束缚-浸水应激致大鼠胃黏膜损伤的神经机制*

王雨晴 宮圣男 艾洪滨 赵东芹

山东师范大学生命科学学院(250014)

应激(stress)是指内环境的稳定被内部或外部伤害性刺激所扰乱的状态，胃肠是对应激作出反应的主要器官[1-2]。应激性胃黏膜损伤(stress-induced gastric mucosal lesion, SGML)是一种急性胃黏膜病变，其主要特征是炎性糜烂、胃肠道出血等，临床上死亡率较高，是创伤后最常见的内脏并发症之一。束缚-浸水应激(restraint water-immersion stress, RWIS)是一种集心理因素(如恐惧、愤怒、焦虑、绝望等)和生理因素(如饥饿、挣扎、冷水等)的复合应激模型，能在数小时内导致胃功能紊乱、胃黏膜损伤等功能性胃肠道疾病[3-4]。在导致SGML的生理机制中，胃运动功能亢进(胃运动幅度、胃运动指数增大)是主要因素，胃酸分泌增多、胃黏膜血流量减少以及胃黏液分泌减少等对应激性胃溃疡的发生具有促进作用。这些生理机制受到外周和中枢神经控制。胃肠道神经控制可分为四个基本的组织层次：第一层是肠神经系统(enteric nervous system, ENS)；第二层是椎前交感神经节(prevertebral sympathetic ganglia)；第三层是进入消化道的交感神经和副交感神经信号起源的初级中枢系统脑干(brainstem)；第四层是为第三层综合功能提供信息输入的高级中枢神经(如下丘脑)和最高级中枢(如大脑皮质)[5-6]。国内外众多学者采用基础生理学、电生理学、免疫细胞化学、药理学等多种方法，从神经递质/调质、受体、激动剂、阻断剂等多角度探讨SGML发生的神经机制[7-8]。本文就RWIS致胃功能紊乱的神经调控机制研究作一综述。

一、ENS与SGML

关于RWIS致胃肠功能紊乱的外周神经(第一层和第二层)，许多学者提出了假设并初步达成共识[9-11]。ENS是由位于胃肠道壁内的神经元、神经递质、肠胶质细胞等组成的网状结构系统。ENS神经元相互连接形成具有与脑和脊髓类似的独立神经系统，控制和调节胃肠道平滑肌、黏膜上皮和血管效应系统。这些神经控制不依赖中枢，具有高度自主性。ENS运动神经元可分为兴奋性和抑制性两类：兴奋性神经元分泌乙酰胆碱和P物质，抑制性神经元释放ATP、血管活性肠肽、垂体腺苷酸激活肽、一氧化氮等神经递质。

有研究[12]发现RWIS导致大鼠血浆皮质酮、促肾上腺皮质激素含量升高，且随着应激时间的延长而递增。说明RWIS过程中下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)活动加强。预先切断膈肌下迷走神经或给予阿托品可显著减轻RWIS诱导的胃黏膜损伤，甚至不发生损伤，但预先切除垂体、肾上腺或给予酚苄明(肾上腺素能α-受体阻断剂)对RWIS引起的胃黏膜损伤几乎无影响，对RWIS状态下胃运动功能亢进、胃酸分泌增多亦无影响，说明HPA轴在RWIS诱导的胃黏膜损伤中并不起主要作用，RWIS诱发胃功能紊乱的外周神经机制主要由副交感活动加强所致[13]。

二、延髓胃肠中枢与SGML

副交感控制在胃功能的神经调控中占有优势地位。支配胃肠道的副交感神经源自延髓迷走背核(dorsal motor nucleus of vagus, DMV)和疑核(nucleus ambiguous, NA)。延髓孤束核(nucleus of solitary tract, NTS)位于DMV的背外侧，最后区位于NTS背内侧，三者相互之间存在纤维联系，神经解剖学上将这三者合称为延髓迷走复合体。延髓迷走复合体和NA是调控胃功能的初级中枢。

祝建平[14]的研究通过损毁单侧或双侧DMV、NTS，发现RWIS大鼠胃黏膜损伤程度较对照组显著减轻，尤其是双侧DMV、NTS损毁组，说明ENS-延髓胃肠中枢-ENS环路的完整是正确调控胃功能的结构基础。Zhang等[11]发现，不同应激时间(30、60、120、180 min)RWIS大鼠的延髓迷走复合体和NA中均可见不同程度c-Fos表达，其中在DMV中的表达最强。初步揭示大鼠在RWIS过程中调控胃肠功能的初级中枢内各核团活动的时-空规律，也进一步证实了RWIS致胃功能紊乱主要是由副交感神经活动加强所致。延髓与胃肠之间存在一个神经环路，即延髓胃肠中枢-胃肠壁神经丛环路，大鼠处于RWIS状态时，胃肠活动信息→迷走传入神经→NTS→DMV/NA，DMV/NA将延髓的传出信息→迷走传出神经→胃肠壁神经丛，引起胃运动亢进、胃酸分泌增多、胃黏液分泌减少，最终导致胃黏膜损伤，同时结肠排粪便增多。

多项研究[15-22]对RWIS状态下延髓胃肠中枢活动的神经递质/调质类型进行分析，发现P物质、乙酰胆碱、儿茶酚胺、精氨酸加压素Ⅰ型b亚型受体、催产素受体、脑啡肽、一氧化氮、硫化氢等神经递质/调质均参与了RWIS致胃功能紊乱的调控，认为DMV中段和NA内胆碱能神经元的过度活动是RWIS致胃功能紊乱的初级中枢机制之一。

但当电刺激或化学刺激NA、DMV、NTS导致神经元兴奋时，胃运动均被明显抑制，说明NA、DMV、NTS三个核团的兴奋对胃运动起有抑制作用[23-24]。与Zhang等[11]的RWIS大鼠NA、DMV、NTS三个核团内c-Fos表达显著增强的结果相矛盾。推测RWIS过程中，高位中枢(如下丘脑前部)的活动解除了延髓内脏中枢对胃的抑制作用，从而导致胃运动亢进、胃酸分泌增多，但结论有待进一步研究证实。

三、丘脑前部与SGML

RWIS不同应激时间(30、60、120、180 min)大鼠下丘脑视上核c-Fos表达最强，其次是室旁核[11]，因此下丘脑视上核、室旁核的过度活动可能是应激性胃肠功能紊乱的高位中枢机制之一。下丘脑视上核、室旁核属于下丘脑前部，而下丘脑前部在调控内脏功能方面起副交感中枢的作用，进一步证实了应激性胃肠功能紊乱的神经机制主要是副交感神经系统活动加强所致。

Lu等[25]的研究发现，电刺激或化学刺激(注射L-Glu)视上核可促进胃酸的分泌。下丘脑中的P物质、儿茶酚胺、精氨酸加压素、催产素、脑啡肽等神经递质/调质均不同程度地参与了RWIS的调控[15,18-19,21]。

四、前额叶与SGML

前额皮质是哺乳动物最高级别的联合皮层，在许多脑的高级功能中起关键作用。研究发现，除DMV、NTS、NA、视上核、室旁核外，RWIS大鼠前额叶的边缘前皮质(prelimbic cortex, PL)和边缘下皮质(infralimbic cortex, IL)内的c-Fos阳性表达亦较高[26]。祝建平[27]比较了假手术组、双侧PL损毁组、双侧IL损毁组、双侧PL和IL同时损毁组清醒大鼠RWIS 4 h过程中的胃运动情况，发现假手术组大鼠胃运动显著亢进，双侧IL损毁组和双侧PL和IL同时损毁组大鼠的胃运动平均幅度、胃运动指数以及收缩分数均受到明显抑制，但双侧PL损毁组大鼠胃运动平均幅度、胃运动指数并无明显变化，说明IL的损毁对RWIS所致的胃运动亢进有抑制作用。李颖[26]发现RWIS 1 h组大鼠PL和IL的突触素(synaptophysin, SYN)、突触蛋白Ⅰ(synapsin Ⅰ)表达较对照组显著增多，表明在应激状态下这2个部位的突触可塑性发生了变化。上述研究结果说明内侧前额皮质尤其是IL参与RWIS致胃功能紊乱的调控。马英杰[28]发现RWIS 4 h组大鼠内侧前额皮质内单位长度树突棘数量、单位面积突触数量较对照组均显著减少，差异表达蛋白组学分析发现NDRG1蛋白、NYAP2蛋白在应激中可能参与了机体的保护机制，Rho-GDI信号通路的抑制和整合素信号通路的激活可能在神经元损伤修复以及突触重塑过程中发挥重要功能。

五、杏仁复合体与SGML

杏仁复合体是边缘系统中重要的皮质下核团，与前额叶、海马、下丘脑、迷走复合体均有复杂的相互纤维联系[29]，参与调节情绪、情感以及与情感刺激相关的内脏活动，其重要组成核团中央杏仁核被认为是维持胃黏膜完整性的关键结构之一[30]。不同应激时间(30、60、120、180 min)后，中央杏仁核c-Fos表达显著增强，仅次于下丘脑前部[12]。电刺激内侧中央杏仁核(CEM)和外侧中央杏仁核(CEL)分别会兴奋和抑制胃运动[31]。与束缚应激仅导致CEL神经元放电活动加强不同，RWIS引起CEL和CEM的神经元放电活动均增强[32]。在RWIS致胃肠功能紊乱中，杏仁复合体可能扮演与下丘脑类似的角色，其神经元活动可解除延髓胃肠中枢对胃肠的抑制作用，但尚有待进一步研究。

六、丘脑与SGML

前额皮质的c-Fos、SYN、突触蛋白I参与RWIS反应。但有研究向前额皮质的PL和IL注射L-Glu或进行电刺激，胃运动均不受明显影响，说明RWIS信号需通过其他核团传入前额皮质[27]。向前额皮质内微量注射HRP，室旁核、视上核中均未见被标记的神经元胞体，而在丘脑背内侧核(mediodorsal thalamic nucleus, MD)可见被标记的神经元胞体，提示MD可发出纤维至前额皮质，而室旁核、视上核无此功能。

MD是丘脑内侧核群中最大的亚核，是唯一与前额皮质有相互纤维联系的丘脑核团。李颖[26]发现RWIS大鼠MD的c-Fos阳性表达较对照组显著加强，RWIS 1 h组SYN、突触蛋白I表达较对照组显著增多，说明MD参与RWIS过程。MD与前额皮质、下丘脑、脑干均有着复杂的传出和传入纤维联系，形成众多神经环路[33]。赵东芹等[34]关于MD的细胞构筑特点、神经递质和受体类型及其主要生理功能的研究指出，MD作为丘脑较高级的中继核，形成皮质-丘脑-皮质回路，是重要的内脏与躯体活动的整合部位。Gong等[35]采用同位素相对标记与绝对定量(iTRAQ)技术对RWIS 4 h大鼠和对照组MD内差异表达蛋白组学进行分析，发现糖原合成酶激酶3β(GSK3β)可能与RWIS引起应激性胃溃疡的中枢机制有关。

七、总结与展望

总之，大鼠RWIS致胃功能紊乱的神经机制并非由传统观念认为的交感神经-肾上腺髓质系统和HPA轴的活动加强所致，主要由副交感神经系统活动加强导致。

关于信号分子，如P物质对胃功能的影响是双重的。因此部分信号分子对胃功能的影响仅具有促进或抑制作用，有待进一步研究明确

脑内的核团相互联系，共同组成一张内部的信息网进行协同或拮抗，但同一核团对非正常状态下胃功能的影响可能并非是单方面的兴奋或抑制作用。正常生理状态下，向大鼠MD注射L-Glu对胃运动和胃酸分泌无明显影响[33]；电刺激单侧PL或IL后，胃运动和胃酸分泌量均无明显变化[36]；向PL和IL内微量注射L-Glu，对大鼠的胃运动、胃酸分泌均无明显影响[27]。上述研究结果提示正常生理状态下内侧前额皮质、MD对胃功能紊乱并无直接调控作用。RWIS诱发内侧前额皮质和MD活动加强的机制有待进一步研究。MD经皮质-丘脑通路接受前额皮质(可能是IL)的高级神经活动信息，与来自皮质下结构(如下丘脑、延髓)的信息进行整合，并将整合后的信息经丘脑-皮质通路反馈至内侧前额皮质[37]；同时IL与中央杏仁核间亦存在双向纤维联系，前额皮质的最终相关整合信息通过CEM直接或间接反馈于延髓胃肠中枢，进而诱发胃功能紊乱。这是一条复杂的神经环路，突触可塑性可维持神经环路的稳定，脑在处理应激时，可通过突触结构或功能的可塑性改变来适应内外环境的变化。在这条环路中，各环节突触可塑性的变化、起关键作用的因子及其调控通路等问题，均有待进一步深入研究。

应激的时间不同，核团c-Fos表达不同，且下丘脑视上核、室旁核、视交叉上核、中央杏仁核、内侧前额皮质等部位均有不同程度的表达，故RWIS导致SGML时，各核团活动的时-空关系仍需要进一步研究。

在临床研究中，SGML尚未发现明确有效的最佳治疗手段[38]，而有关组学的分析可能为寻找神经系统分子靶点提供新的思路。