腸神經膠質細胞控制胃腸道功能的作用分析,神經生物學論文穩態是由克勞德和沃爾特卡農提出的新概念,穩態是生命的基本原則,是指機體器官在應對環境挑戰維持其功能的能力.胃腸道的穩態是一個復雜的互相作用的結果,由內腔(例如養分、微生物)和細胞(上皮細胞、免疫、肌肉、血管內皮)因子之間作為一種調節的神經內分泌機制以控制胃腸道穩態,腸道神經系統(Entericnervoussystem,ENS)是人體的第二大神經系統,控制著腸道平衡,調節腸道功能如運動、營養吸收、免疫反響、血運等.腸神經系統包含超過1億個神經元和4~10倍的神經膠質細胞,在過去幾十年的研究,腸神經元控制胃腸道功能在健康和疾病狀態的進展獲得了重大進展,而近年來研究顯示,腸神經膠質細胞在胃腸道疾病以及腸道穩態中發揮著核心作用.1腸神經系統概述腸神經系統(ENS)來源于神經嵴細胞(NCC)[1].在胚胎構成和發育經過中,通過諸多信號通路的分子、轉錄因子、神經營養因子和細胞外基質成分控制下,沿著胃腸道廣泛遷移,增殖、分化成胃腸神經元和神經膠質細胞[2-3].腸神經系統主要由縱行肌、環形肌組成的神經叢及環形肌、黏膜層之間的黏膜下叢組成,ENS作為腸道固有的神經系統,由于其復雜性和自治性,獨立控制胃腸功能而不依靠于中樞神經系統,經常被稱為二次腦功能.ENS單獨或與外源性神經元(如交感神經或非交感神經)共同作用,調節腸道的幾乎所有功能,包括運動、營養物質的吸收、免疫反響及血運.因而,ENS功能的改變可影響腸道穩態進而導致腸道及腸道外疾病[4].2EGCs概述腸神經膠質細胞(EGCs)是腸神經系統的主要組成部分之一,EGCs分布于腸道全層、黏膜、黏膜下神經叢、肌間神經叢和肌層.主要在腸神經系統(ENS)的肌間和黏膜下叢的腸道神經節,與神經節交織成團并與節間神經束互相連接.近年來也發如今腸外,如圓形肌和胃黏膜固有層,這些不同的細胞群可能代表了獨特種類和其不同的功能[5-7],黏膜的EGCs主要介入上皮屏障功能,神經節內的EGCs主要作用于神經修復,與神經元的密切互動,支持這些細胞和膠質細胞的分化、介入神經的發生和構成.而肌肉的腸神經功能沒有能發現,可能與神經纖維順利通過平滑肌相關.研究發現EGCs在腸道微環境中呈現不同的形態特征,迄今為止分為四種形態類型[8-10]:Ⅰ型或原漿腸膠質細胞是星形神經節內膠質細胞,短,不規則分枝經過類似中樞神經系統的星形膠質細胞在中樞神經系統;Ⅱ型或纖的EGCs是細長神經膠質在神經節內纖維束,類似纖維性星形膠質細胞在中樞神經系統白質;Ⅲ型或黏膜的EGCs是上皮下的神經膠質細胞,有幾個長分枝經過;Ⅳ型或肌肉的EGCs是細長的神經膠質細胞運行在肌肉組織的神經纖維.3黏膜的EGCs在腸上皮屏障功能的作用腸上皮細胞構成天然的屏障功能在外部環境和宿主之間,它是由一個連續的單層腸上皮細胞保持構成通過細胞間的連接復合體在一起,包括嚴密連接(TJ)、縫隙連接、粘附連接和橋粒[11],限制病原體,毒素和外源性化學物質對宿主腸道組織的侵犯.一旦這個屏障的完好性被毀壞,炎癥和組織損傷發起和延續.黏膜的EGCs位于上皮細胞的邊緣,EGCs能夠延伸細胞質侵入基底膜和浸透到上皮細胞與內分泌細胞尾肢接觸[12].黏膜的EGCs分泌的膠質源性物質如:proEGF、S-nitrosoglutathione、15d-PGJ2、TGF-,以及神經營養因子GDNF對上皮細胞具有重要的意義,影響腸上皮細胞分化、粘附、遷移和增殖[13-17].好像星狀膠質細胞控制血管內皮細胞的粘附功能構成血腦屏障,EGCs也在上皮屏障功能中發揮著重要的作用[18-21].LPS是眾所周知的是與腸道密切相關的病理經過可導致腸屏障毀壞或慢性炎癥,有研究發如今EGCS與腸上皮單層細胞共培養在LPS刺激下,EGCS通過上調腸上皮細胞嚴密連接蛋白和TJ蛋白的表示出與上皮細胞嚴密連接在維持腸黏膜屏障中發揮著重要的作用.同時LPS顯著促進EGCs表示出iNOS,選擇性iNOS抑制劑能明顯提高在LPS刺激下的EGCS通過阻斷EGCs衍生的iNOS活性發揮的屏障保衛功能[22].當前實驗和臨床研究表示清楚各種急性病理刺激如嚴重的創傷、失血性休克和內臟的缺血再灌注,能夠誘導腸黏膜損傷及腸屏障功能的損失[23].隨著各種大手術、使用體外循環心臟手術、胸腹部血管手術、小腸移植的開展,急性腸IR刺激已經成為一個經常發生的現象,有很高的發病率和死亡率[24].在腸道缺血缺氧再灌注的大鼠模型研究中,研究者發現缺血再灌注后,腸道高表示出膠質細胞的特異標記物(GFAP)和膠質細胞源性神經營養因子(GDNF)促進腸上皮屏障的修復、高表示出iNOS,同時選擇性iNOS抑制劑也能顯著提高EGCs通過阻斷EGCs衍生的iNOS活性發揮的屏障保衛功能.在缺血再灌注后,腸黏膜的EGCs同樣通過上調腸上皮細胞嚴密連接蛋白和TJ蛋白的表示出與上皮細胞嚴密連接在維持腸黏膜屏障中發揮著重要的作用[21].腸黏膜的EGCs在生理和病理(炎性刺激、應激刺激等)的微環境下,能夠通過上調腸上皮細胞嚴密連接蛋白和TJ蛋白的表示出或是分泌神經源性物質來保衛腸上皮屏障.4神經節內的EGCs神經保衛或修復作用近年來研究發現,EGCs中介入很多重要的作用如:釋放神經活性物質(復原谷胱甘肽、ATP、15d-PGJ2),介入神經遞質的前體的合成(L-精氨酸、谷氨酰胺合成酶、-氨基丁酸)和表示出神經遞質受體(P2Y1,2,4、2-AR、mGLuR5、PAR1/2),隔離和降解細胞外神經活性物質(PEPT2、GAT2),介入神經膠質的活化與構成等,進而有助于神經元-膠質細胞的對話和神經傳遞.EGCs具有免疫特性[25],介入上皮屏障功能[13-17]和產生神經保衛作用[26-27].EGCs在腸道介導的保衛作用牽涉不同的機制,包括:(1)谷胱甘肽依靠的途徑.在神經元的胞外環境,EGCS通過合成和釋放GSH調節的抗氧化反響(例如,去除H2O2).在神經元的胞內環境,EGCS通過介導的部分L-PGDS和釋放15d-PGJ2,增加了Nrf2和GCLC的釋放表示出,進而提高腸神經元GSH水平的表示出.因而,EGCS直接或間接作用在腸道神經元調節中發揮核心作用.(2)EGCS釋放腸道保衛介質GDNF,通過磷脂酰肌醇-3-激酶/絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶介導的(PI3K/AKT)減少細胞凋亡.(3)EGCS在細胞外環境阻礙興奮性毒性去除GABA和Glu,通過不同的轉運蛋白(GAT2;GLT1)去除GABA和Glu[28].此后,谷氨酰胺合成酶(GS)在EGCS轉換為谷氨酰胺谷氨酸(Gln),與半胱氨酸谷胱甘肽酶底物通過GCLC.最后,GABA能被轉化為谷氨酸GABA轉氨酶,介入神經遞質前體的合成.近幾十年來的研究通過體內和體外實驗來證實EGCs在神經元的保衛作用.在體內研究中,在轉基因小鼠敲除EGCs引發爆發性回腸炎,其聯合產生機制可能是由于腸道運動受損(神經元丟失)、上皮細胞屏障的改變(EGCS直接敲除)和內腔的因素(如細菌過度生長)[29].在GFAP-HA,CL4-TCR基因改造模型中,EGCs的選擇性凋亡通過腸道炎癥機制介入CD8+T細胞介導的細胞毒免疫反響[30].在線粒體轉錄因子A基因敲除動物模型(TFAM),類似于人類假性腸梗阻,發生嚴重的腸道運動功能障礙與隨之發生腸道神經元和EGCs的缺失.提示線粒體功能障礙在神經元和膠質細胞變性中起到了主要的作用[31].這些研究結果表示清楚,神經膠質細胞在調節ENS的可塑性和功能的發揮重要的作用.體外研究中,在神經元細胞系與EGCs的共培養模型中,用腺病毒轉染大鼠的腸神經系統,腸神經元的特異性烯醇化酶的釋放顯著增加,并減少胡陽性神經元的表示出.確定的GFAP和SOX10標記的EGCs出現了混亂和缺失[32].這些數據表示清楚EGCs介入了神經的構成與存活.EGCs釋放的多種營養因子在神經元發育、存活和分化中起著重要的神經保衛作用.EGCs介導多元化的保衛機制在腸道中起著神經保衛的作用.5肌肉層的EGCs當前對肌肉的EGCs的研究比擬有限,其形態細長運行在肌肉組織的神經纖維,可能與神經纖維順利通過平滑肌層相關.嘌呤P2X7受體表示出肌肉層.在TNBS造成的潰瘍性結腸炎模型研究中,在潰瘍性結腸炎組肌間神經叢免疫組化顯示神經元P2X7受體密度下降,P2X7受體的存在EGCs,表示清楚P2X7受體在膠質細胞發育的作用.在IBD患者中,腸神經元細胞死亡通過激活神經信號復雜的由P2X7受體(p2x7rs)-pannexin1(Panx1)通道,隨后腸動力異常,代表了一種新的保衛策略在改善IBD相關運動功能障礙的進展[33-34].6展望盡管EGCs有不同的胚胎起源,且位于腸道不同的區域,但它們都有很多共同的特點,形態大部分類似于中樞神經系統中的星狀膠質細胞,表示出星狀膠質細胞一樣的特定標記物GFAP和S100B.在腸道不同分布的EGCs代表了其不同的亞群和所不同的獨特功能,都在腸道內壞境穩態(運動、吸收、分泌、腸屏障功能)中發揮核心的作用,EGCs能差異性的應答不同微生物(益生菌、有害菌)的刺激,表示出微生物的形式辨別受體(如TLR2、TLR4等)提示EGCs是腸道菌群的主要靶細胞,在控制腸