Cajal间质细胞与围手术期术后胃肠动力

王 涛，曾海平，陈其城，蒋 志，肖英超，曹立幸，赖海标，钟 喨

当前手术治疗后为追求患者更好更快地恢复，在“快速康复外科理念”指导下，通过围手术期阶段包括手术前、手术中和手术后一系列有效措施的联合应用，可以促进患者的快速康复。而这其中，术后胃肠动力的康复是关键一环[1]。胃肠动力障碍是围手术期术后的常见并发症之一，常见的临床表现包括恶心、呕吐、腹胀等，直接关系患者的术后整体康复情况[2]。而Cajal间质细胞（interstitial cells of Cajal，ICC）是胃肠运动的起搏细胞，也是各种调控因子干预平滑肌运动的重要靶点，主要接受兴奋性神经递质信号传递，以促进胃肠运动[3]。由此看来，围手术期术后胃肠动力障碍必然与ICC有着直接关系，并且作用机制与内科胃肠功能障碍性疾病不完全相同。因此，探讨ICC与围手术期术后胃肠动力的关系显得很有意义。

1 围手术期术后胃肠动力障碍

术后胃肠动力恢复延迟可引起机体内环境紊乱并诱发相关并发症。术后胃肠蠕动改变或缺乏协调性，临床可出现恶心、呕吐，或阵发性腹痛、进行性腹胀、无排气排便等症状[4]。在禁食时，胃和小肠的蠕动是缓慢的、不规律的收缩波，而进食状态是有力的、频繁有规律的收缩波。如何在术后尽早恢复正常口服饮食是手术患者快速康复计划中的重要环节[5]。进食障碍导致营养不足使机体免疫力下降也会影响术后整体康复。胃肠功能抑制时间越长，胃肠运动减弱甚至消失，管腔内积气和积液越多，越容易引起肠管扩张、菌群失调。轻者可引起腹胀、腹痛，甚至还可引起肠粘连、伤口愈合不良、伤口裂开、切口疝等并发症[6]。行腹部手术后约有60%～70%发生肠粘连，是急慢性肠梗阻的主要原因[7]。

2 Cajal间质细胞

ICC是由西班牙神经解剖学家Cajal于1889年首次发现。ICC表现为特异性c-Kit免疫染色阳性，多突起，核大，胞质内富含线粒体、内质网、高尔基体及沿细胞膜核样内陷小窝。c-Kit是由c-Kit原癌基因编码、ICC特异性表达的蛋白，介导干细胞生长因子（stem cell factor, SCF）信号通路，调控ICC的增殖与发育。c-Kit是ICC存活、表型发育与维持功能所必需的[8]。c-Kit蛋白表达减少可使ICC数量减少，破坏肠神经—SIP合胞体网络结构，引起胃肠平滑肌运动功能障碍。其中肠运动神经元末端形成许多膨大的曲张体，与ICC和PDGFRα+细胞形成突触样结构[9]。平滑肌细胞（smooth muscle cell，SMC）与ICC和PDGFRα+细胞间分别通过缝隙连接形成电偶联，构成了功能性合胞体，称为SMC/ICC/PDGFRα+（SIP）合胞体[10]。肠运动神经元曲张体释放的神经递质扩散到周围，作用于SIP合胞体的三种细胞而发挥调控作用。

ICC是胃肠运动的起搏细胞，其自发产生的节律活动驱动SMC产生快波和慢波，引起平滑肌节律性运动。关于产生起搏电流的机制，有研究认为1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)作用于内质网上IP3R介导的ICC胞内钙震荡，激活膜上钙激活的氯离子通道ANO1，产生自发性瞬间内向电流（STICs），引起ICC自发瞬间去极化（STD）[11]。STD激活T型电压依赖性Ca2+通道（VDCC），进入胞浆的Ca2+与质膜其他区域同步释放Ca2+，导致整个细胞膜上ANO1的开放，产生慢波电流。肌内ICC（ICC-IM）和深肌丛ICC（ICC-DMP）网络将慢波电流通过缝隙连接传递给SMC，使其发生去极化并产生慢波，激活平滑肌细胞膜上的L型电压依赖性Ca2+通道，使Ca2+内流诱发快波，引起平滑肌收缩[12]。ICC也是各种调控因子干预平滑肌运动的重要靶点，主要接受兴奋性神经递质如乙酰胆碱（acetylcholine，ACh），促进胃肠道运动。此外，ICC还表达一氧化氮（nitric oxide，NO）—鸟苷酸环化酶（solubleguanylate cyclase，sGC），可介导NO激活的硝基能抑制性神经通路[13]。因较早发现了ICC的特异性标记c-Kit，其生理作用及产生机制的研究已比较清楚，尤其在关于内科胃肠功能障碍性疾病方面已有大量的系统研究，但目前关于其在围手术期术后胃肠动力方面的研究和关注却相对很少。

3 Cajal间质细胞与围手术期术后胃肠动力的关系

ICC在胃肠运动调控中起着重要作用，在很多内科胃肠功能障碍性疾病如慢性传输性便秘、糖尿病胃轻瘫、肠梗阻等，均存在ICC数量和功能的异常改变[14-15]。但目前关于ICC在外科术后胃肠动力方面的研究却极少，与内科胃肠功能障碍性疾病不同的是，外科的手术影响、麻醉因素等对ICC造成的破坏是明显的关键点和区别点。

3.1 外科手术对ICC的影响 结合近20年的国内外相关研究发现：在成年豚鼠断肠吻合术后，ICC的数量减少，结构萎缩，功能下降[16]。在行结肠吻合术的SD大鼠模型中，术后结肠组织中的ICC数量显著下降，超微结构损伤，与神经纤维间的突触样连接缺如，间距增大，而在远离手术部位的胃起搏区ICC则无明显变化；同时胃动素水平也显著下降，并存在明显的炎症反应[17-18]。提示手术创伤可能引起神经反射进而降低胃动素水平，并使胃动素的起效途径ICC遭到破坏，从而抑制胃肠动力。另外，外科手术对肠道的操作，也会触发肌层的炎症反应[19-20]，诱导促炎细胞因子如肿瘤坏死因子（TNF）-α、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、白细胞介素（IL）-6、IL-1β等的分泌，使组织进入细胞炎症期。有研究报道，小肠部分切除术后5 h，吻合口处的ICC超微结构严重损伤，白细胞大量聚集；离吻合口距离越远，ICC超微结构损伤程度越轻，肌层炎症反应也越轻[21]。术后肠梗阻（postoperative ileus，POI）是腹部手术后的常见并发症，它延缓了患者的术后康复速度，目前是临床上比较棘手的难题之一。在SD大鼠的POI模型中，术后24 h小肠组织ICC特异性蛋白c-Kit表达变弱，且c-Kit阳性细胞数量减少，分布稀疏，甚至缺失；小肠黏膜绒毛间质充血水肿，广泛炎症细胞浸润。研究认为POI患者胃肠道肌层的白细胞大量聚集和巨噬细胞的激活增加了诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达，进而引起NO的大量释放[22]。而NO是已知重要的肠神经抑制性递质，其主要作用靶点是sGC，能够抑制平滑肌兴奋，导致胃肠道平滑肌松弛，动力减弱[23]。NO发挥抑制性作用的主要靶点是ICC[24]，提示手术后大量的炎症反应会增加NO的表达，通过ICC介导NO激活的硝基能抑制性神经通路抑制平滑肌兴奋，从而抑制胃肠动力。最近的研究在小鼠模型中发现术后过量产生的NO会破坏ICC的慢波电位、影响ICC的起搏活性，进而抑制术后胃肠道运动[25]。先前有研究者对野生型成年BALB/c小鼠进行肠道手术后，发现离手术吻合口5 cm处的ICC数量和起搏活性显著降低，但ICC网络和起搏活性在iNOS-/-小鼠中受到了保护；在术前应用iNOS抑制剂治疗的小鼠中，其起搏活性仅在手术吻合口部位受到了抑制；而利用COX-2基因敲除小鼠研究也表明COX-2的缺乏能够减轻术后起搏活性的抑制；在没有来自iNOS诱导NO大量释放的情况下，对ICC和起搏活性的损害会大大减轻[26]。此外，有研究者通过POI模型小鼠发现，胃肠道手术期间引起巨噬细胞释放的IL-6能够上调miR-19a，从而下调ICC中c-Kit蛋白的表达，并抑制ANO1离子通道开放，最终导致POI的发生[27]。他们随后的研究还发现，在POI模型大鼠结肠组织中，c-Kit mRNA和其蛋白的表达量以及内皮型一氧化氮合酶（eNOS）mRNA的表达水平均降低，而miR-222的表达水平升高；miR-222与c-Kit的表达水平呈负相关[28]。

3.2 麻醉剂对ICC的影响 术后胃肠动力障碍是硬膜外应用吗啡镇痛患者的常见并发症。有实验研究发现，硬膜外输注吗啡镇痛可抑制家兔的胃肠运动功能，其作用机制与降低近端结肠的ICC数量有关；而小剂量的纳洛酮可能逆转吗啡诱导的ICC变化，增强镇痛效果并降低不良反应的发生风险[29-30]。还有研究表明，吗啡诱导小鼠结肠慢传输运动的机制与近端结肠ICC数量减少有关，并且纳洛酮可阻断ICC特异性蛋白c-Kit的mRNA和蛋白表达，进而改善家兔的肠运动功能[31-32]。

4 小结

目前，ICC在围手术期术后胃肠动力方面的研究极少，与其在内科胃肠功能障碍性疾病的作用机制不完全相同。其中最主要的区别是手术带来的影响，以及多种麻醉剂对肠道运动的抑制等因素。综合已有的研究来看，外科手术和麻醉等因素主要通过以下3个方面影响ICC的作用抑制胃肠动力：1）手术和麻醉能引起术后神经反射，降低包括促动力作用的胃动素等胃肠道激素的水平，而ICC通常是这些神经激素的终末作用靶点；2）手术操作刺激触发短期内胃肠道肌层大量的炎症反应，使包括iNOS和NO等物质大量释放，通过ICC介导NO激活的硝基能抑制性神经通路等抑制平滑肌兴奋；3）手术会使ICC本身受到大量破坏，导致其数量减少、结构损伤以及功能下降等。但手术和麻醉等因素带来的影响和具体作用机制仍有待于进一步研究。另外，由于外科疾病研究的局限性，一般很难获得术后短期内的临床样本，所以目前ICC在外科术后胃肠动力方面的研究仍主要集中于动物模型水平上的研究，这可能也是目前研究开展较少的原因之一。相信随着研究技术的不断提高，未来这一现象会逐渐得到改观。