束縛-浸水應(yīng)激致大鼠胃黏膜損傷的神經(jīng)機(jī)制*

王雨晴 宮圣男 艾洪濱 趙東芹

山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院(250014)

應(yīng)激(stress)是指內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定被內(nèi)部或外部傷害性刺激所擾亂的狀態(tài)，胃腸是對(duì)應(yīng)激作出反應(yīng)的主要器官[1-2]。應(yīng)激性胃黏膜損傷(stress-induced gastric mucosal lesion, SGML)是一種急性胃黏膜病變，其主要特征是炎性糜爛、胃腸道出血等，臨床上死亡率較高，是創(chuàng)傷后最常見的內(nèi)臟并發(fā)癥之一。束縛-浸水應(yīng)激(restraint water-immersion stress, RWIS)是一種集心理因素(如恐懼、憤怒、焦慮、絕望等)和生理因素(如饑餓、掙扎、冷水等)的復(fù)合應(yīng)激模型，能在數(shù)小時(shí)內(nèi)導(dǎo)致胃功能紊亂、胃黏膜損傷等功能性胃腸道疾病[3-4]。在導(dǎo)致SGML的生理機(jī)制中，胃運(yùn)動(dòng)功能亢進(jìn)(胃運(yùn)動(dòng)幅度、胃運(yùn)動(dòng)指數(shù)增大)是主要因素，胃酸分泌增多、胃黏膜血流量減少以及胃黏液分泌減少等對(duì)應(yīng)激性胃潰瘍的發(fā)生具有促進(jìn)作用。這些生理機(jī)制受到外周和中樞神經(jīng)控制。胃腸道神經(jīng)控制可分為四個(gè)基本的組織層次：第一層是腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system, ENS)；第二層是椎前交感神經(jīng)節(jié)(prevertebral sympathetic ganglia)；第三層是進(jìn)入消化道的交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)信號(hào)起源的初級(jí)中樞系統(tǒng)腦干(brainstem)；第四層是為第三層綜合功能提供信息輸入的高級(jí)中樞神經(jīng)(如下丘腦)和最高級(jí)中樞(如大腦皮質(zhì))[5-6]。國內(nèi)外眾多學(xué)者采用基礎(chǔ)生理學(xué)、電生理學(xué)、免疫細(xì)胞化學(xué)、藥理學(xué)等多種方法，從神經(jīng)遞質(zhì)/調(diào)質(zhì)、受體、激動(dòng)劑、阻斷劑等多角度探討SGML發(fā)生的神經(jīng)機(jī)制[7-8]。本文就RWIS致胃功能紊亂的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制研究作一綜述。

一、ENS與SGML

關(guān)于RWIS致胃腸功能紊亂的外周神經(jīng)(第一層和第二層)，許多學(xué)者提出了假設(shè)并初步達(dá)成共識(shí)[9-11]。ENS是由位于胃腸道壁內(nèi)的神經(jīng)元、神經(jīng)遞質(zhì)、腸膠質(zhì)細(xì)胞等組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。ENS神經(jīng)元相互連接形成具有與腦和脊髓類似的獨(dú)立神經(jīng)系統(tǒng)，控制和調(diào)節(jié)胃腸道平滑肌、黏膜上皮和血管效應(yīng)系統(tǒng)。這些神經(jīng)控制不依賴中樞，具有高度自主性。ENS運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元可分為興奮性和抑制性兩類：興奮性神經(jīng)元分泌乙酰膽堿和P物質(zhì)，抑制性神經(jīng)元釋放ATP、血管活性腸肽、垂體腺苷酸激活肽、一氧化氮等神經(jīng)遞質(zhì)。

有研究[12]發(fā)現(xiàn)RWIS導(dǎo)致大鼠血漿皮質(zhì)酮、促腎上腺皮質(zhì)激素含量升高，且隨著應(yīng)激時(shí)間的延長而遞增。說明RWIS過程中下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA軸)活動(dòng)加強(qiáng)。預(yù)先切斷膈肌下迷走神經(jīng)或給予阿托品可顯著減輕RWIS誘導(dǎo)的胃黏膜損傷，甚至不發(fā)生損傷，但預(yù)先切除垂體、腎上腺或給予酚芐明(腎上腺素能α-受體阻斷劑)對(duì)RWIS引起的胃黏膜損傷幾乎無影響，對(duì)RWIS狀態(tài)下胃運(yùn)動(dòng)功能亢進(jìn)、胃酸分泌增多亦無影響，說明HPA軸在RWIS誘導(dǎo)的胃黏膜損傷中并不起主要作用，RWIS誘發(fā)胃功能紊亂的外周神經(jīng)機(jī)制主要由副交感活動(dòng)加強(qiáng)所致[13]。

二、延髓胃腸中樞與SGML

副交感控制在胃功能的神經(jīng)調(diào)控中占有優(yōu)勢(shì)地位。支配胃腸道的副交感神經(jīng)源自延髓迷走背核(dorsal motor nucleus of vagus, DMV)和疑核(nucleus ambiguous, NA)。延髓孤束核(nucleus of solitary tract, NTS)位于DMV的背外側(cè)，最后區(qū)位于NTS背內(nèi)側(cè)，三者相互之間存在纖維聯(lián)系，神經(jīng)解剖學(xué)上將這三者合稱為延髓迷走復(fù)合體。延髓迷走復(fù)合體和NA是調(diào)控胃功能的初級(jí)中樞。

祝建平[14]的研究通過損毀單側(cè)或雙側(cè)DMV、NTS，發(fā)現(xiàn)RWIS大鼠胃黏膜損傷程度較對(duì)照組顯著減輕，尤其是雙側(cè)DMV、NTS損毀組，說明ENS-延髓胃腸中樞-ENS環(huán)路的完整是正確調(diào)控胃功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。Zhang等[11]發(fā)現(xiàn)，不同應(yīng)激時(shí)間(30、60、120、180 min)RWIS大鼠的延髓迷走復(fù)合體和NA中均可見不同程度c-Fos表達(dá)，其中在DMV中的表達(dá)最強(qiáng)。初步揭示大鼠在RWIS過程中調(diào)控胃腸功能的初級(jí)中樞內(nèi)各核團(tuán)活動(dòng)的時(shí)-空規(guī)律，也進(jìn)一步證實(shí)了RWIS致胃功能紊亂主要是由副交感神經(jīng)活動(dòng)加強(qiáng)所致。延髓與胃腸之間存在一個(gè)神經(jīng)環(huán)路，即延髓胃腸中樞-胃腸壁神經(jīng)叢環(huán)路，大鼠處于RWIS狀態(tài)時(shí)，胃腸活動(dòng)信息→迷走傳入神經(jīng)→NTS→DMV/NA，DMV/NA將延髓的傳出信息→迷走傳出神經(jīng)→胃腸壁神經(jīng)叢，引起胃運(yùn)動(dòng)亢進(jìn)、胃酸分泌增多、胃黏液分泌減少，最終導(dǎo)致胃黏膜損傷，同時(shí)結(jié)腸排糞便增多。

多項(xiàng)研究[15-22]對(duì)RWIS狀態(tài)下延髓胃腸中樞活動(dòng)的神經(jīng)遞質(zhì)/調(diào)質(zhì)類型進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)P物質(zhì)、乙酰膽堿、兒茶酚胺、精氨酸加壓素Ⅰ型b亞型受體、催產(chǎn)素受體、腦啡肽、一氧化氮、硫化氫等神經(jīng)遞質(zhì)/調(diào)質(zhì)均參與了RWIS致胃功能紊亂的調(diào)控，認(rèn)為DMV中段和NA內(nèi)膽堿能神經(jīng)元的過度活動(dòng)是RWIS致胃功能紊亂的初級(jí)中樞機(jī)制之一。

但當(dāng)電刺激或化學(xué)刺激NA、DMV、NTS導(dǎo)致神經(jīng)元興奮時(shí)，胃運(yùn)動(dòng)均被明顯抑制，說明NA、DMV、NTS三個(gè)核團(tuán)的興奮對(duì)胃運(yùn)動(dòng)起有抑制作用[23-24]。與Zhang等[11]的RWIS大鼠NA、DMV、NTS三個(gè)核團(tuán)內(nèi)c-Fos表達(dá)顯著增強(qiáng)的結(jié)果相矛盾。推測(cè)RWIS過程中，高位中樞(如下丘腦前部)的活動(dòng)解除了延髓內(nèi)臟中樞對(duì)胃的抑制作用，從而導(dǎo)致胃運(yùn)動(dòng)亢進(jìn)、胃酸分泌增多，但結(jié)論有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

三、丘腦前部與SGML

RWIS不同應(yīng)激時(shí)間(30、60、120、180 min)大鼠下丘腦視上核c-Fos表達(dá)最強(qiáng)，其次是室旁核[11]，因此下丘腦視上核、室旁核的過度活動(dòng)可能是應(yīng)激性胃腸功能紊亂的高位中樞機(jī)制之一。下丘腦視上核、室旁核屬于下丘腦前部，而下丘腦前部在調(diào)控內(nèi)臟功能方面起副交感中樞的作用，進(jìn)一步證實(shí)了應(yīng)激性胃腸功能紊亂的神經(jīng)機(jī)制主要是副交感神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)加強(qiáng)所致。

Lu等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，電刺激或化學(xué)刺激(注射L-Glu)視上核可促進(jìn)胃酸的分泌。下丘腦中的P物質(zhì)、兒茶酚胺、精氨酸加壓素、催產(chǎn)素、腦啡肽等神經(jīng)遞質(zhì)/調(diào)質(zhì)均不同程度地參與了RWIS的調(diào)控[15,18-19,21]。

四、前額葉與SGML

前額皮質(zhì)是哺乳動(dòng)物最高級(jí)別的聯(lián)合皮層，在許多腦的高級(jí)功能中起關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，除DMV、NTS、NA、視上核、室旁核外，RWIS大鼠前額葉的邊緣前皮質(zhì)(prelimbic cortex, PL)和邊緣下皮質(zhì)(infralimbic cortex, IL)內(nèi)的c-Fos陽性表達(dá)亦較高[26]。祝建平[27]比較了假手術(shù)組、雙側(cè)PL損毀組、雙側(cè)IL損毀組、雙側(cè)PL和IL同時(shí)損毀組清醒大鼠RWIS 4 h過程中的胃運(yùn)動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)假手術(shù)組大鼠胃運(yùn)動(dòng)顯著亢進(jìn)，雙側(cè)IL損毀組和雙側(cè)PL和IL同時(shí)損毀組大鼠的胃運(yùn)動(dòng)平均幅度、胃運(yùn)動(dòng)指數(shù)以及收縮分?jǐn)?shù)均受到明顯抑制，但雙側(cè)PL損毀組大鼠胃運(yùn)動(dòng)平均幅度、胃運(yùn)動(dòng)指數(shù)并無明顯變化，說明IL的損毀對(duì)RWIS所致的胃運(yùn)動(dòng)亢進(jìn)有抑制作用。李穎[26]發(fā)現(xiàn)RWIS 1 h組大鼠PL和IL的突觸素(synaptophysin, SYN)、突觸蛋白Ⅰ(synapsin Ⅰ)表達(dá)較對(duì)照組顯著增多，表明在應(yīng)激狀態(tài)下這2個(gè)部位的突觸可塑性發(fā)生了變化。上述研究結(jié)果說明內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)尤其是IL參與RWIS致胃功能紊亂的調(diào)控。馬英杰[28]發(fā)現(xiàn)RWIS 4 h組大鼠內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)內(nèi)單位長度樹突棘數(shù)量、單位面積突觸數(shù)量較對(duì)照組均顯著減少，差異表達(dá)蛋白組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)NDRG1蛋白、NYAP2蛋白在應(yīng)激中可能參與了機(jī)體的保護(hù)機(jī)制，Rho-GDI信號(hào)通路的抑制和整合素信號(hào)通路的激活可能在神經(jīng)元損傷修復(fù)以及突觸重塑過程中發(fā)揮重要功能。

五、杏仁復(fù)合體與SGML

杏仁復(fù)合體是邊緣系統(tǒng)中重要的皮質(zhì)下核團(tuán)，與前額葉、海馬、下丘腦、迷走復(fù)合體均有復(fù)雜的相互纖維聯(lián)系[29]，參與調(diào)節(jié)情緒、情感以及與情感刺激相關(guān)的內(nèi)臟活動(dòng)，其重要組成核團(tuán)中央杏仁核被認(rèn)為是維持胃黏膜完整性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一[30]。不同應(yīng)激時(shí)間(30、60、120、180 min)后，中央杏仁核c-Fos表達(dá)顯著增強(qiáng)，僅次于下丘腦前部[12]。電刺激內(nèi)側(cè)中央杏仁核(CEM)和外側(cè)中央杏仁核(CEL)分別會(huì)興奮和抑制胃運(yùn)動(dòng)[31]。與束縛應(yīng)激僅導(dǎo)致CEL神經(jīng)元放電活動(dòng)加強(qiáng)不同，RWIS引起CEL和CEM的神經(jīng)元放電活動(dòng)均增強(qiáng)[32]。在RWIS致胃腸功能紊亂中，杏仁復(fù)合體可能扮演與下丘腦類似的角色，其神經(jīng)元活動(dòng)可解除延髓胃腸中樞對(duì)胃腸的抑制作用，但尚有待進(jìn)一步研究。

六、丘腦與SGML

前額皮質(zhì)的c-Fos、SYN、突觸蛋白I參與RWIS反應(yīng)。但有研究向前額皮質(zhì)的PL和IL注射L-Glu或進(jìn)行電刺激，胃運(yùn)動(dòng)均不受明顯影響，說明RWIS信號(hào)需通過其他核團(tuán)傳入前額皮質(zhì)[27]。向前額皮質(zhì)內(nèi)微量注射HRP，室旁核、視上核中均未見被標(biāo)記的神經(jīng)元胞體，而在丘腦背內(nèi)側(cè)核(mediodorsal thalamic nucleus, MD)可見被標(biāo)記的神經(jīng)元胞體，提示MD可發(fā)出纖維至前額皮質(zhì)，而室旁核、視上核無此功能。

MD是丘腦內(nèi)側(cè)核群中最大的亞核，是唯一與前額皮質(zhì)有相互纖維聯(lián)系的丘腦核團(tuán)。李穎[26]發(fā)現(xiàn)RWIS大鼠MD的c-Fos陽性表達(dá)較對(duì)照組顯著加強(qiáng)，RWIS 1 h組SYN、突觸蛋白I表達(dá)較對(duì)照組顯著增多，說明MD參與RWIS過程。MD與前額皮質(zhì)、下丘腦、腦干均有著復(fù)雜的傳出和傳入纖維聯(lián)系，形成眾多神經(jīng)環(huán)路[33]。趙東芹等[34]關(guān)于MD的細(xì)胞構(gòu)筑特點(diǎn)、神經(jīng)遞質(zhì)和受體類型及其主要生理功能的研究指出，MD作為丘腦較高級(jí)的中繼核，形成皮質(zhì)-丘腦-皮質(zhì)回路，是重要的內(nèi)臟與軀體活動(dòng)的整合部位。Gong等[35]采用同位素相對(duì)標(biāo)記與絕對(duì)定量(iTRAQ)技術(shù)對(duì)RWIS 4 h大鼠和對(duì)照組MD內(nèi)差異表達(dá)蛋白組學(xué)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)糖原合成酶激酶3β(GSK3β)可能與RWIS引起應(yīng)激性胃潰瘍的中樞機(jī)制有關(guān)。

七、總結(jié)與展望

總之，大鼠RWIS致胃功能紊亂的神經(jīng)機(jī)制并非由傳統(tǒng)觀念認(rèn)為的交感神經(jīng)-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)和HPA軸的活動(dòng)加強(qiáng)所致，主要由副交感神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)加強(qiáng)導(dǎo)致。

關(guān)于信號(hào)分子，如P物質(zhì)對(duì)胃功能的影響是雙重的。因此部分信號(hào)分子對(duì)胃功能的影響僅具有促進(jìn)或抑制作用，有待進(jìn)一步研究明確

腦內(nèi)的核團(tuán)相互聯(lián)系，共同組成一張內(nèi)部的信息網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同或拮抗，但同一核團(tuán)對(duì)非正常狀態(tài)下胃功能的影響可能并非是單方面的興奮或抑制作用。正常生理狀態(tài)下，向大鼠MD注射L-Glu對(duì)胃運(yùn)動(dòng)和胃酸分泌無明顯影響[33]；電刺激單側(cè)PL或IL后，胃運(yùn)動(dòng)和胃酸分泌量均無明顯變化[36]；向PL和IL內(nèi)微量注射L-Glu，對(duì)大鼠的胃運(yùn)動(dòng)、胃酸分泌均無明顯影響[27]。上述研究結(jié)果提示正常生理狀態(tài)下內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)、MD對(duì)胃功能紊亂并無直接調(diào)控作用。RWIS誘發(fā)內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)和MD活動(dòng)加強(qiáng)的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。MD經(jīng)皮質(zhì)-丘腦通路接受前額皮質(zhì)(可能是IL)的高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)信息，與來自皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)(如下丘腦、延髓)的信息進(jìn)行整合，并將整合后的信息經(jīng)丘腦-皮質(zhì)通路反饋至內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)[37]；同時(shí)IL與中央杏仁核間亦存在雙向纖維聯(lián)系，前額皮質(zhì)的最終相關(guān)整合信息通過CEM直接或間接反饋于延髓胃腸中樞，進(jìn)而誘發(fā)胃功能紊亂。這是一條復(fù)雜的神經(jīng)環(huán)路，突觸可塑性可維持神經(jīng)環(huán)路的穩(wěn)定，腦在處理應(yīng)激時(shí)，可通過突觸結(jié)構(gòu)或功能的可塑性改變來適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的變化。在這條環(huán)路中，各環(huán)節(jié)突觸可塑性的變化、起關(guān)鍵作用的因子及其調(diào)控通路等問題，均有待進(jìn)一步深入研究。

應(yīng)激的時(shí)間不同，核團(tuán)c-Fos表達(dá)不同，且下丘腦視上核、室旁核、視交叉上核、中央杏仁核、內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)等部位均有不同程度的表達(dá)，故RWIS導(dǎo)致SGML時(shí)，各核團(tuán)活動(dòng)的時(shí)-空關(guān)系仍需要進(jìn)一步研究。

在臨床研究中，SGML尚未發(fā)現(xiàn)明確有效的最佳治療手段[38]，而有關(guān)組學(xué)的分析可能為尋找神經(jīng)系統(tǒng)分子靶點(diǎn)提供新的思路。