迷走神經抗炎通路及迷走神經刺激在炎癥性腸病治療中的應用研究進展

成家飛，張露，馮皖，徐藝

江蘇省中醫院，江蘇南京210029

炎癥性腸病(IBD)是消化系統的慢性、復發性、炎癥性疾病，包括潰瘍性結腸炎(UC)和克羅恩病(CD)。歐洲、北美IBD的患病率最高，超過0.3%[1]。近幾十年來，隨著工業化進程，亞洲的IBD發病率也一直在上升[1]。雖然IBD的確切發病機制尚不清楚，但普遍認為IBD是遺傳因素、環境因素、腸道微生物和免疫因素相互作用的結果。隨著對發病機制的了解，IBD的治療取得了顯著進展，藥物治療以氨基水楊酸類藥物、激素、免疫調節劑及生物制劑等為代表。雖然這些藥物通常能夠誘導和維持疾病緩解，但對部分患者無效，并且有些藥物可能會導致嚴重的不良反應。因此，探索更有效和更安全的治療方法十分必要。生物電神經調控已成功用于治療多種胃腸道疾病，尤其是功能性胃腸病或動力障礙性胃腸病，如胃輕癱、功能性消化不良、胃食管反流病、大便失禁和便秘[2-3]。迷走神經(VN)是體內最長的顱神經，調節自主神經、呼吸系統、心血管、胃腸、免疫和內分泌系統的功能，支配從食道到結腸脾區的消化道。研究[4-5]顯示，VN可通過下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)通路、膽堿能抗炎(CAP)通路、脾交感神經抗炎通路調節腸道炎癥。迷走神經刺激(VNS)作為生物電神經調控的一種方法，最初用于治療癲癇。近年來發現，VNS具有抗炎效應，已有多個動物和臨床研究證實VNS治療IBD的有效性和安全性，使得VNS有望用于IBD患者的治療。現將VN抗炎通路及VNS在IBD治療中的應用研究進展綜述如下。

1 VN的解剖學特點

VN是體內最長的顱神經，包含傳入纖維(占80%)和傳出纖維(占20%)。VN起源于延髓，通過頸靜脈孔離開顱內，穿過頸部和胸部向下延伸至腹部，調節自主神經、呼吸系統、心血管、胃腸、免疫和內分泌系統的功能，支配從食道到結腸脾區的消化道。胃腸道VN傳入纖維起源于胃腸壁除上皮層外的其他層，通過孤束進入延髓，主要終止于孤束核。孤束核向VN背側運動核(DMNV)傳輸內臟感覺信息，并通過VN反射來影響傳出纖維的功能，隨后將感覺信息投射到中樞神經系統相應區域，例如臂旁核、藍斑、延髓頭端腹外側、杏仁核、下丘腦室旁核、內側視前區、下丘腦弓狀核和腹外側區及丘腦等。VN傳出纖維起源于疑核(NA)和DMNV，它位于延髓并在孤束核下方，廣泛分布于胃腸道，在胃中最多，小腸和結腸逐漸減少。在腸道中，VN傳出纖維不直接接觸腸黏膜固有層，而在調節腸功能的腸神經元上形成突觸。VN傳出纖維主要是通過乙酰膽堿(ACh)作為其主要神經遞質，此外還有其他非腎上腺素能非膽堿能(NANC)神經遞質，包括一氧化氮(NO)、血管活性腸肽(VIP)和降鈣素基因相關蛋白(CGRP)。

2 VN抗炎通路

VN以三種不同的方式通過傳入和傳出纖維發揮抗炎作用。

2.1 HPA通路 HPA通路通過VN傳入纖維介導。VN傳入纖維具有感知外周炎癥的能力，炎癥信息引起傳入纖維活化，信息被傳遞到中樞神經系統，誘導HPA通路的激活，最終引起腎上腺釋放皮質類固醇激素。細菌內毒素、脂多糖(LPS)和多種促炎細胞因子，如白介素-1(IL-1)、腫瘤壞死因子-ɑ(TNF-ɑ)、IL-6以及干擾素-γ(IFN-γ)，可以激活外周VN傳入神經元，繼而激活下游HPA通路。VN切斷術可以預防該效應。HPA激活導致促腎上腺皮質激素釋放激素(CRH)的產生，CRH可刺激垂體分泌促腎上腺皮質激素(ACTH)，接著ACTH刺激腎上腺分泌皮質類固醇激素[6]。最終，血清皮質類固醇激素水平升高，抑制促炎細胞因子的產生，并抑制全身炎癥反應。研究[7]表明，HPA通路的損傷增加了多種炎癥和自身免疫性疾病的風險，包括類風濕性關節炎、IBD、多發性硬化和過敏性疾病等。

2.2 CAP通路 CAP通路由與腸神經元接觸的VN傳出纖維介導。傳出纖維在巨噬細胞的突觸連接處釋放ACh，ACh與α7-煙堿型乙酰膽堿受體(α7nAChR)結合，抑制促炎細胞因子的產生。2000年，BOROVIKOVA等[8]首次發現，VN遞質的主要成分ACh能夠顯著抑制促炎細胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-18)的釋放，但不影響抗炎細胞因子IL-10，外周VN電刺激可抑制TNF-α的合成，并且能夠有效阻止大鼠休克的發展。刺激VN也可以減少多種促炎細胞因子的產生，并改善各種疾病動物模型的結局，如敗血癥、缺血再灌注損傷和術后腸梗阻。相反，手術或化學VN切斷術增加了促炎細胞因子的產生。研究[8-9]發現，VN通過ACh發揮抗炎作用，其與巨噬細胞上的ACh受體相互作用，從而抑制TNF-α和其他促炎細胞因子的釋放。ACh有許多類型的受體AChRs，其中煙堿AChRs(nAChRs)是由五個亞基組成的陽離子通道，包括α(α1-10)、β(β1-4)、γ、δ和ε亞基。CAP需要α7nAChR的參與，因為VN電刺激不能抑制α7nAChR缺陷小鼠中TNF-α的合成[9]。另外，Jak2-STAT3信號通路也參與了α7nAChR介導的抗炎作用。然而，有研究發現，VN傳出纖維并不與腸道巨噬細胞產生直接聯系，而是通過腸神經元間接影響巨噬細胞。與HPA通路相比，CAP通路具有兩大優點：一方面神經傳導速度快，另一方面它能更準確和特異性地響應環境變化。這兩大特性使其在消化道免疫反應中發揮重要作用。

2.3 脾交感神經抗炎通路 脾交感神經末梢釋放去甲腎上腺素(NE)，NE與脾淋巴細胞的β2腎上腺素能受體結合，釋放ACh，最后ACh通過α7nAChR抑制脾巨噬細胞釋放TNF-α[10]。脾臟是全身炎癥狀態下炎癥細胞因子的主要來源之一，脾切除術能顯著降低內毒素血癥小鼠循環TNF-α的濃度。有研究[11]表明，脾臟受來自腹腔神經節的交感神經支配。TRACEY等[12]首先描述了脾交感通路，他們發現VN刺激引起腹腔神經節中的VN釋放ACh，然后ACh與脾神經的a7nAChR結合，引起脾神經釋放NE，隨后NE與脾淋巴細胞的β2腎上腺素能受體結合，釋放ACh，ACh作用于脾巨噬細胞a7nAChR，從而抑制脾臟釋放TNF-α[10]。然而，這一通路目前仍存在爭議，因為其他研究沒有在VN和脾神經之間找到功能或解剖學聯系。為解釋這種爭議，MARTELLI等[13]提出了VN和脾交感神經之間非神經連接的概念，他們認為a7nAChR不在脾神經細胞體上，而是在脾交感神經的外周末端，當ACh刺激時，脾交感神經釋放NE，然后NE作用于脾巨噬細胞上的β2腎上腺素能受體，從而抑制其產生TNF-α。

3 VN功能異常與IBD發病的關系

越來越多的證據[14]表明，自主神經功能異常可能與IBD的發病有關。有研究[14]觀察到，UC患者的VN活性降低，CD患者的交感神經活性增加。另一項研究發現，UC和CD患者VN活性均增加。同時，大量實驗表明VN對IBD具有抗炎作用。動物實驗[15]發現，VN切斷術增加了小鼠的疾病活動指數(DAI)、大體評分、組織學評分和促炎細胞因子水平，外周或中樞乙酰膽堿酯酶抑制劑能顯著減弱大鼠和小鼠腸道炎癥程度。小鼠的抑郁行為導致腸道ACh水平降低，腸道炎癥易感性增加，三環類抗抑郁藥可以防止這種損害。研究[16]表明，VN抗炎效應通過巨噬細胞或脾依賴機制起作用。迄今為止，尚無臨床數據支持VN切斷術會增加腸道炎癥的發生率。然而，有間接證據支持VN抗炎效應在IBD中的作用。心率變異性(HRV)是一種非侵入性檢查，常用于評估自主神經功能。HRV檢測表明，健康個體和心臟病患者的VN活性下降與全身炎癥指標顯著相關，如血沉、C-反應蛋白、TNF-α和IL-10。同時有報道[17]稱，自主神經功能的個體差異可作為UC疾病活動的預測因子。VN功能和IBD之間的確切相關性仍需要進一步證實。

4 VNS在IBD治療中的應用

不同疾病VNS的刺激頻率選擇非常重要。通常認為，高頻(20～30 Hz)可以激活VN傳入纖維，在治療癲癇和抑郁癥中最常用，低頻(1～10 Hz)可以激活VN傳出纖維，表現出抗炎特性。因此，在VNS治療IBD的動物和人體研究中通常選擇較低的頻率。最初認為只有VN傳出纖維和CAP通路參與了這個過程，在動物實驗中1～10 Hz的低頻VNS通過激活VN傳出纖維和CAP發揮抗炎作用。同時，有研究[8]表明近端VN結扎并不能降低抗炎作用，這似乎表明傳入通路并沒有起到重要作用。然而，近期的文獻強調了VN傳入途徑的作用。REYT等[18]采用功能磁共振成像(fMRI)研究VNS干預大鼠的腦神經元聯系，結果發現VNS誘導的小腦失活與已知的NTS-小腦神經投射有關。CLAREN等[19]報道，10 Hz低頻VNS改變了CD患者的腦電圖。另外，KIBLEUR等[20]研究發現，除了VN傳出纖維的激活外，VNS還通過傳入纖維發揮調節作用。總之，VNS可能通過其傳入纖維(激活HPA通路)和傳出纖維(激活CAP通路)在IBD中發揮其抗炎特性。

4.1 VNS在IBD模型動物治療中的應用 目前，VNS已被美國食品和藥物管理局(FDA)批準用于治療難治性癲癇和抑郁癥，考慮到其抗炎作用，已有許多動物實驗和臨床研究正在評估VNS對IBD的療效。MEREGNANI等[21]報道，VNS每天3 h、持續5 d能降低三硝基苯磺酸(TNBS)誘導的結腸炎大鼠體質量下降程度和炎癥標志物。SUN等[22]的研究發現，VNS每天3 h、持續6 d能降低TNBS誘導的結腸炎大鼠DAI、組織學評分、髓過氧化物酶(MPO)活性、TNF-α、IL-6及NF-κBp65等水平。另一研究[23]發現，VNS通過自主神經途徑降低了TNBS誘導的結腸炎大鼠的DAI和血漿TNFα、IL-1β、IL-6、MPO水平。此外，VNS對另一種IBD動物模型—惡唑酮誘導的結腸炎亦有效。除了針對結腸炎，PAYNE等[24]發現VNS亦能減輕TNBS誘導的大鼠小腸炎癥。

4.2 VNS在IBD患者治療中的應用 由于VNS在動物研究中的成功，其臨床研究也陸續進行，但研究數量較少。CLAREN等[23]首先報告了用VNS治療CD患者，他們發現長期低頻VNS可顯著改善患者的克羅恩病疾病活動指數(CDAI)和內鏡評分，其療效與副交感神經活性的增加有關。BONAZ等[25]對7名活動期CD患者進行了6個月的慢性VNS試驗，其中5名患者獲得了臨床、生物學和內鏡下緩解，并恢復了VN活性。VNS治療IBD的設備主要有兩類：侵入性VNS(iVNS)和非侵入性VNS(nVNS)。目前為止，探討VNS對IBD療效的動物實驗和臨床研究采用的設備均是iVNS。考慮到安全性和便捷性，nVNS的應用研究也越來越多。

4.2.1 iVNS在IBD患者治療中的應用 目前，應用最廣泛的VNS裝置是侵入性的，iVNS設備由脈沖發生器、雙極VNS導線、筆記本電腦、編程軟件、編程棒和手持磁鐵組成。iVNS需要兩個小切口，將脈沖發生器植入胸部的左上側，雙極導線通常纏繞在頸部的左側VN。醫生使用筆記本電腦、編程軟件和編程棒對刺激器進行編程。患者手持磁鐵，在脈沖發生器植入后可自行控制刺激頻率。通常認為，左側VN優于右側VN，因為后者對心血管功能影響更大。在癲癇的治療中已經有右側VNS的報道，似乎右側VNS與左側VNS一樣有效，然而其對心臟或呼吸的干擾問題尚未解決。通常情況下，iVNS安全且耐受性好，其潛在不良反應包括聲音嘶啞、咳嗽、呼吸急促、聲音/言語改變、疼痛、喉嚨或喉部痙攣、頭痛、失眠、消化不良等，其中聲音嘶啞、咳嗽和呼吸急促是最常見的，但通常這些不良反應是暫時的。

4.2.2 nVNS在IBD患者治療中的應用 nVNS包括經耳VNS(taVNS)和經頸VNS(tcVNS)，可有效治療癲癇、偏頭痛及抑郁等疾病。它不需要手術植入電極和脈沖發生器，與nVNS相比，更安全和便捷。taVNS刺激VN的耳廓分支，其支配耳甲腔和耳甲艇。tcVNS刺激頸動脈鞘中的VN纖維。目前已有動物和臨床研究[26]探索nVNS治療炎癥的療效，結果發現在大鼠中taVNS通過α7nAChR介導的膽堿能抗炎途徑，能抑制LPS誘導的炎癥反應。另一項研究[27]發現，taVNS可以預防內毒素血癥，并減少小鼠體內IL-6和TNF-α的釋放。LERMAN等[28]發 現tcVNS降低了健康人群血液中的細胞因子和趨化因子水平。同時，CLANCY等[29]報道taVNS降低了健康人的交感神經活性。因此，nVNS有望用于治療消化系統炎癥性疾病，例如IBD的治療。

總之，VN以不同的方式通過傳入和傳出纖維發揮抗炎效應，VN功能的失調在IBD的發病機制中起重要作用。VNS是一種安全的生物電神經調控技術，能夠恢復交感神經-迷走神經平衡，并可避免IBD藥物治療的明顯不良反應，如感染、腫瘤等。已有相關研究評估了VNS在IBD中的療效，并探討其機制，這些研究為VNS在IBD治療中的臨床應用提供了理論基礎，VNS有望成為IBD的候選治療手段，其中非侵入性VNS(taVNS和tcVNS)的發展尤其值得關注。當然，目前VNS的療效、刺激參數及機制研究都還不夠，有待進一步探索。