Cajal间质细胞在胃肠动力障碍性疾病中的研究

常宗宏， 邓尚新， 杨 娟， 康生朝， 刘 鑫， 耿闻男， 杨春丽

1.中国人民解放军联勤保障部队第940医院消化科，甘肃 兰州 730050； 2.中国人民解放军联勤保障部队第921医院

胃肠动力障碍性疾病(disorders of gastrointestinal motility，DGIM)是指因胃肠动力紊乱引起的以各种消化道症状为临床表现的疾病[1]。研究提示，胃肠蠕动的产生是由Cajal间质细胞(interstitial cells of Cajal，ICC)起搏的慢波活动(slow-way activity)和神经、胃肠激素介导的快速活动(fasting intestinal motor activity)或称移行性复合运动(migrating motor complex，MMC)组成[2]。近年来，关于ICC的认识及其在DGIM中的作用研究越发深入，现概述如下。

1 ICC形态及特点

光镜下ICC呈纺锤形或三角形，核大且细胞质少，有细胞突起，并相互交织成网络。电镜下ICC结构复杂，包括[3]：(1)数量多且体积大的线粒体；(2)胞膜有小凹结构；(3)粗、滑面内质网发育良好；(4)大量中间丝；(5)ICC间3级神经纤维间有突触样结构；(6)缺乏肌动纤维；(7)与平滑肌形成缝隙连接。细胞识别上，ICC表达酪氨酸激酶受体(receptor tyrosine kinase，c-Kit)，c-Kit染色阳性及镜下细胞特征是鉴定ICC的重要方法。近期研究发现，一种钙激活通道蛋白(anoctamin 1，Ano1)可用来标识ICC，其可避免肥大细胞c-Kit染色阳性的错误[4]，因此具有更高的特异性。

依据空间分布的不同，ICC可分为肌间(ICC-MY/ICC-MP)、肌内(ICC-IM)、深肌丛(ICC-DPMY)及黏膜下(ICC-SM)四种类型；其中肌间和黏膜下ICC主要参与胃肠起搏活动[5]。毗邻结构上，ICC与平滑肌细胞、肠神经系统(enteric nervous system，ENS)密切连接，呈网络状分布。ICC与ENS之间的距离，较它与平滑肌之间的距离更接近；免疫组化研究表明，ICC细胞膜上存在多种神经递质受体，预示着ICC具有参与神经支配胃肠蠕动的重要解剖结构基础[6-7]。

2 ICC的生理功能

目前研究认为，ICC的生理功能包括：(1)起搏并调节慢波传播；(2)介导ENS信号到平滑肌细胞；(3)作为胃肠道的机械感受器；(4)ICC为胃肠道运动的起搏细胞和调控者[8-9]。慢波可决定消化道平滑肌的节律收缩。既往研究[10-11]发现，应用河豚毒素阻断神经传递、硝苯地平阻滞平滑肌收缩后，慢波依然存在；由此提示慢波的产生并不依赖于神经的支配和平滑肌细胞。从食管至肛门括约肌存在着不同类型的ICC，免疫标识c-Kit或Ano1的缺损会出现不同类型的胃肠蠕动功能紊乱，包括慢波活动的缺损[12]。推测ICC是慢波的起搏和调控者[13]。

ENS-ICC-平滑肌细胞紧密连接所形成的网络结构基础，使ICC在ENS和平滑肌之间扮演着重要的角色，即能介导神经信号至平滑肌细胞，并作为机械感受器[8]。胃肠生理功能的正常运行受迷走神经、内脏神经和ENS的共同支配，其中ENS起主导作用[14]。ICC表达多种受体，如P物质、一氧化氮(NO)、神经激肽受体(NK1和NK3受体)、乙酰胆碱受体(毒蕈碱M2和M3受体)、肠血管活性肽受体(VIP-1受体)等[3]。ENS神经元释放递质，与ICC表面受体结合，ICC将神经信号传递至平滑肌细胞，使之去极化或超极化，从而产生兴奋或抑制的效果。

3 ICC与DGIM

DGIM可分为消化系统本身的动力障碍性疾病，如贲门失弛缓症、胃食管反流病(gastroesophageal reflux disease，GERD)、慢传输型便秘等；也包括消化系统以外的疾病累及消化系统所致的疾病，如糖尿病胃轻瘫、结缔组织病导致的胃肠动力障碍等。DGIM的成因与ICC细胞形态、分布、数量及网络的异常密切相关。

贲门失迟缓症(achalasia of cardia，AOC)是一种原发性食管蠕动障碍，通常认为与食管下段括约肌(LES)松弛功能障碍相关，但具体病因和机制仍不明确。既往通过外科手术或尸检标本研究发现，AOC患者的食管中欧氏神经丛和ICC数量减少，并出现食管肌层被纤维组织所取代[15]。近年随着经口内镜下括约肌切开术的发展，AOC研究更为容易，发现Ⅲ型AOC仍保留着一定数量的ICC(n=9.4±1.2，细胞/高倍视野)，Ⅰ型(n=3.7±0.3，细胞/高倍视野)和Ⅱ型(n=3.5±1.0，细胞/高倍视野)ICC减少最明显，而严重的纤维化则只出现在Ⅰ型当中[16]。更为深入的细胞学研究发现，AOC中LES的基础运动受到双重机制调控，即NO-鸟甘酸环化酶途径敏感的平滑肌细胞和该途径敏感的ICC；但更重要的是，吞咽诱导下的LES松弛则主要由NO敏感的ICC机制实现[17]。由此可见，ICC病变时可诱发LES松弛障碍，在AOC发病机制中起重要作用。

与AOC的LES松弛障碍不同，GERD可能与LES功能障碍及无效的食管运动(ineffective esophageal motility，IEM)等相关。早期研究发现，IEM占GERD的50%，而当GERD伴随呼吸系统症状时IEM则非常普遍[18]。研究[19]提示，IEM的形成可能与迷走神经功能和ICC相关；迷走神经活性是支配和控制食管蠕动的重要环节，在平滑肌组织中存在迷走神经末梢与ICC-MY共同构成的感觉单元；因此，迷走神经、迷走神经与ICC构成的感觉单元可能是GERD治疗的重要靶点。

非消化系统疾病引发的DGIM中，胃轻瘫较为常见，病因包括先天性和糖尿病并发症所致。大量动物和人体学研究均发现，胃轻瘫组织中存在ICC的消耗或超微结构改变，并称为ICC病变(ICC-opathy)[20]。近期的糖尿病大鼠模型研究[21]发现，胃轻瘫与胃窦中ICC-IM、ICC-MP和ICC-SM数量较少相关；超微结构研究发现，c-Kit阳性细胞出现膜不完整、破裂和缩短，细胞体和线粒体肿胀、破裂，染色质浓缩；进一步研究发现，ICC-IM、ICC-MP和ICC-SM存在明显的凋亡。更为定量的研究[22]发现，糖尿病胃轻瘫大鼠的胃窦中ICC-IM、ICC-SM密度下降至46.4%和26.7%。人体病例对照研究[23]发现，不论是因为糖尿病所致还是先天性胃轻瘫患者，均存在明显ICC数量的减少，而糖尿病胃轻瘫与先天性胃轻瘫患者之间的ICC丢失并无区别。定量研究发现，人体胃轻瘫患者的ICC减少可达50%[20]。与ICC数量减少类似，糖尿病胃轻瘫患者中也观察到胃内ICC超微构架的改变；而有研究认为，先天性胃轻瘫患者的ICC结构改变程度较糖尿病胃轻瘫患者更为明显[24]。有研究显示，即便只是具有胃轻瘫类似症状的患者，也存在着ICC的减少和轻度的超微结构改变[25]。

肠易激综合征(irritable bowel syndrome, IBS)被认为是无任何器官病变的胃肠功能紊乱，其发病机制可能与胃肠动力异常、内脏感觉异常、脑-肠调控异常、炎症和精神心理等多种因素相关[26]。研究发现，ICC参与了IBS的炎症和内脏高敏性的发病机制。近期的IBS动物模型研究[27]发现，小鼠在遇到母婴隔离等的早期生活应激事件后，机体会上调神经元型一氧化氮合酶(nNOS)的表达，并进一步影响ICC的活动，从而导致肠道运动功能的改变，出现腹泻型IBS。

4 ICC增殖与调控

ICC重要生理功能的维持依赖于增殖与调控。胃肠道内几乎所有ICC都特异性表达c-Kit，其配体为平滑肌细胞所表达的干细胞因子(stem cell factor，SCF)[28]。SCF与c-Kit特异性结合，形成二聚体并活化酪氨酸激酶，启动了一系列酸化过程，调节ICC细胞的增殖、分化和表型维持。若此通路受损，ICC发生凋亡或表型改变，数量明显减少，可进而影响其功能[29]；但通过增加外源性SCF等方法，可有助于恢复通路，恢复ICC表型和功能[30]。

ICC调控同样受5-羟色胺(5-HT)、胰岛素受体及胰岛素样生长因子1(IGF-1)受体、血红素加氧酶-1(HO-1)等的调节[31]。5-羟色胺2b受体(5-HT2b受体)通路研究发现，激活5-HT2b受体有助于ICC在体内的增殖，缺乏此信号通路成年小鼠ICC密度网络明显受损[32]。胰岛素受体及IGF-1受体存在于平滑肌细胞表面，其对于ICC表型维持是通过影响平滑肌细胞分泌SCF，进而影响SCF/c-Kit通路。动物模型研究[33]发现，糖尿病大鼠血清IGF-1水平和组织中c-Kit、SCF、IGF-1受体的表达均较正常大鼠明显降低；但经胃电刺激治疗后，血清IGF-1升高，IGF-1受体阳性的平滑肌细胞和c-Kit阳性的ICC也明显升高。HO-1通过对氧化应激的调节，从而保护ICC，避免其受损。研究发现，糖尿病胃排空延迟的大鼠胃壁肌层中HO-1表达较低，此时伴随着高水平的氧化应激和c-Kit表达的丢失；予以白细胞介素10或高铁血红色诱导HO-1表达后，可逆转胃排空状态，nNOS和c-Kit的表达同样得到恢复[34-35]。由此可见，HO-1可保护ICC免受氧化应激的损伤。

5 展望

以消化道动力紊乱为基础的DGIM病因较复杂，其影响全球大部分人口，降低了生活质量，并导致相当大的医疗费用开支[36]。ENS-ICC-平滑肌细胞网络结构在胃肠运动的调节中发挥至关重要的枢纽作用。ICC作为该网络的中间核心角色，是胃肠道慢波运动的起搏细胞、调控者和机械感受器；其病理性改变如数量的减少、形态结构的异常、网络结构的破外等可影响胃肠蠕动功能，导致DGIM的发生。ICC生理作用如此重要，正逐步被认为是DGIM治疗的重要靶点[37-38]。