腸易激綜合征母嬰分離模型應用進展

林澤斯，王洪琦

(廣州中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院，廣州 510405)

1 腸易激綜合征概述

腸易激綜合征(Irritable bowel syndrome，IBS)是以腹痛或腹部不適，大便習慣改變(腹瀉，或便秘或交替發(fā)生)，伴隨一系列胃腸道癥狀(如矢氣，里急后重感)及精神癥狀(如緊張，抑郁，焦慮)等為特征的功能紊亂性疾病。常見的病理原因有胃腸道功能紊亂、精神因素、內臟痛覺高敏、腸道感染及菌群失調等。IBS的診斷以癥狀學為依據(jù)，根據(jù)糞便性狀或排便習慣的不同主要分為腹瀉型(IBS－D)、便秘型(IBS－C)、混合型或不確定型(IBS－M/IBS－A)，其診斷建立在排除器質性疾病的基礎上(羅馬III診斷標準)，神經(jīng)性因素的復雜性使得其病理機制仍未闡明，也因此對IBS的治療一直缺乏有效的手段。

2 母嬰分離模型概述

母嬰分離(maternal separation，MS)或稱母愛剝奪(maternal deprivation，MD)是一種早期生活應激源，大部分研究通過嚙齒類動物(大鼠或小鼠)斷奶前(出生后1～21 d)將仔鼠和母親長時間地(1～24 h)分開進行造模。新生幼仔與母親及同窩仔鼠的相互作用被稱作新生嚙齒類的社會環(huán)境，這個社會環(huán)境中母鼠與同窩仔鼠的交流對仔鼠個體的成長有著重要影響。由于剝奪時間較長，造成嚴重的環(huán)境剝奪以致影響動物行為及神經(jīng)發(fā)育，神經(jīng)遞質系統(tǒng)如多巴胺、五羥色胺的釋放紊亂，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的增減及神經(jīng)內分泌系統(tǒng)的改變，多用于神經(jīng)系統(tǒng)或精神疾病，如抑郁癥，精神分裂癥的研究［1］。在最早期一系列的母嬰分離模型與胃腸功能疾病的研究中，研究人員在動物模型中發(fā)現(xiàn)，母嬰分離會導致胃潰瘍的風險增加，且早期離乳會加重應激性潰瘍的形成［2－4］。而后越來越多的實驗證明，該模型動物具有腸道敏感性增高，腸道運動加快等腹瀉傾向，且行為學上伴有抑郁的表現(xiàn)［5，6］，能夠較好地模擬與、臨床上IBS－D患者的癥狀，因此被運用于IBS的研究。但該模型存在動物個體差異性較大，影響造模的影響因素較多的特點，在很多研究中常必須疊加其他形式的應激才能更全面地模擬IBS的腹痛腹瀉癥狀。

3 母嬰分離模型在IBS研究中的意義

IBS病人在發(fā)病時常伴隨精神癥狀，如緊張、焦慮或抑郁等，反映了腸易激綜合征病人對應激應付的能力受損，機制涉及中樞神經(jīng)系統(tǒng)及腦腸軸的功能改變［5，7，8］。早期生活環(huán)境對成年后應激反應有著深刻影響［9－12］，研究發(fā)現(xiàn)早期發(fā)育階段的負性生活事件會增加疾病的易感性［13，14］，這其中包括了腸易激綜合征［15］。研究表明在未成年時早期發(fā)育階段施加應激能夠對大鼠成年后的應激處理產生影響，新生期機械刺激如新生期重復結腸擴張［16，17］，暴露于化學或炎性刺激，如內毒素［18－20］等，以及心理行為刺激如母嬰分離，會造成長期或持久以及成年后對應激的“過度反應”。雖然施加各種應激的時間點或強度有所不同，但都出現(xiàn)了一定的類似IBS的病理特征，如對新生后1到3周的大鼠實施結腸擴張導致慢性的腸道異常疼痛(allodynia)或痛覺高敏(hyperalgesia)［17］;出生后第3和第5天施加LPS感染造成了大鼠的行為改變［18］;在大鼠出生后的第1周進行低濃度的沙門氏菌內毒素的感染導致長期的HPA軸反應改變［18］。而母嬰分離應激是能夠最完全地模擬IBS包括內臟痛覺敏感增高，腸道動力紊亂，腸道通透性及菌群變化，成年后抑郁或焦慮傾向的高易感性以及HPA軸失調等特征的模型。但值得注意的是，目的是模擬腸易激綜合征癥狀的母嬰分離造模時應注意在嚙齒類動物的新生期(即出生后2～14 d左右)施加應激造模更為可行，因為有報道指出，在大鼠的青少期(出生后28～41d)連續(xù)兩周的社會隔離飼養(yǎng)對大鼠成年后各項所檢測的抑郁樣和焦慮樣行為均缺乏明顯的長期作用［21］，不能夠很好地模擬IBS中抑郁和焦慮樣行為，出生后2周內的新生期是中樞及外周神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育腸道免疫系統(tǒng)等生理系統(tǒng)發(fā)育以及腸道菌群定植形成的一個重要時期，對其軀體及內臟感覺神經(jīng)可塑性會產生持久影響［5］。

4 母嬰分離模型中與腸易激綜合征有關的生理病理學改變

4.1 母嬰分離模型中腦腸軸功能的變化

腦腸軸(gut－brain axis，GBA)是將胃腸道與中樞神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)系起來的神經(jīng)－內分泌網(wǎng)絡。胃腸道受中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)、腸神經(jīng)系統(tǒng)(ENS)及自主神經(jīng)共同支配，受3個層次的神經(jīng)調控，第一層為ENS的局部調控，分為腸肌間神經(jīng)叢支配的腸道平滑肌運動及腸黏膜下神經(jīng)叢調控的腸黏膜感覺、分泌及吸收。ENS屬于相對獨立的體系，被譽為人體的“第二大腦”。第二層為椎前神經(jīng)節(jié)，其接受和調控來自ENS和CNS兩方面的信息。第三層是CNS，由腦的各級中樞和脊髓接受內外環(huán)境變化時傳入的各種信息，整合后由植物神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)－內分泌系統(tǒng)將其調控信息傳遞至ENS或直接作用于胃腸效應細胞，對平滑肌、腺體、血管起調節(jié)作用。這三個層次的神經(jīng)調控是實現(xiàn)腦－腸軸功能的結構基礎［22－24］。

母嬰分離模型對腦腸軸的改變體現(xiàn)在對中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、神經(jīng)遞質及神經(jīng)內分泌功能改變的影響上［1］。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)方面，母嬰分離大鼠在遇到應激時腦內會分泌更多的多巴胺，腦內5－羥色胺的代謝率提高活動增強。母嬰分離會導致大鼠腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain－derived neurotrophic factor，BDNF)發(fā)生變化，且變化的趨勢與分離的時間密切相關，BDNF作為神經(jīng)營養(yǎng)因子參與了神經(jīng)元的增殖、分化及營養(yǎng)，對突觸的可塑性以及形態(tài)維持有著重要作用。BDNF介導的中樞神經(jīng)的可塑性改變可能是生命早期精神因素對成年后產生或加重IBS的重要原因。母嬰分離導致BDNF的變化可能參與調節(jié)了其所誘發(fā)的神經(jīng)遞質系統(tǒng)發(fā)育異常的中樞機制。

神經(jīng)可塑性是指神經(jīng)系統(tǒng)連接重構的能力和對微環(huán)境改變的適應能力。母嬰分離模型造成的神經(jīng)可塑性改變不僅發(fā)生在CNS，也同樣發(fā)生在ENS，例如趙敏等［25］報道新生期母嬰分離可以引起大鼠內臟高敏感過程中結腸神經(jīng)可塑性的長期改變。體現(xiàn)在腸神經(jīng)結構改變，神經(jīng)元肥大和增生、膠質細胞與神經(jīng)元的比例增高。新生期母嬰分離組黏膜下神經(jīng)叢、肌間神經(jīng)叢神經(jīng)遞質P75和TrkA表達較正常組均明顯增加。ChAT在肌間神經(jīng)叢表達明顯增加，VIP在黏膜下神經(jīng)叢表達降低，nNOS在肌間神經(jīng)叢表達增高。

神經(jīng)內分泌功能的改變是應激反應的主要表現(xiàn)，研究觀察到下丘腦－垂體－腎上腺皮質軸(hypothalamic－pituitary－adrenal axis，HPA 軸)的易化現(xiàn)象在未成年期招受創(chuàng)傷的IBS病人中發(fā)生［26－31］，其中涉及糖皮質激素受體(glucocorticoid receptor，GR)通路以及大腦邊緣系統(tǒng)杏仁核的異常。母嬰分離也被證實對HPA軸有影響。嚙齒類動物從出生到第14天的新生期為應激低反應期(stress hyporesponsive period，SHRP)，其特征是促腎上腺皮質激素(ACTH)和皮質酮(CORT)對大部分應激源呈現(xiàn)低反應［32，33］。母鼠與仔鼠的交流是這種生理性抑制產生的重要原因，而母嬰分離能夠消除這種生理性抑制，引起HPA軸對應激的高反應性并可能維持至成年［34－36］。促腎上腺皮質激素釋放激素(CRH)的合成分泌增多及糖皮質激素水平增高，可能給神經(jīng)系統(tǒng)尚處在發(fā)育期的新生大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育造成廣泛且長期的傷害。在這一時期經(jīng)受短暫的有害性刺激可以引起神經(jīng)痛覺傳導通路長時期的過敏，成年后腸道仍處于感覺過敏狀態(tài)［11，37，38］。這一病理生理改變與IBS病人相類似，很好地模擬了IBS過程中HPA的改變及內臟高敏感狀態(tài)。

母嬰分離模型對腦腸軸的另一個影響體現(xiàn)在腸道動力紊亂方面。研究表明母嬰分離能夠通過上調結腸平滑肌細胞L－型鈣離子通道的表達促進結腸運動導致結腸動力紊亂［39］。

4.2 母嬰分離模型腸道菌群改變

有研究表明，母嬰分離會對幼崽的微生物定植及發(fā)展產生影響，這一現(xiàn)象與宿主腸道屏障功能的改變有關［40］。動物進行母嬰分離后對消化道對炎癥刺激的敏感性升高的同時伴隨著腸道通透性的增高，生命早期的微生物定植群落也發(fā)生變化，這其中的原因可能是因為母嬰分離引起短暫的腸黏膜屏障通透性增高進而使大量的細菌粘附并進入到腸上皮中［41］，造成菌群異位。母嬰分離所引起的神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)，促腎上腺皮質激素釋放因子(corticotropin－releasing factor，CRF)，和肥大細胞(mast cell)的增多［41－43］，以及一些神經(jīng)調節(jié)物質如細胞因子和蛋白酶類等的釋放［44－46］，被認為是腸黏膜屏障通透性增高并造成腸道功能紊亂的可能原因。母嬰分離動物模型造模時間在菌群定植的過程中，處于神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育時期，消化道微生物群落尚未穩(wěn)定，免疫系統(tǒng)也未成熟，復雜的生理改變使應激與腸道菌群改變的關系特別是其菌群改變與癥狀的出現(xiàn)的機制孰因孰果未能闡明。母嬰分離應激不僅造成腸道上皮細胞功能和粘液分泌的變化及消化道運動能力的變化，有研究表明應激激素如去甲腎上腺素在消化道內的釋放選擇性地刺激某種特定的細菌生長，并影響其對腸道黏膜的粘附能力，直接導致菌群的改變［47］。

盡管母嬰分離模型腸道菌群的改變已有報道［48，49］，但并未有一致的結果證明其菌群變化的規(guī)律，也并未找出與母嬰分離應激絕對相關的某類菌群，且物種之間菌群差異性的存在使得研究菌群與腸易激癥狀的關系變得尤為困難，雖然如此，可以肯定的是IBS的發(fā)生與菌群的改變息息相關，且菌群的改變并不是單一作用的因素，而是與腸道屏障功能(包括機械屏障、免疫屏障、化學屏障)相互作用的結果。

5 母嬰分離模型應用于腸易激綜合征研究現(xiàn)狀

正由于母嬰分離模型在神經(jīng)發(fā)育至關重要的幼年期施加生理性的應激以能夠對對中樞神經(jīng)系統(tǒng)，腸神經(jīng)系統(tǒng)及腦腸軸產生長期影響，能夠更全面持久地模擬IBS過程中內臟運動與感覺、腸道菌群、軀體行為、精神癥狀的病理變化，該造模方法近年來越來越多地應用于腸易激綜合征的生理病理及藥理研究［5］。

在腹瀉型腸易激綜合征(IBS－D)病理機制的研究中，通過單一母嬰分離模型或合并其他應激模型［50－52］來模擬腹瀉型腸易激綜合征的癥狀或者中醫(yī)學中肝郁脾虛的癥狀，取得穩(wěn)定的造模結果，且多因素大鼠模型總體模擬效果優(yōu)于單因素大鼠模型［53］。研究發(fā)現(xiàn)，母嬰分離模型導致內臟痛覺高敏的機制眾多，包括腸道黏膜低度炎癥［54］、腸道屏障功能受損［42］、腸道肥大細胞增多［55］、腦腸軸功能失調如結腸黏膜神經(jīng)遞質如5－HT增多或5－HT陽性細胞增多［56－58］、NO 增多，腦組織海馬區(qū) BDNF 增高［59］，中縫背核和脊髓背角 c－fos免疫反應陽性細胞增加［60］，中樞神經(jīng)系統(tǒng)CRF受體mRNA表達升高［61］，腸神經(jīng)系統(tǒng)可塑性改變［62］及中樞神經(jīng)可塑性改變［63］等，這些發(fā)在現(xiàn)臨床樣本中得到不同程度的證實，與IBS病人的臨床研究結果基本吻合［64］。

在治療IBS－D的藥理機制研究中，雖有單獨采用母嬰分離模型研究中藥復方或單體治療腸道痛覺高敏及腸動力紊亂的實驗［65，66］，但大部分的實驗多采用母嬰分離與其他形式的應激，包括幼年期(出生后2周前)或成年期(出生后56d)應激［67］等疊加的方法，更全面地模擬IBS－D的癥狀，從改善上述病理改變的角度來研究藥物對IBS的治療機制。

6 母嬰分離影響因素

影響母嬰分離造模的因素有一下幾點:一是不同的母嬰分離造模時的頻率與持續(xù)時間對成年后應激反應有區(qū)別。出生后2～14 d，每天15 min的簡短分離，會降低仔鼠成年后HPA軸對應激的反應能力［68，69］，而每天3 h以上的分離，則出現(xiàn)相反的結果，并且出現(xiàn)內臟高敏感反應，成年期阿片類受體介導的痛覺抑制作用減弱的現(xiàn)象［70］;二是實驗動物性別影響，盡管大多數(shù)實驗為避免性激素影響大多采用雄性鼠仔進行實驗，但有報道指出，母嬰分離雄鼠的腸道敏感性增高不及母鼠明顯，且母鼠與整窩老鼠的分離造成腸道癥狀的效果優(yōu)于只與一半數(shù)量鼠仔分離，表明分離的方式對造模也有影響［71］，這與臨床上流行病學顯示IBS女性較為易感比較吻合。

綜上所述，嚙齒類動物母嬰分離模型能夠持久穩(wěn)定地模擬腸易激綜合征從外周到神經(jīng)系統(tǒng)及腦腸軸失調的癥狀，是腸易激綜合征機制及治療藥物的藥理研究的良好動物模型。

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