Cajal间质细胞自噬与STC关系的研究进展

关永俊，郑阳，王长友，张国志，曹文斌，单雨静，胥平湘

(华北理工大学附属医院，河北唐山063000)



Cajal间质细胞自噬与STC关系的研究进展

关永俊，郑阳，王长友，张国志，曹文斌，单雨静，胥平湘

(华北理工大学附属医院，河北唐山063000)

慢传输型便秘(STC)的发病机制目前尚未完全明确。胃肠道的运动取决于胃肠道的肌电活动。慢波是胃肠道肌电活动的起步电位，决定胃肠道平滑肌收缩的节律，是胃动力的基础。Cajal间质细胞(ICC)是胃肠道慢波活动的起搏细胞，可控制胃肠道的运动功能，其异常变化与STC发病有关。自噬是细胞程序性死亡的方式之一，适当自噬对营养缺乏状态下的细胞具有保护作用，过度自噬会诱导细胞发生Ⅱ型程序性细胞死亡，引起自噬性凋亡。ICC过度自噬可导致胃肠道肌电活动异常，可能是STC发生的关键因素之一。

慢传输型便秘；Cajal间质细胞；细胞自噬

慢传输型便秘(STC)是由于各种原因造成的结肠运动功能迟缓、传输粪便功能下降而致的顽固性便秘；临床主要表现为排便次数减少，粪便量少且干，并伴有腹胀、腹痛。STC的发病机制尚未明确，临床上缺乏有效的治疗措施。多数患者需长期依赖各种泻剂排便，部分患者最终需手术切除传输迟缓的结肠[1]。胃肠道的运动取决于胃肠道的肌电活动。慢波是胃肠道肌电活动的起步电位，决定胃肠道平滑肌收缩的节律，是胃动力的基础。Cajal间质细胞(ICC)为西班牙神经解剖学专家Cajal首次在胃肠道中发现的，该细胞呈网络状分布于神经细胞和胃肠道平滑肌之间[2]。众多研究证实，ICC是具有独立功能的间质细胞，能产生慢波并传导电活动，是胃肠道慢波活动的起搏和调节细胞[3，4]。自噬是细胞程序性死亡的方式之一，适当自噬对营养缺乏状态下的细胞具有保护作用，过度自噬会诱导细胞

发生Ⅱ型程序性细胞死亡，引起自噬性凋亡；过度自噬可导致胃肠道肌电活动异常。有研究认为，ICC过度自噬可能是STC发病的重要原因。本文结合文献就ICC自噬与STC关系的研究进展综述如下。

1 ICC特征及调节胃肠道动力的机制

1.1 ICC的形态学及组织学特征 在光镜下ICC呈纺锤形或卫星形，细胞核较大，呈卵圆形或椭圆形，核周有少量细胞质，从核区胞体发出2～5条长突起。电镜下ICC存在大量的线粒体、内质网和中间丝，无粗肌丝；ICC之间及ICC与平滑肌之间没有空隙，依靠缝隙连接紧密结合，具有发达的光面内质网，粗面内质网比较稀疏，高尔基体发育良好；有膜内陷空泡，基膜不完整[4，5]。嗜银染色、亚甲基蓝染色、碘化锌-锇酸染色标记的ICC均缺乏特异性。Rich等[6]用酪氨酸激酶受体(c-kit)蛋白特异抗体阻断新生小鼠kit受体功能时发现，小鼠肠腔扩张、肠壁ICC数量减少，提示kit蛋白对ICC的生长、发育具有一定调节作用。此后有研究证实，胃肠道肥大细胞和ICC均可表达c-kit， 但肥大细胞在亚甲基蓝染色后呈紫红色，这是ICC与肥大细胞的不同之处[7]。

1.2 ICC调节胃肠道动力的机制 ICC一般分为四类：①黏膜下ICC(IC-SM)：主要位于黏膜下环形肌层表面，可作为产生慢波电位的起搏细胞；②肌间ICC(IC-MP)：主要位于环形肌与纵行肌之间，可作为产生慢波电位的起搏细胞；③肌内ICC(IC-IM)：主要位于环形肌与纵行肌之内，其功能是参与神经信号的传输；④深层肌丛ICC(IC-DMP)：主要位于环形肌丛内，其功能与IC-SM、IC-MP相似，亦可作为产生慢波电位的起搏细胞[7，8]。

胃肠道的蠕动依靠慢波的形成。Stuart等[9]通过对猫的小肠研究发现，慢波并不起源于神经，很可能源自纵肌层内。进一步研究发现，纵肌层内除纵肌之外，还有大量的ICC。由此推断ICC亦可产生慢波。Smith等[10]研究发现，猫和狗结肠的慢波首先在黏膜下出现，之后在环形肌出现；将环形肌下黏膜组织及少量肌细胞同时剥离，黏膜组织上的肌细胞仍有正常慢波存在，而剩余的环形肌慢波消失。因此推测，环形肌黏膜面是结肠慢波起源的部位，并与该部位存在大量的ICC有关。

c-kit属于原癌基因，与小肠ICC的发育有关，能够维持ICC的生存和发育，决定ICC发育的谱系和形态以及出生后表型的维持。Torihashi等[11]向新生小鼠体内注射c-kit单克隆抗体ACK2直接中和c-kit，发现ICC生长发育受损，并引起肠道平滑肌异常收缩。Bellier等[12]研究发现，随着小鼠肠道ICC数量增加，肠壁的慢波频率增加，收缩速度也增快。Huizinga等[13]在分离的ICC中记录到节律性电活动，进一步证实ICC是肠道慢波产生的部位。因此认为，ICC是胃肠道运动的起搏细胞，依靠其产生的慢波来控制胃肠道的运动；而ICC的发育与c-kit有关，调控c-kit亦可控制胃肠道的运动。

ICC产生慢波的机制目前尚不明确，可能与ICC膜离子电流密切相关。其产生慢波的机制目前主要有两种学说，即钙激活氯通道学说、非选择性阳离子通道学说。Tokutomi等[14]研究发现，肠道起搏电流的形成与Cl-选择性通道有关，且其起搏电流能被氯通道阻滞剂抑制。有研究还发现，豚鼠胃窦部产生的慢波与环形肌钙激活的氯电流有关。有研究在胃肠道间质瘤中发现了参与慢波形成的特异性标志蛋白，即钙激活氯通道蛋白，这为慢波产生的机制与氯通道有关提供了有力支持。对ICC采用钙通道阻滞剂后，其电活动并未发生改变，表明ICC能够产生Ca2+调节和电压依赖的非选择性钙离子电流。Perrino[15]研究发现，ICC的电活动随细胞外Ca2+的减少而减弱，但ICC的电活动对钙通道抑制剂并不敏感，而ICC的起搏电流频率与电流活动周期完全吻合，证实ICC的电活动与Ca2+密切相关。Zhu等[16]研究证实，K+通道不仅参与小肠ICC膜电位形成，同时在小肠ICC起搏活动中占有重要地位。总之，起搏电流受多种通道和离子的影响，但主要参与ICC起搏和传导功能的离子通道至今尚未明确。

2 ICC自噬与STC的关系

自噬是细胞程序性死亡的方式之一，也是细胞的一种自我保护机制。其本质是来源于内质网、高尔基体或内体脂质双层区的杯状分割膜，分割膜结构逐渐延长，吞噬包裹受损的细胞器及部分细胞质并形成自噬体；Atg1～10、Atg16、Atg18等多种自噬相关基因亦参与自噬体的形成[17]。自噬体与溶酶体膜结合并形成自噬性溶酶体，其包裹的物质可通过溶酶体蛋白酶降解。自噬一方面可清除无功能的细胞器以及无用的生物大分子等，另一方面可产生一些副产物，如氨基酸、脂肪酸、核糖酸等小分子物质，然后通过溶酶体膜通透性和转运蛋白运送到胞质中，进入三羧酸循环，产生小分子和ATP，重新被细胞利用，为细胞的生长发育提供支持。国内外众多研究发现，STC患者结肠ICC明显减少。Lyford等[18]研究发现，STC患者全结肠ICC体积明显减小，但结肠癌患者全结肠ICC体积和形态无异常改变；STC患者结肠ICC体积较正常结肠组织ICC体积明显缩小，同时伴有结肠环形肌层神经元的减少；此外，ICC细胞不能相互连接成网状结构，或者ICC突起且连接杂乱。ICC的这种明显改变可能与STC患者的结直肠功能紊乱密切相关。Tong等[19]对15例STC患儿研究发现，5例患儿结肠ICC的数量及胞突减少。谭至柔等[20]研究亦发现，STC患者结肠中ICC明显减少。以上研究说明，STC的发病与ICC形态异常及数量减少有关。

近年研究发现，ICC自噬可能与STC发病有关[21]。有研究证实，适当的自噬对营养缺乏状态下的细胞具有保护作用，并能促进细胞的存活；过度的自噬会产生大量的自噬体，超过溶酶体蛋白酶的降解能力，会诱导细胞发生Ⅱ型程序性细胞死亡，引起自噬性凋亡[22]。位于纵行肌和环形肌之间的Cajal间质细胞可产生慢波，引起胃肠道平滑肌自动节律性运动。ICC产生慢波与细胞内Ca2+的变化密切相关，细胞内Ca2+升高的主要原因是细胞外Ca2+内流和钙库释放。当钙库内Ca2+耗竭时，控制钙库的钙通道被激活，大量细胞外Ca2+内流，导致细胞内Ca2+超载，诱发自噬性凋亡。细胞内Ca2+超载可诱发自噬，是细胞自噬的启动因素之一[23～26]。因此，ICC过度自噬可能是STC发生的关键因素之一。

目前认为，STC的发病机制与ICC功能异常、水通道蛋白异常表达、肠神经病变、胃肠激素分泌异常及精神心理障碍等有关，其中与ICC功能异常的关系最为密切。故明确ICC功能异常的原因，研发以ICC自噬为靶点的药物，对STC的治疗具有重要意义。

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河北省医学科学研究课题计划项目(20150088)。

王长友(E-mail： fhbj-2004@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.40.036

R574.4

A

1002-266X(2016)40-0104-03

2015-11-22)