迷走神经抗炎通路及迷走神经刺激在炎症性肠病治疗中的应用研究进展

成家飞，张露，冯皖，徐艺

江苏省中医院，江苏南京210029

炎症性肠病(IBD)是消化系统的慢性、复发性、炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。欧洲、北美IBD的患病率最高，超过0.3%[1]。近几十年来，随着工业化进程，亚洲的IBD发病率也一直在上升[1]。虽然IBD的确切发病机制尚不清楚，但普遍认为IBD是遗传因素、环境因素、肠道微生物和免疫因素相互作用的结果。随着对发病机制的了解，IBD的治疗取得了显著进展，药物治疗以氨基水杨酸类药物、激素、免疫调节剂及生物制剂等为代表。虽然这些药物通常能够诱导和维持疾病缓解，但对部分患者无效，并且有些药物可能会导致严重的不良反应。因此，探索更有效和更安全的治疗方法十分必要。生物电神经调控已成功用于治疗多种胃肠道疾病，尤其是功能性胃肠病或动力障碍性胃肠病，如胃轻瘫、功能性消化不良、胃食管反流病、大便失禁和便秘[2-3]。迷走神经(VN)是体内最长的颅神经，调节自主神经、呼吸系统、心血管、胃肠、免疫和内分泌系统的功能，支配从食道到结肠脾区的消化道。研究[4-5]显示，VN可通过下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)通路、胆碱能抗炎(CAP)通路、脾交感神经抗炎通路调节肠道炎症。迷走神经刺激(VNS)作为生物电神经调控的一种方法，最初用于治疗癫痫。近年来发现，VNS具有抗炎效应，已有多个动物和临床研究证实VNS治疗IBD的有效性和安全性，使得VNS有望用于IBD患者的治疗。现将VN抗炎通路及VNS在IBD治疗中的应用研究进展综述如下。

1 VN的解剖学特点

VN是体内最长的颅神经，包含传入纤维(占80%)和传出纤维(占20%)。VN起源于延髓，通过颈静脉孔离开颅内，穿过颈部和胸部向下延伸至腹部，调节自主神经、呼吸系统、心血管、胃肠、免疫和内分泌系统的功能，支配从食道到结肠脾区的消化道。胃肠道VN传入纤维起源于胃肠壁除上皮层外的其他层，通过孤束进入延髓，主要终止于孤束核。孤束核向VN背侧运动核(DMNV)传输内脏感觉信息，并通过VN反射来影响传出纤维的功能，随后将感觉信息投射到中枢神经系统相应区域，例如臂旁核、蓝斑、延髓头端腹外侧、杏仁核、下丘脑室旁核、内侧视前区、下丘脑弓状核和腹外侧区及丘脑等。VN传出纤维起源于疑核(NA)和DMNV，它位于延髓并在孤束核下方，广泛分布于胃肠道，在胃中最多，小肠和结肠逐渐减少。在肠道中，VN传出纤维不直接接触肠黏膜固有层，而在调节肠功能的肠神经元上形成突触。VN传出纤维主要是通过乙酰胆碱(ACh)作为其主要神经递质，此外还有其他非肾上腺素能非胆碱能(NANC)神经递质，包括一氧化氮(NO)、血管活性肠肽(VIP)和降钙素基因相关蛋白(CGRP)。

2 VN抗炎通路

VN以三种不同的方式通过传入和传出纤维发挥抗炎作用。

2.1 HPA通路 HPA通路通过VN传入纤维介导。VN传入纤维具有感知外周炎症的能力，炎症信息引起传入纤维活化，信息被传递到中枢神经系统，诱导HPA通路的激活，最终引起肾上腺释放皮质类固醇激素。细菌内毒素、脂多糖(LPS)和多种促炎细胞因子，如白介素-1(IL-1)、肿瘤坏死因子-ɑ(TNF-ɑ)、IL-6以及干扰素-γ(IFN-γ)，可以激活外周VN传入神经元，继而激活下游HPA通路。VN切断术可以预防该效应。HPA激活导致促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)的产生，CRH可刺激垂体分泌促肾上腺皮质激素(ACTH)，接着ACTH刺激肾上腺分泌皮质类固醇激素[6]。最终，血清皮质类固醇激素水平升高，抑制促炎细胞因子的产生，并抑制全身炎症反应。研究[7]表明，HPA通路的损伤增加了多种炎症和自身免疫性疾病的风险，包括类风湿性关节炎、IBD、多发性硬化和过敏性疾病等。

2.2 CAP通路 CAP通路由与肠神经元接触的VN传出纤维介导。传出纤维在巨噬细胞的突触连接处释放ACh，ACh与α7-烟碱型乙酰胆碱受体(α7nAChR)结合，抑制促炎细胞因子的产生。2000年，BOROVIKOVA等[8]首次发现，VN递质的主要成分ACh能够显著抑制促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-18)的释放，但不影响抗炎细胞因子IL-10，外周VN电刺激可抑制TNF-α的合成，并且能够有效阻止大鼠休克的发展。刺激VN也可以减少多种促炎细胞因子的产生，并改善各种疾病动物模型的结局，如败血症、缺血再灌注损伤和术后肠梗阻。相反，手术或化学VN切断术增加了促炎细胞因子的产生。研究[8-9]发现，VN通过ACh发挥抗炎作用，其与巨噬细胞上的ACh受体相互作用，从而抑制TNF-α和其他促炎细胞因子的释放。ACh有许多类型的受体AChRs，其中烟碱AChRs(nAChRs)是由五个亚基组成的阳离子通道，包括α(α1-10)、β(β1-4)、γ、δ和ε亚基。CAP需要α7nAChR的参与，因为VN电刺激不能抑制α7nAChR缺陷小鼠中TNF-α的合成[9]。另外，Jak2-STAT3信号通路也参与了α7nAChR介导的抗炎作用。然而，有研究发现，VN传出纤维并不与肠道巨噬细胞产生直接联系，而是通过肠神经元间接影响巨噬细胞。与HPA通路相比，CAP通路具有两大优点：一方面神经传导速度快，另一方面它能更准确和特异性地响应环境变化。这两大特性使其在消化道免疫反应中发挥重要作用。

2.3 脾交感神经抗炎通路 脾交感神经末梢释放去甲肾上腺素(NE)，NE与脾淋巴细胞的β2肾上腺素能受体结合，释放ACh，最后ACh通过α7nAChR抑制脾巨噬细胞释放TNF-α[10]。脾脏是全身炎症状态下炎症细胞因子的主要来源之一，脾切除术能显著降低内毒素血症小鼠循环TNF-α的浓度。有研究[11]表明，脾脏受来自腹腔神经节的交感神经支配。TRACEY等[12]首先描述了脾交感通路，他们发现VN刺激引起腹腔神经节中的VN释放ACh，然后ACh与脾神经的a7nAChR结合，引起脾神经释放NE，随后NE与脾淋巴细胞的β2肾上腺素能受体结合，释放ACh，ACh作用于脾巨噬细胞a7nAChR，从而抑制脾脏释放TNF-α[10]。然而，这一通路目前仍存在争议，因为其他研究没有在VN和脾神经之间找到功能或解剖学联系。为解释这种争议，MARTELLI等[13]提出了VN和脾交感神经之间非神经连接的概念，他们认为a7nAChR不在脾神经细胞体上，而是在脾交感神经的外周末端，当ACh刺激时，脾交感神经释放NE，然后NE作用于脾巨噬细胞上的β2肾上腺素能受体，从而抑制其产生TNF-α。

3 VN功能异常与IBD发病的关系

越来越多的证据[14]表明，自主神经功能异常可能与IBD的发病有关。有研究[14]观察到，UC患者的VN活性降低，CD患者的交感神经活性增加。另一项研究发现，UC和CD患者VN活性均增加。同时，大量实验表明VN对IBD具有抗炎作用。动物实验[15]发现，VN切断术增加了小鼠的疾病活动指数(DAI)、大体评分、组织学评分和促炎细胞因子水平，外周或中枢乙酰胆碱酯酶抑制剂能显著减弱大鼠和小鼠肠道炎症程度。小鼠的抑郁行为导致肠道ACh水平降低，肠道炎症易感性增加，三环类抗抑郁药可以防止这种损害。研究[16]表明，VN抗炎效应通过巨噬细胞或脾依赖机制起作用。迄今为止，尚无临床数据支持VN切断术会增加肠道炎症的发生率。然而，有间接证据支持VN抗炎效应在IBD中的作用。心率变异性(HRV)是一种非侵入性检查，常用于评估自主神经功能。HRV检测表明，健康个体和心脏病患者的VN活性下降与全身炎症指标显著相关，如血沉、C-反应蛋白、TNF-α和IL-10。同时有报道[17]称，自主神经功能的个体差异可作为UC疾病活动的预测因子。VN功能和IBD之间的确切相关性仍需要进一步证实。

4 VNS在IBD治疗中的应用

不同疾病VNS的刺激频率选择非常重要。通常认为，高频(20～30 Hz)可以激活VN传入纤维，在治疗癫痫和抑郁症中最常用，低频(1～10 Hz)可以激活VN传出纤维，表现出抗炎特性。因此，在VNS治疗IBD的动物和人体研究中通常选择较低的频率。最初认为只有VN传出纤维和CAP通路参与了这个过程，在动物实验中1～10 Hz的低频VNS通过激活VN传出纤维和CAP发挥抗炎作用。同时，有研究[8]表明近端VN结扎并不能降低抗炎作用，这似乎表明传入通路并没有起到重要作用。然而，近期的文献强调了VN传入途径的作用。REYT等[18]采用功能磁共振成像(fMRI)研究VNS干预大鼠的脑神经元联系，结果发现VNS诱导的小脑失活与已知的NTS-小脑神经投射有关。CLAREN等[19]报道，10 Hz低频VNS改变了CD患者的脑电图。另外，KIBLEUR等[20]研究发现，除了VN传出纤维的激活外，VNS还通过传入纤维发挥调节作用。总之，VNS可能通过其传入纤维(激活HPA通路)和传出纤维(激活CAP通路)在IBD中发挥其抗炎特性。

4.1 VNS在IBD模型动物治疗中的应用 目前，VNS已被美国食品和药物管理局(FDA)批准用于治疗难治性癫痫和抑郁症，考虑到其抗炎作用，已有许多动物实验和临床研究正在评估VNS对IBD的疗效。MEREGNANI等[21]报道，VNS每天3 h、持续5 d能降低三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的结肠炎大鼠体质量下降程度和炎症标志物。SUN等[22]的研究发现，VNS每天3 h、持续6 d能降低TNBS诱导的结肠炎大鼠DAI、组织学评分、髓过氧化物酶(MPO)活性、TNF-α、IL-6及NF-κBp65等水平。另一研究[23]发现，VNS通过自主神经途径降低了TNBS诱导的结肠炎大鼠的DAI和血浆TNFα、IL-1β、IL-6、MPO水平。此外，VNS对另一种IBD动物模型—恶唑酮诱导的结肠炎亦有效。除了针对结肠炎，PAYNE等[24]发现VNS亦能减轻TNBS诱导的大鼠小肠炎症。

4.2 VNS在IBD患者治疗中的应用 由于VNS在动物研究中的成功，其临床研究也陆续进行，但研究数量较少。CLAREN等[23]首先报告了用VNS治疗CD患者，他们发现长期低频VNS可显著改善患者的克罗恩病疾病活动指数(CDAI)和内镜评分，其疗效与副交感神经活性的增加有关。BONAZ等[25]对7名活动期CD患者进行了6个月的慢性VNS试验，其中5名患者获得了临床、生物学和内镜下缓解，并恢复了VN活性。VNS治疗IBD的设备主要有两类：侵入性VNS(iVNS)和非侵入性VNS(nVNS)。目前为止，探讨VNS对IBD疗效的动物实验和临床研究采用的设备均是iVNS。考虑到安全性和便捷性，nVNS的应用研究也越来越多。

4.2.1 iVNS在IBD患者治疗中的应用 目前，应用最广泛的VNS装置是侵入性的，iVNS设备由脉冲发生器、双极VNS导线、笔记本电脑、编程软件、编程棒和手持磁铁组成。iVNS需要两个小切口，将脉冲发生器植入胸部的左上侧，双极导线通常缠绕在颈部的左侧VN。医生使用笔记本电脑、编程软件和编程棒对刺激器进行编程。患者手持磁铁，在脉冲发生器植入后可自行控制刺激频率。通常认为，左侧VN优于右侧VN，因为后者对心血管功能影响更大。在癫痫的治疗中已经有右侧VNS的报道，似乎右侧VNS与左侧VNS一样有效，然而其对心脏或呼吸的干扰问题尚未解决。通常情况下，iVNS安全且耐受性好，其潜在不良反应包括声音嘶哑、咳嗽、呼吸急促、声音/言语改变、疼痛、喉咙或喉部痉挛、头痛、失眠、消化不良等，其中声音嘶哑、咳嗽和呼吸急促是最常见的，但通常这些不良反应是暂时的。

4.2.2 nVNS在IBD患者治疗中的应用 nVNS包括经耳VNS(taVNS)和经颈VNS(tcVNS)，可有效治疗癫痫、偏头痛及抑郁等疾病。它不需要手术植入电极和脉冲发生器，与nVNS相比，更安全和便捷。taVNS刺激VN的耳廓分支，其支配耳甲腔和耳甲艇。tcVNS刺激颈动脉鞘中的VN纤维。目前已有动物和临床研究[26]探索nVNS治疗炎症的疗效，结果发现在大鼠中taVNS通过α7nAChR介导的胆碱能抗炎途径，能抑制LPS诱导的炎症反应。另一项研究[27]发现，taVNS可以预防内毒素血症，并减少小鼠体内IL-6和TNF-α的释放。LERMAN等[28]发 现tcVNS降低了健康人群血液中的细胞因子和趋化因子水平。同时，CLANCY等[29]报道taVNS降低了健康人的交感神经活性。因此，nVNS有望用于治疗消化系统炎症性疾病，例如IBD的治疗。

总之，VN以不同的方式通过传入和传出纤维发挥抗炎效应，VN功能的失调在IBD的发病机制中起重要作用。VNS是一种安全的生物电神经调控技术，能够恢复交感神经-迷走神经平衡，并可避免IBD药物治疗的明显不良反应，如感染、肿瘤等。已有相关研究评估了VNS在IBD中的疗效，并探讨其机制，这些研究为VNS在IBD治疗中的临床应用提供了理论基础，VNS有望成为IBD的候选治疗手段，其中非侵入性VNS(taVNS和tcVNS)的发展尤其值得关注。当然，目前VNS的疗效、刺激参数及机制研究都还不够，有待进一步探索。