離子通道與腸易激綜合征發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展*

郭子涵 趙 正 劉 曉 張曉偉 高艾英 劉春華#

山東第一醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院1(271000) 山東第一醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院2

山東第一醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科3 山東省泰安市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心4

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome, IBS)是臨床常見(jiàn)的功能性胃腸病，主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的腹痛、腹部不適和(或)伴排便習(xí)慣、糞便性狀改變，發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。主要機(jī)制可能包括內(nèi)臟高敏感性、腸道動(dòng)力異常等。胃腸神經(jīng)和平滑肌上多種離子通道的表達(dá)、構(gòu)型以及電流異?？赡芘cIBS病理生理表現(xiàn)相關(guān)。本文就離子通道與IBS發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。

一、電壓門控性鈉離子通道(voltage-gated sodium channels, VGSC)

鈉通道是第一個(gè)從分子水平確認(rèn)的離子通道，根據(jù)通道電壓調(diào)節(jié)的生理學(xué)特性和主要通過(guò)的離子(鈉離子)將其命名為VGSC[1]。VGSC由α和β亞基組成，根據(jù)編碼α亞基的基因分為不同亞型(Nav1.1～Nav1.9)。VGSC在神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏漠a(chǎn)生和傳遞以及細(xì)胞膜興奮性中起有重要作用，在內(nèi)臟疼痛中的作用越來(lái)越受到重視。VGSC在脊髓背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏漠a(chǎn)生和傳遞中發(fā)揮重要作用。根據(jù)VGSC對(duì)河豚毒素(tetrodotoxin, TTX)的敏感程度不同，將其分為兩類，一類可被較小濃度的TTX阻斷，稱為“河豚毒素敏感型(TTX-sensitive, TTX-S)”；另一類需較高濃度的TTX阻斷，稱為“河豚毒素不敏感型(TTX-resistant, TTX-R)”。TTX-S中的Nav1.1和TTX-R中的Nav1.5、Nav1.8以及Nav1.9與整個(gè)身體疼痛閾值相關(guān)，亦可能與IBS慢性內(nèi)臟痛有關(guān)聯(lián)。

1. Nav1.1與內(nèi)臟高敏感：許多功能性胃腸病患者存在消化道運(yùn)動(dòng)紊亂，但30%～50%的患者無(wú)運(yùn)動(dòng)異常證據(jù)，卻表現(xiàn)出內(nèi)臟高敏感[2]。Nav1.1在人體中由SCN1A基因編碼，表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元胞體上。有研究發(fā)現(xiàn)了一種蜘蛛毒素(heteroscodra maculate, Hmla)可作用于Nav1.1而引發(fā)機(jī)械性痛覺(jué)過(guò)敏，提示該通道在IBS痛覺(jué)過(guò)敏中發(fā)揮特異性作用，其在機(jī)械敏感閾值較高的結(jié)腸平滑肌纖維亦有所表達(dá)。Hmla可顯著增加結(jié)腸背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的興奮性，上調(diào)Nav1.1通道功能。說(shuō)明Nav1.1在IBS中可能參與機(jī)械超敏反應(yīng)[3]。

2. Nav1.8 和Nav1.9與慢性內(nèi)臟疼痛：慢性內(nèi)臟疼痛的特征是機(jī)體對(duì)腸道運(yùn)動(dòng)和內(nèi)臟擴(kuò)張的敏感性提高。Nav1.8通道屬于TTX-R型通道，在人體中由SCN10A基因編碼，亦是疼痛治療的高選擇性靶點(diǎn)[4]。Hu等[5]的研究發(fā)現(xiàn)，在母嬰分離的內(nèi)臟高敏模型中，結(jié)腸背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元興奮性增強(qiáng)，膜片鉗表明TTX-R鈉電流明顯增強(qiáng)，且Nav1.8表達(dá)量明顯上調(diào)。

Nav1.9在人體中由SCN11A基因編碼，表達(dá)于C型背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元，能抑制內(nèi)臟傳入神經(jīng)的機(jī)械敏感性，是治療疼痛的有效靶點(diǎn)。Hockley等[6]發(fā)現(xiàn)，Nav1.9介導(dǎo)的持續(xù)性鈉電流在內(nèi)臟傳入神經(jīng)中發(fā)揮重要作用，參與炎性介質(zhì)和機(jī)械刺激介導(dǎo)的超敏反應(yīng)；Nav1.9在嚙齒動(dòng)物背根神經(jīng)節(jié)感覺(jué)神經(jīng)元的腸道中有表達(dá)，其缺失可顯著減輕內(nèi)臟傷害性感受器興奮和機(jī)械性超敏反應(yīng)。此外，Leipold等[7]提出，Nav1.9有助于胃腸道正常功能的維持。Hockley等[6]認(rèn)為Nav1.9可調(diào)節(jié)背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元和肌腸神經(jīng)元興奮性的閾值，因此推測(cè)Nav1.9是獨(dú)特的內(nèi)臟傳入興奮調(diào)節(jié)劑，能夠顯著影響內(nèi)臟疼痛的程度。

3. Nav1.5與IBS遺傳性：Nav1.5在人體中由SCN5A基因編碼。近年發(fā)現(xiàn)，某些編碼離子通道的基因突變時(shí)，可導(dǎo)致IBS的發(fā)生，如編碼Nav1.5的SCN5A基因，約2%的IBS患者伴隨該基因突變。SCN5A編碼的鈉通道在腸道Cajal間質(zhì)細(xì)胞(interstitial cells of Cajal, ICC)和平滑肌中表達(dá)。SCN5A突變的患者更易出現(xiàn)胃腸道癥狀，尤其是腹痛[8]。Saito等[9]發(fā)現(xiàn)，G298S-SCN5A錯(cuò)義突變可使IBS的全細(xì)胞鈉電流明顯降低，Nav1.5功能喪失，提示SCN5A是IBS機(jī)制的候選基因。

二、鉀離子通道

1. 電壓門控性鉀通道(voltage-gated potassium channels, Kv)與胃腸動(dòng)力：Kv的種類諸多，部分可影響平滑肌收縮。其中Kv4、Kv11、Kv7、延遲整流鉀通道與IBS關(guān)系密切。

①Kv4通道：Kv4通道家族是一類能夠快速失活、復(fù)活的鉀通道，其負(fù)載的電流被稱為瞬時(shí)外向鉀電流。Kv4家族包括3個(gè)成員：Kv4.1、Kv4.2、Kv4.3。Kv4在人體中由KCND基因進(jìn)行編碼，高表達(dá)于人神經(jīng)元和平滑肌等細(xì)胞上。Kv4通道可調(diào)節(jié)慢波振幅和閾電位[10]。

②Kv11通道：Kv11通道家族有3個(gè)成員，即Kv11.1、Kv11.2、Kv11.3，分別由KCNH2、6、7基因編碼，分別定位于人染色體7q36、17q23.3以及2q24.3。Kv11通道在慢波上升時(shí)打開(kāi)，隨后迅速失活，在細(xì)胞膜初始復(fù)極時(shí)重新激活，隨后緩慢失活。食管、胃、空腸和結(jié)腸等不同胃腸段的平滑肌細(xì)胞中均有Kv11通道。免疫組化法發(fā)現(xiàn)空腸ICC中有Kv11.1通道，在空腸組織中亦記錄到可被e-4031(Kv11通道阻滯劑)抑制的電流；阻斷Kv11通道會(huì)增加慢波持續(xù)時(shí)間、降低慢波頻率，降低慢波平臺(tái)期動(dòng)作電位的數(shù)目和幅度；因此，Kv11通道不活躍，可減緩胃腸蠕動(dòng)、解除胃腸平滑肌痙攣、減輕機(jī)械性痛覺(jué)過(guò)敏、緩解IBS腹痛[11]。

③Kv7通道：KCNQ基因編碼的“慢延遲整流”通道家族有5個(gè)成員，存在于人類1、8、11、20號(hào)染色體，在各個(gè)系統(tǒng)的平滑肌中均有表達(dá)。Kv7通道主要介導(dǎo)慢激活延遲整流電流(IKs)和毒蕈堿M受體介導(dǎo)的鉀電流(IM)，IKs電流參與心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的復(fù)極[12]。IM電流是一種抑制性鉀電流，可降低細(xì)胞興奮性和放電頻率。Kv7通道在平滑肌收縮中發(fā)揮重要作用，此通道的抑制或激活對(duì)胃腸道影響較大，與內(nèi)臟敏感性調(diào)節(jié)密切有關(guān)[13]。

④延遲整流鉀通道：胃腸道大部分延遲整流鉀電流由延遲整流的Kv1.2、Kv1.5和Kv2.2通道負(fù)載。Kv1.2、Kv1.5和Kv2.2分別由KCNA2、KCNA5、KCNB2基因編碼。上述數(shù)個(gè)通道蛋白在胃腸道多個(gè)區(qū)域均有表達(dá)，但在胃腸運(yùn)動(dòng)中的作用仍未明確。

2. 鈣激活鉀通道(KCa)：KCa屬于電壓門控鉀通道超家族，分為KCa1～KCa5，其中KCa1～KCa3被細(xì)胞內(nèi)增加的鈣離子激活，KCa4被細(xì)胞內(nèi)增加的鈉離子和氯離子激活，KCa5被細(xì)胞內(nèi)堿化作用激活。KCa1.1通道可被膜去極化激活(電壓依賴)，但隨著鈣離子增加可發(fā)生膜超極化[14]。在平滑肌細(xì)胞中，KCa在峰電位時(shí)被最大程度激活、參與復(fù)極化。KCa亦與腸道動(dòng)力有關(guān)。

①KCa1.1通道：KCa1.1通道在胃腸道各節(jié)段的平滑肌細(xì)胞和ICC中均有表達(dá)。研究[15-16]發(fā)現(xiàn)，KCa通道在胃竇和腸平滑肌中的功能有較大差異，且在平滑肌不同肌層中的差異亦較大。KCa1.1通道門控抑制劑伊比蝎毒素和北非蝎毒素不引起靜止的胃底平滑肌收縮，亦不影響結(jié)腸環(huán)肌細(xì)胞的靜息膜電位，然而可導(dǎo)致胃竇環(huán)肌細(xì)胞的靜息膜電位去極化，并誘導(dǎo)結(jié)腸縱肌細(xì)胞去極化和收縮。表明這些通道對(duì)調(diào)節(jié)靜息膜電位的作用因腸段和肌層而異。

②KCa2通道：KCa2通道中，KCa2.1和KCa 2.3在胃腸肌層表達(dá)，其中KCa2.1定位于腸道神經(jīng)元，KCa2.3定位于ICC。Suzuki等[16]采用選擇性KCa2抑制劑對(duì)豚鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，KCa2可被質(zhì)膜自發(fā)去極化激活，降低慢波和肌肉收縮幅度。

3. 內(nèi)向整流鉀通道(inward rectifyimg potassium channel, Kir)：Kir分為7個(gè)型15個(gè)亞型，進(jìn)一步可分為4個(gè)功能群：經(jīng)典通道、鉀通道、G蛋白門控通道、ATP敏感鉀通道(ATP sensitive potassium channel, KATP)。KATP可通過(guò)對(duì)硫化氫的調(diào)節(jié)，松弛小腸和結(jié)腸平滑肌、減緩腸道運(yùn)動(dòng)、緩解腹瀉癥狀[17]。

4. 雙孔鉀通道(two-pore domain potassium channel, K2p)：K2p通過(guò)多種膜電位開(kāi)放，其開(kāi)放概率受機(jī)械拉伸、溫度或神經(jīng)遞質(zhì)等影響。激活或抑制K2p通道會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜超極化或去極化，改變細(xì)胞的電活動(dòng)、調(diào)節(jié)細(xì)胞的鈣電導(dǎo)、影響神經(jīng)遞質(zhì)和激素釋放或平滑肌收縮[18]。

K2p通道是機(jī)械、熱和pH值敏感通道，其開(kāi)放概率隨機(jī)械拉伸程度和一氧化氮(NO)水平的增加而增加，對(duì)細(xì)胞外pH值敏感使其成為腸平滑肌穩(wěn)定和松弛的重要離子通道[19]。

三、鈣離子通道

1. L型電壓鈣通道：L型電壓鈣通道包含4個(gè)亞型，即 Cav1.1、Cav1.2、Cav1.3、Cav1.4。在大鼠結(jié)腸可見(jiàn)L型鈣通道Cav1.2、Cav1.3表達(dá)，主要分布于肌層，少量分布于黏膜和漿膜層[20]。研究[21]發(fā)現(xiàn)，腹瀉型IBS大鼠模型中，結(jié)腸L型鈣通道Cav1.2和Cav1.3表達(dá)不同程度的升高，Cav1.3表達(dá)明顯高于Cav1.2，提示發(fā)生了離子通道重構(gòu)，L型電壓鈣通道升高可能是結(jié)腸動(dòng)力紊亂的分子基礎(chǔ)。

2. T型電壓鈣通道：T型電壓鈣通道亞型分為Cav3.1、Cav3.2以及Cav3.3。Cav3.2在IBS中表達(dá)上調(diào)，參與內(nèi)臟超敏反應(yīng)，與IBS的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)[22]。

3. 瞬時(shí)感受器電位(transient receptor potential, TRP)離子通道家族：TRP超家族內(nèi)含有瞬時(shí)受體電位V型(TRPV)、瞬時(shí)受體電位A型(TRPA)、瞬時(shí)受體電位C型(TRPC)、瞬時(shí)受體電位M型(TRPM)、瞬時(shí)受體電位N型(TRPN)、瞬時(shí)受體電位L型(TRPL)和瞬時(shí)受體電位P型(TRPP) 7個(gè)亞家族。胃腸道中存在多種TRP通道，主要功能是激活、敏化或改變內(nèi)臟感受器。

①TRPV1通道：在所有TRP通道中，TRPV1的研究最為廣泛，且該通道在整個(gè)胃腸道中均存在[23]。TRPV1可被酸(pH<6)、熱(>42 ℃)和辣椒素激活。IBS患者對(duì)辣椒素的感知增強(qiáng)，可能由TRPV1通道激活所致，抑制此通道，可減輕內(nèi)臟痛覺(jué)過(guò)敏[24]。

②TRPV4通道：TRPV4通道在人結(jié)腸黏膜下層表達(dá)。該通道最初被稱為香草酸受體相關(guān)滲透激活通道(vanilloid receptor-related osmotically activated channel, VR-OAC)，參與調(diào)節(jié)滲透壓變化[25]。TRPV4主要感知高閾值機(jī)械刺激。與野生型小鼠相比，TRPV4基因敲除小鼠對(duì)傷害性擴(kuò)張壓力的反應(yīng)減弱，提示TRPV4在內(nèi)臟超敏中發(fā)揮一定作用[26]。

③TRPA1通道：TRPA1是一種化學(xué)傳感器。研究[27-28]表明，TRPA1是內(nèi)臟痛覺(jué)過(guò)敏的重要介質(zhì)，在表達(dá)TRPV1的神經(jīng)元中亦伴有TRPA1表達(dá)。反復(fù)刺激和重復(fù)使用辣椒素可使TRPA1脫敏[29]。

④TRPM8通道：近年研究[30-31]發(fā)現(xiàn)，TRPM8多態(tài)性與結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)速度有關(guān)，可增加罹患混合型IBS的風(fēng)險(xiǎn)。IBS患者結(jié)腸組織中TRPM8表達(dá)顯著高于健康對(duì)照組。而TRPM8激活對(duì)結(jié)腸炎具有保護(hù)作用，TRPM8激活的保護(hù)作用與降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)有關(guān)，CGRP與TRPM8共同定位于結(jié)腸[32]。 TRPM8的抗炎作用可能與相關(guān)神經(jīng)肽的釋放受到抑制有關(guān)[33]。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，IBS是多因素、多離子通道共同作用的疾病。諸多離子通道與內(nèi)臟高敏感有關(guān)，離子通道異常可能參與了IBS的病理生理機(jī)制。逐步闡明離子通道的作用機(jī)制，有望為IBS的治療提供新靶點(diǎn)。