Cajal间质细胞与胃食管反流病

胃食管反流病（gastroesophageal reflux disease， GERD）是一种胃肠动力障碍性疾病 ^[1]，流行病学研究表明本病是一种常见病^[2]，严重影响着患者的身体健康和生活质量。临床上许多GERD患者同时存在上腹胀、早饱、嗳气、恶心、呕吐等胃动力障碍症状，提示可能存在胃运动功能受损。国内外学者研究发现，胃底扩张是引起食管下端括约肌一过性松弛（TLESR）及胃食管酸反流发生机制的主要因素之一，其研究方法多采用胃底放置气囊，通过胃底扩张刺激促发TLESR，研究表明，予以持续恒压胃底扩张，TLESR发生的频率与容量呈明显的正相关关系^[3]。胃底的扩张刺激，特别是胃底贲门处的牵张感受器受到刺激后更易激发TLESR^[4、5、6] 另外一些体内、外实验也表明下食管括约肌运动模式的改变可能与进餐引起胃内容积增加及其张力改变有关^[7、8]。研究结果证实进餐后有TLESR发生频率增高的现象，胃扩张可能是诱发TLESR的最好刺激^[9]。

胃肠运动功能的正常发挥，除神经胃肠激素作用和平滑肌细胞正常收缩活动外，尚需要Cajal间质细胞（ICC）的参与。随着电镜技术的应用、免疫组织化学的发展，越来越多的研究发现这种间质细胞在胃肠电生理和胃肠动力学方面的作用重大。杨敏等通过动物模型用胃电起搏观察胃动力紊乱的研究中,发现起搏信号可以纠正异常的胃电,加速胃排空,进一步证实了胃电活动可以影响到胃的排空^[10]。ICC作为胃肠起搏细胞，已成为胃肠动力障碍性疾病研究的一个热点。

一、Cajal间质细胞生物学特性

1、形态学特点

ICC主要分布在消化道自主神经末梢与平滑肌细胞之间，超微结构下可见其呈纺锤形或星状，核大，染色质分散，核周胞质少；有丰富的线粒体、粗面内质网、滑面内质网和游离核糖体，高尔基体发育良好；其表面有2-5条长的突起，相互之间形成网络，ICC之间及ICC与平滑肌细胞之间存在大量的缝隙连接；胞体与神经末梢也有密切联系。

2、免疫标志物

C-kit信号通路是ICC发育和维持其表型所必需的。ICC表面表达原癌基因c-kit，kit是c-kit基因表达产物。Kit与其配体干细胞因子(SCF)在细胞外结合，进入细胞内激活酪氨酸激酶引起信号传导。C-kit信号通路是ICC发育和维持其表型所必需的。外来信号分子可以阻断ICC细胞的生长、分化、迁移。C-Kit信号缺陷可引起ICC表型向平滑肌细胞转化，从而丧失其原有的生理功能^[11]。C-kit是胃肠道内ICC的特异性标志物^[12]。Ward SM等^[13]利用共聚显微镜及c-kit免疫组化法可将胃肠道内的ICC网络清晰标记出来。

3、生理功能

研究证实，ICC是胃肠电节律即慢波（Slow Wave,SW）的起搏细胞，通过ICC网络及缝隙连接推动电活动在平滑肌细胞之间的传播；作为胃肠神经元与平滑肌细胞之间的中介，调节内在神经信息的传递；通过表面相应受体介导神经递质及胃肠激素的运动调节功能。因此，ICC结构完好、分布及功能正常，对维持正常的胃肠运动功能极其重要。

3.1 ICC是胃肠慢波(SW)的起搏者和传导者

1) 胃肠道大多数区域的ICC主要分为2类：一类ICC相互形成网络，产生起搏电位；另一类ICC沿着平滑肌细胞分布, 彼此之间紧密连接，推动慢波的传播，控制平滑肌收缩的方向、频率及节律。Koh等^[14]应用全细胞膜片钳技术在分离、培养的胃小肠ICC上记录到了节律规则的慢波去极化波形，与整体组织记录到的慢波一致。单独的纵肌和环肌在肌条状态下或离体培养时均无SW产生。Christensen等^[15]用亚甲蓝和光照选择性地损害ICC，可导致选择性的SW活动消失。说明SW是由ICC产生并介导电活动的传导。

2) 起搏机制：Ward等^[16]研究显示，去极化过程中激活的L-Ca²⁺通道对于维持ICC的起搏频率和频率梯度有重要作用。ICC起搏主要是通过激活Ca²⁺通道产生非选择性电压依赖的Ca²⁺内向阳离子流^[17]，促使ICC除极化后触发慢波，一旦达到阈电位后产生动作电位，引起平滑肌收缩。近来发现，Cl^-通道及一些非选择性阳离子通道（Ni²⁺、Mn²⁺等）也参与了胃肠道起搏活动^[18、19]。ICC与平滑肌细胞之间的缝隙连接和ICC表面的胞膜小凹是其产生起搏电流重要的结构基础^[20、21]。

3.2 ICC作为胃肠平滑肌细胞与神经元之间的中转站，介导神经信号的传导

胃肠运动功能的正常发挥，需要神经元、ICC与平滑肌细胞的协同作用。Ward SM等^[3]发现肠神经元与肌内ICC有紧密接触点, 同时肌内ICC又与平滑肌细胞形成缝隙连接。缺少肌内ICC的W/WV老鼠对胆碱能反应明显减弱。Epperson等^[22]在胃肠道ICC细胞膜上发现了多种神经递质受体, 如M2、M3毒蕈碱受体、血管活性肠肽受体、神经激肽受体等。胃肠道神经可以通过释放兴奋性或神经性递质，选择性支配ICC，通过ICC与平滑肌细胞之间的电耦联关系，将神经传动传至平滑肌，从而控制胃肠道平滑肌位相性收缩的方向、节律和频率。周吕等^[23]实验发现促胰液素通过与ICC表面相应受体结合可促进胃平滑肌的舒张作用，损伤ICC后则作用消失，此作用可被促胰液素血清和阿托品所阻断。

二、胃食管反流病与ICC

ICC的形态改变，发育异常及数量减少等，认为与多种胃肠动力障碍疾病有关。目前尚无研究可以证实ICC直接参与胃食管反流病的发病过程，但已经有研究标明他们之间的相关性。Shafik等^[24] 通过内镜下取材及c-kit免疫组化标记发现胃食管反流病患者的胃食管连接处ICC与正常对照组比较缺乏或减少，食管中上段ICC却正常存在。随着GERD程度的加重，ICC的减少就更加明显，从而认为ICC的缺乏或减少可导致胃食管连接处抗反流机制功能不全，进而导致胃食管反流病的发生。但是引起ICC缺乏或减少的原因，尚需要进一步证实。Shafik等^[25]对27例胃食管反流病患者(根据Feussner评分系统，结合患者症状程度，将GERD分为1、2、3级)及10例健康志愿者进行食管内平滑肌电活动的监测，不同等级的GERD患者的食管平滑肌的电活动主要分为三个层次：l级表现为正常的肌电活动；2级为不规则的电活动或电活动减少，可能是由于食管动力减少，反流清除力减低所致；3级表现为静息电活动，可能是由于食管酸清除能力丧失。结果说明随着胃食管反流病患者症状程度的不断加深，食管平滑肌电活动在不断减弱，甚至处于静息状态。而ICC作为电活动的起搏细胞可能参与GERD炎症后反应，ICC破坏或减少的程度与胃食管反流的程度一致。

胃食管反流病患者食管下段ICC数量减少或缺乏，但是是否必然导致胃食管连接处抗反流功能减弱或者导致食管胃肠电活动的减少使胃肠蠕动缓慢而发生相关临床症状？ICC的缺乏减少究竟是胃食管反流病发病的原发性改变还是继发性改变？ICC异常及胃肠动力障碍是持久性或一过性的过程?导致ICC病变的具体机制何在，是否与其表面的信号传导有关?这些问题都需要进一步的研究^[26]。

胃食管反流病的检查手段以侵入性检查为主，如常规胃镜，24hPH及胆红素监测，食管测压等。这些检查手段有其一定的局限性，且患者不易接受。对于经验性PPI试验，虽简便易行，患者亦容易接受，但由于时间关系容易贻误病情。关于其诊断缺乏特异性诊断指标。当前ICC的检测手段多是局部取材，电镜下观察，由于其表面表达特异性的c-kit，能否从ICC角度出发建立一种非侵入性又简单易行的检查手段，如连至诚^[26]提出的从血液中检测ICC抗体，不失为临床诊断胃食管反流病的一种方法。

当前对于ICC异常的治疗主要是胃肠起搏。现已证明，存在于人体胃肠道各部位的起搏点的电活动可被外加的不同频率的电流所“驱动”。利用先进的电子技术模拟正常的胃肠生物电信号作用于胃肠起搏细胞，使胃肠起搏点及慢波节律发生“驱动一跟随一谐振”效应，从而恢复正常的胃肠蠕动以改善症状^[27]。研究表明^[28]，38％的GERD患者存在胃电异常，胃电图异常的GERD患者的消化不良症状积分更高，其中58％的患者有胃排空延迟。胃肠起搏可以使异常的电节律恢复正常，改善胃肠运动，从而改善GERD的症状。关于ICC异常的药物治疗，尚无有关报道。

中药具有良好的促胃肠动力作用。国内已有关于中药作用于胃肠ICC改善胃肠道功能的报道。半夏泻心汤具有良好的改善胃肠蠕动的功能。ICC是可兴奋细胞，祝捷等^[29]实验发现半夏泻心汤药物血清通过提高ICC膜电位，兴奋ICC细胞，降低ICC细胞内Ca²⁺ 浓度，从而促进胃肠蠕动。刘勇等^[30]通过动物实验观察大承气汤对多器官功能不全综合征治疗组和模型组大鼠胃肠ICC形态学改变发现：治疗组与对照组相比，胃肠肌间神经丛ICC的荧光染色分布较连续，保持条带样结构，细胞突起可见细胞数量较MODS组增多。电镜下可见细胞核形态明显好于MODS组，存在大量线粒体，少量线粒体肿胀，细胞突起损伤不明显，与邻近平滑肌细胞、神经末梢和其他ICC之间的存在缝隙连接。认为大承气冲剂可通过保护和维持ICC的正常形态和结构，维持细胞间信号正常传导，有效地改善胃肠运动障碍，增强胃肠蠕动。上述实验说明中药以ICC为治疗靶点，可以改善其在胃肠道内的形态及分布，提高其兴奋性，从而改善胃肠运动功能。

三、展望

胃肠起搏治疗胃肠动力障碍性疾病目前在临床上开展较少，胃食管反流病的治疗仍然是以针对攻击因子的抑酸疗法为主。如前所述，抑酸疗法并不能改善患者的胃肠动力问题，不能解决患者停药后的复发问题。临床上使用促胃肠动力药，对患者症状改善不明显，即使联合质子泵抑制剂，也难以解决胃食管反流病复发的问题，对于难治性胃食管反流病患者，也没有明显疗效。抑酸药物的长期使用，是否影响胃肠道的电生理环境，进一步导致胃肠功能不全？另外，胃酸不是唯一的攻击因子，对于胃酸之外诸如胆汁之类的反流，尚未有有效药物治疗。中医药疗法则可以弥补西药的不足，在不改变胃肠生理环境的条件下，改善胃肠蠕动功能，对于混合反流为主者效果更佳。朱晓燕等^[31]使用自拟疏肝和胃方治疗胆汁反流性食管炎，可以明显改善患者的胆汁反流症状。中医药学从脾胃气机理论出发，调理胃肠道运动，现代研究亦证实其可以改善ICC的形态学结构，保证其完整性，维持细胞间信号传导，有效的改善胃肠蠕动。今后中医药学从ICC角度治疗胃食管反流病的作用则更加突出。

参考文献：

1.Wingate D,Hongo M,Kellow J,et al.Disorders of gastrointestinal motility: towards a new classification [J].J Gastroenterol Hepatol, 2002, 17(Suppl):S1-S14.

2.潘国宗，许国铭，郭慧平等.北京上海胃食管反流病症状的流行病学调查.中华消化杂志[J],1999,19(4):223-225.

3.Boulant J，Msthieu S，D Amato M，et al．Cholecystokonin in transient lower oesophageal sphincter relaxation due to gastric distension in humans．Gut，1997，40：575．581

4.Holloway RH，Hongo M，Berger K，et al．Gasric distention： a mechanism for postprandial gastroesophageal reflux． Gastroenterology，1985，89：779—784

5.Pena ni R，Carmagnola S，Cantu P，et al．Mechanoreceptors of the proximal stomach：role in triggering transient lower esophageal sphincter relaxation．Gastroenterology，2004， 126 (1)：49—56

6.Homby PJ．Abrahams TP．Partosoedarso ER．Central mecha— nisms of lower esophageal sphincter contro1． Gastroenterol Clin North Am，2002，31(4 Supp1)：S11一20

7.Lehmann A．BlackshaW LA.Branden L. et a1．Cannabinoid receptor agonism inhibits reansient lower esophageal sphincter relaxations and reflux in dogs．Gastroenterology，2002，123：1129—1134．

8.Kahrilas PJ，Shi G，Manka M，et a1． Increased frequency of transient lower esophageal sphincter relaxation induced by gastric distention in reflux patients with hiatal hernia． Gastroenterology， 2000，118：688-695．

9.王虹，刘宾.下食管括约肌运动和功能与胃食管反流病.中华内科杂志 [J],2004，10（43）：750-752.

10. 杨敏,房殿春,龙庆林,等.胃起搏对胃动力紊乱犬胃排空及胃肌电活动的影响.中华消化杂志,2003,23(5):267 270.

11. Kenton M.Sanders, Tamas Ordog, and Sean M. Ward.Physiology and pathophysiology of the interstitial cells of Cajal:from bench to beside IV.genetic and animal models of GI motility disorders caused by loss of interstitial cells of Cajal[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2002;282(5):G747-G756.

12.Torihashi S,Ward SM,Nishikawa S,Nishi K,Kobayashi S,Sanders KM. c-kit- dependent development of interstitial cells and electrical activity in the murine gastrointestinal tract [J].Cell Tissue Res,1995,280（1）:97-111．

13.Ward,SM,Beckett EAH,Wang XY et al. Interstitial Cells of Cajal mediate cholinergic neurotransmission from enteric motor neurons[J]. Neuroscience, February 15, 2000, 20(4):1393-1403

14.Koh SD,Sanders KM,Ward SM.Spotaneous electrical rhythmicity in cultured interstitial cells of cajal from the murine small intestine[J],J Physiol, 1998, 513: 203-213.

15.Christensen J. A commentary on the morphological identification of interstitial cells of Cajal in the gut [J].J Physiol,1999,518:257-269.

16.Ward SM,Dixon RE,Defaoite A,et al.Voltage dependent calcium entry underlies propagation of slow waves in canine gastric antrum[J].J Physiol,2004.21.

17.Sanders KM,Koh SD,Ward SM.Intertitial cells of cajal as pacemakers in the gastrointestinal tract.Annu Rev Physiol,2006;68:307-343.

18.Park SJ,Mckay CM,Zhu Y,Huizinga JD.Volume-activated chloride currents in interstitial cells of Cajal.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2005;289:G791-797.

19.Jun JY，Choi S，Yeum CH，et al.Substance P induces inward current and regulates pacemaker currents through tachykinin NK1 receptor in cultured interstitial cells of Cajal of murine small intestine[J].Eur J Pharmacol,2004,495(1):35-42.

20.Hashitani H,Suzuki H. Identification of interstitial cells of cajal in corporal tissues of the guinea-pig penis[J].Br J Pharmacol,2004,141(2):199-204.

21.Daniel EE,Bodie G,Mannarino M,et a1.Changes in membrane cholesterol affect caveolin-1 localization and ICC-pacing in mouse jejunum [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2004, 287(1):G202-10.

22.Epperson A,Hatton WJ,Callaghan B,Doherty P,Walker RL,Sanders KM,Ward SM,Horowitz B.Molecular markers expressed in cultured and freshly isolated interstitial cells of Cajal.Am J Physiol Cell Physiol,2000;279:C529-539.

23.周吕，王礼建等. 促胰液素通过大鼠Cajal间质细胞促进胃平滑肌舒张.基础医学与临床，2003，23（6）:612-615

24.Ahmed Shafik,Ismall Ahmed,Olfat El Slbal,All A.Shafik. Interstitial cells of cajal in reflux esophagitis: role in the pathogenesis of the disease.Med Sci Monit,2005;11(12):BR452-456

25.Ahmed Shafik,Olfat El-Sibai,Ismail Shafik and Ali Shafik. Electroesophagogram in gastroesophageal reflux disease with a new theory on the pathogenesis of its electric changes[J].BMC Surgery,2004,4-13.

26.连志诚，连帆，张书征.胃肠动力学的重大进展－胃肠起搏者cajal间质细胞研究近况.医疗保健器具,2006,1:4-6

27.房殿春.胃肠起搏治疗胃肠动力紊乱性疾病.解放军医学杂志, 2004,29(10): 850 -853.

28.Leahy A,Besherdas K,Clayman C et al.Gastric dysrhythmias occur in gastro-esophageal reflux disease complicated by food regurgitation but not in uncomplicated reflux. Gut, 2001, 48(2):212.

29.祝捷，李宇航，王庆国等.半夏泻心汤药物血清对ICC膜电位与[Ca2+]i的影响.中华中医药杂志，2006,21(10):624-625.

30.刘勇，齐清会.大承气冲剂治疗对多器官功能不全综合征胃肠Cajal间质细胞形态学影响.中国中西医结合外科杂志,2007,13(1):51-56.

31.朱晓燕，朱生梁，马淑颖.疏肝和胃汤治疗胆汁反流性食管炎35例.上海中医药杂志,2004,38(2):26-27.