Cajal間質細胞與胃腸道疾病

周英豪(綜述)，吉 敏，李成林※(審校)

(1.安徽醫科大學解放軍306臨床學院，合肥 230032;2.解放軍第306醫院普通外科，北京 100101)

Cajal間質細胞與胃腸道疾病

周英豪1△(綜述)，吉 敏2，李成林2※(審校)

(1.安徽醫科大學解放軍306臨床學院，合肥 230032;2.解放軍第306醫院普通外科，北京 100101)

Cajal間質細胞(ICC)是胃腸道的起搏細胞，具有產生自發電信號、傳導慢波電位、調節神經遞質等功能。其形態數量的改變與多種胃腸道疾病相關，如賁門失弛緩癥(AC)、胃食管反流(GERD)、術后胃癱等。胃腸疾病中ICC的變化通常表現為數量減少或缺失，細胞突觸變短，其形成的神經網絡結構減少。胃腸疾病的發生部位、程度與ICC分布及數量關系密切，ICC為胃腸疾病的早期診斷、治療帶來了新的理念。

Cajal間質細胞;起搏細胞;c-kit;胃腸疾病

Cajal間質細胞(interstitial cells of Cajal，ICC)是一類主要存在于消化系統的特殊細胞。1893年，西班牙神經解剖學家Cajal首先在消化道肌層發現，并對此類細胞進行了描述。現已證實，ICC是胃腸道的起搏細胞，不但具有產生自發性電信號的功能，并且可以傳導慢波信號，參與神經遞質的調節。ICC形態、數量的改變與多種胃腸道疾病相關，近幾年來已成為胃腸道動力學研究的熱點。現就ICC形態、功能及相關胃腸疾病的研究進展進行綜述。

1 形態學

ICC在光鏡下具有如下特點：細胞呈星形或紡錘形，胞核大，呈圓形或橢圓形，細胞質較少;有細胞突起，自胞質向不同方向發出2～5條長突起，并相互交織形成網絡;胞體和突起與神經纖維關系密切［1］。Torihashi等［2］在 電 鏡 下 觀 察ICC的超微結構，其電鏡下形態特點為：胞質和突起內含有大量細胞器，有包膜小凹，滑面內質網較為豐富，粗面內質網較少，高爾基體發育較好，胞質中含有大量的線粒體、中間絲，含有微量的微絲、微管，少量的游離核糖體。免疫熒光法觀察顯示ICC呈條帶樣分布，數量多，連續且均勻。

2 鑒別分類

ICC形態與其他細胞較為相似，不易識別。早期由于缺少特異性的標志物，主要通過使用甲基藍、碘化鋅-鋨酸染色、玫瑰紅123(rhodamin123)、嗜銀染色，黃遞酶等組織化學染色方法來鑒別觀察ICC，但這些方法缺乏特異性，在很大程度上限制了對ICC的研究。ICC的基因表達產物c-kit的發現可能是ICC生理學方面最重要的進展之一。c-kit位于5號染色體的W位點上，是原癌基因，編碼位于質膜上的kit受體(酪氨酸激酶生長因子受體)，幾乎所有的ICC都表達c-kit［3］。kit受體的標志物或c-kit mRNA已經成為研究ICC的有效工具，特別是c-kit免疫組織化學染色技術的運用，加深了人們對ICC的認識。c-kit免疫組織化學染色具有高度特異性，在胃腸道，c-kit抗體僅作用于ICC和肥大細胞，而肥大細胞主要分布于黏膜層及黏膜下層，并且胞體呈圓形，無突觸，與ICC在位置和形態上均有明顯差異，并且占有率低于8%，對ICC的觀察研究無明顯影響。利用共聚焦顯微鏡能夠清晰顯示被抗kit抗體標記的ICC網絡，將全部胃腸道的ICC標記出來。

根據ICC形態及功能的特征，目前仍將其分為四種基本類型：①肌內ICC(intramuscular ICC，ICC-IM)，位于環形肌和縱行肌肌束內。腸道運動神經末梢與ICC-IM緊密相連，并且傳遞神經信號，升高或降低腸道活動的興奮性;②肌間ICC(myenteric ICC，ICC-MY)，位于環形肌和縱行肌之間，能自主產生慢波電位;③深部ICC(deep muscular ICC，ICC-DMP)，位于環形肌內具有介導神經信號轉導的作用;④黏膜下ICC(submucosal ICC，ICC-SM)，位于黏膜與環形肌之間。

3 功能與機制

ICC的主要功能為：自主產生慢波電位，控制胃腸道平滑肌的收縮;傳播腸道活動的電信號;ICC還具有調節介導神經遞質的作用。

3.1 胃腸起搏 1982年Thuneberg提出了ICC具有產生和傳導胃腸道自主節律電活動的功能。目前眾多研究均證實了Thuneberg的觀點。Yanagida等［4］通過對胃腸道的神經電生理研究表明，胃腸道起搏電位的去極化波形起源與ICC所形成的網狀結構密切相關，去除該結構后起搏電位的產生與傳遞均發生障礙。有學者從小鼠胃部分離出新鮮的ICC樣細胞，采用膜片鉗技術觀察其生理特征，結果顯示：在平滑肌上記錄不到自發內向電流，而在相同條件下ICC樣細胞上可以記錄到自發、節律的內向電流［5］。現已證實，產生胃腸道起搏電位的主要是ICC-MY，Lammers等［6］研究表明ICC-IM能促進胃腸道慢波電位產生。通過對ICC的電生理研究發現，起搏電位與電壓依賴性的L型Ca2+通道和三磷酸肌醇(inositol 1，4，5-triphosphate，IP3)受體啟動的依賴 Ca2+激活的Cl-通道有關。近年來，Sha等［7］研究發現，ICC所釋放的一氧化碳也是胃腸道起搏電位梯度產生的重要因素。

3.2 傳導慢波電位 ICC不但是起搏細胞，并且是其慢波電位的傳播者。ICC-IM、ICC-DMP主要存在于胃腸道平滑肌內，是慢波電位傳導系統主要構成者。ICC發出的突觸相互交聯，形成一個多分支的神經樣網絡，并與胃腸道平滑肌形成縫隙連接。胃腸道平滑肌不具備電傳導特性，無法傳導電信號。起源于ICC-MY的慢波沿著ICC-IM、ICC-DMP形成的神經樣網絡傳導，最終通過縫隙連接將慢波信號轉導至整個胃腸道平滑肌系統，使胃腸道產生節律性收縮。

3.3 調節介導神經信號傳遞 Iino等［8］研究發現ICC胞膜上有多種神經遞質受體，包括血管活性腸肽、一氧化氮、P物質等，是胃腸活動電信號傳遞至平滑肌的介質。有研究表明，ICC-DMP有氮能神經及膽堿能神經分布。胃腸道神經元釋放神經遞質，與ICC表面的遞質受體相結合，ICC通過縫隙連接介導神經信號傳遞至胃腸道平滑肌細胞，使之去極化或超極化，從而產生興奮或抑制效果。

4 與胃腸道動力疾病

現有研究顯示，細菌、病毒、神經毒素等多種因素引起ICC損傷，導致腸道異常慢波電位產生，引發多種胃腸道動力紊亂性疾病。同時一些學者也研究發現，在一些胃腸道疾病中，伴有ICC數量、分布及結構的改變。這些結果均表明，ICC與胃腸動力疾病之間有著密切的因果聯系。

4.1 賁門失弛緩癥 是食管動力障礙性疾病，主要特征為食管缺乏蠕動，食管下端括約肌(lower esophageal sphincter，LES)高壓及對吞咽動作的松弛反應減弱［9］。早期認為其與LES內抑制性神經遞質血管活性腸肽減少有關，現研究發現，賁門失弛緩癥患者LES內ICC數量發生改變，Villanacci等［10］采用免疫組化技術，對12例賁門失弛緩癥患者的食管標本進行研究，發現疾病組的標本中ICC較對照組明顯減少。有學者用電鏡觀察賁門失弛緩癥患者食管ICC顯示其形態也發生改變，線粒體及滑面內質網均有明顯減少。

4.2 胃食管反流 主要以反酸和燒灼感為典型癥狀。胃食管反流患者LES的ICC數量減少，研究表明在W/Wv大鼠(缺乏ICC)LES壓力與正常大鼠相比較明顯降低，膽堿能受體及氮能受體也較正常大鼠降低，這些均與胃食管反流的發生機制有關。也有報道稱胃食管反流患者由于下段消化道損傷，產生炎性反應，其炎性因子對ICC產生損傷，促使ICC數量進一步降低［11］，這可能也加速了胃食管反流病程進展。

4.3 術后胃癱 是一種以術后胃排空障礙為主要特征的疾病，病因復雜，治療效果較差，發病機制目前尚不明確［12］。最新研究顯示，胃癱的形成與神經損傷(特別是產生一氧化氮的神經元及迷走神經損傷)、平滑肌功能障礙、ICC缺失相關［13］。有學者對術后胃癱患者研究顯示胃內ICC數量減少，特別是位于胃竇部的ICC-MY。ICC-MY的主要功能是發出慢波電位，其數量的降低直接導致了胃電生理信號紊亂，產生排空障礙。

4.4 幼兒肥大性幽門狹窄 是一組以胃腸道排空延遲及幽門括約肌增生肥大為特征的疾病。其發病機制尚不明確，研究表明幼兒肥大性幽門狹窄發生與ICC相關的肽能受體及一氧化氮相關的腸道神經元缺失有關;有報道稱在幼兒肥大性幽門狹窄的患者增生的括約肌內神經型一氧化氮合酶含量降低［14］。通過電鏡觀察及免疫組織化學技術發現，過度增生的幽門括約肌內ICC數量減少甚至缺失，其構成的神經樣網絡結構也被破壞，并且ICC與胃腸道平滑肌之間的縫隙連接也發生改變［11］。

4.5 胃腸道間質細胞瘤 胃腸道間質細胞瘤60%～70%發生于胃部，目前已發現大部分胃腸道間質細胞瘤患者有原癌基因c-kit突變，因而可以不依賴配體干細胞因子(stem cell factor，SCF)自動磷酸化。通過對胃腸道間質細胞瘤患者腫瘤標本基因突變的檢測顯示，c-kit基因11號外顯子為最常見的突變位點，并且一半以上的突變集中在5'端的第550～560密碼子附近;9號外顯子的第502和503個密碼子及13號外顯子的第642個密碼子也發生突變［15］。有報道稱c-kit突變表達陽性的胃腸道間質細胞瘤患者預后較陰性組差，目前認為其與ICC所表達的c-kit受體(CD117)及CD34受體密切相關。酪氨酸激酶抑制劑格列衛(甲磺酸伊馬替尼)，已被廣泛應用于胃腸道間質瘤的臨床治療。

4.6 糖尿病胃腸動力障礙 胃腸動力減弱是糖尿病最常見并發癥之一，以便秘、腹瀉、胃輕癱為主要臨床表現。ICC作為胃腸道的起搏細胞，產生并傳導慢波電位，與糖尿病胃腸動力減弱有密切聯系。研究表明，糖尿病胃腸動力障礙患者腸道ICC數量明顯降低［16］。體外高糖培養的ICC與正常組相比較顯示，ICC細胞變圓，突起變短，與周圍細胞的網絡連接減少［17］。也有學者認為，ICC的改變主要由于胰島素及胰島素樣生長因子1表達低下所致，而非高糖單一因素［18］。

4.7 慢性傳輸型便秘 慢性傳輸型便秘占便秘的16%～40%［19］，主要表現為結腸的收縮力減弱及排空速度減慢，運動功能發生障礙。臨床治療效果較差，易反復，需長期口服瀉藥以緩解癥狀。目前研究顯示該病患者乙狀結腸內ICC數量顯著降低，體積減小，并且其形成的神經樣網絡結構也變少。Aguchi等［20］研究表明，ICC減少及分布的改變是慢性傳輸型便秘患者腸道運動功能障礙產生的重要原因。有學者對慢性傳輸型便秘患者的活體樣本組織進行觀察顯示，回腸中ICC數量減少不明顯，乙狀結腸中ICC數量顯著降低，并且其c-kit mRNA基因及其表達的酪氨酸蛋白激酶受體(CD117)量也明顯減少［21］。

4.8 慢性假性腸梗阻 臨床具有反復發作的腸梗阻表現，但無腸內外機械性腸梗阻因素存在。一般認為慢性假性腸梗阻(chronic intestinal pseudo-obstruction，CIPO)是腸道的肌源性或神經源性或內分泌控制失常而引起的一種腸道動力障礙。研究發現，成人及嬰幼兒CIPO患者腸道ICC數量均減少或缺失［22-23］，ICC改變可能是CIPO的病因之一。Amiot等［22］運用常規病理觀察及免疫組化技術對CIPO患者腸道標本進行研究發現，48%的CIPO患者ICC及其細胞表達蛋白CD117(c-kit)數量減少或缺失。

4.9 先天性巨結腸 又稱為腸管無神經節細胞癥，由于直腸或結腸遠端的腸管持續痙攣，糞便淤積，使腸管擴張，變肥厚。是嬰幼兒腸道梗阻的常見病因，在新生兒胃腸道畸形中居第2位，研究表明，先天性巨結腸患者正常節段腸管ICC表達正常，而無神經節細胞的病變腸管ICC數量明顯減少。通過抗c-kit的免疫熒光染色技術，對先天性巨結腸患者的病變腸管進行病理生理學觀察研究發現，病變腸管c-kit表達陽性的ICC數量明顯減少，特別是位于環形肌和縱行肌內的ICC-IM及位于黏膜下的ICC-SM減少最為顯著，由ICC-MY所構成的神經樣網絡結構也發生改變并斷裂［24-26］。同時研究還發現肌細胞連接蛋白43在無神經節細胞的病變腸管中表達極低［25］，而其在平滑肌細胞與ICC的縫隙連接中具有重要作用，其低表達狀態直接影響到腸道慢波信號的轉導。也有學者認為，病變腸道中被激活的巨噬細胞及細菌毒素作用，破壞了腸道內的ICC及其所構建的網絡結構。

5 展望

隨著對ICC研究的不斷深入，人們知道ICC在胃腸動力疾病中發揮重要作用，并且現對ICC的研究已拓展到其他領域，如泌尿系統、脈管系統、內分泌系統等。然而，目前仍有許多問題尚待解決，如ICC起搏電位的離子通道機制及是否能進行人工調控，眾多由ICC引起的胃腸疾病的發病機制，ICC損傷后如何修復，ICC缺失后可否行替代療法等，這些都期待對ICC的進一步研究。

綜上所述，目前人們對ICC形態功能上有了一定了解，其數量、形態、分布密度的改變，會導致一系列的胃腸功能紊亂性疾病。一些疾病的發生機制到目前為止尚不明確，仍需深入研究，并盡可能將研究結果運用于臨床早期診斷及治療，以提高胃腸動力疾病的治療效果。

［1］Hagger R，Finlayson C，Jeffrey I，et al.Role of the interstitial cells of Cajal in the control of gut motility［J］.Br J Surg，1997，84(4)：445-450.

［2］Torihashi S，Fujimoto T，Trost C，et al.Calcium oscillation linked to pacemaking of interstitial cells of Cajal：requirement of calcium influx and localization of TRP4 in caveolae［J］.J Biol Chem，2002，277(21)：19191-19197.

［3］Vannucchi MG.Receptors in interstitial cells of Cajal：identification and possible physiological roles［J］.Microsc Res Tech，1999，47(5)：325-335.

［4］Yanagida H，Yanase H，Sanders KM，et al.Intestinal surgical resection disrupts electrical rhythmicity，neural responses，and interstitial cell networks［J］.Gastroenterology，2004，127(6)：1748-1759.

［5］趙鵬，韓燕飛，黃旭，等.新鮮分離小鼠胃Cajal間質細胞樣細胞的鑒定及電生理學特征［J］.生物物理學報，2008，24(4)：277-281.

［6］Lammers WJ，Stephen B.Origin and propagation of individual slow waves along the intact feline small intestine［J］.Exp Physiol，2008，93(3)：334-346.

［7］Sha L，Farrugia G，Harmsen WS，et al.Membrane potential gradient is carbon monoxide-dependent in mouse and human small intestine［J］.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2007，293(2)：G438-G445.

［8］Iino S，Horiguchi K.Interstitial cells of cajal are involved in neurotransmission in the gastrointestinal tract［J］.Acta Histochem Cytochem，2006，39(6)：145-153.

［9］Negreanu LM，Assor P，Mateescu B，et al.Interstitial cells of Cajal in the gut—a gastroenterologist's point of view［J］.World J Gastroenterol，2008，14(41)：6285-6288.

［10］Villanacci V，Annese V，Cuttitta A，et al.An immunohistochemical study of the myenteric plexus in idiopathic achalasia［J］.J Clin Gastroenterol，2010，44(6)：407-410.

［11］Mostafa RM，Moustafa YM，Hamdy H.Interstitial cells of Cajal，the Maestro in health and disease［J］.World J Gastroenterol，2010，16(26)：3239-3248.

［12］Abell TL，Malinowski S，Minocha A.Nutrition aspects of gastroparesis and therapies for drug-refractory patients［J］.Nutr Clin Pract，2006，21(1)：23-33.

［13］Vittal H，Farrugia G，Gomez G，et al.Mechanisms of disease：the pathological basis of gastroparesis—a review of experimental and clinical studies［J］.Nat Clin Pract Gastroenterol Hepatol，2007，4(6)：336-346.

［14］Ibba-Manneschi L，Pacini S，Corsani L，et al.Interstitital cells of Cajal in the human stomach：distribution and relationship with enteric innervation［J］.Histol Histopathol，2004，19(4)：1153-1164.

［15］杜春燕，師英強，周燁，等.胃腸道間質瘤 c-kit及PDGFRA基因突變及其臨床意義［J］.中華胃腸外科雜志，2008，11(4)：371-375.

［16］Yamamoto T，Watabe K，Nakahara M，et al.Disturbed gastrointestinal motility and decreased interstitial cells of Cajal in diabetic db/db mice［J］.J Gastroenterol Hepatol，2008，23(4)：660-667.

［17］高顯奎，余躍，楊琰，等.高糖對體外培養的 Cajal間質細胞P2X7嘌呤能受體表達的影響［J］.世界華人消化雜志，2010，18(12)：1211-1216.

［18］Horváth VJ，Vittal H，Ord?g T.Reduced insulin and IGF-I signaling，not hyperglycemia，underlies the diabetes-associated depletion of interstitial cells of Cajal in themurine stomach［J］.Diabetes，2005，54(5)：1528-1533.

［19］汪興偉，劉海峰，房殿春，等.大黃對慢傳輸型便秘大鼠結腸肌電影響的實驗研究［J］.消化外科，2005，4(2)：108-112.

［20］Taguchi T，Suita S，Masumoto K，et al.Universal distribution of ckit-positive cells in different types of Hirschsprung's disease［J］.Pediatr Surg Int，2003，19(4)：273-279.

［21］Breuer C，Oh J，Molderings GJ，et al.Therapy-refractory gastrointestinal motility disorder in a child with c-kit mutations［J］.World J Gastroenterol，2010，16(34)：4363-4366.

［22］Amiot A，Cazals-Hatem D，Joly F，et al.The role of immunohistochemistry in idiopathic chronic intestinal pseudoobstruction(CIPO)：a case-control study［J］.Am J Surg Pathol，2009，33(5)：749-758.

［23］Struijs MC，Diamond IR，Pencharz PB，et al.Absence of the interstitial cells of Cajal in a child with chronic pseudoobstruction［J］.J Pediatr Surg，2008，43(12)：e25-e29.

［24］Anatol T，Mohammed W，Rao C.Interstitial cells of Cajal and intestinal function in Trinidadian children［J］.West Indian Med J，2008，57(4)：393-397.

［25］Yang Y，Hou Y，Zhao X，et al.Distribution of connexin 43 and interstitial cells of Cajal in bowels of children with Hirschsprung's disease［J］.Zhongguo Dang Dai Er Ke Za Zhi，2009，11(3)：213-216.

［26］Wang H，Zhang Y，Liu W，et al.Interstitial cells of Cajal reduce in number in recto-sigmoid Hirschsprung's disease and total colonic aganglionosis［J］.Neurosci Lett，2009，451(3)：208-211.

Interstitial Cells of Cajal and Gastrointestinal Diseases

ZHOU Ying-hao1，JI Min2，LI Cheng-lin2.(1.Affiliated Clinical Faculty of306Hospital of PLA，Anhui Medical University，Hefei230032，China;2.Department of General Surgery，306Hospital of PLA，Beijing100101，China)

Interstitial cells of Cajal(ICC)are the pacemaker cells of gastrointestinal tract，which not only generate and transmit spontaneous electrical slow waves，but also play a significant role in adjusting neurotransmitter.The alterations of ICC in number and morphosis are related to many gastrointestinal diseases，such as achalasia of cardia(AC)，gastroesophageal reflux disease(GERD)，postoperative gastroparesis.The changes of ICC often present as ICC number reduction or loss，a shorter cell synapse，and decreased neural-networks.The occurring position and degree of gastrointestinal diseases are closely associated with the number of ICC and its distribution.ICC has brought along new ideas for early diagnosis and therapy for gastrointestinal diseases.

Interstitial cells of Cajal;Pacemaker cell;c-kit;Gastrointestinal disease

R57

A

1006-2084(2012)13-1998-04

book=0,ebook=222

2011-12-26

2012-02-12 編輯：潘雪