胃食管反流性咳嗽外周与中枢神经敏化的研究进展

郭淑娟，史利卿，马建岭，李扭扭，董尚娟，季坤，温绍惠，王丽云

(1.北京中医药大学，北京 100029； 2.北京中医药大学东方医院呼吸热病科，北京 100078)

胃食管反流性咳嗽(gastroesophageal reflux cough，GERC)是由胃酸或其他胃内容物异常反流进入食管引起咳嗽的临床综合征，是胃食管反流病(gastroesophageal reflux disease，GERD)的一种特殊类型，也是慢性咳嗽的常见病因之一。既往报道，GERC占慢性咳嗽的4.6%[1]。然而近年一项单中心调查显示，2009—2016年GERC占慢性咳嗽的28.5%，仅2016年占比高达40.7%[2]。GERC的病因及危险因素繁多，病程长、易反复，给患者造成了一定的经济和心理负担。目前GERC的发病机制仍未完全明确，但随着感觉神经病变在食管炎症、慢性咳嗽等中的深入研究，外周、中枢神经在疾病过程中的作用逐渐被认识。近年来，呼吸科与消化科分别致力于咳嗽、反流的研究，在气道、食管中均表现出神经源性炎症、感觉高敏感(咳嗽反射敏感性增高或食管内脏高敏感)[3-4]。此外，神经调节剂也较多地应用于难治性慢性咳嗽和难治性GERD，中枢高敏状态也是GERC的一个重要研究方向[5-6]。因此，深入研究GERC的外周与中枢神经敏化机制具有重要意义。瞬时受体电位(transient receptor potential，TRP)离子通道广泛分布于食管、气道，参与神经源性炎症的形成与强化，进而影响炎症级联反应；同时外周的异常信号通过神经通路传递至中枢，最终导致中枢神经的功能敏化。现就GERC外周与中枢敏化的相关研究进展予以综述，深入探讨GERC的复杂机制，以为GERC的治疗提供新思路。

1 GERC的发病机制

GERD不仅局限于消化内科疾病而是多学科诊疗的一种常见疾病，其中GERC被划分到呼吸科诊疗范围[4,7]。GERC发病机制涉及多种因素，包括微量误吸、食管-支气管反射、气道神经源性炎症、食管运动功能障碍等。微量误吸作为高位反流学说的一个重要机制，指因胃酸和(或)其他胃内容物反流至咽喉甚至微量误吸入肺时会直接刺激咳嗽感受器引起咳嗽，但高位反流引起咳嗽并不常见，更多的认识强调食管-支气管反射引起的气道神经源性炎症的作用[8]。无论是临床研究还是动物模型均证实了GERC存在气道神经源性炎症，这可能是GERC与GERD的本质区别，也是仅有部分GERD患者表现出咳嗽的内在原因[3,9-10]。然而，单一的气道神经源性炎症难以解释GERC复杂的发病机制，食管或咳嗽反射本身的超敏反应也可能参与其发病[11]。当食管下括约肌功能减低时，食管感觉神经受到反流物的反复刺激，将外周信号经由次级神经元传到神经中枢，一旦中枢敏化发生就会引起阈下刺激诱发的咳嗽反应[5，12]。由上可知，气道与食管的神经免疫改变、外周与中枢神经敏化及咳嗽反射敏感增加、食管内脏高敏感等是胃食管反流引起咳嗽的重要原因，且这些因素之间存在相互影响，构成了GERC的复杂病理特点。

2 外周与中枢敏化在GERC中的特点

尽管GERC的发生机制尚不完全明确，但是外周与中枢敏化的作用愈发受到关注。从咳嗽的角度来看，一项前瞻性研究发现在中老年人群中慢性咳嗽与慢性疼痛的发生率显著相关，认为两者具有共同的危险因素或致病机制[13]。慢性咳嗽与慢性疼痛、慢性瘙痒有相似的神经免疫机制，既表现出次级感觉神经元的可塑性变化，也具有脊髓或脑干等中枢神经元的活化[14]。从反流的角度来看，在非糜烂性反流病、功能性胃灼热等胃肠道疾病中，传统的酸渗透学说不足以解释胃灼热的机制，更多地强调食管内脏高敏感的作用，认为食管内脏高敏感与其他内脏高敏感相似，可由外周、中枢神经的改变和不良心理压力等因素介导[15]。因此，GERC存在感觉神经系统的外周与中枢的功能敏化，这与慢性咳嗽外周、中枢神经兴奋性增加的普遍认识一致[16]。

2.1炎症环境下的外周敏化 从最早发现感觉神经参与末梢血管扩张到感觉神经支配皮肤内血流信号的改变，神经源性炎症逐渐被认识并参与多种疾病的病理过程[17]。GERC气道神经源性炎症发生时，在痰、血浆中可检测到P物质、降钙素基因相关肽等表达增加。与此同时，肥大细胞会活化，类胰蛋白酶、组胺水平也会升高。神经肽可反作用于肥大细胞，诱导类胰蛋白酶、组胺等炎症介质的释放，进而激活邻近的感觉神经末梢，增强对异常刺激的感觉过敏[18-19]。有研究发现，与GERD患者相比，GERC患者上述气道炎症改变更加明显，提示神经肽的异常释放、肥大细胞的过度激活参与GERC炎症环境的形成[20]。此外，中性粒细胞也参与GERC炎症环境的形成。Takeda等[21]发现质子泵抑制剂能够降低GERC患者痰和血浆中P物质、中性粒细胞的水平，提示中性粒细胞炎症是GERC炎症环境的又一种表现。由此推测，神经肽的合成与释放、肥大细胞与中性粒细胞的增殖活化共同参与构成GERC的炎症环境。

2.1.1TRP离子通道诱发炎症、介导感觉高敏感 TRP离子通道分布于外周感觉神经元，TRP离子通道参与诱发或增强炎症反应，介导GERC的食管与气道的感觉高敏感。支配气道、食管的迷走感觉神经分为两类：一类是对化学刺激敏感的无髓鞘的C纤维，另一类是对机械刺激敏感的有髓鞘的Aδ纤维。TRP香草酸亚型(TRP vanilloid，TRPV)1作为TRP家族的关键成员之一，是迷走C纤维上的主要通道蛋白，对Ca2+的细胞转运发挥着关键作用，可被辣椒素、酸(pH≤5.9)、热(温度>43 ℃)等激活，促进神经肽的释放，引起神经源性炎症[22]。有研究认为，质子泵抑制剂能够减轻严重胃酸反流引起咳嗽的作用机制是抑酸治疗可减轻酸性物质对咳嗽感受器中TRPV1的刺激[23]。另一种亚型TRP离子通道——TRP锚蛋白1(TRP ankyrin 1，TRPA1)在胃肠道、肺的迷走传入神经元中也有表达。异硫氰酸烯丙酯(芥末)、大蒜素(大蒜)、肉桂醛(巧克力、甜品)等食源性物质能直接激活食管C纤维上的TRPA1通道，含有这些物质的胃内容物也可能以雾态或液体的形式反流进入气道，刺激气道感觉神经纤维上的TRPA1引起咳嗽[23]。TRPA1与TRPV1在多种神经元中共表达，它们的激活均会诱导神经源性炎症，从而介导病理条件下的内脏感觉高敏感，且两者可通过调节Ca2+的浓度产生相互作用，形成正向联动效应[24]。TPRV1、TRPA1主要参与C纤维的激活，但不会引起Aδ纤维的激活。关于迷走神经的机械过敏的研究中，TRPV4备受关注。有研究认为，TRPV4通道可被低渗透压、酸碱浓度、温度(>27 ℃)等理化刺激激活，刺激ATP释放，继而引起嘌呤能受体家族的P2X3受体的敏化或过表达，最终介导气道Aδ纤维的感觉过敏[25]。但TRPV4拮抗剂并不能在慢性咳嗽患者中发挥效应[26]，P2X3受体拮抗剂则能够较好地减少患者的咳嗽次数[27-28]。基础研究与临床实践产生差异的原因可能是ATP/P2X3介导了Aδ纤维的机械感觉过敏，但在触发其他引起咳嗽的机制时可能也额外触发了TRPV4通道的激活。因此，对于TRPV4、ATP/P2X3在气道疾病中的作用仍需要更多、更深入的研究进行探讨。

2.1.2蛋白酶激活受体2(protease-activated receptor 2，PAR2)可敏化TRP离子通道、增强感觉高敏感 PAR2在GERD食管黏膜中高表达，而且反复的食管内弱酸刺激会增强其活性，与上皮基底细胞增生、食管细胞间隙扩张、炎症细胞计数有关[29-30]。在咳嗽的病理过程中，PAR2作为迷走神经纤维活性的放大器，可增强外周炎症信号的效应，提高气道或食管的感觉高敏感[31]。PAR2能激活感觉神经纤维上各种类型的TRP离子通道，进而增加气管或食管神经的敏感性。①PAR2与TRPV1的关系：PAR2通过Gαq/11激活磷脂酶C继而激活蛋白激酶C，引起TRPV1磷酸化，提高TRPV1对内源性激动剂的敏感性[32]。Gatti等[33]研究发现，蛋白激酶C抑制剂或蛋白激酶A抑制剂可明显减轻由PAR2激动剂放大的辣椒素激发的咳嗽。Wulamu等[34]则发现，在慢性应激诱导的GERD小鼠模型中，PAR2、TRPV1的表达明显增加，同时伴有炎症因子的异常表达，从而介导食管的内脏高敏感。由此可见，PAR2、TRPV1在介导感觉高敏感中具有重要作用。②PAR2与TRPA1的关系：PAR2与TRPA1在多种细胞中共同表达，PAR2也可通过磷脂酶C途径激活TRPA1，放大TRPA1在感觉信号传输中的作用，介导痛觉过敏[35]。Yu等[36]研究发现，采用TRPA1抑制剂预处理食管迷走神经传入神经纤维能够抑制由PAR2激动剂诱导的食管机械过敏。因此，TRPA1与PAR2的关系可能不是单向的，而是相互作用。③PAR2与TRPV4的关系：在多种炎症性疾病中，PAR2、TRPV4、P物质在感觉神经元、食管角质形成细胞、支气管上皮细胞中共同表达[37-39]。炎症过程中释放的胰蛋白酶、弹性蛋白酶可以激活PAR2，引起TRPV4的敏化介导感觉过敏。Suzuki等[37]发现在原代小鼠食管角质形成细胞中蛋白激酶C抑制剂会降低PAR2对TRPV4的磷酸化作用，减少TRPV4下游ATP的释放。另外，Poole等[40]发现拮抗TRPV4能够抑制PAR2对初级伤害性感受神经元的信号转导，而TRPV4的缺失则减弱了PAR2触发的神经源性炎症。可见，PAR2与TRPV4之间也存在正相关性。

2.2复杂信号转导通路的中枢敏化 胃内容物异常反流时，迷走感觉传入神经可以通过轴突反射形成外周的神经源性炎症触发炎症级联反应，形成外周的炎症环境。同时，由食管产生的异常信号会经由脊神经或迷走神经通路在中枢神经系统的相应部位发生串扰，并由中枢对信号进行整合，产生新的增强的下游效应[16,23]。有学者认为，咳嗽中枢敏化一方面表现为脊神经次级传入神经或迷走传入神经中神经节的活化，另一方面则表现为高级神经中枢内胶质细胞活化产生的神经递质异常释放[16]。

2.2.1各类型神经节在中枢敏化中的作用 脊神经和迷走神经是感觉传入中枢的两个途径，脊神经的次级感觉神经元在背根神经节内，迷走传入神经的次级感觉神经元在颈神经节、结状神经节。从组织胚胎学来看，多个物种的背根神经节、颈神经节来源于神经嵴，结状神经节则主要来自腮背基板。神经冲动经由背根神经节到达脊髓背角，释放神经递质，通过脊髓丘脑束将信号传递至丘脑；颈神经节发出的神经传入到达三叉神经旁核，结状神经节传到孤束核内，经各自的传导途径到达下丘脑。不同的感觉神经元具有不同的功能，其中背根神经节在不同神经营养因子的作用下分化为肽能类和非肽能类，可通过检测同工凝集素B4进行区分。结状神经节来源的迷走C纤维几乎不表达神经肽，但对ATP、腺苷、5-羟色胺等有反应；颈神经节C纤维会释放神经肽，但对ATP、腺苷、5-羟色胺等几乎没有反应，由此推测迷走C纤维介导机械、化学敏感[41]。在GERC豚鼠模型中，气道、背根神经节及相应的脊髓背角、结状神经节等部位P物质表达水平升高，应用神经肽1受体拮抗剂能够下调P物质的表达[10,42]，由此可见背根神经节与脊髓背角、结状神经节参与GERC外周神经源性炎症的形成。脊髓背角极有可能是通过激活其中的PAR2受体，使TRP离子通道磷酸化，从而介导感觉高敏感[43-44]。一般认为结状神经节C纤维较少释放神经肽类物质，但GERC动物模型中结状神经节P物质表达升高，因此结状神经节在GERC病理过程中可能存在更加复杂的机制。

2.2.2各级脑区域在中枢敏化中的表现 经过初级感觉神经元处理后的信号可进一步传导至各类型神经纤维的更高级脑中枢，不同的脑区域的功能不同，但区域之间存在某些联系，构成了中枢神经功能敏化的复杂网络。结状神经节的神经会传至延髓的孤束核，但与其他区域有联系。孤束核、迷走神经背侧运动核和背后区存在纤维联络和功能上的联合，这些区域又合称为迷走背侧复合体。Chen等[45]发现，在GERC豚鼠的背侧复合体中大部分神经元为Fos/P物质双标，当延髓局部微注射神经元活性调节剂后食管或气道炎症水平会有所改变，推测背侧迷走复合体参与调节胃食管反流相关的气道炎症。在进一步的研究中，他们利用锰增强磁共振成像在GERC大鼠模型中观察到孤束核、迷走神经背侧运动核、三叉神经核与中间网状核等锰信号增强，认为食管盐酸灌注、气道柠檬酸激发可能诱导延髓神经元来参与咳嗽信号的整合[46]。除了对延髓的研究外，学者还发现下丘脑在GERC中的重要作用，并且与延髓神经通路存在某种联系。孙乐家等[47]在豚鼠模型中观察到下丘脑室旁核中神经元Fos/P物质表达升高，逆行示踪法则显示GERC豚鼠模型存在着从气道壁到背侧迷走复合体再到下丘脑室旁核的神经通路，提示GERC的咳嗽敏感性信号可能通过下丘脑室旁核-背侧迷走复合体-气道的通路进行传递。

2.2.3神经递质在中枢敏化中的变化 咳嗽感觉神经的中枢敏化是一个复杂的过程，除迷走神经或脊神经末梢直接释放神经肽或ATP来调节食管、气道的感觉过敏外，在脑或脊髓活化过程中各种类型的神经胶质细胞也参与神经递质的变化，当兴奋性神经递质与抑制性神经递质之间的平衡被打破时就会出现中枢对信号处理的失常。位于中枢的神经元细胞能表达γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)受体，这种受体可以快速诱导抑制性突触后电位。在肺部炎症持续存在时，传递到中枢的信号会导致神经胶质细胞的募集或激活，兴奋性神经递质释放增加，抑制性神经递质减少，使中枢神经回路对感觉神经传入信号更加敏感，即使低于阈值的刺激也可以引发咳嗽[48]。GERD患者常伴有不同程度的焦虑、抑郁症状，不良情绪又会增强患者对GERD症状的感受性，形成一种恶性循环[4]。陈冬雪等[49]发现GERD肝郁证大鼠模型的下丘脑中GABA表达明显下降，推测GERD、抑郁症均会导致 GABA表达降低，从而引起一系列胃、食管和消化道外表现。尽管关于神经递质在GERC中的改变尚不明确，但有研究发现GABA调节剂在难治性GERC患者中具有一定的疗效[12]。从现有对GERC中枢敏化机制的认识来看，背根神经节及相应脊髓背角、迷走传入神经的感觉神经元参与并增强了外周的炎症效应，并将异常信号逆行传至延髓、下丘脑等区域，增强相应区域神经元的活性，引起中枢神经的功能敏化。另外，自发性咳嗽冲动能够激活更高级的大脑皮质，而当意志屏气或自愿控制咳嗽行为时机体又会形成两种下行的咳嗽抑制通路，可见高级脑区域的功能之间相互影响，形成一个错综复杂的网络。因此，GERC的中枢敏化是一个复杂的综合多因素的机制，对其认识还有待进一步探索。

3 小 结

GERC作为一种特殊类型的慢性咳嗽，涉及呼吸、消化两大系统，从临床特征来看，75%的GERC患者仅以咳嗽为唯一症状，而不具有典型的消化道症状[20]。目前GERC的发病机制并不完全明确，高位反流、低位反流、咳嗽敏感性增加等学说都无法完整地解释GERC的发病过程。GERC表现出咳嗽反射敏感性增加、食管内脏高敏感，与其他神经病理性疾病相似，外周、中枢神经的功能改变参与了疾病的发生发展。GERC食管或气道中会出现神经源性炎症、其他类型炎症，外周神经纤维上的多种亚型TRP离子通道、PAR2受体及ATP/P2X3通路紧密联系、共同参与其中，同时外周的异常信号通过复杂的神经网络传递至中枢，使神经元细胞大量活化、中枢神经发生可塑性改变，致使中枢敏化，进而放大神经纤维的感觉高敏感，最终触发咳嗽动作的产生。从感觉神经的外周与中枢敏化来探讨GERC的发病机制具有重要意义，可为其临床诊治、基础研究提供新思路。