樣改變[43]。在DGP患者胃活檢中同樣也發(fā)現了ICC的丟失[26]。近來多有文獻記載炎癥引起肌源性損傷，可導致ICC改變。Eisenman ST等[44]發(fā)現，M1巨噬細胞產生的腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor α, TNF-α)可能導致Kit丟失，并部分通過含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶依賴性凋亡途徑直接損傷ICC，也可能對ICC在DGP中的耗竭起重要作用。另有文獻表明一些胃輕癱患者胃內ICC的減少或損傷與抗炎M2巨噬細胞的數量減少有關，這些巨噬細胞通常表達甘露糖受體(CD206)和血紅素氧合酶1(HO1)，并介導細胞修復[45]。Grover M[46]、Cipriani G[47]等再次證實胃竇CD206陽性抗炎細胞的丟失是DGP的一個特征性變化。Yang S等[48]發(fā)現因胰島素/InsR和IGF-1/IGF-1R信號通路缺損甚至破壞，同樣造成的ICC不斷損害也可引起DGP。Zhang CM等[49]發(fā)現，血管緊張素Ⅱ能通過PI3K/Akt信號依賴的方式增加培養(yǎng)的胃平滑肌細胞(GSMCs)中膜結合干細胞因子(mSCF)的表達和細胞增殖，減少了ICC的丟失。

ICC作為胃腸神經肌肉系統(tǒng)的組成成分，參與產生慢波并維持電信號的傳導，共同對胃腸運動進行調節(jié)。正常情況下ICC慢波的產生存在自發(fā)性，然后在腸神經的刺激下傳播到肌肉組織，胃腸道開始有節(jié)律蠕動[50]。DGP患者的ICC異常，可引起腸神經系統(tǒng)的功能障礙[51]。

4 Cajal間質細胞與DGP治療的關系

4.1 Cajal間質細胞與DGP物理治療

物理治療通常指運用光、電、熱機械刺激等物理因素對人體進行干預，達到治療疾病的效果。物理治療中的電針取穴治療、壯藥藥線灸、胃電刺激因其治療在DGP治療中有不錯的療效，逐漸被患者所接受。文獻研究顯示，胃電刺激可減輕胃輕癱的癥狀，顯著提高胃排空率、改善生活質量[52]。動物研究報道明確電針可作用于ICC，逆轉ICCs的各種病理變化，從而改善DGP病情[53]。文獻報道電針可通過上調HO-1陽性巨噬細胞來介導抗炎和抗氧化應激作用，減少ICC的丟失[45]。為了明確不同選穴部位[54]、腧穴配伍和單穴[55]對改善DGP胃排空障礙治療效果的影響，研究者進行了一系列研究，結果發(fā)現：①足三里配合胃脘部穴位療效突出，足三里配伍遠端穴點次之；②腧穴配伍效果較單穴治療效果更優(yōu)。張程程等[43, 56-57]發(fā)現，電針刺激足三里等穴可通過促進SCF正常表達，進而修復ICC可逆性損傷，達到調節(jié)DGP大鼠血糖，促進胃腸蠕動的效果。Zhang H等[58]發(fā)現，壯藥藥線灸能減輕DGP大鼠胃腸道癥狀，其機制可能與增加表達c-kit IR的ICC的表達有關系。國外的胃電刺激治療和國內電針取穴治療在操作上有很大的差別。國外有一種專門治療難治性胃輕癱的外科植入胃電刺激(gastric electrical stimulation, GES)方法：沿胃大彎(距上頜骨近端約10 cm)手術放置1 cm長的電極，再將來自電極的導線連接到向胃提供高頻/低能電脈沖植入式發(fā)生器內；可在很大程度上讓DGP患者受益[52]，但其減輕患者癥狀的機制是否與改善ICC功能有關未可知。另有研究同樣發(fā)現GES能有效改善癥狀和影響生理功能，并做了具體描述：①早期和持續(xù)的抗嘔吐作用；②早期和持久的胃促動力作用；③早期抗心律失常作用；④晚期自主神經作用；⑤晚期激素作用；⑥早期持續(xù)的抗炎作用；⑦早期持續(xù)生活質量的改善[34]。但也有研究表明，GES雖然降低了DM患者和非糖尿DM病患者的難治性嘔吐頻率，但是它并沒有加速胃排空或提高生活質量[59]，這與既往研究存在爭議。盡管GES療效毋庸置疑，但它伴有癥狀復發(fā)或癥狀持續(xù)不緩解的風險，文獻發(fā)現經口幽門肌切除術治療GES術后復發(fā)性胃痙攣是安全可行的，并能在短期內明顯改善癥狀和運動能力[60]。

4.2 Cajal間質細胞與DGP西藥治療

目前DGP對癥治療的藥物主要有止吐藥、胃腸動力藥，嚴格控制血糖是基礎。在一項臨床研究中發(fā)現，一種高選擇性的5-羥色胺受體拮抗劑——Granisetron經皮給藥可以有效減輕76%的胃輕癱患者的惡心和/或嘔吐癥狀，同時餐后飽脹、食欲不振、上腹痛和早飽的癥狀也有所改善[61]。2017年一篇關于兩例難治性胃輕癱的病例報告中，Fountoulakis N等[62]指出神經激肽-1受體拮抗劑-aprepitant中長期治療可有效緩解嚴重的胃輕癱癥狀進而減少住院次數。胃復安化學名為甲氧氯普胺，通過作用于多巴胺受體D2進而增加食管下括約肌(LES)壓力、GE和近端小腸轉運時間，自上市后，一直是治療惡心、嘔吐癥狀中的領軍藥物，但其有一個嚴重的副作用——遲發(fā)性運動障礙[63-64]。Svendsen K等[65]通過研究47 000份關于甲氧氯普胺的用藥報告，探討了不同年齡和性別患者使用甲氧氯普胺發(fā)生神經系統(tǒng)藥物不良反應的時間和頻率，結果顯示大多數神經系統(tǒng)不良藥物反應和特定的神經系統(tǒng)不良藥物反應發(fā)生在使用甲氧氯普胺的前5 d內(中位數為1 d)，發(fā)作時間隨著年齡的增長而增加；另外甲氧氯普胺的神經系統(tǒng)不良藥物反應頻率是其他藥物的2～4倍，兒童中比例最高(女孩PRR=4.24，男孩PRR=4.60)。研究發(fā)現，胃復安產生的良好的臨床反應可能與KCNH2和ADRA1D的多態(tài)性有關，而副作用可能來源于CYP2D6、KCNH2和5-HT4受體HTR4基因的多態(tài)性[66]。多潘立酮和胃復安具有相似藥理作用，其對許多患有胃輕癱癥狀的患者有益，尤其是餐后飽脹，惡心，嘔吐和胃脹滿[67]。與胃復安相比，多潘立酮不易穿越血腦屏障因而不引起神經功能障礙[67]。研究表明，5-HT4受體激動劑——枸櫞酸莫沙必利可能有助于改善DGP患者食欲減退，提高患者生活質量[68]。張靜瑜等[69]為了進一步了解莫沙比利在DGP治療中與ICC的聯(lián)系，計算了DGP大鼠胃竇部ICC的含量，結果發(fā)現莫沙必利給藥后胃竇ICC升高，有理由認為莫沙必利可能通過增加胃竇ICC數量，起到改善DGP大鼠胃運動的作用。大環(huán)內酯類抗生素如紅霉素，可通過作用于胃動素受體有效促進胃排空，但臨床應用較少[70]。盡管促胃動力藥改善DGP臨床癥狀可能與加速GE相關，但對于以上甲氧氯普胺、多潘立酮、紅霉素、阿奇霉素等藥物來說，在癥狀改善和GE變化之間的關系機制至今未詳細闡述，導致人們對于這些藥物開發(fā)應用存在擔憂[71]。實驗證明生長素(Ghrelin)可以促進胃動力的同時可緩解DGP癥狀[72]，一種選擇性Ghrelin受體激動劑——Relamorelin(RM-131)因此投入臨床研究，證實了它確實可以改善臨床癥狀的減輕以及促進胃排空[73-74]。DGP在對癥治療同時，需要有效控制血糖，一直以來胰島素是降糖藥物中的主要用藥，Yang S等[48]研究發(fā)現，胰島素不僅能夠有效降低DM患者血糖，還能通過阻礙胰島素/InsR和IGF-1/IGF-1R信號通路的信號傳導，防止ICC繼續(xù)損傷，從而有效緩解DGP病情。Calles-Escandón J等[75]通過持續(xù)血糖監(jiān)測(continuous glucose monitoring, CGM)的方法，探討了持續(xù)皮下胰島素注射(continuous subcutaneous insulin infusion, CSII)在DM血糖控制不佳伴有胃輕癱患者中的安全性和潛在療效，結果表明CSII在DM合并胃輕癱患者治療上具有安全性、可行性、低風險的特點，且能有效控制降低DM患者血糖，改善消化道癥狀，同時低血糖發(fā)生率也低，顯著提高患者生活質量。

4.3 Cajal間質細胞與血糖控制

血糖控制和DGP互為因果：長期血糖控制不佳可導致DGP，反過來DGP出現的胃排空異常會影響血糖控制[76][77]。有學者通過檢測大鼠的ICC含量及結構在不同血糖濃度大鼠中的表達，結果發(fā)現血糖濃度越高，ICC的密度越稀疏，結構越雜亂[78]。因而可以推斷，將DGP大鼠血糖控制在正常范圍之內，可以有效減少ICC的破壞。然而Horvath VJ等[79]推測高血糖可能不會對ICC造成損害。隨后Hayashi Y等[80]對高血糖促進胃排空的機制進行了研究，在胃中分離并培養(yǎng)ICC系細胞中發(fā)現，高血糖可以在ets變異體1(ets variant 1 ETV1, ICCs的主轉錄因子)的有絲分裂原激活蛋白激酶1(mitogen-activated protein kinase 3, MAPK3)穩(wěn)定的基礎上，通過有絲分裂原激活蛋白激酶1(mitogen-activated protein kinase 1, MAPK1)增殖，刺激KIT上調，增加ICCs，導致胃排空加快。Cil O等[81]發(fā)現TMEM16A的酰胺基環(huán)氯烷基噻吩類抑制劑，可以通過抑制TMEM16A影響ICC的起搏功能，減緩胃排空，進而減低血糖，但會提高肥胖患者的飽腹感。

4.4 Cajal間質細胞與DGP的其他治療

中藥對于DGP有一定療效，因此近幾年來DGP的中藥治療一時成為熱點。研究發(fā)現，養(yǎng)陰和胃方可通過增加ICC數目而增強胃腸起搏功能，促進胃運動[82]。麻枳化濁方能夠增加DGP大鼠胃竇部c-kit密度,進而調控ICC的數量,促進大鼠的胃排空[83]。然不同于國內，國外學者對于中藥治療DGP的了解甚少，所以其具體療效、安全性及相關原理機制，還需要進一步臨床大數據檢測和科學驗證。

5 總結與展望

目前，ICC異常和DGP的發(fā)生存在關系，國內外學者不存在爭議，但確切機制有待深入研究；DGP常伴隨多種基礎疾病，聯(lián)合用藥效果好但副作用多，研究多功能新藥迫在眉睫；物理治療因其在DGP中顯著療效，且不良反應小，有很好的應用價值；中藥治療DGP在國內有大量研究，但國際上爭議不斷，希望在國內政策影響下，科學地發(fā)展中醫(yī)藥，進而把臨床證實有效的中醫(yī)藥推廣到世界各地；胰島素用于治療DM歷史悠久，因其在治療上具有效性、安全性、可行性等特點，一直在控制血糖方面有突出貢獻，但在DGP時控制血糖的胰島素給藥時間需要更加精確；對于DGP不同治療中ICC的變化研究較少，且研究數據主要來源于動物研究，臨床研究較少，這或可進一步深入研究。