腸道Cajal間質細胞與慢性便秘發生和治療的關系*

朱佳慧， 錢陽陽， 廖 專

（海軍軍醫大學第一附屬醫院消化科，上海200433）

慢性便秘（chronic constipation，CC）是一種以腹脹、排便困難、肛門梗阻感、排便不盡感或排便干硬為主要表現的消化系統功能性疾病［1］，按其病理生理主要分為慢傳輸型便秘（slow transit constipation，STC）、出口梗阻型便秘（outlet obstructive constipa?tion，OOC）、正常傳輸型便秘（normal transit constipa?tion，NTC）及 混 合 型 便 秘（mixed constipation，MC）［2］。CC在普通人群中發病率從3%到27%不等［3］，并隨著老齡化的進展有逐年上升趨勢，為患者帶來了巨大經濟負擔和心理焦慮［1］。由于其發病機制不明、診斷標準不一、治療方法眾多、治愈困難而受到人們的重視。

Cajal間質細胞（interstitial cells of Cajal，ICC）是一種普遍存在于消化道、膽管、尿道、輸卵管、膀胱、輸精管等管狀結構平滑肌間的多形細胞，在發放并調節胃腸道基本電活動（慢波電位）、介導神經信號、維持節律性運動等方面具有重要作用，并與胃腸道間質瘤和梭形瘤密切相關，具有高度的可塑性和再生能力［4］。經科學家們不斷探索，從最初的組織學上認識ICC的形態和分布，再到探究其電生理活動、損傷和恢復機制、生長分化等均取得顯著成果。尤其在功能性胃腸疾病如胃輕癱、賁門失弛緩癥、假性腸梗阻、先天性巨結腸、功能性便秘等方面，ICC的相關研究推動了人們對這類疾病的深層次認識和精準治療。

2019 年《歐洲神經胃腸病學和動力學會（Euro?pean Society of Neurogastroenterology and Motility，ESNM）成人功能性便秘指南》中明確提出，STC患者乙狀結腸ICC體積及結腸環平滑肌層內神經元結構均減少，肯定了部分CC與ICC之間的密切聯系［5］。CC與ICC的研究日益增加，而相關綜述并未及時更新。本文就近年ICC與CC的發病機制和治療的相關研究進行總結綜述，以期對今后研究起到參考作用。

1 腸道ICC的組織學研究現狀

1.1 腸道ICC形態學與分型 ICC來源于間充質干細胞，早在妊娠中期即可觀察到環形肌內存在ICC，出生后深肌層ICC開始出現，并隨著發育逐漸形成網絡。當其被破壞，ICC細胞將轉分化為成纖維細胞/平滑肌表型，在去除損傷后，此過程可逆。成熟的ICC主要呈星形和紡錘形，有2~5個突起［6］，這些突起形成分支網絡與胃腸道平滑肌通過縫隙連接蛋白43（connexin 43，Cx43）形成緊密連接［7］。在電鏡下，ICC細胞表面與胃腸神經末梢形成類似突觸樣結構［8］，便于各種神經遞質的接收。

ICC分布廣泛，存在于整個消化道中，但不同部位有一定的差異。腸壁由內向外的結構依次為黏膜、黏膜下層、肌層和漿膜層。相應地，根據所在位置，ICC可分為：（1）黏膜下ICC（submucosal ICC，ICSM），位于黏膜下，環狀肌表面，在結腸中，也叫水平肌下從ICC（submuscular plexus ICC，ICC-SMP）；（2）肌間ICC（myenteric ICC，IC-MY），位于環狀肌和縱行肌之間的肌間神經叢內；（3）肌內ICC（intramuscu?lar ICC，IC-IM），位于環狀肌和縱行肌束內，此類ICC分布最廣；（4）深肌層叢ICC（deep muscular plexus ICC，IC-DMP）位于環狀肌層內，小腸的深肌叢，介導小腸中神經傳遞［4］。

1.2 腸道ICC的功能 ICC的形態與其功能密切相關，其亞群參與了腸道自主節律的起搏活動，產生自主去極化的低頻慢波和介導神經傳遞［9］。

ICC表面存在的多種離子通道，其起搏功能主要與鈣離子、氯離子和鉀離子的流動相關。電壓依賴性鈣離子通道（voltage-dependent calcium channels，VDCC）分為L型和T型，L型與Ca2+進入胞內并存儲于內質網中有關，T型Ca2+通道與慢波產生相關。Ca2+在細胞中濃度的變化引起鈣振蕩，導致質膜中Ca2+激活的Cl?通道anoctamin 1（Ano1）開放，產生內向電流，它是ICC維持慢波平臺期及慢波傳導的基礎［10］。ICCs具有小電導的Ca2+激活的K+通道、大電導的K+通道和腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）敏感型鉀通道。其中ATP敏感型鉀通道能夠調控鉀離子內流使細胞靜息電位維持在?70 mV。離子通道表達的變化都可能導致異常慢波和胃腸節律紊亂。當敲除Ano1基因，小鼠腸道收縮力、協調性和節律性均顯著下降［11］；當K+通道激活使膜超極化，結腸平滑肌將放松，抑制起搏活性。

在腸神經系統中，ICC能夠接受的興奮性神經遞質包括神經激肽1（neurokinin 1，NK1）、NK3、P物質（substance P，SP）、乙酰膽堿和5-羥色胺（5-hydroxy?tryptamine，5-HT），介導腸壁緊張性收縮，加速腸道運動；抑制性神經遞質包括一氧化氮（nitric oxide，NO）、一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）和血管活性腸肽（vasoactive intestinal peptide，VIP），可令腸壁松弛［12］。有研究表明ICC還與迷走神經肌內排列（intramuscular arrangement，IMA）的發育和維持關系密切［13］。

目前ICC相關細胞學研究主要是通過細胞表面特異性蛋白的免疫熒光染色進行，最常見的是Anol和c-Kit聯合標記法［14］，并且根據兩者表達比例不同進行ICC亞型識別。c-Kit是一種酪氨酸激酶受體蛋白，受干細胞生長因子（stem cell growth factor，SCF）調節，c-Kit/SCF信號通路可影響ICC的分化、增殖和表型維持。另外，多種受體如接受SP和神經刺激信號的NK受體、VIP受體1、乙酰膽堿受體（M2和M3）、蛋白質基因產物9.5（protein gene product 9.5，PGP9.5）等均能夠幫助識別ICC［15］。

2 便秘患者體內ICC的變化

目前，關于CC致病機制眾說紛紜，主要有腸神經和神經遞質異常學說、消化道激素分泌異常學說、ICC異常學說、腸道水通道蛋白異常表達學說及盆底功能障礙學說等。其中ICC異常學說隨著免疫組化技術、膜片鉗技術等的發展，受到廣泛關注。功能性便秘的形成主要來源于腸道蠕動變慢和糞便含水量減少，ICC與前者關系密切。

2.1 便秘動物模型中的ICC 目前在多種CC的動物模型中發現結腸ICC數量、形態和功能的改變。硬膜外輸注嗎啡與小劑量納洛酮合用可通過減少兔胃腸道近端結腸中的ICC來有效抑制兔的腸胃蠕動［16］。在采用地芬諾酯建立的比格犬CC模型中，可觀察到慢傳輸組結腸壁ICC基底膜溶解，與周圍細胞的連接被破壞，細胞核不同程度萎縮，c-Kit表達明顯降低［17］。目前常根據ICC的改變情況進一步評價便秘模型的質量。

2.2 便秘患者腸道的ICC 一般而言，ICC-SMP和ICC-MP負責產生慢波［18］，ICC-IM雖然不負責產生慢波，但能夠產生單一電位，負責結腸平滑肌的松弛。

多個研究表明，CC患者結腸內ICC數量或密度較正常人低，細胞形態發生變化如突觸變短等，但分布特征不受影響［19］，改變或清除結腸ICC網絡可導致便秘等結腸運動功能紊亂，慢波消失。張旭等［20］對慢傳輸型大鼠胃腸道ICC免疫組化染色后進行觀察，發現與對照組比較，便秘組胃竇部位c-Kit+細胞數量無明顯變化，而在小腸和結腸中均少于對照組。對于需要進行結腸切除術的嚴重便秘患者進行結腸壁免疫組化發現，與同年齡正常人相比，約60%的患者ICC發育不全，尤其是ICC-IM減少顯著［21］，而ICC減少機制尚未明了。Zhang等［22］通過對STC病人結腸研究發現細胞外基質蛋白TNX可能通過上調Smad2/3信號蛋白激活TGF-β/Smad信號通路，從而誘導ICC發生輕度或完全轉化，導致患病結腸中ICC的異常分布和功能障礙。

2.3 ICC隨年齡的改變 隨著年齡增加，CC發病率也有所上升，ICC在腸道中的數量也隨年齡有所改變，減少速度約為每10年10%。Kwon等［23］發現在大鼠升結腸和降結腸中ICC分布有所差異且隨著年齡增加，降結腸受到更為嚴重的影響。與6個月大鼠相比，24個月大鼠的神經節細胞減少50%~60%［24］。在老年小鼠遠端結腸中，環狀肌厚度降低加之單位肌肉體積內ICC網絡體積減少，使ICC數量減少更為明顯，因此結腸末端運動能力顯著降低［25］。另外，NOS的耗竭可能也參與了結腸運動功能下降的過程［26］。Gamage等［27］進一步探究了衰老導致ICC減少的相關機制，發現ICC丟失在消化道不同部位有時序性，最先發生于胃內，而后發生于腸道中，CX43表達的減少和促炎因子的表達可作用于這一進程。另外，在老年小鼠結腸中，血清素及其受體表達增加既降低了ICC的活力又增強的水通道蛋白（Aquaporin，Aqp）Aqp1、3和11的活性，兩方面因素共同作用導致大便干結［28］。

2.4 ICC與繼發性便秘 ICC的變化還發生在繼發性便秘患者中。糖尿病患者中便秘的患病率為11%~60%，糖尿病對結腸平滑肌結構和功能、ICC密度、自主神經和腸神經的健康和功能都有潛在的影響。一個由7名糖尿病患者組成的病例系列顯示，結腸內ICC密度較正常狀態降低［26］。在鏈脲佐菌素誘導的I型糖尿病大鼠中可以觀察到慢波波型不變，但速度與非活動細胞的數量不呈線性關系［29］，在對自發II型糖尿病OLETF大鼠的糖尿病模型的研究中，發現近端結腸的ICC網絡以及膽堿能受體數量下降［30］。Bharucha等［31］研究表明，增加肌間神經叢和內外神經突觸中乙酰膽堿的可用性，可增強便秘糖尿病患者的結腸運動活性。

部分藥物引起的便秘也與ICC關系密切。例如阿片受體的激活導致黏膜下分泌運動神經元的抑制，減少乙酰膽堿等神經遞質的釋放以及抑制了主動Cl?分泌和被動水進入結腸腔，從而導致排便困難［32］，而阿片類受體拮抗劑溴甲納曲酮可適用于阿片藥物導致的便秘的治療。小檗堿可能通過ATP敏感性K+通道和cGMP-PKG依賴性抑制ICC的起搏活性。

3 ICC與便秘的誘導和治療

3.1 便秘的常規療法 目前已知的CC的治療方法主要包括：生活方式和飲食結構的改變、口服膨脹劑、透性瀉藥、刺激性瀉藥、促動力劑、促分泌劑、生物反饋治療等。其他替代療法包括中草藥治療、針灸、按摩、灌腸等。目前研究證明，多種便秘治療方式可引起ICC的改變。

滲透性瀉藥如復方寡糖（低聚半乳糖+乳果糖）的攝入會導致ICC網絡面積增大，從而改善胃腸功能［33］。刺激性瀉藥如比沙可啶在STC便秘大鼠中使用增加了ICC數目、c-Kit的表達以及結腸壁ICC與周圍細胞的緊密連接，減輕了STC的嚴重程度［34］。但是長期應用刺激性瀉劑反而會導致ICC減少和形態異常。目前，慢傳輸型便秘患者ICC數量減少和形態異常究竟是結腸傳輸減慢的原因，還是長期應用刺激性瀉藥的繼發結果尚不明了。促動力劑如普蘆卡必利在治療CC大鼠時，結腸肌層c-Kit+細胞面積較對照組增加，而消化道其他地方ICC變化不明顯［35］。促分泌劑魯比前列酮能夠通過打開Ano1向腸腔分泌液體和電解質來緩解便秘。研究發現，它似乎也能夠作用于結腸ICC，激活其表面ATP敏感型K+通道，進而影響ICC起搏電位［36］。

結腸電刺激是將電極放置于結腸黏膜下或漿膜下通過單導聯或多導聯給予腸壁直接的電刺激，它作為一種生物反饋治療方式應用于功能性便秘患者。ICC作為具有起搏功能細胞，對其電刺激可促進結腸收縮、改善便秘癥狀［37］。Collins等［38］用經皮電刺激治療STC患者并取得了較好的治療效果，進一步證實了電刺激治療便秘的可能性。

3.2 便秘的替代療法 目前雖然許多替代療法治療便秘機制不明，但是，其治療效果似乎與ICC相關。例如針刺療法能夠在減輕便秘癥狀的同時，上調便秘小鼠ICC的表達水平，提高原本減少的ICC數量，在生理范圍內提高結腸的SCF/c-Kit蛋白表達，使ICC的超微結構發生改變，與腸神經與及平滑肌細胞的縫隙連接更為緊密［39］。

中藥治療便秘的主要作用是潤腸和促胃動力，可以分為理氣類、消導類、瀉下類、健脾類、芳香化濕類、利濕退黃類、降氣化痰類，是調節胃腸動力的重要部分。一方面，中草藥可通過對起搏電位的調節影響ICC功能，改善便秘癥狀。董艷等［40］研究發現益氣開秘方（生黃芪、生白術、枳實、杏仁、地黃、當歸）可促進嗎啡誘導的便秘小鼠結腸細胞中鈣庫釋放，細胞外Ca2+內流，使原本減弱的ICC內鈣振蕩幅度恢復正常，進而促進腸道動力恢復，減輕小鼠便秘癥狀。Kim等［41-43］的研究表明黃連解毒湯和闊葉麥冬根也能夠通過劑量依賴地去極化ICC起搏器電位改善結腸運動功能，而柚皮苷則具有抑制ICC起搏電位的作用，其進一步的分子通路不盡相同。另一方面，中草藥能夠調節ICC的分子表達從而緩解便秘。Kim等［44］的研究證明，山麥冬皂苷A（spicatoside A，SpiA）使洛哌胺誘發的便秘小鼠結腸ICC中c-Kit和PGP9.5表達恢復了正常。上文提到的柚皮苷，研究表明，它還能夠上調c-Kit、SCF和Aqp3在便秘小鼠中的表達而具有通便作用。另外不少中草藥也能夠影響結腸外ICC，改善消化道動力。例如半夏瀉心湯能夠使胃竇ICC超微結構維持正常且與便秘組相比線粒體有明顯增加［45］，柴胡舒肝散可顯著提高胃部ICC生長活性，促進ICC增殖分化［46］，在此不做贅述。目前對于中藥影響ICC的機制探究主要還在體外研究階段，在腸道多種細胞及分子的環境中，會有更為復雜的作用機制。

3.3 便秘的創新療法 隨著再生醫學的發展，研究者希望通過培養腸道類器官系統并將其移植入人體，從而幫助腸道功能的修復和重建。體外研究表明，將ICC與ICC缺乏的小鼠腸壁外植體共培養后可產生ICC網絡并探測到生物電信號［47］。體內實驗證明，不成熟的ICC在移植后仍然擁有起搏功能，并且與腸神經和平滑肌細胞產生密切聯系，可以在體內自我遷移、排列和分化成特定類型的ICC［48］。

另外，重建便秘患者腸道菌群或許能夠通過影響ICC從而改善便秘癥狀。Rossi等［49］用益生菌SLAB51?治療CC的貓后發現ICC有所增加且伴隨有益菌群的增加；Deng等［50］將益生菌作用于便秘大鼠，發現ICC中c-Kit/SP信號通路顯著上調。但有關益生菌的便秘療法目前仍在探索階段。

總之，ICC與CC的發生和治療關系密切，ICC形態、功能和數量上的改變均與腸道運動功能的改變具有同步性，但ICC與便秘的因果關系還有待進一步闡明。隨著免疫組化技術的完善，生物電信號監測技術的發展以及基因編輯技術的興起，我們希望能夠進一步了解ICC與CC的因果關系、ICC與腸道運動相關的信號通路、ICC接受外界干預后的改變，探究CC的發病機制并針對性地予以治療，找到更為高效的CC治療方式。