胃食管反流性咳嗽外周與中樞神經敏化的研究進展

郭淑娟，史利卿，馬建嶺，李扭扭，董尚娟，季坤，溫紹惠，王麗云

(1.北京中醫(yī)藥大學，北京 100029； 2.北京中醫(yī)藥大學東方醫(yī)院呼吸熱病科，北京 100078)

胃食管反流性咳嗽(gastroesophageal reflux cough，GERC)是由胃酸或其他胃內容物異常反流進入食管引起咳嗽的臨床綜合征，是胃食管反流病(gastroesophageal reflux disease，GERD)的一種特殊類型，也是慢性咳嗽的常見病因之一。既往報道，GERC占慢性咳嗽的4.6%[1]。然而近年一項單中心調查顯示，2009—2016年GERC占慢性咳嗽的28.5%，僅2016年占比高達40.7%[2]。GERC的病因及危險因素繁多，病程長、易反復，給患者造成了一定的經濟和心理負擔。目前GERC的發(fā)病機制仍未完全明確，但隨著感覺神經病變在食管炎癥、慢性咳嗽等中的深入研究，外周、中樞神經在疾病過程中的作用逐漸被認識。近年來，呼吸科與消化科分別致力于咳嗽、反流的研究，在氣道、食管中均表現出神經源性炎癥、感覺高敏感(咳嗽反射敏感性增高或食管內臟高敏感)[3-4]。此外，神經調節(jié)劑也較多地應用于難治性慢性咳嗽和難治性GERD，中樞高敏狀態(tài)也是GERC的一個重要研究方向[5-6]。因此，深入研究GERC的外周與中樞神經敏化機制具有重要意義。瞬時受體電位(transient receptor potential，TRP)離子通道廣泛分布于食管、氣道，參與神經源性炎癥的形成與強化，進而影響炎癥級聯反應；同時外周的異常信號通過神經通路傳遞至中樞，最終導致中樞神經的功能敏化。現就GERC外周與中樞敏化的相關研究進展予以綜述，深入探討GERC的復雜機制，以為GERC的治療提供新思路。

1 GERC的發(fā)病機制

GERD不僅局限于消化內科疾病而是多學科診療的一種常見疾病，其中GERC被劃分到呼吸科診療范圍[4,7]。GERC發(fā)病機制涉及多種因素，包括微量誤吸、食管-支氣管反射、氣道神經源性炎癥、食管運動功能障礙等。微量誤吸作為高位反流學說的一個重要機制，指因胃酸和(或)其他胃內容物反流至咽喉甚至微量誤吸入肺時會直接刺激咳嗽感受器引起咳嗽，但高位反流引起咳嗽并不常見，更多的認識強調食管-支氣管反射引起的氣道神經源性炎癥的作用[8]。無論是臨床研究還是動物模型均證實了GERC存在氣道神經源性炎癥，這可能是GERC與GERD的本質區(qū)別，也是僅有部分GERD患者表現出咳嗽的內在原因[3,9-10]。然而，單一的氣道神經源性炎癥難以解釋GERC復雜的發(fā)病機制，食管或咳嗽反射本身的超敏反應也可能參與其發(fā)病[11]。當食管下括約肌功能減低時，食管感覺神經受到反流物的反復刺激，將外周信號經由次級神經元傳到神經中樞，一旦中樞敏化發(fā)生就會引起閾下刺激誘發(fā)的咳嗽反應[5，12]。由上可知，氣道與食管的神經免疫改變、外周與中樞神經敏化及咳嗽反射敏感增加、食管內臟高敏感等是胃食管反流引起咳嗽的重要原因，且這些因素之間存在相互影響，構成了GERC的復雜病理特點。

2 外周與中樞敏化在GERC中的特點

盡管GERC的發(fā)生機制尚不完全明確，但是外周與中樞敏化的作用愈發(fā)受到關注。從咳嗽的角度來看，一項前瞻性研究發(fā)現在中老年人群中慢性咳嗽與慢性疼痛的發(fā)生率顯著相關，認為兩者具有共同的危險因素或致病機制[13]。慢性咳嗽與慢性疼痛、慢性瘙癢有相似的神經免疫機制，既表現出次級感覺神經元的可塑性變化，也具有脊髓或腦干等中樞神經元的活化[14]。從反流的角度來看，在非糜爛性反流病、功能性胃灼熱等胃腸道疾病中，傳統(tǒng)的酸滲透學說不足以解釋胃灼熱的機制，更多地強調食管內臟高敏感的作用，認為食管內臟高敏感與其他內臟高敏感相似，可由外周、中樞神經的改變和不良心理壓力等因素介導[15]。因此，GERC存在感覺神經系統(tǒng)的外周與中樞的功能敏化，這與慢性咳嗽外周、中樞神經興奮性增加的普遍認識一致[16]。

2.1炎癥環(huán)境下的外周敏化 從最早發(fā)現感覺神經參與末梢血管擴張到感覺神經支配皮膚內血流信號的改變，神經源性炎癥逐漸被認識并參與多種疾病的病理過程[17]。GERC氣道神經源性炎癥發(fā)生時，在痰、血漿中可檢測到P物質、降鈣素基因相關肽等表達增加。與此同時，肥大細胞會活化，類胰蛋白酶、組胺水平也會升高。神經肽可反作用于肥大細胞，誘導類胰蛋白酶、組胺等炎癥介質的釋放，進而激活鄰近的感覺神經末梢，增強對異常刺激的感覺過敏[18-19]。有研究發(fā)現，與GERD患者相比，GERC患者上述氣道炎癥改變更加明顯，提示神經肽的異常釋放、肥大細胞的過度激活參與GERC炎癥環(huán)境的形成[20]。此外，中性粒細胞也參與GERC炎癥環(huán)境的形成。Takeda等[21]發(fā)現質子泵抑制劑能夠降低GERC患者痰和血漿中P物質、中性粒細胞的水平，提示中性粒細胞炎癥是GERC炎癥環(huán)境的又一種表現。由此推測，神經肽的合成與釋放、肥大細胞與中性粒細胞的增殖活化共同參與構成GERC的炎癥環(huán)境。

2.1.1TRP離子通道誘發(fā)炎癥、介導感覺高敏感 TRP離子通道分布于外周感覺神經元，TRP離子通道參與誘發(fā)或增強炎癥反應，介導GERC的食管與氣道的感覺高敏感。支配氣道、食管的迷走感覺神經分為兩類：一類是對化學刺激敏感的無髓鞘的C纖維，另一類是對機械刺激敏感的有髓鞘的Aδ纖維。TRP香草酸亞型(TRP vanilloid，TRPV)1作為TRP家族的關鍵成員之一，是迷走C纖維上的主要通道蛋白，對Ca2+的細胞轉運發(fā)揮著關鍵作用，可被辣椒素、酸(pH≤5.9)、熱(溫度>43 ℃)等激活，促進神經肽的釋放，引起神經源性炎癥[22]。有研究認為，質子泵抑制劑能夠減輕嚴重胃酸反流引起咳嗽的作用機制是抑酸治療可減輕酸性物質對咳嗽感受器中TRPV1的刺激[23]。另一種亞型TRP離子通道——TRP錨蛋白1(TRP ankyrin 1，TRPA1)在胃腸道、肺的迷走傳入神經元中也有表達。異硫氰酸烯丙酯(芥末)、大蒜素(大蒜)、肉桂醛(巧克力、甜品)等食源性物質能直接激活食管C纖維上的TRPA1通道，含有這些物質的胃內容物也可能以霧態(tài)或液體的形式反流進入氣道，刺激氣道感覺神經纖維上的TRPA1引起咳嗽[23]。TRPA1與TRPV1在多種神經元中共表達，它們的激活均會誘導神經源性炎癥，從而介導病理條件下的內臟感覺高敏感，且兩者可通過調節(jié)Ca2+的濃度產生相互作用，形成正向聯動效應[24]。TPRV1、TRPA1主要參與C纖維的激活，但不會引起Aδ纖維的激活。關于迷走神經的機械過敏的研究中，TRPV4備受關注。有研究認為，TRPV4通道可被低滲透壓、酸堿濃度、溫度(>27 ℃)等理化刺激激活，刺激ATP釋放，繼而引起嘌呤能受體家族的P2X3受體的敏化或過表達，最終介導氣道Aδ纖維的感覺過敏[25]。但TRPV4拮抗劑并不能在慢性咳嗽患者中發(fā)揮效應[26]，P2X3受體拮抗劑則能夠較好地減少患者的咳嗽次數[27-28]。基礎研究與臨床實踐產生差異的原因可能是ATP/P2X3介導了Aδ纖維的機械感覺過敏，但在觸發(fā)其他引起咳嗽的機制時可能也額外觸發(fā)了TRPV4通道的激活。因此，對于TRPV4、ATP/P2X3在氣道疾病中的作用仍需要更多、更深入的研究進行探討。

2.1.2蛋白酶激活受體2(protease-activated receptor 2，PAR2)可敏化TRP離子通道、增強感覺高敏感 PAR2在GERD食管黏膜中高表達，而且反復的食管內弱酸刺激會增強其活性，與上皮基底細胞增生、食管細胞間隙擴張、炎癥細胞計數有關[29-30]。在咳嗽的病理過程中，PAR2作為迷走神經纖維活性的放大器，可增強外周炎癥信號的效應，提高氣道或食管的感覺高敏感[31]。PAR2能激活感覺神經纖維上各種類型的TRP離子通道，進而增加氣管或食管神經的敏感性。①PAR2與TRPV1的關系：PAR2通過Gαq/11激活磷脂酶C繼而激活蛋白激酶C，引起TRPV1磷酸化，提高TRPV1對內源性激動劑的敏感性[32]。Gatti等[33]研究發(fā)現，蛋白激酶C抑制劑或蛋白激酶A抑制劑可明顯減輕由PAR2激動劑放大的辣椒素激發(fā)的咳嗽。Wulamu等[34]則發(fā)現，在慢性應激誘導的GERD小鼠模型中，PAR2、TRPV1的表達明顯增加，同時伴有炎癥因子的異常表達，從而介導食管的內臟高敏感。由此可見，PAR2、TRPV1在介導感覺高敏感中具有重要作用。②PAR2與TRPA1的關系：PAR2與TRPA1在多種細胞中共同表達，PAR2也可通過磷脂酶C途徑激活TRPA1，放大TRPA1在感覺信號傳輸中的作用，介導痛覺過敏[35]。Yu等[36]研究發(fā)現，采用TRPA1抑制劑預處理食管迷走神經傳入神經纖維能夠抑制由PAR2激動劑誘導的食管機械過敏。因此，TRPA1與PAR2的關系可能不是單向的，而是相互作用。③PAR2與TRPV4的關系：在多種炎癥性疾病中，PAR2、TRPV4、P物質在感覺神經元、食管角質形成細胞、支氣管上皮細胞中共同表達[37-39]。炎癥過程中釋放的胰蛋白酶、彈性蛋白酶可以激活PAR2，引起TRPV4的敏化介導感覺過敏。Suzuki等[37]發(fā)現在原代小鼠食管角質形成細胞中蛋白激酶C抑制劑會降低PAR2對TRPV4的磷酸化作用，減少TRPV4下游ATP的釋放。另外，Poole等[40]發(fā)現拮抗TRPV4能夠抑制PAR2對初級傷害性感受神經元的信號轉導，而TRPV4的缺失則減弱了PAR2觸發(fā)的神經源性炎癥。可見，PAR2與TRPV4之間也存在正相關性。

2.2復雜信號轉導通路的中樞敏化 胃內容物異常反流時，迷走感覺傳入神經可以通過軸突反射形成外周的神經源性炎癥觸發(fā)炎癥級聯反應，形成外周的炎癥環(huán)境。同時，由食管產生的異常信號會經由脊神經或迷走神經通路在中樞神經系統(tǒng)的相應部位發(fā)生串擾，并由中樞對信號進行整合，產生新的增強的下游效應[16,23]。有學者認為，咳嗽中樞敏化一方面表現為脊神經次級傳入神經或迷走傳入神經中神經節(jié)的活化，另一方面則表現為高級神經中樞內膠質細胞活化產生的神經遞質異常釋放[16]。

2.2.1各類型神經節(jié)在中樞敏化中的作用 脊神經和迷走神經是感覺傳入中樞的兩個途徑，脊神經的次級感覺神經元在背根神經節(jié)內，迷走傳入神經的次級感覺神經元在頸神經節(jié)、結狀神經節(jié)。從組織胚胎學來看，多個物種的背根神經節(jié)、頸神經節(jié)來源于神經嵴，結狀神經節(jié)則主要來自腮背基板。神經沖動經由背根神經節(jié)到達脊髓背角，釋放神經遞質，通過脊髓丘腦束將信號傳遞至丘腦；頸神經節(jié)發(fā)出的神經傳入到達三叉神經旁核，結狀神經節(jié)傳到孤束核內，經各自的傳導途徑到達下丘腦。不同的感覺神經元具有不同的功能，其中背根神經節(jié)在不同神經營養(yǎng)因子的作用下分化為肽能類和非肽能類，可通過檢測同工凝集素B4進行區(qū)分。結狀神經節(jié)來源的迷走C纖維幾乎不表達神經肽，但對ATP、腺苷、5-羥色胺等有反應；頸神經節(jié)C纖維會釋放神經肽，但對ATP、腺苷、5-羥色胺等幾乎沒有反應，由此推測迷走C纖維介導機械、化學敏感[41]。在GERC豚鼠模型中，氣道、背根神經節(jié)及相應的脊髓背角、結狀神經節(jié)等部位P物質表達水平升高，應用神經肽1受體拮抗劑能夠下調P物質的表達[10,42]，由此可見背根神經節(jié)與脊髓背角、結狀神經節(jié)參與GERC外周神經源性炎癥的形成。脊髓背角極有可能是通過激活其中的PAR2受體，使TRP離子通道磷酸化，從而介導感覺高敏感[43-44]。一般認為結狀神經節(jié)C纖維較少釋放神經肽類物質，但GERC動物模型中結狀神經節(jié)P物質表達升高，因此結狀神經節(jié)在GERC病理過程中可能存在更加復雜的機制。

2.2.2各級腦區(qū)域在中樞敏化中的表現 經過初級感覺神經元處理后的信號可進一步傳導至各類型神經纖維的更高級腦中樞，不同的腦區(qū)域的功能不同，但區(qū)域之間存在某些聯系，構成了中樞神經功能敏化的復雜網絡。結狀神經節(jié)的神經會傳至延髓的孤束核，但與其他區(qū)域有聯系。孤束核、迷走神經背側運動核和背后區(qū)存在纖維聯絡和功能上的聯合，這些區(qū)域又合稱為迷走背側復合體。Chen等[45]發(fā)現，在GERC豚鼠的背側復合體中大部分神經元為Fos/P物質雙標，當延髓局部微注射神經元活性調節(jié)劑后食管或氣道炎癥水平會有所改變，推測背側迷走復合體參與調節(jié)胃食管反流相關的氣道炎癥。在進一步的研究中，他們利用錳增強磁共振成像在GERC大鼠模型中觀察到孤束核、迷走神經背側運動核、三叉神經核與中間網狀核等錳信號增強，認為食管鹽酸灌注、氣道檸檬酸激發(fā)可能誘導延髓神經元來參與咳嗽信號的整合[46]。除了對延髓的研究外，學者還發(fā)現下丘腦在GERC中的重要作用，并且與延髓神經通路存在某種聯系。孫樂家等[47]在豚鼠模型中觀察到下丘腦室旁核中神經元Fos/P物質表達升高，逆行示蹤法則顯示GERC豚鼠模型存在著從氣道壁到背側迷走復合體再到下丘腦室旁核的神經通路，提示GERC的咳嗽敏感性信號可能通過下丘腦室旁核-背側迷走復合體-氣道的通路進行傳遞。

2.2.3神經遞質在中樞敏化中的變化 咳嗽感覺神經的中樞敏化是一個復雜的過程，除迷走神經或脊神經末梢直接釋放神經肽或ATP來調節(jié)食管、氣道的感覺過敏外，在腦或脊髓活化過程中各種類型的神經膠質細胞也參與神經遞質的變化，當興奮性神經遞質與抑制性神經遞質之間的平衡被打破時就會出現中樞對信號處理的失常。位于中樞的神經元細胞能表達γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)受體，這種受體可以快速誘導抑制性突觸后電位。在肺部炎癥持續(xù)存在時，傳遞到中樞的信號會導致神經膠質細胞的募集或激活，興奮性神經遞質釋放增加，抑制性神經遞質減少，使中樞神經回路對感覺神經傳入信號更加敏感，即使低于閾值的刺激也可以引發(fā)咳嗽[48]。GERD患者常伴有不同程度的焦慮、抑郁癥狀，不良情緒又會增強患者對GERD癥狀的感受性，形成一種惡性循環(huán)[4]。陳冬雪等[49]發(fā)現GERD肝郁證大鼠模型的下丘腦中GABA表達明顯下降，推測GERD、抑郁癥均會導致 GABA表達降低，從而引起一系列胃、食管和消化道外表現。盡管關于神經遞質在GERC中的改變尚不明確，但有研究發(fā)現GABA調節(jié)劑在難治性GERC患者中具有一定的療效[12]。從現有對GERC中樞敏化機制的認識來看，背根神經節(jié)及相應脊髓背角、迷走傳入神經的感覺神經元參與并增強了外周的炎癥效應，并將異常信號逆行傳至延髓、下丘腦等區(qū)域，增強相應區(qū)域神經元的活性，引起中樞神經的功能敏化。另外，自發(fā)性咳嗽沖動能夠激活更高級的大腦皮質，而當意志屏氣或自愿控制咳嗽行為時機體又會形成兩種下行的咳嗽抑制通路，可見高級腦區(qū)域的功能之間相互影響，形成一個錯綜復雜的網絡。因此，GERC的中樞敏化是一個復雜的綜合多因素的機制，對其認識還有待進一步探索。

3 小 結

GERC作為一種特殊類型的慢性咳嗽，涉及呼吸、消化兩大系統(tǒng)，從臨床特征來看，75%的GERC患者僅以咳嗽為唯一癥狀，而不具有典型的消化道癥狀[20]。目前GERC的發(fā)病機制并不完全明確，高位反流、低位反流、咳嗽敏感性增加等學說都無法完整地解釋GERC的發(fā)病過程。GERC表現出咳嗽反射敏感性增加、食管內臟高敏感，與其他神經病理性疾病相似，外周、中樞神經的功能改變參與了疾病的發(fā)生發(fā)展。GERC食管或氣道中會出現神經源性炎癥、其他類型炎癥，外周神經纖維上的多種亞型TRP離子通道、PAR2受體及ATP/P2X3通路緊密聯系、共同參與其中，同時外周的異常信號通過復雜的神經網絡傳遞至中樞，使神經元細胞大量活化、中樞神經發(fā)生可塑性改變，致使中樞敏化，進而放大神經纖維的感覺高敏感，最終觸發(fā)咳嗽動作的產生。從感覺神經的外周與中樞敏化來探討GERC的發(fā)病機制具有重要意義，可為其臨床診治、基礎研究提供新思路。