磷酸二酯酶抑制劑在胃腸道中的作用和研究進展

袁方婷 羅和生

武漢大學人民醫院消化內科(430060)

磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE)是一類能夠水解環核苷酸的酶，由11個基因相關的同工酶家族(PDE1～PDE11)組成，由于其同工酶的多樣性，PDE不僅在不同的細胞和亞細胞中均有分布，且可調控不同的胞內信號，成為胞內信號通路中重要的靶點。PDE的主要作用是將磷酸基團從靶細胞中分離出來，降低細胞內環磷酸腺苷(cAMP)或環磷酸鳥苷(cGMP)的濃度。抑制PDE可阻止cAMP或cGMP降解，而細胞內cAMP和cGMP可通過影響激素、神經遞質以及其他細胞效應因子的作用，充當細胞間的第2信使，提示PDE抑制劑對細胞發揮生理功能具有關鍵作用。越來越多的研究表明，PDE抑制劑在調節胃腸動力和相關胃腸疾病中發揮重要作用。本文就PDE抑制劑在胃腸道中的作用和研究進展作一綜述。

一、PDE抑制劑與胃腸動力

1. PDE抑制劑與胃動力：目前關于PDE抑制劑對胃動力作用的研究結論尚未一致。Zhu等[1]的研究證實PDE5 抑制劑西地那非(sildenafil)可顯著抑制犬的胃慢波振幅、胃底張力以及胃竇收縮，但不影響胃慢波的收縮頻率和胃內液體、食物排空。在人體試驗中，與安慰劑組相比，服用西地那非的志愿者更早達到最大飽腹感，且胃排空顯著下降[2]。另有研究[3]表明，服用西地那非 50 mg可顯著增加餐后胃容量，減緩胃排空液體的速度。Cho等[4]通過計算胃內放射線不透明標志物的清除率評估胃排空，發現西地那非可改變食物在胃內的分布，縮短近端胃排空1/2的時間，減少近端胃體積，明顯增加遠端胃體積，但并未影響胃內食物的總體排空或清除率。同樣，Madsen等[5]的研究顯示，健康志愿者單次服用西地那非50 mg并未改變胃排空或餐后胃竇收縮頻率。然而，一項對健康志愿者體內研究[6]結果顯示，使用低順應性測壓系統記錄試驗者胃十二指腸運動，發現50 mg西地那非可減少胃竇和十二指腸收縮頻率和幅度，抑制胃竇和十二指腸消化間期的收縮活動。Patil等[7]的研究發現，口服低劑量西地那非(0.5～5 mg/kg)對小鼠胃排空和腸道轉運無影響；但在較高劑量(10 mg/kg 、30 mg/kg)作用下，西地那非可顯著抑制胃排空并延遲腸道轉運。此外，亦有研究[8]表明，靜脈注射西地那非4 mg/kg可延遲大鼠胃內液體、食物的排空和胃腸轉運時間。

2. PDE抑制劑與腸動力：目前缺乏PDE對腸運動影響的大量研究。非選擇性PDE抑制劑3-異丁基-1-甲基黃嘌呤(3-isobutyl-1-methylxanthine, IBMX)、PDE5抑制劑扎普司特(zaprinast)或PDE4抑制劑Ro20-1724均能抑制高鉀離子或氨甲酰膽堿誘導回腸縱肌收縮；然而，Ro20-1724對收縮反應的抑制作用明顯小于IBMX和扎普司特[9]。在一項吲哚美辛致大鼠小腸潰瘍的研究[10]中，口服西地那非3～20 mg/kg可逆轉吲哚美辛導致的腸道液體分泌下降和腸動力增強。一項對空腸組織的體外研究[11]表明，PDE4抑制劑羅氟司特(roflumilast)不僅以濃度依賴的方式(0.001～0.1 mg/mL)抑制空腸的自發性收縮，且可逆轉氨甲酰膽堿和高鉀離子誘導的空腸收縮反應。Xu等[12]研究了西地那非對小腸肌電活動和小腸收縮活動的影響，發現在禁食期間，西地那非可顯著降低小腸肌電活動的幅度，但未改變腸肌電活動的頻率和節律性; 西地那非不改變餐后腸收縮頻率，而可顯著抑制小腸收縮的幅度。在對大鼠的急性實驗中，西地那非可延緩食物在清醒大鼠體內的腸道轉運時間[13]。而一項對健康男性結腸轉運和直腸感覺的研究[14]表明，西地那非對結腸轉運時間無影響，但能改變直腸敏感性。

二、PDE抑制劑對胃腸動力的作用機制

目前關于PDE抑制劑對胃腸動力的影響及其作用機制尚未完全闡明。 有研究[15]結果表明，PDE4抑制劑咯利普蘭(rolipram)通過增加細胞內的cGMP，以濃度依賴的方式抑制胃底縱肌和環肌肌條的收縮。Patil等[7]證實了一氧化氮(NO)-cGMP轉導通路參與了高劑量西地那非對胃腸道平滑肌的抑制作用。McDonough等[16]的體外實驗發現，各種PDE抑制劑如咯利普蘭、吡拉米司特、羅氟司特以及RS25344 等均可在小鼠急性胃潴留模型中延遲胃排空，且α2-腎上腺素受體信號在PDE4抑制劑誘導的小鼠胃輕癱中發揮重要作用。Kaneda等[9]的研究發現，IBMX、扎普司特通過濃度依賴的方式增加回腸縱行平滑肌細胞的cGMP含量，從而抑制回腸肌肉收縮，且此過程與細胞內鈣離子水平和對鈣離子敏感性降低有關，而Ro20-1724主要通過增加cAMP的濃度來抑制回腸收縮。Kato等[10]的研究發現，非選擇性NO合酶抑制劑可減弱西地那非對吲哚美辛誘導的小腸運動功能亢進的抑制作用，并伴隨神經元型NO合成酶受體表達抑制，提示西地那非通過NO-cGMP機制抑制吲哚美辛誘導的小腸運動功能亢進。Rehman等[11]的研究發現，羅氟司特具有止瀉和止痙攣的作用，可能是通過阻斷電壓門控鈣離子通道，使鈣離子濃度響應曲線向右偏移，抑制其最大峰值；此外，羅氟司特的此種作用與組織內cAMP水平升高有關。

三、PDE抑制劑與胃腸疾病

1. PDE抑制劑與腸易激綜合征(IBS)：IBS是一種功能性胃腸病，主要表現為腹部不適、疼痛以及慢性間隙性排便習慣和糞便性狀改變。胃腸動力學異常和內臟感覺異常是IBS重要的特征[17]。Fritz等[18]的研究發現，西地那非可通過增強NO-cGMP信號旁路降低直腸張力，但不改變直腸敏性。Barone等[19]的研究顯示，在壓力誘發的動物排便模型中，PDE4抑制劑咯利普蘭和羅氟司特均可顯著減少應激誘導的大、小鼠糞便排出量，提示PDE抑制劑對 IBS具有潛在治療作用。一項對IBS患者和健康志愿者進行的雙盲研究[20]發現，在服用西地那非后，IBS患者的直腸壓力-容積曲線明顯左移，直腸放松，但并未顯著改變其疼痛閾值。Sharman等[21]的研究顯示，葡聚糖硫酸鈉誘導的結腸炎小鼠結腸轉運能力減弱，糞便含水量增加，給予急性劑量的西地那非可使其結腸轉運和糞便含水量正常化，提示PDE抑制劑可能是治療便秘型IBS(IBS-C)和炎癥后IBS的有效方法；同時，西地那非可抑制洛哌丁胺引起的小鼠結腸轉運時間增加，但對小腸轉運無影響。Sedky等[22]的研究發現，在IBS-C動物模型中，PDE5抑制劑他達拉非(tadalafil)不僅可減少模型大鼠的腸道轉運時間，增加糞便顆粒和含水量，且可降低IBS-C大鼠的內臟超敏反應，減輕抑郁樣行為，這些作用可能與結腸組織中cGMP增加有關。

2. PDE抑制劑與炎癥性腸病(IBD)：IBD是一種腸道慢性疾病，以腸道炎癥和黏膜組織損傷為特征，包括潰瘍性結腸炎(UC)和克羅恩病(CD)[23]。阿普斯特(apremilast)是一種PDE4小分子抑制劑，可產生較高的細胞內cAMP濃度，降低IBD患者腸黏膜中促炎細胞因子釋放[24-25]。Kangawa等[26]的研究顯示，PDE3抑制劑西洛他唑(cilostazol)可通過抑制細胞炎性因子預防葡聚糖硫酸鈉誘導的結腸炎黏膜損傷，可能對IBD具有治療作用。Li等[27]的研究表明，阿普斯特通過干擾黏膜免疫對小鼠實驗性結腸炎發揮保護作用，揭示了PDE4作用于腸道炎癥中的病理機制；此外，阿普斯特不僅抑制結腸PDE4亞型表達，亦可激活PKA-CREB和Epac-Rap1通路，并抑制MAPK、NF-κB、PI3K-mTOR以及JAK-STAT-SOCS3信號激活。Danese等[28]進行了一項隨機、雙盲、安慰劑對照研究，發現阿普斯特30 mg治療的活動性UC患者在臨床癥狀、內鏡檢查、生物學標志物以及黏膜愈合方面均有明顯改善，說明PDE4抑制劑阿普斯特治療UC具備較好的有效性和安全性。

3. PDE抑制劑與結直腸癌：研究[29]表明，致癌基因KRAS可上調PDE4B的表達，且抑制PDE4的活性可誘導上皮細胞極性和結直腸癌細胞凋亡。該研究亦分析了公共數據集，發現與健康對照組相比，PDE4B在結腸直腸癌患者腫瘤樣本中的表達更高，且PDE4B mRNA表達增加與結直腸癌復發相關。Mahmood等[30]行功能性實驗表明，PDE4亞型在結直腸癌患者中表現出較低的活性，而qPCR分析顯示PDE4B亞型過表達，且PDE4B作為功能性的失調蛋白在結直腸癌患者的癌旁非癌組織中選擇性過表達。Pleiman等[31]的研究表明，PDE4B RNA在結腸腺瘤和鄰近的正常結腸組織中的表達均有所增加，且在鄰近正常組織中具有保護作用。Lapa等[32]和Nishi等[33]的研究結果亦證實PDE4B是KRAS的下游信號通路。Kim等[34]的研究表明，PDE4B是癌基因Myc的下游靶點，且PDE4B在結直腸癌模型中與cAMP介導的AKT/mTOR信號通路抑制有關。上述研究提示PDE4B抑制劑可在結直腸癌的治療中發揮重要作用，應積極尋求PDE4B的靶向性治療。

4. PDE抑制劑與其他相關疾病：腸缺血是一個嚴重的臨床問題，腸血流量中斷導致細胞損傷、腸壞死，患者死亡率高。因此，在缺血損傷前需預防性給予處理，減少腸缺血及其對器官的影響，亦可有效恢復腸缺血再灌注(intestinal ischaemia and reperfusion, I/R)的組織損傷。多項研究[35-38]表明，PDE在I/R中發揮重要作用。Souza等[35]研究了PDE4抑制劑咯利普蘭對大鼠I/R損傷后局部腸組織的影響，發現咯利普蘭可部分逆轉輕重度I/R模型中腸組織血管通透性、腸道出血以及腸促炎細胞因子的產生。Colak等[36]通過研究大鼠I/R模型檢測曲匹地爾對腸屏障功能的影響，發現曲匹地爾可通過抑制血栓素A2、脂質過氧化、促炎細胞因子以及前列環素阻止細菌移位，從而恢復腸屏障功能的完整性。一項對大鼠I/R后回腸功能和結構的研究[37]顯示，西地那非可預防I/R引起的大鼠回腸嚴重缺血損傷。此外，西地那非預處理不僅可消除乙酰膽堿對I/R后回腸組織的抑制作用，且可逆轉硫代巴比妥酸活性和髓過氧化物酶活性至正常水平。Moore等[38]的研究表明，缺血后使用西地那非并不能改善腸系膜灌注，但可抑制腸上皮損傷。上述研究提示，PDE抑制劑可能是治療I/R損傷的一種有效輔助療法。

四、結語

綜上所述，PDE抑制劑超家族的多樣性和復雜性為多種胃腸疾病的治療提供了新線索。雖然PDE抑制劑對相關疾病的具體作用機制尚未完全明確，目前對PDE抑制劑的研究多著重于其抗炎活性，但相關研究亦提供了一種新的探索方向，即為多靶點藥物設計提供重要依據。