腸神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

腸神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(diào)上述三個效應(yīng)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(dú)立的具有與腦和脊髓類似的整合和處理信息功能機(jī)制的神經(jīng)系統(tǒng)。自然選擇在消化道進(jìn)化形成了一個壁內(nèi)的“微型腦”以就近控制和調(diào)節(jié)分布于數(shù)米長的胃腸道中的效應(yīng)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(luò)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(yùn)動神經(jīng)元“連線”組成。ENS運(yùn)動神經(jīng)元包括興奮性和抑制性運(yùn)動神經(jīng)元。腸興奮性運(yùn)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(zhì);乙酰膽堿和P物質(zhì)是由其釋放的刺激肌肉收縮的主要神經(jīng)遞質(zhì);腸抑制性運(yùn)動神經(jīng)元釋放抑制肌肉收縮的神經(jīng)遞質(zhì);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(zhì)。本文主要介紹抑制性神經(jīng)遞質(zhì)VIP和興奮性神經(jīng)遞質(zhì)P物質(zhì)。一、血管活性腸肽(VasoactiveIntestinalPeptide,VIP),又名舒血管腸肽,為一直鏈肽,分子質(zhì)量3323D,屬胰高血糖素2胰泌素家族,在生物體內(nèi)分布極廣,其作用也較廣。在生物體內(nèi),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(xì)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(jī)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(jié)構(gòu):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(gòu)象的結(jié)果指出,VIP具有20%的螺旋結(jié)構(gòu),80%是松散無序結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)角度分析,VIP的10~28位順序?qū)ζ渥饔玫膶Ｒ恍暂^為關(guān)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(nèi)的分布、分泌:VIP的分泌細(xì)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(nèi)分泌細(xì)胞和粘膜下的細(xì)微神經(jīng)纖維、腸肌神經(jīng)叢。包括結(jié)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(zhì)的作用。VIP在腦內(nèi)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(xì)胞曾有人稱為H細(xì)胞,現(xiàn)改稱為D1細(xì)胞,通常呈椎體形,具有長而尖頂?shù)挠|角狀結(jié)構(gòu)—微絨毛,挺出于腺腔,從而可以直接感受腔內(nèi)的分子信號,并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部,作出釋放活性肽的反應(yīng),其分泌量很大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhì)酮的刺激都能促進(jìn)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(xì)胞中的功能表達(dá)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(jié)合而發(fā)揮作用。其受體在多種腫瘤組織細(xì)胞膜上均有高密度表達(dá)。Laburthe等發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌細(xì)胞表面存在VIP受體。Reubi對339例涉及17種腫瘤,病理類型多達(dá)23種的腫瘤患者組織切片進(jìn)行了體外放射自顯影研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),VIP受體不論在神經(jīng)內(nèi)分泌源性腫瘤,還是在上皮源性腫瘤均有過量表達(dá)。體外放射自顯影切片還可看出,VIP受體呈高密度的表達(dá)。受體的競爭性抑制實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示:受體與配體呈高親和力結(jié)合。一般認(rèn)為,VIP通過以下方式對腫瘤細(xì)胞的增殖和分化進(jìn)行調(diào)控:1)VIP與癌細(xì)胞表面的VIP受體結(jié)合,通過與受體耦聯(lián)的G蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶,使細(xì)胞內(nèi)cAMP(cyclicadenosinemonophosphate)濃度發(fā)生變化,從而影響癌細(xì)胞的增殖和分化。Kim等觀察到向體外胃癌細(xì)胞系加入一定劑量的VIP后,其cAMP含量升高,c-myc的mRNA表達(dá)減少,腫瘤細(xì)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(qiáng)有力的舒張作用,對心臟有收縮作用,可以促進(jìn)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(qiáng)烈的效應(yīng),另外能拮抗由前列腺素F2引起的收縮效應(yīng),并能增加30%的肺泡氣流量。粘膜內(nèi)分泌細(xì)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(jìn)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(yīng)。VIP可自行分泌和旁分泌對氣道上皮細(xì)胞發(fā)揮調(diào)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(jìn)HCO3-分泌可松弛胃腸道平滑肌、括約肌和膽囊,并可擴(kuò)張血管及促進(jìn)膽汁、胰液和腸液分泌。另外一些文獻(xiàn)報道它還刺激腸的蠕動,促進(jìn)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(yīng)、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(shí)驗(yàn)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(dǎo)CI-的分泌中起調(diào)節(jié)作用,它也在神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞中起信號傳導(dǎo)作用,且對星形膠質(zhì)細(xì)胞的保護(hù)作用是必需的。(3)VIP對免疫功能的影響。淋巴細(xì)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(dá)說明VIP是一種免疫調(diào)節(jié)肽。它對淋巴細(xì)胞特別是T淋巴細(xì)胞的活動有抑制作用,但不影響B(tài)淋巴細(xì)胞的功能。5、VIP及其受體的應(yīng)用前景:有學(xué)者提出可能的應(yīng)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(jié)合研究表明,多種腫瘤組織細(xì)胞膜上具有高密度與高親和力的VIP受體表達(dá),包括胃腸道胰腺腫瘤、小細(xì)胞肺癌、腦膜瘤、多種病理類型的乳腺癌癥、神經(jīng)母細(xì)胞瘤。所以VIP在多種實(shí)體瘤的診斷與治療上有相當(dāng)作用。Virgolin、Reubi等用體外放射自顯影和放射免疫的方法證實(shí)用VIP受體進(jìn)行腫瘤診斷的可行性,利用VIP受體的拮抗劑來抑制腫瘤細(xì)胞的生長,從而達(dá)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(xì)胞的增殖,拮抗VIP引起的c-fos與c-myc的表達(dá)。在非小細(xì)胞肺癌細(xì)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(xì)胞肺癌癥增殖。因此表明VIP有十分廣闊的應(yīng)用前景。隨著分子生物學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展,基因工程技術(shù)的不斷成熟。已在中國倉鼠卵母細(xì)胞(CHO)中穩(wěn)定表達(dá)了重組人類VIP受體。利用定點(diǎn)突變技術(shù),在COS27細(xì)胞中表達(dá)了重組受體。在蛋雞產(chǎn)蛋期,VIP可控制雞體內(nèi)的PRL水平減少抱窩行為,提高產(chǎn)蛋量。二、P物質(zhì)(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(zhì),1953年P(guān)ernow應(yīng)用氧化鋁柱吸附技術(shù)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(xué)結(jié)構(gòu)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(guān)。用重組DNA技術(shù)研究P物質(zhì)的前體發(fā)現(xiàn)P物質(zhì)來源于前速激肽原(Pre—Protachykinin,PPT)。因此P物質(zhì)也有速激肽類物質(zhì)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(jìn)一步發(fā)現(xiàn),在α—PPT—AmRNA僅含P物質(zhì)片段,而γ—PPT—A和β—PPT—AmRNA中同時含P物質(zhì)和K物質(zhì)(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(zhì)、NKA、NKB分別可作用于相應(yīng)的受體。1、SP物質(zhì)的作用機(jī)理:P物質(zhì)廣泛地分布于神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織中,呈現(xiàn)出復(fù)雜地生理效應(yīng)。其作用如下:神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng),在神經(jīng)系統(tǒng)中,SP可能起到調(diào)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(xì)胞膜去極化,K+內(nèi)流減少,起神經(jīng)調(diào)質(zhì)的作用;并且參與了腺垂體激素分泌的調(diào)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(dá)垂體前葉參與垂體前葉激素分泌的調(diào)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(xì)胞周圍,參與這些激素分泌的調(diào)節(jié);在周圍神經(jīng)系統(tǒng),SP主要在一級傳入神經(jīng)元內(nèi)合成,沿周圍突輸送至外周組織內(nèi),亦沿著中樞突分別至脊髓后角和孤束核。SP具有免疫調(diào)節(jié)作用:SP既可影響非特異性免疫也可增強(qiáng)特異免疫。高巍等在研究針刺對神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)影響時也發(fā)現(xiàn)SP可直接和間接地增強(qiáng)局部和全身免疫系統(tǒng)功能,表現(xiàn)為T淋巴細(xì)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(jìn)腸蠕動時的頭端收縮。對胃腸道平滑肌有雙重收縮效應(yīng),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(jié)合發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。SP與受體結(jié)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(nèi)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(diào)節(jié)的細(xì)胞效應(yīng)也很廣泛,包括分泌作用、肌肉收縮、DNA和蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞的分化及基因表達(dá)。研究表現(xiàn),在急性分離的脊髓神經(jīng)元細(xì)胞、培養(yǎng)的新生大鼠脊髓神經(jīng)元細(xì)胞及大鼠腺垂體催乳激素細(xì)胞(prolactin,PRL),SP2SPR復(fù)合物通過G2蛋白與PLC相偶聯(lián)產(chǎn)生IPS。同時也有實(shí)驗(yàn)證明了SPR介導(dǎo)唾液分泌時激活PLC產(chǎn)生IP3和DG,從而引起細(xì)胞內(nèi)鈣增加,以膠鈣離子依賴性鉀、氯通道開放,促進(jìn)鈣離子內(nèi)流,并且證明這一過程中如果去除細(xì)胞外鈣離子,P物質(zhì)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(zhì)就可誘導(dǎo)cAMP的生成。早有研究發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)的成神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)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(xì)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(rèn)為SP與NK21R結(jié)合通過Gaq激活A(yù)C使cAMP升高,從而激活依賴于cAMP的蛋白激酶(PKA);活化的PKA進(jìn)入核內(nèi),使轉(zhuǎn)錄因子cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白即CREB(cAMPresponseelementbindingprotein,CREB)磷酸酶活化而具有轉(zhuǎn)錄活性,從而啟動下游基因如C—FOS等的轉(zhuǎn)錄,而完成信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)途徑,配體誘導(dǎo)的G蛋白偶聯(lián)受體的激活也是活化某些含有內(nèi)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(zhì)發(fā)揮作用的主要途徑。另外在SMG細(xì)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(guān):(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(dá)有關(guān)。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(dá)。紋狀體的GABA/SP和GABA/腦啡肽兩類神經(jīng)元對運(yùn)動的調(diào)節(jié)起相反作用,丟失GABA/SP神經(jīng)元會導(dǎo)致運(yùn)動過少如帕金森氏病,而丟失GABA/腦啡肽神經(jīng)元則引起運(yùn)動過度如舞蹈病。帕金森氏病病人的尾核和中間外側(cè)殼核PPTmRNA的表達(dá)明顯增加,前腦啡肽原mRNA的表達(dá)也增強(qiáng),但PPTmRNA的表達(dá)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(diào)和間接紋狀體蒼白球通路的活動增強(qiáng),在病人的運(yùn)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(yán)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(rèn)為頭痛和偏頭痛是由于顱內(nèi)血管的過度擴(kuò)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(yīng)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(zhì),SP再通過觸發(fā)肥大細(xì)胞釋放組胺、前列腺素、緩激肽、5—HT等炎癥介質(zhì),引起腦脊膜的神經(jīng)炎癥反應(yīng),這是頭痛的重要發(fā)病機(jī)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(dǎo)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(jié)合,以肽特異性和區(qū)域特異性方式影響腸的運(yùn)動、電解質(zhì)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(zhì)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(zhì)性膀胱炎的發(fā)病有關(guān)。SP通過觸發(fā)肥大細(xì)胞釋放組胺、前列腺素、緩激肽、5—HT等炎癥介質(zhì),引起了神經(jīng)性炎癥和疼痛。(4)SP與風(fēng)濕病風(fēng)濕性關(guān)節(jié)的滑液中SP的水平明顯增高,提示SP在風(fēng)濕病的發(fā)病有重要作用。它既增強(qiáng)了風(fēng)濕關(guān)節(jié)的炎癥反應(yīng),也參與風(fēng)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(guān)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(guān)。冠狀動脈的舒張與SP有密切關(guān)系,SP功能紊亂引起的內(nèi)皮機(jī)能障礙導(dǎo)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(diào)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(yīng)用前景:應(yīng)用SP受體拮抗劑阻斷SP的效應(yīng)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