基于Cajal间质细胞治疗慢传输型便秘患者的研究进展

肖正平 李保松 张智睿 蒋宏

滨州医学院附属医院结直肠疝外科，滨州 256603

慢传输型便秘（slow transit constipation，STC）是功能性便秘中常见的一种类型，约占功能性便秘的55%［1］，其主要的临床特征是肠道蠕动减慢和肠内容物传输延迟。尽管STC的发病原因尚不明确，但是有研究发现，STC的发生与胃肠道中Cajal间质细胞（interstitial cells of Cajal，ICCs）的数量、分布模式及其形态功能有一定相关性，随着STC的发生，ICCs等因素会发生改变［2-3］，而ICCs数量的减少和形态功能的改变可造成胃肠道功能障碍。因此，维持ICCs的功能及数量对STC患者的改善有着关键作用。

ICCs

1.ICCs的分类

ICCs分布在胃肠道的不同层次中。根据不同的分类方法，ICCs可分为多种类型，大致可分为4类［4］。⑴与肠神经丛相关的ICC：依赖刺激的起搏细胞，调节高振幅传播的压力波；⑵与肌下神经丛相关的ICC：作为主要的起搏细胞，其以大约3次/min的频率产生节律性去极化；⑶肌内ICC（intramuscular ICC，ICC-IM）：存在于纵向和环状肌肉中，在整个肌肉组织中传递起搏器活动并介导神经刺激；⑷浆膜下层相关的ICC：可以对纵向肌肉层执行起搏器功能。

2.ICCs的标志物

ICCs的发育依赖于干细胞因子（stem cell factor，SCF），并且ICCs可过表达酪氨酸激酶细胞生长因子受体c-kit，c-kit蛋白又称为CD117，在基于ICCs的研究中经常作为ICCs的生物标志物来研究ICCs的分布，并且在一定程度上反映ICCs的数量变化。此外，在人类胃肠道ICCs中还发现了跨膜蛋白16A（transmembrane member 16A，TMEM16A）、ANO1基因产物的表达；TMEM16A、ANO1编码的是由钙激活的氯通道，这种通道可在ICCs中表达，参与胃肠平滑肌慢波电流的产生；它们也可以作为标识ICCs的选择性分子标志物［5-7］。另一种已被研究的标志物是CD34，有些ICCs可表达该标志物，但成纤维样细胞也可表达CD34。因此，CD34作为ICCs标志物仍存在争议。由于成纤维样细胞可表达血小板生长因子受体α（platelet growth factor receptor alpha，PDGFRα），但不表达c-kit，故可以通过PDGFRα是否阳性来区分成纤维样细胞和ICCs［8］。

3.ICCs的功能

首先，ICCs可发挥起搏和调节作用。ICCs被认为是胃肠道平滑肌活动的起搏器和调节器，在维持肠道蠕动中发挥着关键作用［9］。许多关于胃肠道蠕动活性的电生理研究都发现了ICCs的参与。有研究发现，可以将ICCs植入缺乏ICCs的肠道肌间组织中，从而产生肠道的慢波和蠕动功能［10］。Blair等［7］研究发现，ICCs之间、ICCs和平滑肌细胞以及表达PDGFRα的细胞之间可形成连接网络，从而发挥起搏器功能。此外，ICCs表面存在一种名为超极化激活环核苷酸门控阳离子通道（hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels 1，HCN1）的蛋白，其作为ICCs起搏电活动的始发离子通道对ICCs的起搏节律形成有着重要作用。其次，ICCs可发挥肠神经传递作用。ICCs可通过SCF/c-kit信号通路调控肠神经系统的传递，并且SCF/c-kit信号通路的上调可促进ICCs的分化和增殖，而ICCs具有与肠神经系统中的神经递质结合的受体，发挥肠神经传递的功能。此外，ICCs还具有神经肽的受体，如P物质或神经激肽K，并且ICCs对一氧化氮比较敏感［11-12］。还有研究发现，位于人幽门的ICC-IM中存在血红素加氧酶2，他们认为ICC-IM可通过该酶与平滑肌细胞内源性合成一氧化碳，从而发挥肠神经传递的能力［13］。此外，ICCs还具有机械感受器的作用。有学者发现，ICCs可以将机械刺激转化为引起消化道运动的电信号，其机制可能与ICCs的各种跨膜离子通道有关，尤其是钙、钠和钾跨膜离子通道［14］。Radenkovic等［15］在胃肠道平滑肌肌间隔中发现了一种具有机械感受器功能的ICCs新亚型，称为肌间隔ICC。迷走神经沿消化道的肌内构造可能是消化系统主要的机械感受器结构：研究者通过电子显微镜对小鼠胃底进行观察，发现了该构造和ICC-IM之间存在一种叫做突触前连接的连接结构［16］。

ICCs与STC的关系

国内外的许多研究都提示，ICCs形态结构、数量及功能的变化与STC的发生有着一定的关联性。ICCs是调控肠道运动节律的关键细胞。因此，ICCs异常改变可能会导致肠道慢波活动异常、肠道蠕动减慢，最终出现STC的症状，如排便困难和排便频率减少［17］。有研究发现，STC患者和STC大鼠结肠组织中ICCs数量减少是由于ICCs出现了过度自噬，提示ICCs过度自噬可能会导致结肠动力障碍［18-19］。细胞外基质蛋白TNX可能通过激活TGF-β/Smad信号通路诱导上皮间质细胞转化，导致病变结肠中ICCs分布异常和功能障碍，加重STC患者的症状［20］。占煜等［21］认为，STC大鼠模型胃肠道中ICCs数目减少、HCN1蛋白表达下降可能是STC发生的细胞与分子基础。胃肠道的平滑肌细胞可以通过缝隙连接与ICCs和PDGFRα阳性细胞两种间质细胞电耦联，共同形成SIP合胞体（SMC-ICCs-PDGFRα+cells syncytium，SIP syncytium），通过改善SIP合胞体的功能可以促进胃肠蠕动，进而治疗便秘［9，21］。此外，甲基转移酶样3可通过N6-甲基腺苷依赖的方式连续调节miR-30b-5p/PIK3R2轴来促进谷氨酸诱导的ICCs的凋亡、自噬和焦亡，从而加重STC患者的症状［22］。ICCs与STC的形成关系见图1。

图1 ICCs异常导致STC的示意图。A：正常人体ICCs分布图；B：STC患者体内ICCs分布图；C：正常人与STC患者对比图

通过影响ICCs治疗STC的方法

1.微生态制剂治疗

迄今为止，微生物制剂基于ICCs治疗STC患者的方法研究并不多，并非主流的临床治疗方案，但一些研究发现某些微生态制剂可通过改善ICCs的数量及分布进而改善STC患者的症状。研究发现，采用含有副干酪乳杆菌JY062和加氏乳杆菌JM1的益生菌发酵乳干预洛哌丁胺（loperamide，LOP）诱导的小鼠便秘模型14 d后，小鼠结肠组织中ICCs数量显著增加，缓解了小鼠便秘症状［23］。Huang等［24］通过复方地芬诺酯诱导小鼠STC模型，并使用植物乳杆菌GUANKE干预动物模型后发现，免疫荧光染色测量的便秘结肠组织中水通道蛋白（aquaporins，AQPs）和ICCs相关蛋白表达增加。Guo等［25］将L.sakei Furu 2019乳杆菌、水苏糖益生元以及二者联合应用于STC动物模型后发现，3种干预措施均可通过影响水通道蛋白（AQP4和AQP8）、ICCs（SCF和c-kit）来缓解便秘的症状。有学者发现，在LOP诱导的小鼠便秘模型中使用多菌株益生菌与益生元混合物干预和使用单独的多菌株益生菌干预，与模型组相比，小鼠结肠组织的肠黏膜厚度、隐窝细胞面积和ICCs均有所增加，且使用益生菌与益生元混合干预组增加更加显著［26］。

2.中医药治疗

笔者查阅文献发现，中医药直接调节ICCs治疗STC患者的报道并不多。但是，随着现代科研方法与中医药相结合，相关研究发现部分中药成分可能会间接影响肠道的光滑肌功能和神经传导，从而对ICCs的行为产生潜在影响。比如，一些中药可能在化学成分上有激活或调节钙通道、钾通道等离子通道的作用，能够影响肠道平滑肌的兴奋性和收缩性，进而影响ICCs的功能。

2.1.中药复方 通便汤可通过抑制ICCs的自噬促进ICCs的再生修复能力，增强STC模型大鼠的结肠转运功能［27］。温阳益气汤可调节肠道激素，增加ICCs数量，缓解便秘小鼠症状［28］。小承气方在LOP诱导的便秘小鼠中可抑制ICCs凋亡，改善便秘［29］。李硕等［30］研究表明，益气活血通便方可升高c-kit蛋白，增加ICCs细胞数量，改善STC大鼠排便情况。附子-肉桂可通过提高结肠5-羟色胺（5-HT）、SP表达水平以及增加ICCs数量改善STC大鼠便秘情况［31-32］。增液汤可通过MAPK信号通路促进ICCs增殖，抑制ICCs凋亡，显著改善STC大鼠症状［33］。由此可见，治疗STC的中药复方大多都是通过各种机制间接影响ICCs数量、抑制其凋亡、上调SCF及c-kit蛋白，进而改善症状。

2.2.中药单体 香茅是一种重要的药食两用香料植物。有研究发现，其水提取物在LOP诱导的小鼠STC模型中应用，不仅能降低STC小鼠血清血管活性肠肽、诱导型一氧化氮合酶和乙酰胆碱酯酶的含量，还能增加结肠ICCs和平滑肌细胞中胃肠动力因子的表达，从而显著缩短排便时间，提高胃肠通过率［34］。川陈皮素可通过提高SCF和c-kit蛋白的表达，改善STC小鼠便秘情况［35］。肉苁蓉是一种促进肠道湿润和肠道松弛的中药，肉苁蓉总糖醇提取物是其主要的活性提取物；肉苁蓉、肉苁蓉水提取物及其总糖醇提取物均能通过调节神经递质升高ICCs中c-kit的表达，减轻肠道炎症反应，缓解症状［36-38］。牛蒡苷是从我国保健食品中草药牛蒡中分离得到的木脂素苷类物质，将其应用于LOP诱导的小鼠便秘模型中可以减轻结肠损伤和ICCs损伤，促进结肠收缩，减少肠道转运时间，减轻便秘症状［39］。木犀草素是一种天然存在的黄酮类化合物，存在于多种蔬菜和水果中。使用木犀草素干预LOP诱导的小鼠便秘模型后发现，其可以提高小鼠结肠组织中神经元蛋白HuC/D和肠道动力相关的生物标志物的表达，包括P物质、血管活性肠肽和乙酰胆碱，以及ICCs的生物标志物c-kit和ANO1的水平，增强了肠道蠕动［40］。紫檀芪是白藜芦醇的天然衍生物，主要来源于浆果、葡萄。Yao等［41］发现，紫檀芪能通过增强PI3K/AKT和Nrf2/HO-1信号传导来减少ICCs的凋亡，改善LOP引起的便秘。黄芪甲苷Ⅳ可改善STC小鼠的肠道菌群结构，上调丁酸盐，进而通过调节AKT-NF-κB信号通路促进排便，改善肠道运动，促进ICCs增殖，改善小鼠便秘情况［42］。槲皮素、葛仙米多糖在LOP诱导的大鼠便秘模型中可通过c-kit/SCF信号通路增加ICCs数量，缓解便秘［43-44］。

3.物理疗法

许多研究表明，针灸、电针等针刺疗法在STC的治疗中具有抑制ICCs过度自噬、改善ICCs功能、逆转ICCs表型、促进ICCs修复等重要作用［45］。吕琪等［46］对复方地芬诺酯诱导的STC大鼠的天枢穴进行深刺，结果发现，大鼠结肠组织中c-kit免疫活性升高、ICCs活性上调，改善了STC大鼠的便秘情况。电针刺激STC大鼠的俞募穴可通过改善结肠组织ICCs功能、上调GDNF表达、下调GDNF基因启动子区甲基化水平来改善大鼠便秘症状及肠道传输功能；也可通过刺激大鼠天枢穴、大肠俞进而转运靶向SCF/c-Kit信号通路的外泌体miR-34c-5p来改善肠蠕动［47-48］。有研究将一对耳廓电极植入LOP诱导的大鼠便秘模型刺激耳迷走神经，结果发现，其可改善大鼠结肠组织中ICCs介导的起搏活动和ICCs中c-kit的表达，增加ICCs数量，增强结肠运动［49-50］。骶神经电刺激可促进ICCs中c-kit的表达，提高ICCs数量与改善其功能，调节平滑肌活动，从而改善STC大鼠的症状［51］。

4.分子治疗

研究发现，在复方地芬诺酯诱导的STC小鼠模型中，微小RNA（miR）-129-3p可以激活SCF/c-kit信号通路，增加ICCs数量，并通过Akt/mTOR信号通路抑制ICCs的自噬，改善模型小鼠情况［18］。在大鼠STC模型中，miR-222可诱导ICCs凋亡和过度自噬，抑制miR-222表达则可改善这种情况［19］。M1型巨噬细胞来源的外泌体miR-34c-5p可通过靶向SCF降低ICCs的细胞活力［52］。Yao等［53］发现，使用TMEM16A抑制剂可抑制胃肠道ICCs产生漫波。因此，TMEM16A激动剂可能为STC提供治疗新思路。

5.其他

5.1.干细胞疗法 理论上可通过干细胞疗法治疗STC患者：通过移植干细胞到ICCs缺乏患者体内，将其诱导分化为ICCs或其支持细胞，从而修复受损的ICCs网络或重新建立新的功能性ICCs。Zhou等［54］发现，ICCs具有可塑性和自我更新能力，可成为ICCs缺乏患者的再生或替代治疗，在自然缺乏ICCs的患者中或因病理生理损伤导致ICCs数量减少的情况下，可采用ICCs同种异体移植的方法进行治疗。此外，Lorincz等［55］发现并证明了ICCs补充治疗的潜力，该研究发现，从类器官中获得表达小鼠ICCs前体的细胞，并将其种植到受损组织中，发现其能自我迁移，并排列和分化为体内特定的ICCs类型，进而恢复一定的肠动力。

5.2.基因疗法 该疗法是一个将正常基因送入患者体内以修复或替换异常基因的过程。对于STC，特定影响ICCs功能的基因可能是潜在的治疗靶点。干细胞白血病（stem cell leukemia，SCL）基因可作用于c-kit基因的启动子从而促进c-kit的表达，上调SCF/c-kit通路，促进ICCs的生长、分化，调节胃肠道的节律性。张林等［56］通过构建表达人SCL重组腺病毒载体，并将其经尾静脉注射到ICCs缺失模型小鼠体内，发现在小鼠各器官脏器都可以检测到SCL基因的表达。

干细胞疗法和基因疗法为STC提供了全新的治疗思路，尤其是针对ICCs的功能障碍。但是，这两种治疗方法都还处于研究阶段，需要更多研究证明其安全性和有效性。

小结与展望

在STC的治疗研究中，ICCs作为一个治疗靶点，其功能障碍与STC病因紧密联系。尽管存在多种潜在治疗方法，但是针对ICCs的靶向治疗尚未成为临床主流，现有研究多停留在理论或动物模型水平。对ICCs的深入研究和理解能为STC的治疗提供新的方向。笔者认为，未来基于ICCs对STC的研究应关注以下几个方面：更精确地分析ICCs在STC发生中的分子机制，提炼潜在靶点；开发特异性高、不良反应发生率低的药物，直接或间接调控ICCs功能；进一步研究干细胞和基因疗法在临床上的应用潜力，特别是如何在安全性和有效性间取得平衡；考察微生态制剂、中医药等替代疗法对ICCs的影响及其在临床治疗中的实用性；重视物理疗法等非药物干预手段在STC患者治疗中的作用和患者的生活质量改善。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明肖正平：酝酿和设计试验，实施研究，分析/解释数据，起草文章；李保松：分析/解释数据，获取研究经费，行政、技术或材料支持，指导；张智睿：采集数据，分析/解释数据，统计分析；蒋宏：对文章的知识性内容作批评性审阅，获取研究经费，行政、技术或材料支持，支持性贡献。