胃腸道cajl間質(zhì)細胞的研究進展

胃腸道cajl間質(zhì)細胞的研究進展

胃中的共同語言細胞（iccl）是胃腸緩慢活動的起搏細胞，與各種腸道功能障礙密切相關(guān)。事實上，iccl被廣泛用于治療胃腸動力障礙疾病的必要目標。近年來,胃腸道ICCs的特異受體c-kit,及其配體干細胞因子(stemcellfactors,SCF)啟動的信號系統(tǒng)受到越來越多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注,這極大地推進了我們對這類疾病病因的認識。1組織學(xué)術(shù)特征和功能1.1模型結(jié)構(gòu)的組成在光鏡下觀察,ICCs的形態(tài)表現(xiàn)為:胞體呈梭形,胞質(zhì)較少,擁有巨大的卵圓形胞核,2~5個樹枝狀的細胞突起,這些一級細胞突起可以進一步分化為二到三級樹枝樣突起,ICCs通過這些突起彼此相互連接,在平滑肌內(nèi)建立起一種三維的網(wǎng)絡(luò)樣結(jié)構(gòu)。ICCs在電鏡下的超微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為眾多線粒體和細胞膜內(nèi)陷空泡、不連續(xù)的基底膜、豐富的中間絲、發(fā)育良好的高爾基體、少量核糖體和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。通過對胃腸組織的免疫組織化學(xué)實驗發(fā)現(xiàn),ICCs相互之間、與神經(jīng)纖維和平滑肌細胞之間通過緊密的縫隙連接,形成“腸神經(jīng)-ICCs-平滑肌細胞”的胃腸動力的基本功能單位。1.2間神經(jīng)叢的結(jié)構(gòu)目前,在對ICCs功能研究的基礎(chǔ)上,從形態(tài)學(xué)角度,把胃腸道ICCs分為至少3種獨立功能的類別。在胃腸道的大部分區(qū)域,ICCs網(wǎng)絡(luò)位于肌間神經(jīng)叢水平的環(huán)、縱肌之間,即ICC-MY(myentericICC),由環(huán)繞腸肌間神經(jīng)叢的多極細胞組成,是激發(fā)胃和小腸肌層內(nèi)慢波活動的起搏細胞。第二大類胃腸道ICCs被稱為肌內(nèi)ICC或ICC-IM(muscularICC),呈雙極樣,位于胃腸道的肌層內(nèi),以環(huán)形肌層為主,能被腸運動神經(jīng)優(yōu)先激活,同時ICC-IM與迷走傳入神經(jīng)也有密切聯(lián)系,這些傳入神經(jīng)能傳送肌壁細胞感受到的機械刺激。總之,ICC-IM能將ICC-MY產(chǎn)生的起搏電流傳遞給與之聯(lián)系的平滑肌,同時,也在神經(jīng)信號的傳遞中起著重要作用。Kunisawa等通過免疫組織學(xué)證據(jù)提出了ICCs的第三種類型:ICC-SP(submucosalplexusICC)或ICC-SMP,其位于腸壁黏膜下和環(huán)形肌層之間,為多極細胞組成的黏膜下ICC網(wǎng)絡(luò)叢,與黏膜肌層的自發(fā)電活動密切相關(guān)。2關(guān)于c-kit及其相應(yīng)scf的研究2.1原癌基因c-pet受體結(jié)構(gòu)及參數(shù)c-kit受體又稱干細胞因子受體、肥大細胞因子受體,屬于Ⅲ型酪氨酸激酶受體家族,是一種具有酪氨酸激酶活性的跨膜蛋白,由定位于人染色體4q11~12的原癌基因c-kit編碼。c-kit受體結(jié)構(gòu)由細胞外配體結(jié)合區(qū)、跨膜區(qū)和細胞質(zhì)激酶區(qū)3部分組成,其中最重要的是細胞外區(qū),由5個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域組成,第1~3區(qū)是kit與SCF結(jié)合部位,4、5區(qū)是c-kit二聚化區(qū)域。每1個c-kit單體通過胞外結(jié)構(gòu)域1~3區(qū)分別與1個SCF分子結(jié)合,SCF二聚化后便會觸發(fā)c-kit單體的結(jié)構(gòu)改變,使其發(fā)生同源二聚體化,導(dǎo)致細胞膜內(nèi)酪氨酸殘基的自動磷酸化,激活多種第二信號分子,從而調(diào)節(jié)ICCs的多種生物學(xué)行為。2.2scf的功能SCF干細胞生長因子,亦稱干因子、肥大細胞生長因子。人SCF(hSCF)的編碼基因位于染色體12q22-24,是由273個氨基酸組成的糖蛋白。研究發(fā)現(xiàn),SCF具有2種不同功能的存在形式,即可溶型SCF(solubleSCF,sSCF)和膜結(jié)合型SCF(membraneboundSCF,mSCF),這兩種SCF的形成與mRNA拼接及酶切方式有關(guān)。有研究表明,mSCF與許多潛在的信號通路有關(guān),而sSCF可下調(diào)c-kit的表達。SCF作用的發(fā)揮依賴于特定的受體c-kit形成配基受體二聚體復(fù)合物,從而啟動相應(yīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,調(diào)控細胞的各種生物學(xué)行為。2.3c-傳統(tǒng)誘導(dǎo)基因連鎖的激活SCF激活c-kit中所涉及的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要有:(1)SFK(Src家族激酶,Src-familykinase)通路,Src通過其含有信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的主要SH2區(qū)域與激活的c-kit受體近膜區(qū)的酪氨酸殘基568、570或c-kit末端激酶區(qū)的Tyr900所構(gòu)建的SH2停泊位點結(jié)合,從而啟動下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。(2)磷脂酰肌醇3-激酶(PI3-K)通路,PI3-K是一種脂蛋白,與c-kit受體酪氨酸殘基721結(jié)合后,使4,5-二磷酸肌醇轉(zhuǎn)變成3,4,5-三磷酸肌醇,隨后可激活A(yù)kt介導(dǎo)細胞凋亡,也可與Src家族中的Lyn結(jié)合,對自身與c-kit受體的結(jié)合起負調(diào)節(jié)作用。該通路參與細胞生理包括細胞存活、趨化性、DNA合成和蛋白轉(zhuǎn)運等功能的調(diào)控。(3)磷脂酶Cγ(PLC)通路,磷脂酶C的SH2區(qū)域能與c-kit受體的Tyr730結(jié)合,催化磷脂酰肌醇4,5-二磷酸,生成1,4,5-三磷酸肌醇和二酰甘油。前者能使細胞內(nèi)Ca2+濃度升高,后者可激活蛋白激酶C,從而調(diào)節(jié)細胞的分化、分裂、運動、卵子受精和免疫反應(yīng)。(4)Ras-Erk通路,c-kit受體激活后,通過酪氨酸激酶殘基703、936與連接蛋白Grb2/Sos復(fù)合體的SH2區(qū)域結(jié)合,并最終激活Ras/MAP激酶通路,磷酸化一系列轉(zhuǎn)錄因子,影響基因的轉(zhuǎn)錄,調(diào)控造血細胞、黑色素細胞、生殖細胞的存活、分化。(5)JAK-STAT通路,細胞內(nèi)受體相關(guān)蛋白JAK2能優(yōu)先于配體與激活的c-kit相結(jié)合,從而激活一系列的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子,如Ras、Raf-1有絲分裂原激活蛋白等,也可激活p52shc的磷酸化,后者又和Grb2、Sos1相關(guān)聯(lián),從而導(dǎo)致它們的激活。另外,該條通路還能激活STAT家族成員,之后作用于相應(yīng)的DNA序列,調(diào)控后產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。3產(chǎn)生生物學(xué)作用研究發(fā)現(xiàn),c-kit與其配體SCF結(jié)合后,激活的一系列信號分子,最終可作用于不同的組織細胞,產(chǎn)生不同生物學(xué)作用。如作用于骨髓造血干細胞,刺激最原始的造血干細胞的增殖分化;支持肥大細胞生存、發(fā)育、分化、趨化和脫顆粒等過程;促進黑素細胞的存活、分化、增殖、移行等;調(diào)節(jié)生精細胞的增殖、分化、減數(shù)分裂和細胞凋亡及促進卵泡的發(fā)育等。這里,我們主要講述對胃腸道ICCs的作用。3.1scf/c-pet信號系統(tǒng)近年來研究表明,SCF、c-kit對ICCs的生長發(fā)育及表型的維持具有十分重要的作用。Torihashi等的研究證實,小鼠小腸ICCs與平滑肌細胞來源于相同的間葉前體細胞。早期胚胎時,通過免疫組織化學(xué)技術(shù)檢測到ICCs與平滑肌的前體細胞都表達c-kit蛋白,在胚胎期15~18d,間葉前體細胞開始出現(xiàn)定向分化,kit持續(xù)表達的細胞分化為ICCs,并終生在c-kit信號的維持下保持細胞的穩(wěn)定,而失去c-kit信號刺激的前體細胞則高表達肌蛋白抗體,并發(fā)育成平滑肌細胞。并且,當編碼kit或SCF的基因位點發(fā)生突變,SCF/c-kit信號系統(tǒng)受損后,ICCs增生和分化受到影響。Isozaki等用原位雜交法顯示野生型對照大鼠胃肌間神經(jīng)叢c-kitmRNA表達的ICC均勻地線性分布于肌間神經(jīng)叢和接近黏膜下的神經(jīng)叢,而所有WS/WS突變小鼠均未檢測到c-kitmRNA。Torihashi等研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)用c-kit抗體阻斷c-kit的作用,也能導(dǎo)致ICCs不能正常發(fā)生及發(fā)育。同樣,SCF的非致死性突變?nèi)鐂teel-dickie(SLd)也能導(dǎo)致小鼠胃腸道ICCs網(wǎng)絡(luò)紊亂,腸肌間叢ICCs消失。同時,Nakahara等進一步研究證實,SCF呈現(xiàn)有時間限制的劑量依賴型地作用于ICCs,在出生后早期,小鼠ICCs對SCF呈劑量依賴型,隨后小鼠ICCs在SCF的作用下維持一定的數(shù)量,一旦去除SCF,則ICCs會明顯減少。這些研究結(jié)果都充分說明SCF/c-kit信號系統(tǒng)對ICCs的生長、發(fā)育及表型的維持具有至關(guān)重要的作用。然而,SCF/c-kit信號系統(tǒng)作用于ICCs的具體時機及持續(xù)時間還存在大量爭議,有待進一步研究。3.2scf/c-may信號系統(tǒng)在iccs起博弈中的作用大量研究證明,ICCs是胃腸道慢波電位的起搏細胞,同時通過縫隙連接而形成的完整的ICCs網(wǎng)絡(luò),是規(guī)律電節(jié)律產(chǎn)生和傳播的基礎(chǔ)。所以,調(diào)節(jié)ICCs的生長發(fā)育及表型維持的SCF/c-kit系統(tǒng)也同樣對胃腸道電節(jié)律產(chǎn)生有重要作用。在Ws/Ws突變型鼠小腸,腸肌間神經(jīng)叢ICCs不能正常發(fā)育,缺乏起搏活動,沒有自發(fā)性慢波和負載于慢波之上的動作電位。盡管鼠消化道ICCs的電起搏活動在出生時就能被記錄,然而Torihashi等在新生大鼠平滑肌的培養(yǎng)液中加入c-kit中和抗體ACK2后使ICCs發(fā)育停滯,并且平滑肌處于電靜息狀態(tài),電刺激不能誘發(fā)慢波活動。這些研究均表明SCF/c-kit信號系統(tǒng)能維持ICCs起搏功能的產(chǎn)生。然而,SCF/c-kit在ICCs產(chǎn)生慢波的機制中如何發(fā)揮作用,尚無明確的研究結(jié)果。目前,關(guān)于ICCs起搏電位的產(chǎn)生機制中,大多數(shù)學(xué)者認同“起搏單位”這一學(xué)說:即由IP3調(diào)控的鈣庫、線粒體及細胞膜上的離子通道三部分組成的“起搏單位”是ICCs產(chǎn)生自動去極化的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在起搏電流的產(chǎn)生過程中,首先發(fā)生IP3I型受體的激活,使IP3調(diào)控的鈣庫釋放鈣,細胞內(nèi)的高鈣環(huán)境引發(fā)線粒體攝取鈣,從而導(dǎo)致胞內(nèi)一定區(qū)域的鈣離子濃度降低,最終激活細胞膜上低鈣敏感的離子通道開放,離子流動引發(fā)電位改變,由此周而復(fù)始即形成了規(guī)律性的電位變化。而ICCs的這種自發(fā)性鈣離子活動的產(chǎn)生,被認為是細胞內(nèi)的鈣離子釋放通道,即1,4,5-三磷酸肌醇受體(IP3R)和ryanodine受體(RyR)的協(xié)同作用,同時,電壓敏感的酶-(去極化激活的)磷脂酶C也參與了該過程。由此,我們可以假設(shè),SCF/c-kit信號系統(tǒng)通過磷脂酶C(PLC)通道參與調(diào)控ICCs的起搏活動。目前,關(guān)于這一途徑的具體研究甚少,我們只能推測SCF與c-kit結(jié)合后,使c-kit發(fā)生同源二聚化,導(dǎo)致膜內(nèi)酪氨酸激酶殘基730的激活,并與PLC的SH2區(qū)域相結(jié)合,隨后催化磷脂酰肌醇4,5-二磷酸,生成1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG),IP3進入胞漿與其特異受體結(jié)合后,激活I(lǐng)P3敏感的鈣庫釋放鈣,從而引發(fā)一系列的離子流動,最終使ICCs形成規(guī)律的電位變化。這一推測還有待今后的研究進一步證實,其中涉及的具體物質(zhì)分子和信號途徑以及是否還存在其他信號通路都為我們今后的研究提供了新的方向。4新生兒患者腸梗阻的病因兒童胃腸動力障礙性疾病如胃食管反流病、功能性消化不良、胃輕癱、腸易激綜合征、假性腸梗阻、慢傳輸型便秘(slowtransitconstipation,STC)、先天性巨結(jié)腸(Hirschsprungdisease,HD)等是兒科常見的消化系統(tǒng)疾病。其中STC和HD十分常見,是兒童低位腸梗阻的常見原因。研究表明,先天性巨結(jié)腸是以病變腸管的腸神經(jīng)細胞缺失為特征的腸動力障礙性疾病,患兒常常出現(xiàn)梗阻癥狀,是新生兒期低位腸梗阻的常見原因之一。慢傳輸型便秘患兒,病變結(jié)腸缺乏推進式運動,腸道傳輸功能障礙,引起腸內(nèi)容物排出延遲。大量研究結(jié)果顯示,在HD和STC病變的結(jié)腸腸段,均伴有ICCs分布異常,數(shù)量減少和超微結(jié)構(gòu)的改變,因此ICCs在病變結(jié)腸的改變是導(dǎo)致這兩種疾病發(fā)生的病因之一。而根據(jù)我們以上論述,SCF/c-kit信號系統(tǒng)對于ICCs的形態(tài)和功能的維持都發(fā)揮著重要作用,由此我們推斷,該信號系統(tǒng)可能也對這兩種腸動力障礙性疾病的發(fā)生有重要作用,具體的病理機制尚待進一步研究。5scf/c-may胃腸道動