腸道Cajal間質(zhì)細胞與慢性便秘發(fā)生和治療的關(guān)系*

朱佳慧， 錢陽陽， 廖 專

（海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化科，上海200433）

慢性便秘（chronic constipation，CC）是一種以腹脹、排便困難、肛門梗阻感、排便不盡感或排便干硬為主要表現(xiàn)的消化系統(tǒng)功能性疾?。?］，按其病理生理主要分為慢傳輸型便秘（slow transit constipation，STC）、出口梗阻型便秘（outlet obstructive constipa?tion，OOC）、正常傳輸型便秘（normal transit constipa?tion，NTC）及 混 合 型 便 秘（mixed constipation，MC）［2］。CC在普通人群中發(fā)病率從3%到27%不等［3］，并隨著老齡化的進展有逐年上升趨勢，為患者帶來了巨大經(jīng)濟負(fù)擔(dān)和心理焦慮［1］。由于其發(fā)病機制不明、診斷標(biāo)準(zhǔn)不一、治療方法眾多、治愈困難而受到人們的重視。

Cajal間質(zhì)細胞（interstitial cells of Cajal，ICC）是一種普遍存在于消化道、膽管、尿道、輸卵管、膀胱、輸精管等管狀結(jié)構(gòu)平滑肌間的多形細胞，在發(fā)放并調(diào)節(jié)胃腸道基本電活動（慢波電位）、介導(dǎo)神經(jīng)信號、維持節(jié)律性運動等方面具有重要作用，并與胃腸道間質(zhì)瘤和梭形瘤密切相關(guān)，具有高度的可塑性和再生能力［4］。經(jīng)科學(xué)家們不斷探索，從最初的組織學(xué)上認(rèn)識ICC的形態(tài)和分布，再到探究其電生理活動、損傷和恢復(fù)機制、生長分化等均取得顯著成果。尤其在功能性胃腸疾病如胃輕癱、賁門失弛緩癥、假性腸梗阻、先天性巨結(jié)腸、功能性便秘等方面，ICC的相關(guān)研究推動了人們對這類疾病的深層次認(rèn)識和精準(zhǔn)治療。

2019 年《歐洲神經(jīng)胃腸病學(xué)和動力學(xué)會（Euro?pean Society of Neurogastroenterology and Motility，ESNM）成人功能性便秘指南》中明確提出，STC患者乙狀結(jié)腸ICC體積及結(jié)腸環(huán)平滑肌層內(nèi)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)均減少，肯定了部分CC與ICC之間的密切聯(lián)系［5］。CC與ICC的研究日益增加，而相關(guān)綜述并未及時更新。本文就近年ICC與CC的發(fā)病機制和治療的相關(guān)研究進行總結(jié)綜述，以期對今后研究起到參考作用。

1 腸道ICC的組織學(xué)研究現(xiàn)狀

1.1 腸道ICC形態(tài)學(xué)與分型 ICC來源于間充質(zhì)干細胞，早在妊娠中期即可觀察到環(huán)形肌內(nèi)存在ICC，出生后深肌層ICC開始出現(xiàn)，并隨著發(fā)育逐漸形成網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)其被破壞，ICC細胞將轉(zhuǎn)分化為成纖維細胞/平滑肌表型，在去除損傷后，此過程可逆。成熟的ICC主要呈星形和紡錘形，有2~5個突起［6］，這些突起形成分支網(wǎng)絡(luò)與胃腸道平滑肌通過縫隙連接蛋白43（connexin 43，Cx43）形成緊密連接［7］。在電鏡下，ICC細胞表面與胃腸神經(jīng)末梢形成類似突觸樣結(jié)構(gòu)［8］，便于各種神經(jīng)遞質(zhì)的接收。

ICC分布廣泛，存在于整個消化道中，但不同部位有一定的差異。腸壁由內(nèi)向外的結(jié)構(gòu)依次為黏膜、黏膜下層、肌層和漿膜層。相應(yīng)地，根據(jù)所在位置，ICC可分為：（1）黏膜下ICC（submucosal ICC，ICSM），位于黏膜下，環(huán)狀肌表面，在結(jié)腸中，也叫水平肌下從ICC（submuscular plexus ICC，ICC-SMP）；（2）肌間ICC（myenteric ICC，IC-MY），位于環(huán)狀肌和縱行肌之間的肌間神經(jīng)叢內(nèi)；（3）肌內(nèi)ICC（intramuscu?lar ICC，IC-IM），位于環(huán)狀肌和縱行肌束內(nèi)，此類ICC分布最廣；（4）深肌層叢ICC（deep muscular plexus ICC，IC-DMP）位于環(huán)狀肌層內(nèi)，小腸的深肌叢，介導(dǎo)小腸中神經(jīng)傳遞［4］。

1.2 腸道ICC的功能 ICC的形態(tài)與其功能密切相關(guān)，其亞群參與了腸道自主節(jié)律的起搏活動，產(chǎn)生自主去極化的低頻慢波和介導(dǎo)神經(jīng)傳遞［9］。

ICC表面存在的多種離子通道，其起搏功能主要與鈣離子、氯離子和鉀離子的流動相關(guān)。電壓依賴性鈣離子通道（voltage-dependent calcium channels，VDCC）分為L型和T型，L型與Ca2+進入胞內(nèi)并存儲于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中有關(guān)，T型Ca2+通道與慢波產(chǎn)生相關(guān)。Ca2+在細胞中濃度的變化引起鈣振蕩，導(dǎo)致質(zhì)膜中Ca2+激活的Cl?通道anoctamin 1（Ano1）開放，產(chǎn)生內(nèi)向電流，它是ICC維持慢波平臺期及慢波傳導(dǎo)的基礎(chǔ)［10］。ICCs具有小電導(dǎo)的Ca2+激活的K+通道、大電導(dǎo)的K+通道和腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）敏感型鉀通道。其中ATP敏感型鉀通道能夠調(diào)控鉀離子內(nèi)流使細胞靜息電位維持在?70 mV。離子通道表達的變化都可能導(dǎo)致異常慢波和胃腸節(jié)律紊亂。當(dāng)敲除Ano1基因，小鼠腸道收縮力、協(xié)調(diào)性和節(jié)律性均顯著下降［11］；當(dāng)K+通道激活使膜超極化，結(jié)腸平滑肌將放松，抑制起搏活性。

在腸神經(jīng)系統(tǒng)中，ICC能夠接受的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)包括神經(jīng)激肽1（neurokinin 1，NK1）、NK3、P物質(zhì)（substance P，SP）、乙酰膽堿和5-羥色胺（5-hydroxy?tryptamine，5-HT），介導(dǎo)腸壁緊張性收縮，加速腸道運動；抑制性神經(jīng)遞質(zhì)包括一氧化氮（nitric oxide，NO）、一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）和血管活性腸肽（vasoactive intestinal peptide，VIP），可令腸壁松弛［12］。有研究表明ICC還與迷走神經(jīng)肌內(nèi)排列（intramuscular arrangement，IMA）的發(fā)育和維持關(guān)系密切［13］。

目前ICC相關(guān)細胞學(xué)研究主要是通過細胞表面特異性蛋白的免疫熒光染色進行，最常見的是Anol和c-Kit聯(lián)合標(biāo)記法［14］，并且根據(jù)兩者表達比例不同進行ICC亞型識別。c-Kit是一種酪氨酸激酶受體蛋白，受干細胞生長因子（stem cell growth factor，SCF）調(diào)節(jié)，c-Kit/SCF信號通路可影響ICC的分化、增殖和表型維持。另外，多種受體如接受SP和神經(jīng)刺激信號的NK受體、VIP受體1、乙酰膽堿受體（M2和M3）、蛋白質(zhì)基因產(chǎn)物9.5（protein gene product 9.5，PGP9.5）等均能夠幫助識別ICC［15］。

2 便秘患者體內(nèi)ICC的變化

目前，關(guān)于CC致病機制眾說紛紜，主要有腸神經(jīng)和神經(jīng)遞質(zhì)異常學(xué)說、消化道激素分泌異常學(xué)說、ICC異常學(xué)說、腸道水通道蛋白異常表達學(xué)說及盆底功能障礙學(xué)說等。其中ICC異常學(xué)說隨著免疫組化技術(shù)、膜片鉗技術(shù)等的發(fā)展，受到廣泛關(guān)注。功能性便秘的形成主要來源于腸道蠕動變慢和糞便含水量減少，ICC與前者關(guān)系密切。

2.1 便秘動物模型中的ICC 目前在多種CC的動物模型中發(fā)現(xiàn)結(jié)腸ICC數(shù)量、形態(tài)和功能的改變。硬膜外輸注嗎啡與小劑量納洛酮合用可通過減少兔胃腸道近端結(jié)腸中的ICC來有效抑制兔的腸胃蠕動［16］。在采用地芬諾酯建立的比格犬CC模型中，可觀察到慢傳輸組結(jié)腸壁ICC基底膜溶解，與周圍細胞的連接被破壞，細胞核不同程度萎縮，c-Kit表達明顯降低［17］。目前常根據(jù)ICC的改變情況進一步評價便秘模型的質(zhì)量。

2.2 便秘患者腸道的ICC 一般而言，ICC-SMP和ICC-MP負(fù)責(zé)產(chǎn)生慢波［18］，ICC-IM雖然不負(fù)責(zé)產(chǎn)生慢波，但能夠產(chǎn)生單一電位，負(fù)責(zé)結(jié)腸平滑肌的松弛。

多個研究表明，CC患者結(jié)腸內(nèi)ICC數(shù)量或密度較正常人低，細胞形態(tài)發(fā)生變化如突觸變短等，但分布特征不受影響［19］，改變或清除結(jié)腸ICC網(wǎng)絡(luò)可導(dǎo)致便秘等結(jié)腸運動功能紊亂，慢波消失。張旭等［20］對慢傳輸型大鼠胃腸道ICC免疫組化染色后進行觀察，發(fā)現(xiàn)與對照組比較，便秘組胃竇部位c-Kit+細胞數(shù)量無明顯變化，而在小腸和結(jié)腸中均少于對照組。對于需要進行結(jié)腸切除術(shù)的嚴(yán)重便秘患者進行結(jié)腸壁免疫組化發(fā)現(xiàn)，與同年齡正常人相比，約60%的患者ICC發(fā)育不全，尤其是ICC-IM減少顯著［21］，而ICC減少機制尚未明了。Zhang等［22］通過對STC病人結(jié)腸研究發(fā)現(xiàn)細胞外基質(zhì)蛋白TNX可能通過上調(diào)Smad2/3信號蛋白激活TGF-β/Smad信號通路，從而誘導(dǎo)ICC發(fā)生輕度或完全轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致患病結(jié)腸中ICC的異常分布和功能障礙。

2.3 ICC隨年齡的改變 隨著年齡增加，CC發(fā)病率也有所上升，ICC在腸道中的數(shù)量也隨年齡有所改變，減少速度約為每10年10%。Kwon等［23］發(fā)現(xiàn)在大鼠升結(jié)腸和降結(jié)腸中ICC分布有所差異且隨著年齡增加，降結(jié)腸受到更為嚴(yán)重的影響。與6個月大鼠相比，24個月大鼠的神經(jīng)節(jié)細胞減少50%~60%［24］。在老年小鼠遠端結(jié)腸中，環(huán)狀肌厚度降低加之單位肌肉體積內(nèi)ICC網(wǎng)絡(luò)體積減少，使ICC數(shù)量減少更為明顯，因此結(jié)腸末端運動能力顯著降低［25］。另外，NOS的耗竭可能也參與了結(jié)腸運動功能下降的過程［26］。Gamage等［27］進一步探究了衰老導(dǎo)致ICC減少的相關(guān)機制，發(fā)現(xiàn)ICC丟失在消化道不同部位有時序性，最先發(fā)生于胃內(nèi)，而后發(fā)生于腸道中，CX43表達的減少和促炎因子的表達可作用于這一進程。另外，在老年小鼠結(jié)腸中，血清素及其受體表達增加既降低了ICC的活力又增強的水通道蛋白（Aquaporin，Aqp）Aqp1、3和11的活性，兩方面因素共同作用導(dǎo)致大便干結(jié)［28］。

2.4 ICC與繼發(fā)性便秘 ICC的變化還發(fā)生在繼發(fā)性便秘患者中。糖尿病患者中便秘的患病率為11%~60%，糖尿病對結(jié)腸平滑肌結(jié)構(gòu)和功能、ICC密度、自主神經(jīng)和腸神經(jīng)的健康和功能都有潛在的影響。一個由7名糖尿病患者組成的病例系列顯示，結(jié)腸內(nèi)ICC密度較正常狀態(tài)降低［26］。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的I型糖尿病大鼠中可以觀察到慢波波型不變，但速度與非活動細胞的數(shù)量不呈線性關(guān)系［29］，在對自發(fā)II型糖尿病OLETF大鼠的糖尿病模型的研究中，發(fā)現(xiàn)近端結(jié)腸的ICC網(wǎng)絡(luò)以及膽堿能受體數(shù)量下降［30］。Bharucha等［31］研究表明，增加肌間神經(jīng)叢和內(nèi)外神經(jīng)突觸中乙酰膽堿的可用性，可增強便秘糖尿病患者的結(jié)腸運動活性。

部分藥物引起的便秘也與ICC關(guān)系密切。例如阿片受體的激活導(dǎo)致黏膜下分泌運動神經(jīng)元的抑制，減少乙酰膽堿等神經(jīng)遞質(zhì)的釋放以及抑制了主動Cl?分泌和被動水進入結(jié)腸腔，從而導(dǎo)致排便困難［32］，而阿片類受體拮抗劑溴甲納曲酮可適用于阿片藥物導(dǎo)致的便秘的治療。小檗堿可能通過ATP敏感性K+通道和cGMP-PKG依賴性抑制ICC的起搏活性。

3 ICC與便秘的誘導(dǎo)和治療

3.1 便秘的常規(guī)療法 目前已知的CC的治療方法主要包括：生活方式和飲食結(jié)構(gòu)的改變、口服膨脹劑、透性瀉藥、刺激性瀉藥、促動力劑、促分泌劑、生物反饋治療等。其他替代療法包括中草藥治療、針灸、按摩、灌腸等。目前研究證明，多種便秘治療方式可引起ICC的改變。

滲透性瀉藥如復(fù)方寡糖（低聚半乳糖+乳果糖）的攝入會導(dǎo)致ICC網(wǎng)絡(luò)面積增大，從而改善胃腸功能［33］。刺激性瀉藥如比沙可啶在STC便秘大鼠中使用增加了ICC數(shù)目、c-Kit的表達以及結(jié)腸壁ICC與周圍細胞的緊密連接，減輕了STC的嚴(yán)重程度［34］。但是長期應(yīng)用刺激性瀉劑反而會導(dǎo)致ICC減少和形態(tài)異常。目前，慢傳輸型便秘患者ICC數(shù)量減少和形態(tài)異常究竟是結(jié)腸傳輸減慢的原因，還是長期應(yīng)用刺激性瀉藥的繼發(fā)結(jié)果尚不明了。促動力劑如普蘆卡必利在治療CC大鼠時，結(jié)腸肌層c-Kit+細胞面積較對照組增加，而消化道其他地方ICC變化不明顯［35］。促分泌劑魯比前列酮能夠通過打開Ano1向腸腔分泌液體和電解質(zhì)來緩解便秘。研究發(fā)現(xiàn)，它似乎也能夠作用于結(jié)腸ICC，激活其表面ATP敏感型K+通道，進而影響ICC起搏電位［36］。

結(jié)腸電刺激是將電極放置于結(jié)腸黏膜下或漿膜下通過單導(dǎo)聯(lián)或多導(dǎo)聯(lián)給予腸壁直接的電刺激，它作為一種生物反饋治療方式應(yīng)用于功能性便秘患者。ICC作為具有起搏功能細胞，對其電刺激可促進結(jié)腸收縮、改善便秘癥狀［37］。Collins等［38］用經(jīng)皮電刺激治療STC患者并取得了較好的治療效果，進一步證實了電刺激治療便秘的可能性。

3.2 便秘的替代療法 目前雖然許多替代療法治療便秘機制不明，但是，其治療效果似乎與ICC相關(guān)。例如針刺療法能夠在減輕便秘癥狀的同時，上調(diào)便秘小鼠ICC的表達水平，提高原本減少的ICC數(shù)量，在生理范圍內(nèi)提高結(jié)腸的SCF/c-Kit蛋白表達，使ICC的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，與腸神經(jīng)與及平滑肌細胞的縫隙連接更為緊密［39］。

中藥治療便秘的主要作用是潤腸和促胃動力，可以分為理氣類、消導(dǎo)類、瀉下類、健脾類、芳香化濕類、利濕退黃類、降氣化痰類，是調(diào)節(jié)胃腸動力的重要部分。一方面，中草藥可通過對起搏電位的調(diào)節(jié)影響ICC功能，改善便秘癥狀。董艷等［40］研究發(fā)現(xiàn)益氣開秘方（生黃芪、生白術(shù)、枳實、杏仁、地黃、當(dāng)歸）可促進嗎啡誘導(dǎo)的便秘小鼠結(jié)腸細胞中鈣庫釋放，細胞外Ca2+內(nèi)流，使原本減弱的ICC內(nèi)鈣振蕩幅度恢復(fù)正常，進而促進腸道動力恢復(fù)，減輕小鼠便秘癥狀。Kim等［41-43］的研究表明黃連解毒湯和闊葉麥冬根也能夠通過劑量依賴地去極化ICC起搏器電位改善結(jié)腸運動功能，而柚皮苷則具有抑制ICC起搏電位的作用，其進一步的分子通路不盡相同。另一方面，中草藥能夠調(diào)節(jié)ICC的分子表達從而緩解便秘。Kim等［44］的研究證明，山麥冬皂苷A（spicatoside A，SpiA）使洛哌胺誘發(fā)的便秘小鼠結(jié)腸ICC中c-Kit和PGP9.5表達恢復(fù)了正常。上文提到的柚皮苷，研究表明，它還能夠上調(diào)c-Kit、SCF和Aqp3在便秘小鼠中的表達而具有通便作用。另外不少中草藥也能夠影響結(jié)腸外ICC，改善消化道動力。例如半夏瀉心湯能夠使胃竇ICC超微結(jié)構(gòu)維持正常且與便秘組相比線粒體有明顯增加［45］，柴胡舒肝散可顯著提高胃部ICC生長活性，促進ICC增殖分化［46］，在此不做贅述。目前對于中藥影響ICC的機制探究主要還在體外研究階段，在腸道多種細胞及分子的環(huán)境中，會有更為復(fù)雜的作用機制。

3.3 便秘的創(chuàng)新療法 隨著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，研究者希望通過培養(yǎng)腸道類器官系統(tǒng)并將其移植入人體，從而幫助腸道功能的修復(fù)和重建。體外研究表明，將ICC與ICC缺乏的小鼠腸壁外植體共培養(yǎng)后可產(chǎn)生ICC網(wǎng)絡(luò)并探測到生物電信號［47］。體內(nèi)實驗證明，不成熟的ICC在移植后仍然擁有起搏功能，并且與腸神經(jīng)和平滑肌細胞產(chǎn)生密切聯(lián)系，可以在體內(nèi)自我遷移、排列和分化成特定類型的ICC［48］。

另外，重建便秘患者腸道菌群或許能夠通過影響ICC從而改善便秘癥狀。Rossi等［49］用益生菌SLAB51?治療CC的貓后發(fā)現(xiàn)ICC有所增加且伴隨有益菌群的增加；Deng等［50］將益生菌作用于便秘大鼠，發(fā)現(xiàn)ICC中c-Kit/SP信號通路顯著上調(diào)。但有關(guān)益生菌的便秘療法目前仍在探索階段。

總之，ICC與CC的發(fā)生和治療關(guān)系密切，ICC形態(tài)、功能和數(shù)量上的改變均與腸道運動功能的改變具有同步性，但ICC與便秘的因果關(guān)系還有待進一步闡明。隨著免疫組化技術(shù)的完善，生物電信號監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展以及基因編輯技術(shù)的興起，我們希望能夠進一步了解ICC與CC的因果關(guān)系、ICC與腸道運動相關(guān)的信號通路、ICC接受外界干預(yù)后的改變，探究CC的發(fā)病機制并針對性地予以治療，找到更為高效的CC治療方式。