Cajal間質(zhì)細(xì)胞在胃腸神經(jīng)系統(tǒng)中的重要作用

李琳

Cajal間質(zhì)細(xì)胞在胃腸神經(jīng)系統(tǒng)中的重要作用

李琳

胃腸道神經(jīng)-Cajal間質(zhì)細(xì)胞-平滑肌網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是調(diào)節(jié)胃腸道運(yùn)動的主要系統(tǒng)。其中，Cajal間質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是胃腸道動力的“起搏細(xì)胞”及神經(jīng)信號傳導(dǎo)的“中介細(xì)胞”，在胃腸道運(yùn)動調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵性作用。近些年，隨著各方面研究的廣泛開展，對Cajal間質(zhì)細(xì)胞的病理、電生理、細(xì)胞信號傳導(dǎo)及與上下游網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系等認(rèn)識越來越深入。而且發(fā)現(xiàn)，Cajal間質(zhì)細(xì)胞與很多疾病的發(fā)生均有密切聯(lián)系。

Cajal間質(zhì)細(xì)胞；酪氨酸激酶受體；干細(xì)胞因子

目前普遍認(rèn)為，胃腸道神經(jīng)-Cajal間質(zhì)細(xì)胞（interstritial cell of Cajal，ICC）-平滑肌網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是調(diào)節(jié)胃腸道運(yùn)動的主要方面。ICC插入神經(jīng)肌肉間，與神經(jīng)末端構(gòu)成突觸樣連接，與平滑肌形成縫隙連接。此類細(xì)胞被認(rèn)為是胃腸道動力的“起搏細(xì)胞”及神經(jīng)信號傳導(dǎo)的“中介細(xì)胞”，在胃腸道動力調(diào)節(jié)的諸多因素中，對胃腸動力的形成和調(diào)節(jié)起關(guān)鍵性作用。近30年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，諸如ICC的基因修飾小鼠模型建立、免疫組織化學(xué)方法鑒定等技術(shù)的應(yīng)用，關(guān)于ICC的研究也越來越多。大量的研究認(rèn)為，ICC是胃腸運(yùn)動的起搏細(xì)胞并介導(dǎo)神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞。這些細(xì)胞表達(dá)酪氨酸激酶受體c-Kit，并以干細(xì)胞因子（stem cell factor，SCF）為配體，其生長發(fā)育和表型的維持有賴于SCF與c-Kit的結(jié)合發(fā)揮的信號傳導(dǎo)作用。近年研究發(fā)現(xiàn)，ICC與某些疾病的發(fā)病有聯(lián)系。

1 ICC的形態(tài)學(xué)特征以及各亞種群的分布

消化道內(nèi)ICC呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，胞體呈紡錘型或圓形，發(fā)出細(xì)長的細(xì)胞突起，突起與平滑肌細(xì)胞及自主神經(jīng)形成廣泛的聯(lián)系。在電鏡下，ICC的特征可以概括為以下幾個(gè)特點(diǎn)：⑴線粒體的數(shù)量多，體積大；⑵有胞膜小凹；⑶發(fā)育良好的粗、滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；⑷大量中間絲；⑸ICC間3級神經(jīng)纖維間有突觸樣結(jié)構(gòu)；⑹缺乏肌動纖維；⑺與平滑肌形成縫隙連接。

按ICC分布的部位，從黏膜到漿膜可分為6類[1]：黏膜下ICC（submucosal ICC，ICC-SM），位于黏膜下環(huán)形肌層表面。深層肌叢ICC（deep muscular plexus ICC，ICC-DMP），處于環(huán)狀肌層內(nèi)。肌內(nèi)ICC（intramuscular ICC，ICC-IM），存在于環(huán)狀肌和縱行肌內(nèi)。隔膜ICC（septal ICC，ICC-SEP），位于肌間層的隔膜內(nèi)。肌間ICC（myenteric ICC，ICC-MY），位于環(huán)狀和縱行肌束之間。漿膜下ICC（subserosal ICC，ICC-SS），位于漿膜層和縱形肌層之間。

2 ICC的電生理特性

絕大多數(shù)研究認(rèn)為，ICC是胃腸活動的起搏細(xì)胞，并介導(dǎo)信號的傳遞，在胃腸道以慢波的形式傳播，并能啟動節(jié)律性電活動。消化道平滑肌在靜息膜電位的基礎(chǔ)上，可自發(fā)地周期性地產(chǎn)生去極化和復(fù)極化，形成緩慢的節(jié)律性電位波動。由于其頻率較慢，因而稱為慢波。Sanders等[2]認(rèn)為，慢波電流在ICC的激活依賴于一定的電壓梯級，這最可能依賴于鈣離子激活氯通道（calcium-activated cholirde channels，CaCCs）激活Ca2+內(nèi)流而產(chǎn)生的電壓。慢波是由ICC產(chǎn)生的，而不是由平滑肌細(xì)胞產(chǎn)生的。實(shí)驗(yàn)觀察到，在ICC-MY中記錄到的慢波振幅遠(yuǎn)大于在毗鄰平滑肌細(xì)胞中記錄到的。慢波在胃腸道器官中可以長距離傳播，要維持這一運(yùn)動形式，慢波在傳播過程中就必然會重新產(chǎn)生，而平滑肌細(xì)胞沒有產(chǎn)生慢波的能力，因此這很可能是ICC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用。這正解釋了慢波在胃腸道的各個(gè)區(qū)域是持續(xù)存在的，而不是只存在于產(chǎn)生慢波的區(qū)域[3]。慢波可決定消化道平滑肌的收縮節(jié)律，故又稱基本電節(jié)律。慢波的幅度為5～15 mV。持續(xù)時(shí)間為數(shù)秒至十幾秒。慢波的頻率變動在3～12次/min，隨所在消化道部位的不同而異，人類胃平滑肌的慢波頻率為3次/min，十二指腸為11～12次/min，回腸末端為8～9次/min。目前認(rèn)為，節(jié)律性慢波起源于廣泛存在于胃體、胃竇及幽門部的環(huán)形肌和縱形肌交界處間質(zhì)中的ICC。ICC既非神經(jīng)細(xì)胞又非平滑肌細(xì)胞，是一種兼有成纖維細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞特性的間質(zhì)細(xì)胞，它們與平滑肌細(xì)胞之間距離很近，并在多處形成縫隙連接，因而慢波可以電緊張的形式傳至縱形肌和環(huán)形肌層。實(shí)驗(yàn)證明，慢波活動受自主神經(jīng)的調(diào)節(jié)，交感神經(jīng)活動增起時(shí)，慢波的幅度減小。副交感神經(jīng)活動增強(qiáng)時(shí)，其幅度則增加。但在去除平滑肌的神經(jīng)支配或用藥物阻斷神經(jīng)沖動后，慢波依然存在，提示慢波的產(chǎn)生并不依賴于神經(jīng)的支配。實(shí)驗(yàn)還觀察到，在縱形肌和環(huán)形肌交界處，慢波波幅最大，并從交界向兩肌層傳播。若將附著于兩肌層交界處的ICC去除，慢波即消失。若電刺激帶有ICC的游離小腸肌條，則可產(chǎn)生慢波。表明ICC是慢波產(chǎn)生的必要條件，并在兩肌層間起“橋梁”作用。

ICC的形態(tài)學(xué)特征也提示，這類細(xì)胞與胃腸活動的起搏有關(guān)。電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，這類細(xì)胞有胞膜小凹。眾所周知，細(xì)胞小凹在信號傳遞中起著重要的作用。最近發(fā)現(xiàn)，缺乏胞膜小凹的小鼠（微囊蛋白1基因敲除的小鼠）的ICC不能表達(dá)anoctamin-1（ANO1）蛋白，這種蛋白是一種與CaCCs活性密切相關(guān)的膜蛋白，而CaCCs是慢波產(chǎn)生的基礎(chǔ)。ICC的另一形態(tài)學(xué)特征是，ICC的胞體存在眾多突觸，這使得ICC與平滑肌細(xì)胞及自主神經(jīng)形成廣泛的聯(lián)系。此外，電鏡觀察到ICC具有豐富的線粒體，而胃腸活動起搏需要大量的能量，線粒體能為此提供能量。所以，ICC在胃腸活動起搏中起著重要的作用[4]。

3 ICC與腸神經(jīng)的聯(lián)系

Cajal認(rèn)為，在腸神經(jīng)信號傳遞中，ICC可能起著重要作用，但這一直得不到證明，直到超微結(jié)構(gòu)的研究。Imaizumi和Hama的研究支持Cajal的理論，他們觀察到相思鳥的胃中ICC和腸神經(jīng)存在密切的聯(lián)系，認(rèn)為ICC可能參與了神經(jīng)刺激從神經(jīng)到平滑肌的傳遞過程。在小鼠和蝙蝠的小腸研究中，Yamamoto也有相似的發(fā)現(xiàn)。越來越多的ICC超微結(jié)構(gòu)研究證實(shí)，ICC與神經(jīng)纖維之間存在突觸樣的結(jié)構(gòu)。用免疫組織化學(xué)的方法也觀察到不同物種的ICC與神經(jīng)纖維之間存在密切的聯(lián)系[5]。免疫組織化學(xué)方面的研究也為ICC與神經(jīng)纖維之間存在突觸樣的結(jié)構(gòu)的理論提供了證據(jù)。ICC-IM能把信號從神經(jīng)纖維傳遞到平滑肌細(xì)胞，這是合乎邏輯的，ICC與和它比鄰的平滑肌細(xì)胞之間可能以某種方式存在連接。超微結(jié)構(gòu)研究顯示，ICC-IM與平滑肌細(xì)胞之間存在縫隙連接。

如果ICC參與神經(jīng)傳遞，那么它必須能夠表達(dá)某種受體并對神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生效應(yīng)，有轉(zhuǎn)換信號的作用。研究表明，ICC可以表達(dá)多種受體，例如神經(jīng)激肽受體(NK1和NK3受體)、腸血管活性肽受體(VIP-1受體)、乙酰膽堿受體(毒蕈堿M2和M3受體)。研究發(fā)現(xiàn)，ICC能對胃腸道的NO產(chǎn)生效應(yīng)并取決于環(huán)鳥苷酸的量。ICC的內(nèi)在NK1受體能對P物質(zhì)和神經(jīng)刺激產(chǎn)生反應(yīng)。

腸神經(jīng)系統(tǒng)包含興奮性和抑制性神經(jīng)元，它不僅能調(diào)控平滑肌的收縮和舒張，也能調(diào)節(jié)胃腸道的活動。ICC能自發(fā)地產(chǎn)生慢波并調(diào)控平滑肌的收縮節(jié)律，是信號從腸神經(jīng)傳到胃腸道平滑肌的必要條件。利用現(xiàn)代基因技術(shù)的一些新研究也支持ICC能夠介導(dǎo)腸神經(jīng)信號的傳遞。有研究[6]利用三苯氧胺激活或滅活某些特定基因檢測了鼠科動物回結(jié)腸的興奮性和抑制性神經(jīng)沖動傳遞，提示ICC參與了抑制性神經(jīng)沖動的傳遞。另外有研究發(fā)現(xiàn)，三苯氧胺誘導(dǎo)的Prkg1基因敲除的小鼠ICC下降60%，并導(dǎo)致嚴(yán)重的胃腸功能紊亂。Prkg1是一種胃腸道NO神經(jīng)傳遞重要介質(zhì)，例如胃腸通過時(shí)間大幅度增加，NO依賴性神經(jīng)反應(yīng)消失。Lies等[7]利用基因敲出技術(shù)證明，ICC-IM參與硝基能抑制性神經(jīng)效應(yīng)器反應(yīng)。

4 ICC與SCF/c-kit

c-Kit是ICC的特異性標(biāo)志物，SCF是c-Kit的天然配體, SCF與c-Kit結(jié)合后所啟動的信號通路，對ICC的增殖、分化及表型維持至關(guān)重要[8-9]。編碼c-Kit的小鼠w位點(diǎn)突變及編碼干細(xì)胞因子的sl位點(diǎn)突變均可導(dǎo)致胃腸道肌間叢ICC缺失，腸慢波消失。有研究顯示，c-kit、SCF基因異常表達(dá)及相應(yīng)的信號通路受損可引起ICC表型發(fā)生轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致形態(tài)和功能異常。Brading等人研究發(fā)現(xiàn)，微環(huán)境中SCF濃度對ICC的培養(yǎng)至關(guān)重要，ICC的培養(yǎng)必須依賴SCF才能成活，不加SCF的培養(yǎng)基ICC基本不能存活。這些研究說明，正常的SCF/c-Kit信號通路對ICC的表型維持和生理功能的實(shí)現(xiàn)具有不可替代的作用，而c-Kit和SCF基因的正常表達(dá)是維持這一信號通路的必要條件[10]。

5 ICC與胃腸運(yùn)動功能障礙性疾病

研究發(fā)現(xiàn)，ICC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞雖然不是胃腸動力障礙性疾病的唯一原因，但I(xiàn)CC在胃腸運(yùn)動中起著保護(hù)作用，與許多胃腸動力障礙性疾病有關(guān)。如長期未經(jīng)過正規(guī)治療的糖尿病患者常表現(xiàn)出消化道癥狀（惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉、便秘等）。

在1型糖尿病人的腸活檢組織中，免疫組織化學(xué)染色法發(fā)現(xiàn)ICC明顯減少,同時(shí)發(fā)現(xiàn)抑制性的神經(jīng)分布減少，而興奮性的神經(jīng)分布增多。胃腸道的不同部位或在不同的時(shí)間階段，ICC表達(dá)ANO1變體的種類不同。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病人的胃肌層ICC表達(dá)的ANO1變體改變，提示糖尿病人異常的胃腸道起搏可能與通道重塑有關(guān)。Tomas等人用c-kit免疫染色揭示，糖尿病小鼠模型中,胃體和胃竇部的ICC明顯減少，并以胃竇遠(yuǎn)端最為明顯。其肌間神經(jīng)叢、環(huán)形肌和縱行肌內(nèi)的ICC所占比例明顯降低。

先天性巨結(jié)腸（Hirschsprung Discase，HD）[11]是受累腸段黏膜下和肌間神經(jīng)叢副交感神經(jīng)節(jié)細(xì)胞缺失，導(dǎo)致病變結(jié)腸持續(xù)痙攣收縮，腸內(nèi)容物排出受阻為特征的一種先天性腸道動力障礙性疾病。越來越多的學(xué)者[12]認(rèn)識，到此病患兒腸運(yùn)動功能障礙與ICC分布、數(shù)量及功能異常有關(guān)。HD患兒除神經(jīng)節(jié)細(xì)胞減少外，病變腸段還缺少慢波活動，ICC數(shù)量的減少和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞ICC變化，同時(shí)在許多相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，腸神經(jīng)元與ICC破壞的嚴(yán)重程度存在一致性。應(yīng)用免疫組織化學(xué)方法還發(fā)現(xiàn)ICC表達(dá)連接蛋白CX43，該蛋白是細(xì)胞間縫隙連接蛋白。而HD的受累腸段不表達(dá)CX43，其周圍部分CX43也減少。因此，ICC的改變被認(rèn)為是HD疾病發(fā)生發(fā)展過程中的重要因素。

賁門失遲緩癥（achalasia of cardia，AOC）是食管神經(jīng)肌肉功能障礙性疾病，其組織學(xué)表現(xiàn)以賁門部肌間神經(jīng)節(jié)細(xì)胞先天發(fā)育不良或缺如為特征。Villanacci等人采用免疫組織化學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)AOC疾病組標(biāo)本中ICC較對照組明顯減少。另一研究通過電鏡觀察AOC患者食管ICC，發(fā)現(xiàn)其線粒體及滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)均有明顯減少[13]。國內(nèi)有研究人員對取自13例AOC患者賁門部的活檢組織進(jìn)行免疫組化染色，也發(fā)現(xiàn)ICC明顯減少或缺如。胃切除后，小腸運(yùn)動失衡會致小腸內(nèi)容物滯留于輸入袢，引起輸入袢綜合征。Kiyo hara報(bào)道1例輸入袢綜合征的患者，擴(kuò)張的小腸活檢腸肌層ICC數(shù)量減少。

慢性假性腸梗阻（chronic intestinal pseudo-obstruction，CIPO）是一組表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作或持續(xù)存在的腸梗阻癥狀和體征，但腸道中沒發(fā)現(xiàn)機(jī)械性梗阻的疾病。Jain等人在研究腸的運(yùn)動性疾病時(shí)發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性CIPO患者c-kit、ICC全部缺失，而正常對照組、其他17例非原發(fā)性CIPO腸道動力疾病組患者ICC的數(shù)目和分布均正常。Streutkerc對38例假性腸梗阻的結(jié)腸和小腸活檢組織進(jìn)行免疫組化分析，發(fā)現(xiàn)10例患者CD117和CD34陽性的纖維母細(xì)胞明顯減少，因而ICC缺失可能是假性腸梗阻發(fā)生的原因。

慢輸型便秘（Slow transit constipation，STC）是指結(jié)腸傳輸功能障礙致腸內(nèi)容物傳輸緩慢所引起的便秘，又稱結(jié)腸無力，屬慢性、原發(fā)性、功能性、結(jié)腸慢傳輸性便秘。胃腸癥狀有腹痛、腹脹、不適、惡心、排便困難，結(jié)腸通過延緩，但無巨結(jié)腸，也無盆底功能障礙。張旭等[14]對ICC的特異性標(biāo)志物c-kit細(xì)胞進(jìn)行免疫組化染色，觀察到大鼠小腸肌層與遠(yuǎn)端結(jié)腸肌層ICC減少及分布改變，認(rèn)為這是STC患者腸道運(yùn)動功能障礙產(chǎn)生的重要原因。Collins等[15]用經(jīng)皮電刺激STC患者并取得了較好的治療效果，這提示ICC所發(fā)出的胃腸慢波電位可能是STC新型診療手段靶點(diǎn)。

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（收稿：2016-05-26 修回：2017-06-20）

（責(zé)任編輯 李 勇）

R656.6+2

：A

：1007-6948(2017)04-0454-03

10.3969/j.issn.1007-6948.2017.04.036

天津市南開醫(yī)院胃腸外科（天津 300100）

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