MCs介導(dǎo)的COX2-PGE2-Eps信號通路在IBS內(nèi)臟高敏感性中的機制研究

馬 靖，王鳳云，許 琳，王一帆，唐旭東

馬靖，許琳，中國中醫(yī)科學(xué)院研究生院 北京市 100000

王鳳云，中國中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院脾胃科 北京市 100091

王一帆，北京大學(xué)中醫(yī)藥臨床醫(yī)學(xué)院 北京市 100091

唐旭東，中國中醫(yī)科學(xué)院 北京市 100091

0 引言

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)是臨床上最為常見的一種腸-腦互動異常性疾病.羅馬Ⅳ將其定義為與排便相關(guān)的反復(fù)發(fā)作的腹痛，同時伴有排便頻率及糞便性狀的改變[1].最新研究結(jié)果顯示[2]，IBS的全球患病率因采用不同的診斷標(biāo)準(zhǔn)而有所差異，羅馬Ⅲ診斷標(biāo)準(zhǔn)的全球患病率為9.2%，羅馬Ⅳ診斷標(biāo)準(zhǔn)的全球患病率為3.8%.目前其病理生理機制尚未完全闡明，臨床用藥缺乏特異性，疾病往往呈現(xiàn)出慢性、反復(fù)發(fā)作、難以根治的特點，其雖不屬于致死性疾病，但給患者及家庭帶來了沉重的精神負(fù)擔(dān)及巨大的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，也占用了大量的醫(yī)療資源[3，4].相關(guān)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，IBS患者的年休假天數(shù)相當(dāng)于健康者的2倍，大約5%-50%的IBS患者被迫因不適癥狀而休息[5-7].內(nèi)臟高敏感性在IBS的發(fā)病機制中作用確切，約94%的IBS患者存在內(nèi)臟高敏感[8]，然而參與內(nèi)臟高敏感可能的主導(dǎo)通路尚有待進(jìn)一步研究.近年來多項研究表明[9]，MCs活化介導(dǎo)的COX2-PGE2-EPs信號通路可能通過多方面協(xié)同作用參與了IBS內(nèi)臟高敏感的發(fā)生.本文以此通路為靶標(biāo)，進(jìn)一步深入探究其可能的作用機制，以期為IBS的臨床診療提供一定的思路.

1 MCs活化介導(dǎo)的COX2-PGE2-EPs信號通路

1.1 MCs來源及分類 MCs由CD34+/CD117+多能干細(xì)胞分化而來[10]，其形成過程可分為2個階段，前期以前體細(xì)胞的形式存在于血液循環(huán)中，后期由髓系細(xì)胞分化而來，在所定居的器官中發(fā)育成熟，并表現(xiàn)出相應(yīng)的異質(zhì)性.MCs作為固有免疫系統(tǒng)的效應(yīng)細(xì)胞，廣泛分布于人體中樞系統(tǒng)及消化系統(tǒng)，從腦-腸互動介導(dǎo)由先天性免疫到適應(yīng)性免疫的過渡.MCs可分為兩個顯著不同的群體，黏膜肥大細(xì)胞(mucosal mast cells，MMCs)和結(jié)締組織肥大細(xì)胞(connective tissue mast cells，CTMCs)，前者能夠結(jié)構(gòu)性的表達(dá)α4β7整合素，整合素與血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)結(jié)合，因而其廣泛存在于腸道黏膜下層[11]，且約70%的MCs與腸神經(jīng)末梢直接觸，20%與神經(jīng)纖維距離＜2 μm[12，13]，因此其可對腸管管腔內(nèi)任何環(huán)境的變化包括感染、壓力等迅速做出反應(yīng)，自身活化釋放多種介質(zhì)，通過信號傳遞至中樞神經(jīng)系統(tǒng)，參與構(gòu)成IBS腦-腸互動的神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ).

1.2 IBS患者M(jìn)Cs的活化方式 IBS病理生理復(fù)雜，目前其可能的機制涉及遺傳及基因多態(tài)性、心理社會因素、黏膜低度炎癥、通透性改變、腸道菌群紊亂、膽汁鹽代謝失常、內(nèi)臟高敏感等[14]，而飲食、感染、精神心理應(yīng)激則為日常生活中較常見的誘因，三者亦從不同程度誘導(dǎo)了MCs的活化.50%的IBS患者出現(xiàn)進(jìn)食后癥狀加重[15]，食物中富含的不飽和脂肪酸能夠調(diào)節(jié)MCs介質(zhì)的合成與釋放[11，16]，n-6長鏈多不飽和脂肪酸在一定程度上能夠激活MCs，促進(jìn)前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)的生成，增加類胰蛋白酶等的分泌，結(jié)腸黏膜細(xì)胞在類胰蛋白酶的作用下間隙增寬，促使炎癥轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步引發(fā)腸道其他部位MCs的活化，二者通過正反饋調(diào)節(jié)作用，從而誘發(fā)加重炎癥及過敏反應(yīng).感染是目前IBS較為明確的發(fā)病機制之一，感染后IBS的發(fā)生率增加4倍，約10% IBS患者發(fā)病前有急性胃腸炎病史[17，18].感染后IBS患者黏膜層內(nèi)炎癥介質(zhì)增加，導(dǎo)致MCs脫顆粒增多，釋放類胰蛋白酶，作用于蛋白酶活化受體2(protease activated receptors 2，PAR-2)，釋放P物質(zhì)(substance P，SP)和降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)等神經(jīng)肽啟動局部的神經(jīng)源性介質(zhì)，導(dǎo)致化學(xué)敏感，傳遞慢性疼痛.慢性應(yīng)激在IBS的發(fā)病中發(fā)揮著重要的作用，下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamicpituitary-adrenal，HPA)與自主神經(jīng)系統(tǒng)(autonomic nerves system，ANS)和免疫系統(tǒng)參與了生理和心理應(yīng)激后的神經(jīng)生物整合應(yīng)答.促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(corticotropinreleasing factor，CRF)可直接作用于MCs上的CRF受體，激活MCs，改變內(nèi)臟感覺，參與IBS中樞性疼痛放大和癥狀發(fā)作.由上述可知，飲食、感染、應(yīng)激等導(dǎo)致的MCs異常活化脫顆粒均可導(dǎo)致內(nèi)臟高敏性，從而參與IBS的發(fā)病.

1.3 COX2-PGE2-EPs信號通路 環(huán)氧化酶(cyclooxygenases，COXs)又稱前列腺素內(nèi)氧化酶還原酶，是一種雙功能酶，兼具氧化酶和過氧化氫酶活性，是催化花生四烯酸(arachidonic acid，AA)轉(zhuǎn)為前列腺素酶的關(guān)鍵酶.COX2為COX的誘生型同工酶，在正常細(xì)胞中含量極低，當(dāng)細(xì)胞受到炎癥刺激時，其表達(dá)水平可升高至正常的80倍，進(jìn)而催化AA合成炎癥介質(zhì)前列腺素(prostaglandins，PGs)，造成炎癥細(xì)胞浸潤，引起黏膜低度炎癥.PGs包括PGI2、PGE2、PGF2、PGD2和血栓素A2(thromboxaneA2，TXA2)五大類，PGE2為含量最豐富的類花生酯脂質(zhì)，其對血管有廣泛而持久的擴張作用，是重要的致炎致痛介質(zhì).EPs受體是PGE2重要的受體之一，為具有七次跨膜結(jié)構(gòu)域的G蛋白耦聯(lián)受體，可分為EP1、EP2、EP3、EP4四種亞型，每一種EP受體分別與不同的異源性三聚體Gɑ亞單位相結(jié)合，激活下游不同的信號通路，從而介導(dǎo)不同的生物學(xué)作用.

2 內(nèi)臟高敏感性在IBS中的發(fā)病機制

慢性反復(fù)發(fā)作的腹痛為IBS患者主要臨床表現(xiàn)之一，疼痛的產(chǎn)生與內(nèi)臟高敏感性密切相關(guān).IBS患者高敏感可分為外周敏化和中樞敏化兩個層面，其敏感性的發(fā)生可分為以下幾步:(1)腸壁外周感受器敏化:損傷、炎癥過程中，肥大細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等可釋放多種介質(zhì)，形成“炎癥性致敏湯”，作用于感覺神經(jīng)末梢，開放相應(yīng)的離子通道，引起細(xì)胞膜快速去極化，敏化神經(jīng)末梢，提高對其他化學(xué)性和機械性刺激的興奮性.外周機制長時間可改變傳入神經(jīng)表型，敏感化也因而被延長; (2)脊髓背角疼痛信號放大:脊髓背根神經(jīng)元(dorsal root ganglion，DRG)位于外周神經(jīng)系統(tǒng)，其內(nèi)含有中小型神經(jīng)元，包括胞體及中樞突和外周突的纖維，可感受和傳遞痛覺信息，因此又被稱為痛感受器或傷害性感受器，其通過增加上行興奮性神經(jīng)傳遞和減弱下行抑制性神經(jīng)傳遞雙重作用參與了疼痛信號的放大;(3)中樞疼痛信號異常處理:首先，來自丘腦、中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)(periaqueductal gray，PAG)或藍(lán)斑等核團的增益信號可以促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生可塑性改變，增強增多突觸連接[19].其次，增益信號一方面在疼痛矩陣，如前額葉皮質(zhì)(prefrontal cortex，PFC)、前扣帶皮層(anterior cingulate，ACC)、杏仁核、島葉等部位對疼痛進(jìn)行異常處理，放大不適感和與內(nèi)臟疼痛相關(guān)的負(fù)面情緒[20，21]; 另一方面，通過PAG和延髓頭端腹內(nèi)側(cè)減弱下行疼痛抑制系統(tǒng)，從而進(jìn)一步加重IBS患者腹痛及腹部不適等相關(guān)癥狀[22].由上可知，IBS患者內(nèi)臟高敏感性的發(fā)生與腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system，ENS)、周圍神經(jīng)系統(tǒng)(peripheral nervous system，PNS)及中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)多層次相互作用關(guān)系密切，是基于腦-腸、腸-腦紊亂的一種功能性胃腸病.

3 COX2-PGE2-EPs信號通路多方面協(xié)同作用的IBS內(nèi)臟高敏感性

精神心理應(yīng)激及黏膜低度炎癥參與了IBS的發(fā)病，MCs活化在其中發(fā)揮重要作用.IBS的發(fā)生與MCs數(shù)量異常的相關(guān)性尚不明確，但多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)IBS患者活檢組織上清液中含有較高水平的MCs介質(zhì)，表明MCs激活狀態(tài)在IBS發(fā)生中至關(guān)重要.應(yīng)激激活中樞MCs，釋放的介質(zhì)激活相應(yīng)的神經(jīng)元，可直接導(dǎo)致中樞敏化.一過性消化道炎癥時，腸黏膜內(nèi)炎癥介質(zhì)與MCs胞內(nèi)介質(zhì)協(xié)同作用于MCs細(xì)胞膜表面的G蛋白藕聯(lián)受體，導(dǎo)致囊泡介質(zhì)脫顆粒，誘導(dǎo)PGE2限速酶COX2轉(zhuǎn)錄激活，進(jìn)而增加PGE2的合成[9].MCs彌漫分布于整個腸黏膜及黏膜下層，位于結(jié)腸MCs往往在靠近神經(jīng)分布處5 mm以內(nèi)釋放PGE2[23]，PGE2反過來作用于脊髓背根神經(jīng)節(jié)中的EPs受體，激活外周痛覺感受器，降低傷害性感受器的閾值，增強由機械或化學(xué)刺激釋放的前感受介質(zhì)作用，敏化支配胃腸道的感覺神經(jīng)纖維，提高神經(jīng)元的興奮性，由此便形成了MCs活化的COX2-PGE2-EPs信號通路從外周層面至中樞層面多方面協(xié)同作用的IBS內(nèi)臟高敏感性.

3.1 外周敏化

3.1.1 PGE2-EP1/EP2對AH型神經(jīng)元的興奮作用:ENS由層次分明的神經(jīng)結(jié)構(gòu)組成，其廣泛分布于腸壁的黏膜下及肌間神經(jīng)叢，通過副交感神經(jīng)、交感神經(jīng)及DRG的初級感覺神經(jīng)元與CNS組成反饋環(huán)路，形成雙向互動、交流.ENS約由5億個神經(jīng)元組成，其數(shù)量豐富，因而可獨立地控制和調(diào)節(jié)胃腸道的消化和吸收，被稱為機體的第二腦或腸腦[24，25]，其內(nèi)神經(jīng)元可分為S型神經(jīng)元和AH型神經(jīng)元兩大類，后者因具有于動作電位發(fā)放后產(chǎn)生超極化而得名.AH型神經(jīng)元發(fā)出突起至黏膜固有層，具有牽張敏感性，并且可被腸內(nèi)分泌細(xì)胞所釋放的各種化學(xué)物質(zhì)激活，炎癥狀態(tài)下，其興奮性顯著升高.相關(guān)研究表明[26]，在三硝基苯磺酸性結(jié)腸炎和回腸炎模型、變應(yīng)原致敏等模型中，AH型神經(jīng)元所表現(xiàn)出的高興奮性可能是消化道炎癥誘導(dǎo)神經(jīng)可塑性的一致特征.COX酶存在兩種不同的基因，COX1在多種細(xì)胞類型中組成性表達(dá)，而COX2在促炎性細(xì)胞因子誘導(dǎo)后表達(dá)，AH型神經(jīng)元的興奮依賴于COX2的激活[27]，COX2激活后進(jìn)一步導(dǎo)致PGE2升高，穩(wěn)定的PGE2通過EP1/EP2受體引發(fā)AH型神經(jīng)元高興奮性，導(dǎo)致持續(xù)性超極化改變，形成外周敏化.

3.1.2 PGE2-EP1/EP4對TRPV1活動的增強:瞬時受體電位香草酸亞型(transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1)為瞬時受體電位家族中的TRV亞型，廣泛分布于PNS的DRG中，可被各種外源和內(nèi)源性的物理、化學(xué)刺激激活，并將信息傳遞至CNS，介導(dǎo)傷害性疼痛、炎性痛、神經(jīng)病理性疼痛，參與傷害感受器敏化和各種疼痛狀態(tài)，是各種疼痛刺激的整合劑[28].PGE2被認(rèn)為是主要的促炎癥前列腺素，不僅直接使DRG神經(jīng)元致敏，而且還可通過增強辣椒素TRPV的活動誘發(fā)高敏反應(yīng).PGE2-EP1/EP4可通過增強TRPV1通道活性導(dǎo)致外周痛敏的發(fā)生，機制可能涉及以下兩方面:(1)降低DRG神經(jīng)元TRPV1激活閾.生理狀態(tài)下，溫度超過43 ℃時TRPV1通道才能被激活.體外實驗表明[29]，PGE2可以將小鼠DRG神經(jīng)元激活閾降低至35 ℃及以下，表明正常體溫狀態(tài)下TRPV1通道即可被激活.有研究顯示[30]，TRPV1抑制劑可顯著減弱PGE2誘導(dǎo)的突觸傳遞作用，表明TRPV1在PGE2介導(dǎo)的痛覺過敏中發(fā)揮著重要作用.(2)PGE2通過激活EP1/EP4受體亞型增加TRPV1從DRG神經(jīng)元胞漿移至胞膜.腸道黏膜低度炎癥時，PGE2通過DRG中的EPs受體直接使傷害性感受器敏化，引起外周致敏.Eps受體均屬于G蛋白耦聯(lián)受體亞型，EP1和EP4是介導(dǎo)PGE2誘導(dǎo)的TRPV1細(xì)胞表面運輸外部化的主要亞型[31].PGE2通過與EP1受體結(jié)合，刺激EP1與Gq蛋白的偶聯(lián)，從而激活鈣調(diào)節(jié)依賴的蛋白激酶II(camodulin-dependentproptein kinaseⅡ，CaMKⅡ)，增加Ca2+的流入，促進(jìn)TRPV1的輸出，同時釋放SP、CGRP等致痛物質(zhì)，引起痛覺過敏和痛覺異常.另外激活的EP1受體尚可通過PLC/ PKC/PKCe信號通路促進(jìn)了TRPV1的外部化.EP4受體則通過增加細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)，激活激酶A(protein kinase A，PKA)，促進(jìn)ERK/MAPK磷酸化，促進(jìn)了TRPV1的外部化[31].由上可知PGE2通過降低外周DRG中TRPV1激活閾值、促進(jìn)TRPV1的輸出及外部化導(dǎo)致外周敏感性的發(fā)生.

3.1.3 PGE2-EP1/EP4對ASICs活動的增強:酸敏感離子通道(acid-sensing ion channels，ASICs)首次由Waldmann等[32]于1997年提出，是一類電壓非依賴的Amiloride敏感的上皮Na+通道家族.目前已知ASICs家族包括ASIC1a、ASIC1b、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3、ASIC4、ASIC5共7個亞基[33].所有的ASICs亞基均廣泛表達(dá)于CNS及PNS中[34]，其中ASIC1a、ASIC1b、ASIC2b位于DRG中，ASIC2a僅存在于大型DRG神經(jīng)元中，ASIC3則主要分布于PVN的DRG中[35].因此，ASICs家族中大部分亞基在傷害性感受的傳遞過程中發(fā)揮重要作用.PGE2可通過EP1/EP4受體增強大鼠DRG神經(jīng)元中ASICs的活動，參與外周痛覺過敏反應(yīng)[36].PGE2為ASICs的激動劑，黏膜低度炎癥時，PGE2作為典型的炎癥介質(zhì)通過EP1/EP4受體增強DRG神經(jīng)元中ASICs的功能活動，導(dǎo)致Na+內(nèi)流，細(xì)胞膜去極化，感覺神經(jīng)元興奮性升高.相關(guān)動物實驗發(fā)現(xiàn)[37]，炎癥狀態(tài)下，大鼠DRG中ASICs的mRNA表達(dá)增加，以ASIC1a、ASIC2b和ASIC3最為顯著.ASIC1a的mRNA主要表達(dá)在傷害性感覺神經(jīng)元的小細(xì)胞上，但炎癥可以促進(jìn)在大細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)，其表達(dá)升高參與了脊髓可塑性，而脊髓可塑性又是IBS內(nèi)臟高敏性的另一重要機制[38].由上述可知，ASICs通過敏化DRG中的初級感覺神經(jīng)元，參與脊髓神經(jīng)元可塑性從而介導(dǎo)IBS內(nèi)臟高敏感性的發(fā)生.另外有研究表明[38]，ASICs通道是導(dǎo)致IBS內(nèi)臟疼痛的中樞敏化的分子效應(yīng)器的一部分.綜上，PGE2-EP1/EP4信號通路通過增強ASICs活動，敏化初級感覺神經(jīng)元，從而參與了IBS內(nèi)臟高敏感性的發(fā)生.

3.2 中樞敏化 慢性精神心理應(yīng)激與IBS的發(fā)生有較強的相關(guān)性.應(yīng)激是指對軀體刺激或心理刺激作出的可干擾機體穩(wěn)態(tài)的反應(yīng).慢性心理應(yīng)激可以引起內(nèi)臟高敏感性，IBS患者腹痛癥狀在應(yīng)激期間更為顯著，提示應(yīng)激參與了IBS疼痛的中樞性放大[39].中樞MCs參與調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)，對各種免疫性及非免疫性內(nèi)外環(huán)境刺激都非常敏感，因而其表達(dá)、分布和活動水平的改變受各種生理和心理應(yīng)激的影響[40].應(yīng)激可激活HPA軸，導(dǎo)致大鼠海馬、下丘腦區(qū)域內(nèi)MCs活化脫顆粒[41].HPA軸和中樞MCs存在相互調(diào)節(jié)作用，CRF可以通過MCs膜受體使其脫顆粒，中樞MCs脫顆粒又可以激活HPA軸反應(yīng)，釋放PGE2，PGE2受體EP1、EP3分布在下丘腦室旁核(paraventricularnucleus，PVN)的神經(jīng)纖維中，由二者介導(dǎo)的途徑可在一定程度上激活PVN中的神經(jīng)元，使神經(jīng)元表現(xiàn)出高興奮性[42].此外，EP1受體還參與了腦區(qū)杏仁核的激活[43].杏仁核是IBS中樞敏化的關(guān)鍵核團，與人類的情緒、學(xué)習(xí)記憶等有關(guān)，能夠調(diào)節(jié)胃腸道功能，可直接調(diào)控情緒刺激伴隨的植物神經(jīng)反應(yīng)，其通過將有害的內(nèi)臟信號與焦慮、恐懼等行為和過度反應(yīng)進(jìn)行整合，進(jìn)而影響中樞疼痛矩陣中的多個核團，另外，其對調(diào)節(jié)胃腸道功能的腦干下行核團亦有作用[44].綜上，應(yīng)激激活HPA軸，CRF刺激MCs活化脫顆粒，釋放活性物質(zhì)PGE2，作用于EP1/EP3受體，從而引起CNS中PVN及杏仁核區(qū)域激活，形成了IBS內(nèi)臟高敏感性的中樞敏化，促進(jìn)了IBS患者慢性腹痛的發(fā)生.

4 結(jié)論

IBS發(fā)病機制復(fù)雜，臨床治療缺乏特異性，癥狀極易反復(fù)，疾病遷延難愈.內(nèi)臟高敏感性在IBS的發(fā)病機制中作用確切.MCs活化脫顆粒參與IBS發(fā)病的相關(guān)研究已屢見不鮮，但內(nèi)臟高敏感性具體的信號通路尚未闡明.本文闡述了MCs活化介導(dǎo)的COX2-PGE2-Eps信號通路從外周致敏到中樞敏化多維度介導(dǎo)的IBS內(nèi)臟高敏感性，進(jìn)一步闡明了其可能的病理機制.應(yīng)用阻斷疼痛信號傳導(dǎo)的藥物或許成為未來治療的一個新方向，新思路.