5-羥色胺在輪狀病毒腹瀉中的機(jī)制的研究進(jìn)展

李 峰 宋麗軍 周玉晶 馮宇璇 袁 月 錢(qián)余培 楊思雁 趙文昌

廣東醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，廣東東莞 523109

輪狀病毒（rotavirus，RV）為呼腸弧病毒科雙鏈核糖核酸病毒，基因組由11 個(gè)分段的雙鏈RNA 片段組成，是引起嬰幼兒腹瀉的主要病原體之一[1]。RV 感染臨床主要表現(xiàn)為水樣便腹瀉，多伴有發(fā)熱及嘔吐，部分伴隨脫水及酸中毒的癥狀，還能引起腸道外感染[2]。RV 可通過(guò)多種途徑引起腹瀉，包括腸上皮細(xì)胞（intestinal epithelial cells，IECs）破壞后的吸收不良、腸絨毛缺血和腸毒素非結(jié)構(gòu)蛋白（non-structural protein，NSP）4 的作用等[3]，有研究表明，腸神經(jīng)系統(tǒng)（enteric nervous system，ENS）參與了RV 的腹瀉過(guò)程[4]。此外，IECs 間緊密連接受損導(dǎo)致的腸上皮屏障（intestinal epithelial barrier，IEB）損害和細(xì)胞旁滲漏，與RV引起的腹瀉密切相關(guān)[5]。RV 激活ENS，主要是依靠其能夠促進(jìn)5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）分泌的作用[6]。5-HT 是一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，能夠激活ENS 刺激氯和水的分泌，還能通過(guò)傳入神經(jīng)纖維與其腸道相關(guān)受體結(jié)合，調(diào)節(jié)腸道運(yùn)動(dòng)和收縮的頻率[7]。有研究發(fā)現(xiàn)，5-HT 還能夠調(diào)控緊密連接蛋白的表達(dá)，降低IEB 的完整性，導(dǎo)致腹瀉[8-9]。5-HT 在RV 引起的腹瀉過(guò)程中發(fā)揮著重大作用，但有關(guān)其影響RV 腹瀉的機(jī)制尚未進(jìn)行系統(tǒng)闡述，本文將從ENS 和IEB 角度對(duì)5-HT 與RV 腹瀉之間的聯(lián)系進(jìn)行綜述。

1 5-HT 與胃腸道

5-HT 是一種神經(jīng)遞質(zhì)，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控非常重要，但大腦并不是生成5-HT 的主要場(chǎng)所。機(jī)體內(nèi)的5-HT 約95%來(lái)源于腸道，5%來(lái)源于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。其中腸源5-HT 約90%由腸嗜鉻細(xì)胞（enterochromaffin cells，ECs）分泌，10%由腸神經(jīng)元分泌[10]。

5-HT 能夠多方面的調(diào)控胃腸道功能，主要是其與ENS 發(fā)揮重大作用[11]。ENS 能夠控制胃腸道的運(yùn)動(dòng)模式；控制胃酸分泌；調(diào)節(jié)液體通過(guò)腸上皮的運(yùn)動(dòng)；改變局部血流；改善腸道營(yíng)養(yǎng)條件；以及與腸道免疫和內(nèi)分泌系統(tǒng)相互作用。此外ENS 還能與腸道膠質(zhì)細(xì)胞（enteric glial cells，EGCs）一起，維持腸腔與腸壁內(nèi)細(xì)胞和組織之間IEB 的完整性[12]。

在ENS 水平上，5-HT 是胃腸道功能的主要調(diào)節(jié)因子，作為一種神經(jīng)生長(zhǎng)因子，負(fù)責(zé)特定類(lèi)型的腸神經(jīng)元發(fā)育。大多數(shù)情況下，胃腸道受到生理和病理刺激后，會(huì)引起ECs 釋放5-HT，直接通過(guò)調(diào)節(jié)ENS 和受體神經(jīng)元對(duì)胃腸道進(jìn)行作用，包括調(diào)節(jié)平滑肌功能（松弛或收縮），腸道分泌（主要是促分泌）和對(duì)內(nèi)臟疼痛的反應(yīng)等[13]。

5-HT 的受體類(lèi)型分為7 大類(lèi)（5-HT1～7），除了5-HT3 受體是配體門(mén)控離子通道外，其他都是G 蛋白偶聯(lián)受體[14]。其中5-HT1[15]、5-HT2[16]、5-HT3[17]、5-HT4[18]和5-HT7[19]是與胃腸道研究報(bào)道最多的5 種受體。目前在臨床應(yīng)用上，針對(duì)5-HT 受體拮抗劑、激動(dòng)劑的藥物制劑在治療胃腸道疾病方面已廣泛應(yīng)用，未來(lái)可能成為治療腸道疾病的新靶點(diǎn)。

2 5-HT 與RV

RV 感染可以激活腸壁中的ENS 來(lái)引起腸電解質(zhì)分泌。Lundgren 等[20]的研究表明，ENS 至少介導(dǎo)了RV 2/3 的分泌反應(yīng)，同時(shí)表明該類(lèi)阻斷藥物具有治療該疾病的潛在作用。然而，這項(xiàng)研究雖然證明ENS 參與了RV 腹瀉，但并沒(méi)有找到特定的神經(jīng)遞質(zhì)參與了這一過(guò)程。

在此基礎(chǔ)上，Kordasti 等[21]進(jìn)行了后續(xù)研究，研究發(fā)現(xiàn)5-HT 和血管活性腸肽參與了RV 腹瀉。這是第一個(gè)證明阻斷特定神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)胃腸炎有影響的研究。作為神經(jīng)遞質(zhì)，5-HT 絕大部分都由ECs 分泌提供。ECs 具有合成5-HT 的酶，特別是能以鈣依賴(lài)的方式分泌5-HT[22]。因此RV 有可能感染刺激ECs，通過(guò)鈣離子濃度增加引起5-HT 的釋放。

在這項(xiàng)研究中，Hagbom 等[23]發(fā)現(xiàn)RV 可感染ECs及附近的腸細(xì)胞，并且能以劑量和時(shí)間依賴(lài)性的方式刺激ECs 對(duì)5-HT 的釋放，從而刺激ENS 引起腹瀉。其中RV 感染ECs 6 h 后，5-HT 和鈣離子釋放才增加，證實(shí)是RV 的非結(jié)構(gòu)蛋白NSP4 誘導(dǎo)了這一反應(yīng)。NSP4 作為腸毒素，在RV 發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重大作用。大多數(shù)腸毒素由于不能通過(guò)IECs，已被證明是通過(guò)刺激腸道內(nèi)分泌細(xì)胞來(lái)釋放胺或多肽來(lái)激活ENS[24]。

除了作用ENS 外，5-HT3 和5-HT4 受體也參與了腸道活動(dòng)。然而，5-HT4 受體雖然可以影響其他腸道活動(dòng)，但并沒(méi)有參與RV 引起的腹瀉活動(dòng)[21]。多項(xiàng)研究報(bào)道，5-HT3 受體拮抗劑在嬰兒和幼鼠上都能夠顯著減輕RV 腹瀉[25]。表明了5-HT3 受體和RV 腹瀉之間存在緊密關(guān)系，但并沒(méi)有研究其具體作用機(jī)制。Hagbom 等[26]研究揭示，5-HT3 受體可以通過(guò)促進(jìn)腸道蠕動(dòng)而導(dǎo)致RV 誘導(dǎo)的腹瀉，但RV 誘導(dǎo)的氯分泌不依賴(lài)于5-HT3 受體。說(shuō)明RV 腹瀉是由電解質(zhì)驅(qū)動(dòng)的水分泌、腸道病變和運(yùn)動(dòng)增加等共同引起，部分由5-HT3 受體調(diào)節(jié)。

3 RV 對(duì)IEB 的影響

在最近的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，RV 感染后，5-HT 還參與了對(duì)IEB 的調(diào)控，IEB 完整性破壞后造成的腸道紊亂，是RV 腹瀉的重要機(jī)制[27]。IEB 由單層IECs 通過(guò)緊密連接蛋白形成，其能夠?qū)?nèi)外環(huán)境分開(kāi)，阻止?jié)撛谟泻ξ镔|(zhì)的通過(guò)，控制分子通過(guò)跨細(xì)胞和細(xì)胞旁途徑的運(yùn)輸，并在此基礎(chǔ)上衍生發(fā)展了“腸道屏障功能”。腸屏障功能通過(guò)調(diào)節(jié)水、電解質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從管腔吸收到循環(huán)中，同時(shí)限制有毒腔內(nèi)物質(zhì)和微生物的通過(guò)，保持IEB 和免疫系統(tǒng)的正確發(fā)展，維持腸道穩(wěn)態(tài)[28]。

腸上皮緊密連接限制了溶質(zhì)和物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)跨上皮的運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)相鄰細(xì)胞中水、離子和大分子的細(xì)胞旁通透性。一旦緊密連接受損，IECs 間通透性增加，細(xì)菌、內(nèi)毒素和大分子物質(zhì)就可以進(jìn)入體循環(huán)，與多種疾病的發(fā)生及發(fā)展有關(guān)，在腸道屏障功能中起重要作用[29]。目前，許多蛋白質(zhì)已被確定為緊密連接的組成部分，其中最關(guān)鍵的蛋白為跨膜蛋白Claudin、Occludin 和Jam-A，以及細(xì)胞質(zhì)支架蛋白ZO-1[30]。

RV 優(yōu)先感染小腸上皮分化的腸細(xì)胞和腸內(nèi)分泌細(xì)胞。IEB 是抵抗RV 感染的第一道物理屏障。在感染的過(guò)程中，RV 不僅增加IECs 脫落率，還擾亂了緊密連接蛋白的表達(dá)和分布，導(dǎo)致細(xì)胞旁通透性增加，造成腸屏障功能出現(xiàn)紊亂，引起腹瀉等各種腸道疾病發(fā)生[31]。除了作為物理屏障外，IECs 還能通過(guò)構(gòu)建黏膜屏障，分泌各種免疫介質(zhì)和遞送細(xì)菌抗原，極大地維持了腸道微生物群與宿主之間的共生關(guān)系，以降低RV 感染的風(fēng)險(xiǎn)[32]。

在體內(nèi)外，Obert 等[33]、Beau 等[34]及Dickman 等[35]證明RV 感染后改變了緊密連接蛋白分布和表達(dá)，導(dǎo)致緊密連接結(jié)構(gòu)和功能損傷，以及誘導(dǎo)細(xì)胞旁通透性增加。Soliman 等[5]證明，RV 主要是依據(jù)VP8 和NSP4 的作用，促進(jìn)RV 粒子結(jié)合輔助受體進(jìn)入細(xì)胞。此外NSP4也會(huì)特異性地?cái)_亂細(xì)胞旁通路，重組F-肌動(dòng)蛋白，并阻止ZO-1 的表達(dá)，阻礙緊密連接形成[36]。

4 5-HT 對(duì)RV 感染后緊密連接蛋白及IEB 的影響

腸道屏障的調(diào)節(jié)是復(fù)雜的，涉及共生微生物菌群、免疫細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)及重要的ENS 的神經(jīng)元細(xì)胞綜合網(wǎng)絡(luò)。ENS 越來(lái)越被認(rèn)為是IEB 完整性的調(diào)節(jié)管家，同時(shí)其還具有公認(rèn)的免疫調(diào)節(jié)潛力。ENS 幾乎參與了腸屏障功能的所有方面，包括控制黏膜功能、血流和免疫細(xì)胞的遷移、緊密連接蛋白分布和表達(dá)、IECs 的脫落更新及對(duì)IECs 分泌物的影響[37]。

ENS 能夠維持IEB 穩(wěn)態(tài)，離不開(kāi)EGCs 的作用。EGCs 能分泌大量的膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和s-亞硝基谷胱甘肽，通過(guò)增加緊密連接蛋白的表達(dá)，維持IEB 的完整性[38]。目前已經(jīng)證實(shí)，RV 感染后，刺激ECs 分泌更多的5-HT，激活ENS 和5-HT3 受體，引起腹瀉。但令人意外的是，5-HT 還通過(guò)刺激EGCs，介導(dǎo)了IEB 對(duì)RV 的免疫防御機(jī)制。

在這項(xiàng)研究中[39]，RV 感染后，改變了緊密連接蛋白的表達(dá)和分布。同時(shí)，分泌的5-HT 促進(jìn)EGCs 釋放膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，增加了感染細(xì)胞和旁觀者細(xì)胞中ZO-1 的表達(dá)，增強(qiáng)細(xì)胞間緊密連接，從而阻止RV 破壞IEB。這是5-HT 引起的IEB 自我保護(hù)調(diào)節(jié)，阻止RV 或病原體入侵腸道。

根據(jù)這種作用，魏萍等[40]發(fā)現(xiàn)食淀粉乳桿菌可通過(guò)激活EGCs 分泌更多的膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和s-亞硝基谷胱甘肽，上調(diào)ZO-1 表達(dá)，維持乳鼠空腸中ZO-1 正常分布。RV 感染乳鼠空腸組織后，5-HT、膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和ZO-1 表達(dá)增加，與上述結(jié)果一致。同時(shí)RV 組s-亞硝基谷胱甘肽含量顯著下調(diào)，低于正常組，說(shuō)明RV 可能通過(guò)抑制s-亞硝基谷胱甘肽生成，破壞其對(duì)IEB 的修復(fù)作用。這可能是RV 應(yīng)對(duì)IEB 自我防御產(chǎn)生的措施，以便其感染入侵腸道。食淀粉乳桿菌可通過(guò)上調(diào)s-亞硝基谷胱甘肽表達(dá)量，改善緊密連接蛋白分布和表達(dá)，同時(shí)提高乳鼠空腸抗氧化能力，兩者共同作用，維持IEB 完整性，干預(yù)RV 感染。

5 小結(jié)

在腸道中，ENS 通常在受到外來(lái)毒素入侵時(shí)，以液體分泌作為防御機(jī)制，排除腸道內(nèi)的毒素，從而造成腹瀉[41]。RV 本身或感染細(xì)胞釋放的NSP4 增加了ECs 內(nèi)的鈣離子濃度，這種鈣的增加會(huì)使ECs 分泌大量的5-HT 和多肽，進(jìn)而刺激位于上皮層下面的ENS，從而引起分泌性神經(jīng)反射，刺激隱窩細(xì)胞氯和水的分泌。同時(shí)5-HT 還通過(guò)神經(jīng)纖維與5-HT3 受體結(jié)合，增強(qiáng)了腸道蠕動(dòng)力，引起腸道液體排泄。

此外RV 感染后5-HT 的升高，會(huì)引發(fā)IEB 生成自我保護(hù)調(diào)節(jié)，刺激EGCs 分泌大量的膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，從而促進(jìn)緊密連接蛋白的表達(dá)，一定程度上阻止RV 入侵腸道。應(yīng)對(duì)這種措施，RV 可能會(huì)通過(guò)抑制s-亞硝基谷胱甘肽表達(dá)進(jìn)一步破壞IEB 完整性。

因此通過(guò)藥物上調(diào)5-HT 表達(dá)量激活EGCs 釋放更多的膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和s-亞硝基谷胱甘肽，從而維持IEB 完整性，可以干預(yù)RV 感染。阻斷5-HT 受體的作用，抑制ENS 功能的藥物也可以減輕RV 腹瀉的癥狀，尋找這個(gè)方向的藥物有望成為未來(lái)治療RV 腸炎的新靶點(diǎn)策略。