磷酸二酯酶抑制剂在胃肠道中的作用和研究进展

2021-03-06袁方婷罗和生

胃肠病学 2021年4期

袁方婷罗和生

武汉大学人民医院消化内科(430060)

磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE)是一类能够水解环核苷酸的酶，由11个基因相关的同工酶家族(PDE1～PDE11)组成，由于其同工酶的多样性，PDE不仅在不同的细胞和亚细胞中均有分布，且可调控不同的胞内信号，成为胞内信号通路中重要的靶点。PDE的主要作用是将磷酸基团从靶细胞中分离出来，降低细胞内环磷酸腺苷(cAMP)或环磷酸鸟苷(cGMP)的浓度。抑制PDE可阻止cAMP或cGMP降解，而细胞内cAMP和cGMP可通过影响激素、神经递质以及其他细胞效应因子的作用，充当细胞间的第2信使，提示PDE抑制剂对细胞发挥生理功能具有关键作用。越来越多的研究表明，PDE抑制剂在调节胃肠动力和相关胃肠疾病中发挥重要作用。本文就PDE抑制剂在胃肠道中的作用和研究进展作一综述。

一、PDE抑制剂与胃肠动力

1. PDE抑制剂与胃动力：目前关于PDE抑制剂对胃动力作用的研究结论尚未一致。Zhu等[1]的研究证实PDE5 抑制剂西地那非(sildenafil)可显著抑制犬的胃慢波振幅、胃底张力以及胃窦收缩，但不影响胃慢波的收缩频率和胃内液体、食物排空。在人体试验中，与安慰剂组相比，服用西地那非的志愿者更早达到最大饱腹感，且胃排空显著下降[2]。另有研究[3]表明，服用西地那非 50 mg可显著增加餐后胃容量，减缓胃排空液体的速度。Cho等[4]通过计算胃内放射线不透明标志物的清除率评估胃排空，发现西地那非可改变食物在胃内的分布，缩短近端胃排空1/2的时间，减少近端胃体积，明显增加远端胃体积，但并未影响胃内食物的总体排空或清除率。同样，Madsen等[5]的研究显示，健康志愿者单次服用西地那非50 mg并未改变胃排空或餐后胃窦收缩频率。然而，一项对健康志愿者体内研究[6]结果显示，使用低顺应性测压系统记录试验者胃十二指肠运动，发现50 mg西地那非可减少胃窦和十二指肠收缩频率和幅度，抑制胃窦和十二指肠消化间期的收缩活动。Patil等[7]的研究发现，口服低剂量西地那非(0.5～5 mg/kg)对小鼠胃排空和肠道转运无影响；但在较高剂量(10 mg/kg 、30 mg/kg)作用下，西地那非可显著抑制胃排空并延迟肠道转运。此外，亦有研究[8]表明，静脉注射西地那非4 mg/kg可延迟大鼠胃内液体、食物的排空和胃肠转运时间。

2. PDE抑制剂与肠动力：目前缺乏PDE对肠运动影响的大量研究。非选择性PDE抑制剂3-异丁基-1-甲基黄嘌呤(3-isobutyl-1-methylxanthine, IBMX)、PDE5抑制剂扎普司特(zaprinast)或PDE4抑制剂Ro20-1724均能抑制高钾离子或氨甲酰胆碱诱导回肠纵肌收缩；然而，Ro20-1724对收缩反应的抑制作用明显小于IBMX和扎普司特[9]。在一项吲哚美辛致大鼠小肠溃疡的研究[10]中，口服西地那非3～20 mg/kg可逆转吲哚美辛导致的肠道液体分泌下降和肠动力增强。一项对空肠组织的体外研究[11]表明，PDE4抑制剂罗氟司特(roflumilast)不仅以浓度依赖的方式(0.001～0.1 mg/mL)抑制空肠的自发性收缩，且可逆转氨甲酰胆碱和高钾离子诱导的空肠收缩反应。Xu等[12]研究了西地那非对小肠肌电活动和小肠收缩活动的影响，发现在禁食期间，西地那非可显著降低小肠肌电活动的幅度，但未改变肠肌电活动的频率和节律性; 西地那非不改变餐后肠收缩频率，而可显著抑制小肠收缩的幅度。在对大鼠的急性实验中，西地那非可延缓食物在清醒大鼠体内的肠道转运时间[13]。而一项对健康男性结肠转运和直肠感觉的研究[14]表明，西地那非对结肠转运时间无影响，但能改变直肠敏感性。

二、PDE抑制剂对胃肠动力的作用机制

目前关于PDE抑制剂对胃肠动力的影响及其作用机制尚未完全阐明。有研究[15]结果表明，PDE4抑制剂咯利普兰(rolipram)通过增加细胞内的cGMP，以浓度依赖的方式抑制胃底纵肌和环肌肌条的收缩。Patil等[7]证实了一氧化氮(NO)-cGMP转导通路参与了高剂量西地那非对胃肠道平滑肌的抑制作用。McDonough等[16]的体外实验发现，各种PDE抑制剂如咯利普兰、吡拉米司特、罗氟司特以及RS25344 等均可在小鼠急性胃潴留模型中延迟胃排空，且α2-肾上腺素受体信号在PDE4抑制剂诱导的小鼠胃轻瘫中发挥重要作用。Kaneda等[9]的研究发现，IBMX、扎普司特通过浓度依赖的方式增加回肠纵行平滑肌细胞的cGMP含量，从而抑制回肠肌肉收缩，且此过程与细胞内钙离子水平和对钙离子敏感性降低有关，而Ro20-1724主要通过增加cAMP的浓度来抑制回肠收缩。Kato等[10]的研究发现，非选择性NO合酶抑制剂可减弱西地那非对吲哚美辛诱导的小肠运动功能亢进的抑制作用，并伴随神经元型NO合成酶受体表达抑制，提示西地那非通过NO-cGMP机制抑制吲哚美辛诱导的小肠运动功能亢进。Rehman等[11]的研究发现，罗氟司特具有止泻和止痉挛的作用，可能是通过阻断电压门控钙离子通道，使钙离子浓度响应曲线向右偏移，抑制其最大峰值；此外，罗氟司特的此种作用与组织内cAMP水平升高有关。

三、PDE抑制剂与胃肠疾病

1. PDE抑制剂与肠易激综合征(IBS)：IBS是一种功能性胃肠病，主要表现为腹部不适、疼痛以及慢性间隙性排便习惯和粪便性状改变。胃肠动力学异常和内脏感觉异常是IBS重要的特征[17]。Fritz等[18]的研究发现，西地那非可通过增强NO-cGMP信号旁路降低直肠张力，但不改变直肠敏性。Barone等[19]的研究显示，在压力诱发的动物排便模型中，PDE4抑制剂咯利普兰和罗氟司特均可显著减少应激诱导的大、小鼠粪便排出量，提示PDE抑制剂对 IBS具有潜在治疗作用。一项对IBS患者和健康志愿者进行的双盲研究[20]发现，在服用西地那非后，IBS患者的直肠压力-容积曲线明显左移，直肠放松，但并未显著改变其疼痛阈值。Sharman等[21]的研究显示，葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎小鼠结肠转运能力减弱，粪便含水量增加，给予急性剂量的西地那非可使其结肠转运和粪便含水量正常化，提示PDE抑制剂可能是治疗便秘型IBS(IBS-C)和炎症后IBS的有效方法；同时，西地那非可抑制洛哌丁胺引起的小鼠结肠转运时间增加，但对小肠转运无影响。Sedky等[22]的研究发现，在IBS-C动物模型中，PDE5抑制剂他达拉非(tadalafil)不仅可减少模型大鼠的肠道转运时间，增加粪便颗粒和含水量，且可降低IBS-C大鼠的内脏超敏反应，减轻抑郁样行为，这些作用可能与结肠组织中cGMP增加有关。

2. PDE抑制剂与炎症性肠病(IBD)：IBD是一种肠道慢性疾病，以肠道炎症和黏膜组织损伤为特征，包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)[23]。阿普斯特(apremilast)是一种PDE4小分子抑制剂，可产生较高的细胞内cAMP浓度，降低IBD患者肠黏膜中促炎细胞因子释放[24-25]。Kangawa等[26]的研究显示，PDE3抑制剂西洛他唑(cilostazol)可通过抑制细胞炎性因子预防葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎黏膜损伤，可能对IBD具有治疗作用。Li等[27]的研究表明，阿普斯特通过干扰黏膜免疫对小鼠实验性结肠炎发挥保护作用，揭示了PDE4作用于肠道炎症中的病理机制；此外，阿普斯特不仅抑制结肠PDE4亚型表达，亦可激活PKA-CREB和Epac-Rap1通路，并抑制MAPK、NF-κB、PI3K-mTOR以及JAK-STAT-SOCS3信号激活。Danese等[28]进行了一项随机、双盲、安慰剂对照研究，发现阿普斯特30 mg治疗的活动性UC患者在临床症状、内镜检查、生物学标志物以及黏膜愈合方面均有明显改善，说明PDE4抑制剂阿普斯特治疗UC具备较好的有效性和安全性。

3. PDE抑制剂与结直肠癌：研究[29]表明，致癌基因KRAS可上调PDE4B的表达，且抑制PDE4的活性可诱导上皮细胞极性和结直肠癌细胞凋亡。该研究亦分析了公共数据集，发现与健康对照组相比，PDE4B在结肠直肠癌患者肿瘤样本中的表达更高，且PDE4B mRNA表达增加与结直肠癌复发相关。Mahmood等[30]行功能性实验表明，PDE4亚型在结直肠癌患者中表现出较低的活性，而qPCR分析显示PDE4B亚型过表达，且PDE4B作为功能性的失调蛋白在结直肠癌患者的癌旁非癌组织中选择性过表达。Pleiman等[31]的研究表明，PDE4B RNA在结肠腺瘤和邻近的正常结肠组织中的表达均有所增加，且在邻近正常组织中具有保护作用。Lapa等[32]和Nishi等[33]的研究结果亦证实PDE4B是KRAS的下游信号通路。Kim等[34]的研究表明，PDE4B是癌基因Myc的下游靶点，且PDE4B在结直肠癌模型中与cAMP介导的AKT/mTOR信号通路抑制有关。上述研究提示PDE4B抑制剂可在结直肠癌的治疗中发挥重要作用，应积极寻求PDE4B的靶向性治疗。

4. PDE抑制剂与其他相关疾病：肠缺血是一个严重的临床问题，肠血流量中断导致细胞损伤、肠坏死，患者死亡率高。因此，在缺血损伤前需预防性给予处理，减少肠缺血及其对器官的影响，亦可有效恢复肠缺血再灌注(intestinal ischaemia and reperfusion, I/R)的组织损伤。多项研究[35-38]表明，PDE在I/R中发挥重要作用。Souza等[35]研究了PDE4抑制剂咯利普兰对大鼠I/R损伤后局部肠组织的影响，发现咯利普兰可部分逆转轻重度I/R模型中肠组织血管通透性、肠道出血以及肠促炎细胞因子的产生。Colak等[36]通过研究大鼠I/R模型检测曲匹地尔对肠屏障功能的影响，发现曲匹地尔可通过抑制血栓素A2、脂质过氧化、促炎细胞因子以及前列环素阻止细菌移位，从而恢复肠屏障功能的完整性。一项对大鼠I/R后回肠功能和结构的研究[37]显示，西地那非可预防I/R引起的大鼠回肠严重缺血损伤。此外，西地那非预处理不仅可消除乙酰胆碱对I/R后回肠组织的抑制作用，且可逆转硫代巴比妥酸活性和髓过氧化物酶活性至正常水平。Moore等[38]的研究表明，缺血后使用西地那非并不能改善肠系膜灌注，但可抑制肠上皮损伤。上述研究提示，PDE抑制剂可能是治疗I/R损伤的一种有效辅助疗法。