腸神經(jīng)系統(tǒng)的結構和功能

腸神經(jīng)系統(tǒng)的結構和功能

胃的行為反映了肌肉、粘膜皮和血管整合的功能。腸神經(jīng)系統(tǒng)(ENS)是組織和協(xié)調上述三個效應器在組織器官水平上產(chǎn)生有意義的功能行為模式的“腸腦”,儲存有多種胃腸行為模式的神經(jīng)程序。ENS神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元相互連接形成獨立的具有與腦和脊髓類似的整合和處理信息功能機制的神經(jīng)系統(tǒng)。自然選擇在消化道進化形成了一個壁內的“微型腦”以就近控制和調節(jié)分布于數(shù)米長的胃腸道中的效應系統(tǒng),這些神經(jīng)控制都不必依賴中樞。腸神經(jīng)系統(tǒng)(entericnervoussystem,ENS)由胃腸道、膽胰系統(tǒng)中所含的神經(jīng)節(jié)及其間的網(wǎng)絡組成,包括粘膜下叢、深肌叢及肌間神經(jīng)叢等,這些神經(jīng)叢始于食管下段,一直延伸到肛管齒狀線水平”。ENS由感覺神經(jīng)元、中間神經(jīng)元和運動神經(jīng)元“連線”組成。ENS運動神經(jīng)元包括興奮性和抑制性運動神經(jīng)元。腸興奮性運動神經(jīng)元釋放刺激肌肉收縮和粘膜腺分泌的神經(jīng)遞質;乙酰膽堿和P物質是由其釋放的刺激肌肉收縮的主要神經(jīng)遞質;腸抑制性運動神經(jīng)元釋放抑制肌肉收縮的神經(jīng)遞質;VIP和一氧化氮是消化道神經(jīng)肌肉接頭處的抑制性神經(jīng)遞質。本文主要介紹抑制性神經(jīng)遞質VIP和興奮性神經(jīng)遞質P物質。一、血管活性腸肽(VasoactiveIntestinalPeptide,VIP),又名舒血管腸肽,為一直鏈肽,分子質量3323D,屬胰高血糖素2胰泌素家族,在生物體內分布極廣,其作用也較廣。在生物體內,它既作為胃腸道激素,又是神經(jīng)肽。近年發(fā)現(xiàn)許多免疫活性細胞不僅能釋放少量VIP,在其表面也有VIP高親和力受體存在,最近也有研究揭示VIP是神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)之間相互作用的一種信號分子,在機體免疫,尤其是在局部粘膜免疫中起著一定的作用。1、VIP的結構:Said和Mutt于1970年首次從豬小腸的甲醇抽提液中經(jīng)分離純化得到VIP,為28肽。其后Carlquist、Wang、Gafvelin、YunxiaWang、Uesaka等從其它動物中也提取了VIP,溶液構象的結果指出,VIP具有20%的螺旋結構,80%是松散無序結構。從結構角度分析,VIP的10~28位順序對其作用的專一性較為關鍵。Bodanszky等合成了一系列VIP類似物,VIP(7~28)具有15%的生物活性,Makhlauf等指出,VIP的1~8,18~28,15~28和14~28片段均無活性。2、VIP在生物體內的分布、分泌:VIP的分泌細胞廣泛存在于胃腸道(自食管至直腸),主要發(fā)現(xiàn)在粘膜的內分泌細胞和粘膜下的細微神經(jīng)纖維、腸肌神經(jīng)叢。包括結腸、回腸、空腸及十二指腸等。corco-ran用放射免疫的方法研究表明,馬喉中VIP含量極為豐富,特別是在杓狀軟骨上面。另外,在大腦發(fā)現(xiàn)大量的VIP,尤其是神經(jīng)突觸部位,這些神經(jīng)末梢與平滑肌、微血管及胰臟外分泌腺體等相聯(lián)系,此提示VIP有神經(jīng)傳遞物質的作用。VIP在腦內分布不勻,在下丘腦某些區(qū)域、皮層、杏仁、海馬、紋狀體等處含量較高。垂體門脈血中VIP的濃度顯著高于外周血的。VIP的分泌細胞曾有人稱為H細胞,現(xiàn)改稱為D1細胞,通常呈椎體形,具有長而尖頂?shù)挠|角狀結構—微絨毛,挺出于腺腔,從而可以直接感受腔內的分子信號,并傳遞到細胞內部,作出釋放活性肽的反應,其分泌量很大,遠遠超過其它胃腸道激素的含量。神經(jīng)電刺激,迷走神經(jīng)、前列腺素E1、催產(chǎn)素、皮質酮的刺激都能促進VIP的釋放。3、VIP受體:到目前為止,還沒有低等脊椎動物VIP受體的序列信息。通過篩選一個金魚的腦及腦垂體cDNA文庫,獲得了第一個非哺乳動物的全長VIP受體cDNA。對這個受體在哺乳動物COS27細胞中的功能表達表明,它以依賴VIP與PACAP的濃度的方式與cAMP產(chǎn)物相連。VIP通過與其受體結合而發(fā)揮作用。其受體在多種腫瘤組織細胞膜上均有高密度表達。Laburthe等發(fā)現(xiàn)結腸癌細胞表面存在VIP受體。Reubi對339例涉及17種腫瘤,病理類型多達23種的腫瘤患者組織切片進行了體外放射自顯影研究,結果發(fā)現(xiàn),VIP受體不論在神經(jīng)內分泌源性腫瘤,還是在上皮源性腫瘤均有過量表達。體外放射自顯影切片還可看出,VIP受體呈高密度的表達。受體的競爭性抑制實驗的結果顯示:受體與配體呈高親和力結合。一般認為,VIP通過以下方式對腫瘤細胞的增殖和分化進行調控:1)VIP與癌細胞表面的VIP受體結合,通過與受體耦聯(lián)的G蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶,使細胞內cAMP(cyclicadenosinemonophosphate)濃度發(fā)生變化,從而影響癌細胞的增殖和分化。Kim等觀察到向體外胃癌細胞系加入一定劑量的VIP后,其cAMP含量升高,c-myc的mRNA表達減少,腫瘤細胞的生長受到抑制。4、VIP的功能:(1)VIP作為胃腸道激素的生物功能。Said和Mutt最初發(fā)現(xiàn)它有使平滑肌松弛和舒血管作用,以及VIP具有一系列的藥理作用,它對動脈有強有力的舒張作用,對心臟有收縮作用,可以促進全身血液流動及降血壓的作用,減低外周血管的阻力;可致血漿葡萄糖暫時升高,以及胰島素排出增加;它對肺臟也有強烈的效應,另外能拮抗由前列腺素F2引起的收縮效應,并能增加30%的肺泡氣流量。粘膜內分泌細胞含有VIP,而血漿VIP水平很低,且破壞迅速,半衰期低于1min,故提示VIP并非循環(huán)激素,可能為旁分泌起局部作用的激素。它主要在肝臟滅活,生理情況下在上端小腸分泌,進入門靜脈,使門靜脈血流增加、血糖增高和胰島素釋放,并使膽汁和胰液分泌增加,為消化和吸收提供了良好條件。因經(jīng)肝臟滅活,故無明顯的全身效應。VIP可自行分泌和旁分泌對氣道上皮細胞發(fā)揮調控作用,保持氣道上皮完整性,維持氣道局部微環(huán)境的穩(wěn)定。VIP與胰泌素2胰高糖素族相類似,能刺激胰島素釋放,抑制胃酸分泌,釋放肝糖,刺激胰及小腸液的產(chǎn)生,松弛膽囊,促進HCO3-分泌可松弛胃腸道平滑肌、括約肌和膽囊,并可擴張血管及促進膽汁、胰液和腸液分泌。另外一些文獻報道它還刺激腸的蠕動,促進腸水分及鹽的流失,VIP的分泌量過少也會引起便秘。(2)VIP作為神經(jīng)肽的生物功能。VIP能引起覺醒效應、提高體溫、激活腦組織的腺苷酸環(huán)化酶。VIP可能在控制心房的心律不齊的迷走神經(jīng)中起作用,也有實驗證明它作為一個非腎上腺素能的、非膽堿能的神經(jīng)傳遞素在5-羥色胺誘導CI-的分泌中起調節(jié)作用,它也在神經(jīng)元和星形膠質細胞中起信號傳導作用,且對星形膠質細胞的保護作用是必需的。(3)VIP對免疫功能的影響。淋巴細胞可能產(chǎn)生VIP,并在中央和外圍淋巴器官中發(fā)揮旁分泌功能,說明VIP參加神經(jīng)和免疫系統(tǒng)的雙向通訊。VIP受體基因在中間和外圍淋巴器官中的表達說明VIP是一種免疫調節(jié)肽。它對淋巴細胞特別是T淋巴細胞的活動有抑制作用,但不影響B(tài)淋巴細胞的功能。5、VIP及其受體的應用前景:有學者提出可能的應用前景包括:治療支氣管哮喘;增加局部供血,用于治療陽萎、冠心病、高血壓左心室心衰;用于早期鑒別診斷不同類型白血病體外結合研究表明,多種腫瘤組織細胞膜上具有高密度與高親和力的VIP受體表達,包括胃腸道胰腺腫瘤、小細胞肺癌、腦膜瘤、多種病理類型的乳腺癌癥、神經(jīng)母細胞瘤。所以VIP在多種實體瘤的診斷與治療上有相當作用。Virgolin、Reubi等用體外放射自顯影和放射免疫的方法證實用VIP受體進行腫瘤診斷的可行性,利用VIP受體的拮抗劑來抑制腫瘤細胞的生長,從而達到治療腫瘤的目的。如采用VIP受體的拮抗劑VIPhy-brid可明顯抑制乳腺癌細胞的增殖,拮抗VIP引起的c-fos與c-myc的表達。在非小細胞肺癌細胞系NCIHl299中,一種VIP受體拮抗劑(SN)VIPhybrid可明顯拮抗VIP引起的cAMP增加,從而抑制非小細胞肺癌癥增殖。因此表明VIP有十分廣闊的應用前景。隨著分子生物學技術迅猛發(fā)展,基因工程技術的不斷成熟。已在中國倉鼠卵母細胞(CHO)中穩(wěn)定表達了重組人類VIP受體。利用定點突變技術,在COS27細胞中表達了重組受體。在蛋雞產(chǎn)蛋期,VIP可控制雞體內的PRL水平減少抱窩行為,提高產(chǎn)蛋量。二、P物質(SubstanceP,SP)1931年vonEuler和Gaddum在馬腦和腸的提取物中偶然發(fā)現(xiàn)的一種物質,1953年Pernow應用氧化鋁柱吸附技術獲得了第一代純化的制劑,1971年Chang等將牛下丘腦提取物經(jīng)凝膠過濾、離子交換層析及高壓紙上電泳后確定了SP的分子序列,闡明了其化學結構為十一肽,H—Arg—Pro—Lys—Pro—Gin—Gin—Phe—Phe—GIy—Leu—Met—NH2,分子量為1348D,屬于速激肽(TK)族。1979年Vijayan首次報道了SP與生殖功能有關。用重組DNA技術研究P物質的前體發(fā)現(xiàn)P物質來源于前速激肽原(Pre—Protachykinin,PPT)。因此P物質也有速激肽類物質之稱。PPT可分成PPT—APPT—B兩種,前者又可分為α—PPT—A、β—PPT—A及γ—PPT—A。分子水平的研究又進一步發(fā)現(xiàn),在α—PPT—AmRNA僅含P物質片段,而γ—PPT—A和β—PPT—AmRNA中同時含P物質和K物質(SubstanceK,簡稱SK),又名Neurokinina(NKA)片段。PPT—B基因序列中僅含NeurokininB(NKB)。合成的P物質、NKA、NKB分別可作用于相應的受體。1、SP物質的作用機理:P物質廣泛地分布于神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織中,呈現(xiàn)出復雜地生理效應。其作用如下:神經(jīng)內分泌系統(tǒng),在神經(jīng)系統(tǒng)中,SP可能起到調節(jié)神經(jīng)元活動的作用,具有刺激神經(jīng)元,引起神經(jīng)元興奮的作用;并通過引起神經(jīng)細胞膜去極化,K+內流減少,起神經(jīng)調質的作用;并且參與了腺垂體激素分泌的調節(jié),主要表現(xiàn)為下丘腦的SP神經(jīng)元釋放SP入垂體門脈血中,并可到達垂體前葉參與垂體前葉激素分泌的調節(jié),有研究表明在人類和豚鼠SP主要分布在促甲狀腺激素細胞周圍,參與這些激素分泌的調節(jié);在周圍神經(jīng)系統(tǒng),SP主要在一級傳入神經(jīng)元內合成,沿周圍突輸送至外周組織內,亦沿著中樞突分別至脊髓后角和孤束核。SP具有免疫調節(jié)作用:SP既可影響非特異性免疫也可增強特異免疫。高巍等在研究針刺對神經(jīng)內分泌免疫網(wǎng)絡影響時也發(fā)現(xiàn)SP可直接和間接地增強局部和全身免疫系統(tǒng)功能,表現(xiàn)為T淋巴細胞亞群改變。其他作用:在胃腸道,SP能抑制胃酸分泌,刺激胃蛋白酶分泌,促進腸蠕動時的頭端收縮。對胃腸道平滑肌有雙重收縮效應,即對環(huán)行肌和縱行肌都有收縮作用,并可引起膽囊收縮。SP通過與其受體相結合發(fā)揮生物學效應。SP與受體結合,激活磷脂C(phos—pholipaseC,PLC)β,使磷脂酰肌醇二磷酸水解,產(chǎn)生肌醇三磷酸(inositoltriphosphate,IP3)和甘油二酯(diacy12glycerol;DAG),IP3使胞內鈣濃度升高,DAG則可激活PDC。Ca2+信號系統(tǒng)引發(fā)一系列生理功能,而PKC調節(jié)的細胞效應也很廣泛,包括分泌作用、肌肉收縮、DNA和蛋白質合成、細胞的分化及基因表達。研究表現(xiàn),在急性分離的脊髓神經(jīng)元細胞、培養(yǎng)的新生大鼠脊髓神經(jīng)元細胞及大鼠腺垂體催乳激素細胞(prolactin,PRL),SP2SPR復合物通過G2蛋白與PLC相偶聯(lián)產(chǎn)生IPS。同時也有實驗證明了SPR介導唾液分泌時激活PLC產(chǎn)生IP3和DG,從而引起細胞內鈣增加,以膠鈣離子依賴性鉀、氯通道開放,促進鈣離子內流,并且證明這一過程中如果去除細胞外鈣離子,P物質的這一作用也會減弱。環(huán)腺苷酸(cAMP)依賴的蛋白激酶途徑,小劑量生理濃度的P物質就可誘導cAMP的生成。早有研究發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)的成神經(jīng)細胞瘤細胞,SPR的興奮與腺苷酸環(huán)化酶(AC)的活化相偶聯(lián),使cAMP含量增加;而在鼠腮腺細胞,SPR的興奮則通過G1和AC的抑制相偶聯(lián),使cAMP生成減少。目前認為SP與NK21R結合通過Gaq激活AC使cAMP升高,從而激活依賴于cAMP的蛋白激酶(PKA);活化的PKA進入核內,使轉錄因子cAMP反應元件結合蛋白即CREB(cAMPresponseelementbindingprotein,CREB)磷酸酶活化而具有轉錄活性,從而啟動下游基因如C—FOS等的轉錄,而完成信號轉導途徑。絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)途徑,配體誘導的G蛋白偶聯(lián)受體的激活也是活化某些含有內在酷氨酸激酶受體的重要途徑之一。以上途徑中第一、二條途徑是P物質發(fā)揮作用的主要途徑。另外在SMG細胞中,SP可通過電壓依賴性鈣離子通道發(fā)揮作用。2.SP與臨床多種疾病有關:(1)SP與帕金森氏病和亨廷頓氏病紋狀體的正常功能與其速激肽、腦啡肽等神經(jīng)肽的正常表達有關。正常PPTmRNA和前腦啡肽原mRNA在紋狀體的中等大小神經(jīng)元表達。紋狀體的GABA/SP和GABA/腦啡肽兩類神經(jīng)元對運動的調節(jié)起相反作用,丟失GABA/SP神經(jīng)元會導致運動過少如帕金森氏病,而丟失GABA/腦啡肽神經(jīng)元則引起運動過度如舞蹈病。帕金森氏病病人的尾核和中間外側殼核PPTmRNA的表達明顯增加,前腦啡肽原mRNA的表達也增強,但PPTmRNA的表達增加更多。這提示帕金森氏病人紋狀體神經(jīng)肽的選擇性上調和間接紋狀體蒼白球通路的活動增強,在病人的運動不能和僵直等癥狀的發(fā)病中有重要作用。亨廷頓氏病病人紋狀體的前腦啡肽原神經(jīng)元和PPT神經(jīng)元優(yōu)先喪失,前腦啡肽原神經(jīng)元的丟失比PPT神經(jīng)元的丟失嚴重。病人殼核和尾核的所有區(qū)域腦啡肽和SP的mRNA減少。(2)SP與頭痛多年以來,認為頭痛和偏頭痛是由于顱內血管的過度擴張,因此血管收縮藥如麥角胺等被用于治療頭痛。最新研究表明神經(jīng)肽及其受體和神經(jīng)源性炎癥反應在頭痛的發(fā)病中有重要作用。從初級傳入神經(jīng)末梢釋放了較多的神經(jīng)肽如SP等物質,SP再通過觸發(fā)肥大細胞釋放組胺、前列腺素、緩激肽、5—HT等炎癥介質,引起腦脊膜的神經(jīng)炎癥反應,這是頭痛的重要發(fā)病機制之一。臨床上已證明,通過用辣椒素耗竭鼻粘膜的SP或高壓氧療減少外周SP的水平,能減輕密集型頭痛和偏頭痛的發(fā)作。(3)SP與胃腸道和泌尿系統(tǒng)疾病SP對胃腸道的作用是通過NK1,NK2,NK3三種受體介導的。NK1受體主要存在于平滑肌,如胃腸道和血管的平滑肌,NK2受體也參與收縮作用,NK3受體通過間接從腸肌神經(jīng)叢釋放乙酰膽堿參與收縮作用。SP通過與這三種受體相結合,以肽特異性和區(qū)域特異性方式影響腸的運動、電解質和腸液的分泌。某些胃腸道疾病,如非潰瘍性消化不良和消化潰瘍病病人的胃粘膜有SP聚集。間質性膀胱炎病人的粘膜下層SP陽性神經(jīng)纖維數(shù)目也增加,提示SP與腸道刺激癥和間質性膀胱炎的發(fā)病有關。SP通過觸發(fā)肥大細胞釋放組胺、前列腺素、緩激肽、5—HT等炎癥介質,引起了神經(jīng)性炎癥和疼痛。(4)SP與風濕病風濕性關節(jié)的滑液中SP的水平明顯增高,提示SP在風濕病的發(fā)病有重要作用。它既增強了風濕關節(jié)的炎癥反應,也參與風濕病的遷延和惡化,這也許可以解釋該病的某些臨床癥狀如關節(jié)炎、疼痛、痛性神經(jīng)營養(yǎng)不良等。(5)SP與其它疾病變異性心絞痛的發(fā)病與SP也有關。冠狀動脈的舒張與SP有密切關系,SP功能紊亂引起的內皮機能障礙導致了冠狀動脈痙攣。脊髓空洞癥病人脊髓的SP水平異常,空洞脊髓節(jié)段的SP明顯減少或缺失影響了痛覺的調制和感受,引起了感覺障礙。SP在哮喘的發(fā)病中也起重要作用。3、SP受體拮抗劑及其臨床應用前景:應用SP受體拮抗劑阻斷SP的效應可產(chǎn)生多種治療作用,目前SP的受體拮抗劑主要有sendide,spantide,CP296345,CP99994,RP67580,SR48968,CP2122721,MDLl05,212A等。(1)治療頭痛初級感