腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞控制胃腸道功能的作用分析,神經(jīng)生物學(xué)論文

腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞控制胃腸道功能的作用分析,神經(jīng)生物學(xué)論文穩(wěn)態(tài)是由克勞德和沃爾特卡農(nóng)提出的新概念,穩(wěn)態(tài)是生命的基本原則,是指機體器官在應(yīng)對環(huán)境挑戰(zhàn)維持其功能的能力.胃腸道的穩(wěn)態(tài)是一個復(fù)雜的互相作用的結(jié)果,由內(nèi)腔(例如養(yǎng)分、微生物)和細胞(上皮細胞、免疫、肌肉、血管內(nèi)皮)因子之間作為一種調(diào)節(jié)的神經(jīng)內(nèi)分泌機制以控制胃腸道穩(wěn)態(tài),腸道神經(jīng)系統(tǒng)(Entericnervoussystem,ENS)是人體的第二大神經(jīng)系統(tǒng),控制著腸道平衡,調(diào)節(jié)腸道功能如運動、營養(yǎng)吸收、免疫反響、血運等.腸神經(jīng)系統(tǒng)包含超過1億個神經(jīng)元和4~10倍的神經(jīng)膠質(zhì)細胞,在過去幾十年的研究,腸神經(jīng)元控制胃腸道功能在健康和疾病狀態(tài)的進展獲得了重大進展,而近年來研究顯示,腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞在胃腸道疾病以及腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著核心作用.1腸神經(jīng)系統(tǒng)概述腸神經(jīng)系統(tǒng)(ENS)來源于神經(jīng)嵴細胞(NCC)[1].在胚胎構(gòu)成和發(fā)育經(jīng)過中,通過諸多信號通路的分子、轉(zhuǎn)錄因子、神經(jīng)營養(yǎng)因子和細胞外基質(zhì)成分控制下,沿著胃腸道廣泛遷移,增殖、分化成胃腸神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞[2-3].腸神經(jīng)系統(tǒng)主要由縱行肌、環(huán)形肌組成的神經(jīng)叢及環(huán)形肌、黏膜層之間的黏膜下叢組成,ENS作為腸道固有的神經(jīng)系統(tǒng),由于其復(fù)雜性和自治性,獨立控制胃腸功能而不依靠于中樞神經(jīng)系統(tǒng),經(jīng)常被稱為二次腦功能.ENS單獨或與外源性神經(jīng)元(如交感神經(jīng)或非交感神經(jīng))共同作用,調(diào)節(jié)腸道的幾乎所有功能,包括運動、營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、免疫反響及血運.因而,ENS功能的改變可影響腸道穩(wěn)態(tài)進而導(dǎo)致腸道及腸道外疾病[4].2EGCs概述腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞(EGCs)是腸神經(jīng)系統(tǒng)的主要組成部分之一,EGCs分布于腸道全層、黏膜、黏膜下神經(jīng)叢、肌間神經(jīng)叢和肌層.主要在腸神經(jīng)系統(tǒng)(ENS)的肌間和黏膜下叢的腸道神經(jīng)節(jié),與神經(jīng)節(jié)交織成團并與節(jié)間神經(jīng)束互相連接.近年來也發(fā)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(jīng)節(jié)內(nèi)的EGCs主要作用于神經(jīng)修復(fù),與神經(jīng)元的密切互動,支持這些細胞和膠質(zhì)細胞的分化、介入神經(jīng)的發(fā)生和構(gòu)成.而肌肉的腸神經(jīng)功能沒有能發(fā)現(xiàn),可能與神經(jīng)纖維順利通過平滑肌相關(guān).研究發(fā)現(xiàn)EGCs在腸道微環(huán)境中呈現(xiàn)不同的形態(tài)特征,迄今為止分為四種形態(tài)類型[8-10]:Ⅰ型或原漿腸膠質(zhì)細胞是星形神經(jīng)節(jié)內(nèi)膠質(zhì)細胞,短,不規(guī)則分枝經(jīng)過類似中樞神經(jīng)系統(tǒng)的星形膠質(zhì)細胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng);Ⅱ型或纖的EGCs是細長神經(jīng)膠質(zhì)在神經(jīng)節(jié)內(nèi)纖維束,類似纖維性星形膠質(zhì)細胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)白質(zhì);Ⅲ型或黏膜的EGCs是上皮下的神經(jīng)膠質(zhì)細胞,有幾個長分枝經(jīng)過;Ⅳ型或肌肉的EGCs是細長的神經(jīng)膠質(zhì)細胞運行在肌肉組織的神經(jīng)纖維.3黏膜的EGCs在腸上皮屏障功能的作用腸上皮細胞構(gòu)成天然的屏障功能在外部環(huán)境和宿主之間,它是由一個連續(xù)的單層腸上皮細胞保持構(gòu)成通過細胞間的連接復(fù)合體在一起,包括嚴(yán)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(xué)物質(zhì)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(fā)起和延續(xù).黏膜的EGCs位于上皮細胞的邊緣,EGCs能夠延伸細胞質(zhì)侵入基底膜和浸透到上皮細胞與內(nèi)分泌細胞尾肢接觸[12].黏膜的EGCs分泌的膠質(zhì)源性物質(zhì)如:proEGF、S-nitrosoglutathione、15d-PGJ2、TGF-,以及神經(jīng)營養(yǎng)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(zhì)細胞控制血管內(nèi)皮細胞的粘附功能構(gòu)成血腦屏障,EGCs也在上皮屏障功能中發(fā)揮著重要的作用[18-21].LPS是眾所周知的是與腸道密切相關(guān)的病理經(jīng)過可導(dǎo)致腸屏障毀壞或慢性炎癥,有研究發(fā)如今EGCS與腸上皮單層細胞共培養(yǎng)在LPS刺激下,EGCS通過上調(diào)腸上皮細胞嚴(yán)密連接蛋白和TJ蛋白的表示出與上皮細胞嚴(yán)密連接在維持腸黏膜屏障中發(fā)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(fā)揮的屏障保衛(wèi)功能[22].當(dāng)前實驗和臨床研究表示清楚各種急性病理刺激如嚴(yán)重的創(chuàng)傷、失血性休克和內(nèi)臟的缺血再灌注,能夠誘導(dǎo)腸黏膜損傷及腸屏障功能的損失[23].隨著各種大手術(shù)、使用體外循環(huán)心臟手術(shù)、胸腹部血管手術(shù)、小腸移植的開展,急性腸IR刺激已經(jīng)成為一個經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象,有很高的發(fā)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(fā)現(xiàn)缺血再灌注后,腸道高表示出膠質(zhì)細胞的特異標(biāo)記物(GFAP)和膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)促進腸上皮屏障的修復(fù)、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(fā)揮的屏障保衛(wèi)功能.在缺血再灌注后,腸黏膜的EGCs同樣通過上調(diào)腸上皮細胞嚴(yán)密連接蛋白和TJ蛋白的表示出與上皮細胞嚴(yán)密連接在維持腸黏膜屏障中發(fā)揮著重要的作用[21].腸黏膜的EGCs在生理和病理(炎性刺激、應(yīng)激刺激等)的微環(huán)境下,能夠通過上調(diào)腸上皮細胞嚴(yán)密連接蛋白和TJ蛋白的表示出或是分泌神經(jīng)源性物質(zhì)來保衛(wèi)腸上皮屏障.4神經(jīng)節(jié)內(nèi)的EGCs神經(jīng)保衛(wèi)或修復(fù)作用近年來研究發(fā)現(xiàn),EGCs中介入很多重要的作用如:釋放神經(jīng)活性物質(zhì)(復(fù)原谷胱甘肽、ATP、15d-PGJ2),介入神經(jīng)遞質(zhì)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(jīng)遞質(zhì)受體(P2Y1,2,4、2-AR、mGLuR5、PAR1/2),隔離和降解細胞外神經(jīng)活性物質(zhì)(PEPT2、GAT2),介入神經(jīng)膠質(zhì)的活化與構(gòu)成等,進而有助于神經(jīng)元-膠質(zhì)細胞的對話和神經(jīng)傳遞.EGCs具有免疫特性[25],介入上皮屏障功能[13-17]和產(chǎn)生神經(jīng)保衛(wèi)作用[26-27].EGCs在腸道介導(dǎo)的保衛(wèi)作用牽涉不同的機制,包括:(1)谷胱甘肽依靠的途徑.在神經(jīng)元的胞外環(huán)境,EGCS通過合成和釋放GSH調(diào)節(jié)的抗氧化反響(例如,去除H2O2).在神經(jīng)元的胞內(nèi)環(huán)境,EGCS通過介導(dǎo)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(jīng)元GSH水平的表示出.因而,EGCS直接或間接作用在腸道神經(jīng)元調(diào)節(jié)中發(fā)揮核心作用.(2)EGCS釋放腸道保衛(wèi)介質(zhì)GDNF,通過磷脂酰肌醇-3-激酶/絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶介導(dǎo)的(PI3K/AKT)減少細胞凋亡.(3)EGCS在細胞外環(huán)境阻礙興奮性毒性去除GABA和Glu,通過不同的轉(zhuǎn)運蛋白(GAT2;GLT1)去除GABA和Glu[28].此后,谷氨酰胺合成酶(GS)在EGCS轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為谷氨酸GABA轉(zhuǎn)氨酶,介入神經(jīng)遞質(zhì)前體的合成.近幾十年來的研究通過體內(nèi)和體外實驗來證實EGCs在神經(jīng)元的保衛(wèi)作用.在體內(nèi)研究中,在轉(zhuǎn)基因小鼠敲除EGCs引發(fā)爆發(fā)性回腸炎,其聯(lián)合產(chǎn)生機制可能是由于腸道運動受損(神經(jīng)元丟失)、上皮細胞屏障的改變(EGCS直接敲除)和內(nèi)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(dǎo)的細胞毒免疫反響[30].在線粒體轉(zhuǎn)錄因子A基因敲除動物模型(TFAM),類似于人類假性腸梗阻,發(fā)生嚴(yán)重的腸道運動功能障礙與隨之發(fā)生腸道神經(jīng)元和EGCs的缺失.提示線粒體功能障礙在神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞變性中起到了主要的作用[31].這些研究結(jié)果表示清楚,神經(jīng)膠質(zhì)細胞在調(diào)節(jié)ENS的可塑性和功能的發(fā)揮重要的作用.體外研究中,在神經(jīng)元細胞系與EGCs的共培養(yǎng)模型中,用腺病毒轉(zhuǎn)染大鼠的腸神經(jīng)系統(tǒng),腸神經(jīng)元的特異性烯醇化酶的釋放顯著增加,并減少胡陽性神經(jīng)元的表示出.確定的GFAP和SOX10標(biāo)記的EGCs出現(xiàn)了混亂和缺失[32].這些數(shù)據(jù)表示清楚EGCs介入了神經(jīng)的構(gòu)成與存活.EGCs釋放的多種營養(yǎng)因子在神經(jīng)元發(fā)育、存活和分化中起著重要的神經(jīng)保衛(wèi)作用.EGCs介導(dǎo)多元化的保衛(wèi)機制在腸道中起著神經(jīng)保衛(wèi)的作用.5肌肉層的EGCs當(dāng)前對肌肉的EGCs的研究比擬有限,其形態(tài)細長運行在肌肉組織的神經(jīng)纖維,可能與神經(jīng)纖維順利通過平滑肌層相關(guān).嘌呤P2X7受體表示出肌肉層.在TNBS造成的潰瘍性結(jié)腸炎模型研究中,在潰瘍性結(jié)腸炎組肌間神經(jīng)叢免疫組化顯示神經(jīng)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(zhì)細胞發(fā)育的作用.在IBD患者中,腸神經(jīng)元細胞死亡通過激活神經(jīng)信號復(fù)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(wèi)策略在改善IBD相關(guān)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(qū)域,但它們都有很多共同的特點,形態(tài)大部分類似于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的星狀膠質(zhì)細胞,表示出星狀膠質(zhì)細胞一樣的特定標(biāo)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(nèi)壞境穩(wěn)態(tài)(運動、吸收、分泌、腸屏障功能)中發(fā)揮核心的作用,EGCs能差異性的應(yīng)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