束縛-浸水應激致大鼠胃黏膜損傷的神經(jīng)機制*

王雨晴 宮圣男 艾洪濱 趙東芹

山東師范大學生命科學學院(250014)

應激(stress)是指內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定被內(nèi)部或外部傷害性刺激所擾亂的狀態(tài)，胃腸是對應激作出反應的主要器官[1-2]。應激性胃黏膜損傷(stress-induced gastric mucosal lesion, SGML)是一種急性胃黏膜病變，其主要特征是炎性糜爛、胃腸道出血等，臨床上死亡率較高，是創(chuàng)傷后最常見的內(nèi)臟并發(fā)癥之一。束縛-浸水應激(restraint water-immersion stress, RWIS)是一種集心理因素(如恐懼、憤怒、焦慮、絕望等)和生理因素(如饑餓、掙扎、冷水等)的復合應激模型，能在數(shù)小時內(nèi)導致胃功能紊亂、胃黏膜損傷等功能性胃腸道疾病[3-4]。在導致SGML的生理機制中，胃運動功能亢進(胃運動幅度、胃運動指數(shù)增大)是主要因素，胃酸分泌增多、胃黏膜血流量減少以及胃黏液分泌減少等對應激性胃潰瘍的發(fā)生具有促進作用。這些生理機制受到外周和中樞神經(jīng)控制。胃腸道神經(jīng)控制可分為四個基本的組織層次：第一層是腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system, ENS)；第二層是椎前交感神經(jīng)節(jié)(prevertebral sympathetic ganglia)；第三層是進入消化道的交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)信號起源的初級中樞系統(tǒng)腦干(brainstem)；第四層是為第三層綜合功能提供信息輸入的高級中樞神經(jīng)(如下丘腦)和最高級中樞(如大腦皮質(zhì))[5-6]。國內(nèi)外眾多學者采用基礎生理學、電生理學、免疫細胞化學、藥理學等多種方法，從神經(jīng)遞質(zhì)/調(diào)質(zhì)、受體、激動劑、阻斷劑等多角度探討SGML發(fā)生的神經(jīng)機制[7-8]。本文就RWIS致胃功能紊亂的神經(jīng)調(diào)控機制研究作一綜述。

一、ENS與SGML

關于RWIS致胃腸功能紊亂的外周神經(jīng)(第一層和第二層)，許多學者提出了假設并初步達成共識[9-11]。ENS是由位于胃腸道壁內(nèi)的神經(jīng)元、神經(jīng)遞質(zhì)、腸膠質(zhì)細胞等組成的網(wǎng)狀結構系統(tǒng)。ENS神經(jīng)元相互連接形成具有與腦和脊髓類似的獨立神經(jīng)系統(tǒng)，控制和調(diào)節(jié)胃腸道平滑肌、黏膜上皮和血管效應系統(tǒng)。這些神經(jīng)控制不依賴中樞，具有高度自主性。ENS運動神經(jīng)元可分為興奮性和抑制性兩類：興奮性神經(jīng)元分泌乙酰膽堿和P物質(zhì)，抑制性神經(jīng)元釋放ATP、血管活性腸肽、垂體腺苷酸激活肽、一氧化氮等神經(jīng)遞質(zhì)。

有研究[12]發(fā)現(xiàn)RWIS導致大鼠血漿皮質(zhì)酮、促腎上腺皮質(zhì)激素含量升高，且隨著應激時間的延長而遞增。說明RWIS過程中下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA軸)活動加強。預先切斷膈肌下迷走神經(jīng)或給予阿托品可顯著減輕RWIS誘導的胃黏膜損傷，甚至不發(fā)生損傷，但預先切除垂體、腎上腺或給予酚芐明(腎上腺素能α-受體阻斷劑)對RWIS引起的胃黏膜損傷幾乎無影響，對RWIS狀態(tài)下胃運動功能亢進、胃酸分泌增多亦無影響，說明HPA軸在RWIS誘導的胃黏膜損傷中并不起主要作用，RWIS誘發(fā)胃功能紊亂的外周神經(jīng)機制主要由副交感活動加強所致[13]。

二、延髓胃腸中樞與SGML

副交感控制在胃功能的神經(jīng)調(diào)控中占有優(yōu)勢地位。支配胃腸道的副交感神經(jīng)源自延髓迷走背核(dorsal motor nucleus of vagus, DMV)和疑核(nucleus ambiguous, NA)。延髓孤束核(nucleus of solitary tract, NTS)位于DMV的背外側(cè)，最后區(qū)位于NTS背內(nèi)側(cè)，三者相互之間存在纖維聯(lián)系，神經(jīng)解剖學上將這三者合稱為延髓迷走復合體。延髓迷走復合體和NA是調(diào)控胃功能的初級中樞。

祝建平[14]的研究通過損毀單側(cè)或雙側(cè)DMV、NTS，發(fā)現(xiàn)RWIS大鼠胃黏膜損傷程度較對照組顯著減輕，尤其是雙側(cè)DMV、NTS損毀組，說明ENS-延髓胃腸中樞-ENS環(huán)路的完整是正確調(diào)控胃功能的結構基礎。Zhang等[11]發(fā)現(xiàn)，不同應激時間(30、60、120、180 min)RWIS大鼠的延髓迷走復合體和NA中均可見不同程度c-Fos表達，其中在DMV中的表達最強。初步揭示大鼠在RWIS過程中調(diào)控胃腸功能的初級中樞內(nèi)各核團活動的時-空規(guī)律，也進一步證實了RWIS致胃功能紊亂主要是由副交感神經(jīng)活動加強所致。延髓與胃腸之間存在一個神經(jīng)環(huán)路，即延髓胃腸中樞-胃腸壁神經(jīng)叢環(huán)路，大鼠處于RWIS狀態(tài)時，胃腸活動信息→迷走傳入神經(jīng)→NTS→DMV/NA，DMV/NA將延髓的傳出信息→迷走傳出神經(jīng)→胃腸壁神經(jīng)叢，引起胃運動亢進、胃酸分泌增多、胃黏液分泌減少，最終導致胃黏膜損傷，同時結腸排糞便增多。

多項研究[15-22]對RWIS狀態(tài)下延髓胃腸中樞活動的神經(jīng)遞質(zhì)/調(diào)質(zhì)類型進行分析，發(fā)現(xiàn)P物質(zhì)、乙酰膽堿、兒茶酚胺、精氨酸加壓素Ⅰ型b亞型受體、催產(chǎn)素受體、腦啡肽、一氧化氮、硫化氫等神經(jīng)遞質(zhì)/調(diào)質(zhì)均參與了RWIS致胃功能紊亂的調(diào)控，認為DMV中段和NA內(nèi)膽堿能神經(jīng)元的過度活動是RWIS致胃功能紊亂的初級中樞機制之一。

但當電刺激或化學刺激NA、DMV、NTS導致神經(jīng)元興奮時，胃運動均被明顯抑制，說明NA、DMV、NTS三個核團的興奮對胃運動起有抑制作用[23-24]。與Zhang等[11]的RWIS大鼠NA、DMV、NTS三個核團內(nèi)c-Fos表達顯著增強的結果相矛盾。推測RWIS過程中，高位中樞(如下丘腦前部)的活動解除了延髓內(nèi)臟中樞對胃的抑制作用，從而導致胃運動亢進、胃酸分泌增多，但結論有待進一步研究證實。

三、丘腦前部與SGML

RWIS不同應激時間(30、60、120、180 min)大鼠下丘腦視上核c-Fos表達最強，其次是室旁核[11]，因此下丘腦視上核、室旁核的過度活動可能是應激性胃腸功能紊亂的高位中樞機制之一。下丘腦視上核、室旁核屬于下丘腦前部，而下丘腦前部在調(diào)控內(nèi)臟功能方面起副交感中樞的作用，進一步證實了應激性胃腸功能紊亂的神經(jīng)機制主要是副交感神經(jīng)系統(tǒng)活動加強所致。

Lu等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，電刺激或化學刺激(注射L-Glu)視上核可促進胃酸的分泌。下丘腦中的P物質(zhì)、兒茶酚胺、精氨酸加壓素、催產(chǎn)素、腦啡肽等神經(jīng)遞質(zhì)/調(diào)質(zhì)均不同程度地參與了RWIS的調(diào)控[15,18-19,21]。

四、前額葉與SGML

前額皮質(zhì)是哺乳動物最高級別的聯(lián)合皮層，在許多腦的高級功能中起關鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，除DMV、NTS、NA、視上核、室旁核外，RWIS大鼠前額葉的邊緣前皮質(zhì)(prelimbic cortex, PL)和邊緣下皮質(zhì)(infralimbic cortex, IL)內(nèi)的c-Fos陽性表達亦較高[26]。祝建平[27]比較了假手術組、雙側(cè)PL損毀組、雙側(cè)IL損毀組、雙側(cè)PL和IL同時損毀組清醒大鼠RWIS 4 h過程中的胃運動情況，發(fā)現(xiàn)假手術組大鼠胃運動顯著亢進，雙側(cè)IL損毀組和雙側(cè)PL和IL同時損毀組大鼠的胃運動平均幅度、胃運動指數(shù)以及收縮分數(shù)均受到明顯抑制，但雙側(cè)PL損毀組大鼠胃運動平均幅度、胃運動指數(shù)并無明顯變化，說明IL的損毀對RWIS所致的胃運動亢進有抑制作用。李穎[26]發(fā)現(xiàn)RWIS 1 h組大鼠PL和IL的突觸素(synaptophysin, SYN)、突觸蛋白Ⅰ(synapsin Ⅰ)表達較對照組顯著增多，表明在應激狀態(tài)下這2個部位的突觸可塑性發(fā)生了變化。上述研究結果說明內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)尤其是IL參與RWIS致胃功能紊亂的調(diào)控。馬英杰[28]發(fā)現(xiàn)RWIS 4 h組大鼠內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)內(nèi)單位長度樹突棘數(shù)量、單位面積突觸數(shù)量較對照組均顯著減少，差異表達蛋白組學分析發(fā)現(xiàn)NDRG1蛋白、NYAP2蛋白在應激中可能參與了機體的保護機制，Rho-GDI信號通路的抑制和整合素信號通路的激活可能在神經(jīng)元損傷修復以及突觸重塑過程中發(fā)揮重要功能。

五、杏仁復合體與SGML

杏仁復合體是邊緣系統(tǒng)中重要的皮質(zhì)下核團，與前額葉、海馬、下丘腦、迷走復合體均有復雜的相互纖維聯(lián)系[29]，參與調(diào)節(jié)情緒、情感以及與情感刺激相關的內(nèi)臟活動，其重要組成核團中央杏仁核被認為是維持胃黏膜完整性的關鍵結構之一[30]。不同應激時間(30、60、120、180 min)后，中央杏仁核c-Fos表達顯著增強，僅次于下丘腦前部[12]。電刺激內(nèi)側(cè)中央杏仁核(CEM)和外側(cè)中央杏仁核(CEL)分別會興奮和抑制胃運動[31]。與束縛應激僅導致CEL神經(jīng)元放電活動加強不同，RWIS引起CEL和CEM的神經(jīng)元放電活動均增強[32]。在RWIS致胃腸功能紊亂中，杏仁復合體可能扮演與下丘腦類似的角色，其神經(jīng)元活動可解除延髓胃腸中樞對胃腸的抑制作用，但尚有待進一步研究。

六、丘腦與SGML

前額皮質(zhì)的c-Fos、SYN、突觸蛋白I參與RWIS反應。但有研究向前額皮質(zhì)的PL和IL注射L-Glu或進行電刺激，胃運動均不受明顯影響，說明RWIS信號需通過其他核團傳入前額皮質(zhì)[27]。向前額皮質(zhì)內(nèi)微量注射HRP，室旁核、視上核中均未見被標記的神經(jīng)元胞體，而在丘腦背內(nèi)側(cè)核(mediodorsal thalamic nucleus, MD)可見被標記的神經(jīng)元胞體，提示MD可發(fā)出纖維至前額皮質(zhì)，而室旁核、視上核無此功能。

MD是丘腦內(nèi)側(cè)核群中最大的亞核，是唯一與前額皮質(zhì)有相互纖維聯(lián)系的丘腦核團。李穎[26]發(fā)現(xiàn)RWIS大鼠MD的c-Fos陽性表達較對照組顯著加強，RWIS 1 h組SYN、突觸蛋白I表達較對照組顯著增多，說明MD參與RWIS過程。MD與前額皮質(zhì)、下丘腦、腦干均有著復雜的傳出和傳入纖維聯(lián)系，形成眾多神經(jīng)環(huán)路[33]。趙東芹等[34]關于MD的細胞構筑特點、神經(jīng)遞質(zhì)和受體類型及其主要生理功能的研究指出，MD作為丘腦較高級的中繼核，形成皮質(zhì)-丘腦-皮質(zhì)回路，是重要的內(nèi)臟與軀體活動的整合部位。Gong等[35]采用同位素相對標記與絕對定量(iTRAQ)技術對RWIS 4 h大鼠和對照組MD內(nèi)差異表達蛋白組學進行分析，發(fā)現(xiàn)糖原合成酶激酶3β(GSK3β)可能與RWIS引起應激性胃潰瘍的中樞機制有關。

七、總結與展望

總之，大鼠RWIS致胃功能紊亂的神經(jīng)機制并非由傳統(tǒng)觀念認為的交感神經(jīng)-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)和HPA軸的活動加強所致，主要由副交感神經(jīng)系統(tǒng)活動加強導致。

關于信號分子，如P物質(zhì)對胃功能的影響是雙重的。因此部分信號分子對胃功能的影響僅具有促進或抑制作用，有待進一步研究明確

腦內(nèi)的核團相互聯(lián)系，共同組成一張內(nèi)部的信息網(wǎng)進行協(xié)同或拮抗，但同一核團對非正常狀態(tài)下胃功能的影響可能并非是單方面的興奮或抑制作用。正常生理狀態(tài)下，向大鼠MD注射L-Glu對胃運動和胃酸分泌無明顯影響[33]；電刺激單側(cè)PL或IL后，胃運動和胃酸分泌量均無明顯變化[36]；向PL和IL內(nèi)微量注射L-Glu，對大鼠的胃運動、胃酸分泌均無明顯影響[27]。上述研究結果提示正常生理狀態(tài)下內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)、MD對胃功能紊亂并無直接調(diào)控作用。RWIS誘發(fā)內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)和MD活動加強的機制有待進一步研究。MD經(jīng)皮質(zhì)-丘腦通路接受前額皮質(zhì)(可能是IL)的高級神經(jīng)活動信息，與來自皮質(zhì)下結構(如下丘腦、延髓)的信息進行整合，并將整合后的信息經(jīng)丘腦-皮質(zhì)通路反饋至內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)[37]；同時IL與中央杏仁核間亦存在雙向纖維聯(lián)系，前額皮質(zhì)的最終相關整合信息通過CEM直接或間接反饋于延髓胃腸中樞，進而誘發(fā)胃功能紊亂。這是一條復雜的神經(jīng)環(huán)路，突觸可塑性可維持神經(jīng)環(huán)路的穩(wěn)定，腦在處理應激時，可通過突觸結構或功能的可塑性改變來適應內(nèi)外環(huán)境的變化。在這條環(huán)路中，各環(huán)節(jié)突觸可塑性的變化、起關鍵作用的因子及其調(diào)控通路等問題，均有待進一步深入研究。

應激的時間不同，核團c-Fos表達不同，且下丘腦視上核、室旁核、視交叉上核、中央杏仁核、內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)等部位均有不同程度的表達，故RWIS導致SGML時，各核團活動的時-空關系仍需要進一步研究。

在臨床研究中，SGML尚未發(fā)現(xiàn)明確有效的最佳治療手段[38]，而有關組學的分析可能為尋找神經(jīng)系統(tǒng)分子靶點提供新的思路。