王亞梅, 河北醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院 河北省石家莊市 050017

王亞梅,賈漪濤,河北省人民醫(yī)院腫瘤三科 河北省石家莊市 050051

李中信,河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院外二科 河北省石家莊市 050000

0 引言

腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞(enteric glial cells,EGC)作為腸道神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system,ENS)的重要組成成分,其形態(tài)與功能均類似于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的星形膠質(zhì)細胞,并能表達與星形膠質(zhì)細胞相同的標記物[1].EGC既在調(diào)節(jié)腸道屏障功能、腸道免疫、胃腸動力等方面具有重要的作用,又能參與多種腸道疾病的發(fā)生發(fā)展[2,3].有研究表明,EGC缺失會導(dǎo)致腸黏膜屏障的完整性喪失、腸道出血和壞死等病理改變[4,5].目前,EGC在腸道疾病中的作用正在引起人們越來越多的關(guān)注,本文將對EGC在腸道功能和腸道疾病中的作用及研究進展做一綜述.

1 EGC的概述

ENS是由腸壁內(nèi)大量的神經(jīng)元和EGC相互連接組成的神經(jīng)系統(tǒng),橫跨整個腸道,其作為外周獨立的神經(jīng)系統(tǒng),可單獨或協(xié)同其他神經(jīng)元(副交感神經(jīng)/交感神經(jīng))參與維持腸道的正常功能.因此,ENS被形象地稱作人類的“第二大腦”.腸神經(jīng)元細胞和EGC均來源于神經(jīng)外胚層.EGC的數(shù)量是腸神經(jīng)元數(shù)量的4-10倍[6,7],主要分布于黏膜下神經(jīng)叢和肌間神經(jīng)叢的神經(jīng)節(jié),并伸出突觸與周圍細胞相互作用.從分子學(xué)角度看,成熟的EGC能表達與星形膠質(zhì)細胞相似的分子標記物如中間絲膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)[8]、S100β[9]、SOX8/9/10[10]、43半通道蛋白(connexin-43,Cx43)[11]等.雖然EGC被發(fā)現(xiàn)已超過一個世紀,但長久以來人們對它的功能了解甚少[12].既往研究結(jié)果提示EGC主要有支持、營養(yǎng)、保護神經(jīng)元和參與腸道內(nèi)神經(jīng)活動整合的功能.近年來研究發(fā)現(xiàn),EGC還是維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[13,14],既能參與多種腸道生理功能的調(diào)節(jié),又能在某些腸道疾病如炎癥性腸病[15]、感染性腸炎[16]、腸道腫瘤[17]等的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用.

2 EGC與腸道功能

2.1 EGC與腸道黏膜屏障 腸黏膜屏障由機械屏障、化學(xué)屏障、生物屏障和免疫屏障組成.腸黏膜屏障的維護受多種因素的調(diào)控,其中ENS扮演著重要的角色.腸上皮細胞也能通過表達三種連接復(fù)合物來維持腸黏膜屏障的完整性,它們分別是緊密連接、黏著連接和橋粒[18].其中,細胞間緊密連接由閉鎖蛋白、胞質(zhì)緊密連接蛋白(ZO-1,ZO-2和ZO-3)和緊密連接蛋白等組成[19].當(dāng)腸黏膜屏障破壞時,腸道微生物群可跨越腸黏膜屏障,破壞腸道菌群與人體之間的動態(tài)平衡,導(dǎo)致一系列疾病的發(fā)生發(fā)展.

研究表明,EGC作為ENS的重要組成部分,不僅能將突觸直接延伸至腸道黏膜層,與腸上皮細胞相連接,形成所謂的“神經(jīng)元-膠質(zhì)-上皮單元”[13,20]; 還能夠與周圍環(huán)境相互作用,接收和處理來自神經(jīng)元和其他非神經(jīng)元細胞的信息,通過產(chǎn)生和釋放多種神經(jīng)營養(yǎng)因子、炎性因子和不飽和脂肪酸代謝產(chǎn)物等參與腸上皮細胞的增殖、分化、成熟以及腸黏膜損傷與修復(fù)的過程[21].在生理狀態(tài)下,EGC可以分泌多種神經(jīng)營養(yǎng)因子或脂質(zhì)代謝產(chǎn)物如膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(glial cell line-derived neurotrophic factor,GDNF)、亞硝基谷胱甘肽(S-nitrosog lutathione,GSNO)、轉(zhuǎn)化生長因子-β (transforming growth factor,TGF-β)、15-羥基膦酸(15-hydroxyeicosatetraenoic acid,15-HETE)和15-脫氧前列腺素-J2 (15-deoxyprostaglandin-J2,15dPGJ2)等維護腸道的穩(wěn)態(tài).研究證實,多種EGC缺失的小鼠模型均會出現(xiàn)腸道血管和腸黏膜屏障通透性增加的現(xiàn)象.GFAP相關(guān)基因敲除的小鼠,與正常小鼠相比,其髓過氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)活性增加、肌層神經(jīng)元中度變性、管腔內(nèi)出血和腸黏膜屏障完整性破壞,嚴重時甚至可出現(xiàn)致命性的空腸回腸炎[22,23].在病理情況下,EGC能夠被激活并釋放S100β、神經(jīng)生長因子(nerve growth factor,NGF)、一氧化氮(nitric oxide,NO)、白細胞介素(interleukin,IL) -6和IL-1β等改變腸黏膜屏障的功能(圖1).有研究表明,在炎癥或感染條件下,EGC可過度釋放S100β,促進NO的合成與釋放,導(dǎo)致腸黏膜屏障破壞[24].目前,病理狀態(tài)下的EGC在維護腸黏膜屏障功能方面所發(fā)揮的作用尚存在爭議[9].

圖1 生理及病理狀態(tài)下腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞的功能模式圖.

2.2 EGC與腸道免疫 在腸道微環(huán)境中,EGC被看作是腸道免疫系統(tǒng)中的重要調(diào)節(jié)因子.在炎癥性腸病患者體內(nèi),EGC衍生的S100β能與RAGE相互作用,促進誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)的表達和NO的釋放,影響外周血和腸道黏膜免疫細胞的應(yīng)答[25,26].Ibiza等[27]人發(fā)現(xiàn),EGC可誘導(dǎo)3型固有淋巴細胞合成和分泌IL-22,進而促進腸上皮細胞產(chǎn)生抗菌肽,參與腸黏膜屏障的固有免疫.促炎因子可上調(diào)EGC中IL-7 mRNA和蛋白的表達水平,影響腸道免疫和防御功能[28].在炎癥因子刺激下,EGC可分泌多種細胞因子和趨化因子,募集免疫細胞如巨噬細胞、中性粒細胞和肥大細胞等參與黏膜屏障的先天免疫反應(yīng)[15,29].EGC不僅能夠募集多種免疫細胞,還可以通過表達不同的Toll樣受體來區(qū)分病原體與益生菌,并驅(qū)動促炎通路,保護腸道免受病原菌侵害,此過程與上調(diào)S100β的表達密切相關(guān)[30].在生理條件下,EGC僅能表達組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex,MHC) Ⅰ類分子,而不能表達MHCII.但在炎性刺激下,EGC能夠表達MHCⅡ和ICAM-1,從而使其具有抗原提呈的能力[31].此外,EGC存在明顯的異質(zhì)性,不僅可以通過抗原提呈激活T細胞,還具有一定的免疫抑制作用.Kermarrec等[32]將從克羅恩病(Crohn’s disease,CD)患者體內(nèi)分離出的EGC與活化的T細胞共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)其能夠抑制T細胞的增殖.對于炎癥性腸病患者而言,這種免疫抑制能力在維持腸道局部免疫穩(wěn)態(tài)中起著重要的作用.

2.3 EGC與腸道運動 EGC與腸神經(jīng)元、Cajal間質(zhì)細胞(interstritial cell of cajal,ICC)及平滑肌細胞相毗鄰.腸神經(jīng)-ICC-平滑肌細胞網(wǎng)絡(luò)作為胃腸道運動功能的基本單位,對調(diào)節(jié)腸道運動起著關(guān)鍵性的作用[33,34].EGC對腸神經(jīng)元的保護作用保證了腸神經(jīng)-ICC-平滑肌細胞網(wǎng)絡(luò)的完整性,因此EGC在腸道運動的調(diào)控中也起著重要作用.研究人員在上世紀90年代已發(fā)現(xiàn),用6-氨基煙酰胺治療后的小鼠不僅出現(xiàn)中樞及外周神經(jīng)膠質(zhì)細胞的破壞,同時還出現(xiàn)嚴重的腹瀉,此實驗首次揭示了EGC可參與胃腸動力的調(diào)控[35].Nasser等[36]人也發(fā)現(xiàn)敲除了EGC的小鼠腸道排空延遲、傳輸速率減慢.

EGC數(shù)目或性狀的異常均會導(dǎo)致腸道動力障礙,導(dǎo)致腸道排空及運輸減慢.先天性巨結(jié)腸患者的腸神經(jīng)節(jié)中FABP7與S100β的比值顯著增加,提示腸神經(jīng)節(jié)中存在較多未成熟的EGC[37].此類未成熟的EGC可促進神經(jīng)元凋亡,造成腸道運動障礙.慢傳輸性便秘和假性腸梗阻患者腸道內(nèi)EGC細胞的大量丟失,可加重腸道起搏信號的損害,使得胃腸運動減弱.Stoffels等[38]人發(fā)現(xiàn),IL-1R特異性地存在于腸道肌間神經(jīng)叢的EGC上,并通過IL-1R/MyD88信號通路導(dǎo)致IL-6及單核細胞趨化蛋白1的表達上調(diào),這可能是造成術(shù)后腸梗阻的重要機制.

EGC能夠通過表達多種神經(jīng)遞質(zhì)受體如腺苷、谷氨酸、5-羥色胺、腎上腺素等的受體,對腸神經(jīng)元來源的信號做出應(yīng)答,進而反饋性調(diào)節(jié)腸道運動.例如ADP可與EGC上的P2Y1受體結(jié)合,觸發(fā)胞內(nèi)Ca2+信號,并通過Cx43釋放ATP[39],最終增強腸道運動.近期研究證實,EGC可表達M3和M5型毒蕈堿受體,這表明EGC還可以接受膽堿能神經(jīng)元的調(diào)控,其中M3型受體激活可驅(qū)動胞質(zhì)內(nèi)Ca2+信號活化[40].

3 EGC與炎癥性腸病

炎癥性腸病包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcearative colitis,UC)和CD,是一種慢性非特異性腸道炎癥性疾病.眾所周知,EGC的缺失或功能障礙可造成腸道黏膜屏障和腸道微環(huán)境的破壞,提示EGC的異?？赡芘c炎癥性腸病的發(fā)生發(fā)展存在著一定的聯(lián)系[15,25].

由EGC分泌的神經(jīng)生長因子GDNF是腸上皮細胞與EGC相互作用的重要介質(zhì)[41].在用5%右旋糖酐硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠模型中,GDNF可以通過PI3K/AKT信號通路減少炎性細胞因子TNF-α和IL-1β的產(chǎn)生、降低MPO的活性,進而降低炎癥性腸病小鼠的疾病活動指數(shù),緩解腸道炎癥[42].EGC分泌的GDNF能夠以旁分泌的方式作用于鄰近腸上皮細胞的GFR-α2受體上,抑制腸上皮細胞凋亡,上調(diào)ZO-1的表達,從而降低腸道黏膜屏障通透性[43].此外在CD患者的腸道黏膜中存在一個反饋性的GDNF自分泌環(huán),通過自分泌的方式有效防止EGC凋亡,從而起到維護腸道黏膜屏障完整性、抑制炎癥反應(yīng)的作用[43].目前研究表明,GDNF無論是自分泌還是旁分泌,其均依賴于cAMP/PKA或p38 MAPK信號通路揮抗細胞凋亡的作用[41,44].GDNF還能夠通過抑制肥大細胞中的JNK信號通路,減少其脫顆粒及促炎因子的釋放,從而減輕實驗小鼠結(jié)腸炎的嚴重程度[45].

特別是EGC可以通過釋放GSNO來調(diào)控腸道屏障的功能[46].Savidge等[47]人發(fā)現(xiàn),GFAP敲基因小鼠體內(nèi)EGC的數(shù)量減少,腸道黏膜屏障通透性增加; 在補充外源性的GSNO后,敲基因小鼠的腸道黏膜屏障損傷可明顯修復(fù).另有研究表明,GSNO可通過改變Occludin、ZO-1和磷酸化肌球蛋白輕鏈的表達,維持炎癥期間腸道黏膜屏障的完整性.GSNO可還能夠通過抑制NF-κB炎性通路,減少炎性因子如IL-1β、IL-6和 TNF-α的產(chǎn)生,對腸道黏膜屏障起到保護作用,但其具體作用靶點仍有待確定[48].

腸道炎癥中的大部分NO來自于EGC,其與腸道黏膜屏障損傷之間的聯(lián)系,已在多種小鼠結(jié)腸炎模型中得到了證實[49,50].脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)可增加EGC胞內(nèi)的iNOS活性和NO的含量,導(dǎo)致腸道黏膜屏障功能受損[23].MacEachern等[49]人發(fā)現(xiàn),EGC中iNOS的表達增加可以導(dǎo)致結(jié)腸炎小鼠腸道離子轉(zhuǎn)運失調(diào),破壞腸道黏膜屏障功能并增加細菌移位.同時,研究人員還發(fā)現(xiàn)無論是抑制NO的產(chǎn)生,還是阻斷膠質(zhì)細胞的代謝,均可改善結(jié)腸炎小鼠腸道的離子轉(zhuǎn)運功能,維持腸道黏膜屏障的完整性.NO還可引起腸上皮細胞間緊密連接相關(guān)蛋白ZO-1、ZO-2、ZO-3和Occludin的表達異常,導(dǎo)致腸道黏膜屏障的滲透性增加.另外,在UC患者中,EGC能夠通過S100β相關(guān)通路,激活下游NF-κB通路,促進黏膜NO的產(chǎn)生和釋放,加重腸道炎癥反應(yīng)[51].

在CD患者的EGC中,多種不飽和脂肪酸代謝物的產(chǎn)生減少,包括18-羥基異戊酸、15-HETE、15dPGJ2及11-β-前列腺素F2α等[52].其中,15-HETE與11-β-前列腺素F2α對腸黏膜屏障的保護作用早已得到證實.與正常腸道組織相比,CD患者EGC中15-HETE的產(chǎn)生減少,不能穩(wěn)定腸上皮細胞的屏障功能; 加入外源性15-HETE后,可通過抑制腺苷一磷酸活化蛋白激酶的活性和增加ZO-1的表達維護腸道黏膜屏障功能[53].

隨著研究的逐步深入,人們認為EGC除了在生理狀態(tài)下對腸道穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)起著重要作用,還在炎癥性腸病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用.進一步研究EGC的功能及作用機制,有助于明確EGC在炎癥性腸病不同階段所發(fā)揮的作用,或許將來能通過調(diào)控EGC而對炎癥性腸病進行治療.

4 EGC與其他腸道疾病

4.1 感染性腸炎 感染性腸炎是由病原菌感染引起的腸道疾病,具有發(fā)病率高、流行范圍廣的特點,是全球公共衛(wèi)生問題之一.弗氏志賀菌是導(dǎo)致腸道黏膜屏障破壞和腸道炎癥反應(yīng)的主要侵襲性病原體.EGC分泌的GSNO可使腸上皮細胞中Cdc42和phospho-PAK的表達顯著降低、ZO-1的表達增加,維持腸道黏膜屏障的完整性[12],從而增強機體對弗氏志賀菌感染的抵抗力.腸道黏膜屏障通透性的增加是輪狀病毒引起腹瀉的重要機制.在輪狀病毒感染性腹瀉期間,GSNO能夠增加ZO-1的表達[54].這些研究表明EGC在預(yù)防及治療腸道疾病,特別在感染性疾病中扮演著重要角色.

4.2 結(jié)腸癌 目前關(guān)于EGC與結(jié)腸癌的相關(guān)研究較少.Neunlist等[17]人發(fā)現(xiàn),EGC可通過釋放TGF-β1抑制結(jié)腸癌細胞Caco-2、HT-29和T84的增殖.研究表明,EGC合成與釋放的脂質(zhì)代謝產(chǎn)物15dPGJ2能使腸上皮細胞上的PPARγ發(fā)生核移位,抑制細胞的增殖、促進細胞的分化成熟,改變腸黏膜屏障的特性,最終抑制結(jié)腸癌的發(fā)生[55].此外,神經(jīng)膠質(zhì)前列腺素D合酶活性的變化可改變腸道黏膜屏障的功能,參與癌癥、炎癥性腸病等疾病的發(fā)生發(fā)展[56].最新研究發(fā)現(xiàn),被腫瘤細胞劫持的EGC可轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M腫瘤發(fā)生的表型,即EGC一旦被腫瘤激活后,就可以通過PGE2/EP4/EGFR信號途徑刺激結(jié)腸癌干細胞,從而驅(qū)動結(jié)腸癌的發(fā)生[57].

5 結(jié)論

EGC不僅僅是一個簡單的腸道“粘合劑”,同時還與多種腸道疾病如炎癥性腸病、感染性腸炎、結(jié)腸癌和術(shù)后腸梗阻等的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān).研究證實,EGC能以直接接觸或間接釋放介質(zhì)的方式對腸道功能產(chǎn)生有利或有害的影響.這種異質(zhì)性可使其對腸道的保護作用轉(zhuǎn)變?yōu)閾p害作用.但EGC對腸道穩(wěn)態(tài)所起的保護作用也是不容忽視的.在臨床上,靶向EGC來改善腸道功能、治療腸道疾病仍面著臨許多挑戰(zhàn).因此,我們需要對EGC進一步深入的認識和研究,明確其在不同腸道疾病和疾病的不同時期中所發(fā)揮的作用,且尋找靶向不同疾病狀態(tài)下EGC的特異性藥物.