郭子涵 趙 正 劉 曉 張曉偉 高艾英 劉春華#

山東第一醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院1(271000) 山東第一醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院2

山東第一醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科3 山東省泰安市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心4

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome, IBS)是臨床常見(jiàn)的功能性胃腸病，主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的腹痛、腹部不適和(或)伴排便習(xí)慣、糞便性狀改變，發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。主要機(jī)制可能包括內(nèi)臟高敏感性、腸道動(dòng)力異常等。胃腸神經(jīng)和平滑肌上多種離子通道的表達(dá)、構(gòu)型以及電流異?？赡芘cIBS病理生理表現(xiàn)相關(guān)。本文就離子通道與IBS發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。

一、電壓門(mén)控性鈉離子通道(voltage-gated sodium channels, VGSC)

鈉通道是第一個(gè)從分子水平確認(rèn)的離子通道，根據(jù)通道電壓調(diào)節(jié)的生理學(xué)特性和主要通過(guò)的離子(鈉離子)將其命名為VGSC[1]。VGSC由α和β亞基組成，根據(jù)編碼α亞基的基因分為不同亞型(Nav1.1～Nav1.9)。VGSC在神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏漠a(chǎn)生和傳遞以及細(xì)胞膜興奮性中起有重要作用，在內(nèi)臟疼痛中的作用越來(lái)越受到重視。VGSC在脊髓背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏漠a(chǎn)生和傳遞中發(fā)揮重要作用。根據(jù)VGSC對(duì)河豚毒素(tetrodotoxin, TTX)的敏感程度不同，將其分為兩類(lèi)，一類(lèi)可被較小濃度的TTX阻斷，稱(chēng)為“河豚毒素敏感型(TTX-sensitive, TTX-S)”；另一類(lèi)需較高濃度的TTX阻斷，稱(chēng)為“河豚毒素不敏感型(TTX-resistant, TTX-R)”。TTX-S中的Nav1.1和TTX-R中的Nav1.5、Nav1.8以及Nav1.9與整個(gè)身體疼痛閾值相關(guān)，亦可能與IBS慢性內(nèi)臟痛有關(guān)聯(lián)。

1. Nav1.1與內(nèi)臟高敏感：許多功能性胃腸病患者存在消化道運(yùn)動(dòng)紊亂，但30%～50%的患者無(wú)運(yùn)動(dòng)異常證據(jù)，卻表現(xiàn)出內(nèi)臟高敏感[2]。Nav1.1在人體中由SCN1A基因編碼，表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元胞體上。有研究發(fā)現(xiàn)了一種蜘蛛毒素(heteroscodra maculate, Hmla)可作用于Nav1.1而引發(fā)機(jī)械性痛覺(jué)過(guò)敏，提示該通道在IBS痛覺(jué)過(guò)敏中發(fā)揮特異性作用，其在機(jī)械敏感閾值較高的結(jié)腸平滑肌纖維亦有所表達(dá)。Hmla可顯著增加結(jié)腸背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的興奮性，上調(diào)Nav1.1通道功能。說(shuō)明Nav1.1在IBS中可能參與機(jī)械超敏反應(yīng)[3]。

2. Nav1.8 和Nav1.9與慢性內(nèi)臟疼痛：慢性內(nèi)臟疼痛的特征是機(jī)體對(duì)腸道運(yùn)動(dòng)和內(nèi)臟擴(kuò)張的敏感性提高。Nav1.8通道屬于TTX-R型通道，在人體中由SCN10A基因編碼，亦是疼痛治療的高選擇性靶點(diǎn)[4]。Hu等[5]的研究發(fā)現(xiàn)，在母嬰分離的內(nèi)臟高敏模型中，結(jié)腸背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元興奮性增強(qiáng)，膜片鉗表明TTX-R鈉電流明顯增強(qiáng)，且Nav1.8表達(dá)量明顯上調(diào)。

Nav1.9在人體中由SCN11A基因編碼，表達(dá)于C型背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元，能抑制內(nèi)臟傳入神經(jīng)的機(jī)械敏感性，是治療疼痛的有效靶點(diǎn)。Hockley等[6]發(fā)現(xiàn)，Nav1.9介導(dǎo)的持續(xù)性鈉電流在內(nèi)臟傳入神經(jīng)中發(fā)揮重要作用，參與炎性介質(zhì)和機(jī)械刺激介導(dǎo)的超敏反應(yīng)；Nav1.9在嚙齒動(dòng)物背根神經(jīng)節(jié)感覺(jué)神經(jīng)元的腸道中有表達(dá)，其缺失可顯著減輕內(nèi)臟傷害性感受器興奮和機(jī)械性超敏反應(yīng)。此外，Leipold等[7]提出，Nav1.9有助于胃腸道正常功能的維持。Hockley等[6]認(rèn)為Nav1.9可調(diào)節(jié)背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元和肌腸神經(jīng)元興奮性的閾值，因此推測(cè)Nav1.9是獨(dú)特的內(nèi)臟傳入興奮調(diào)節(jié)劑，能夠顯著影響內(nèi)臟疼痛的程度。

3. Nav1.5與IBS遺傳性：Nav1.5在人體中由SCN5A基因編碼。近年發(fā)現(xiàn)，某些編碼離子通道的基因突變時(shí)，可導(dǎo)致IBS的發(fā)生，如編碼Nav1.5的SCN5A基因，約2%的IBS患者伴隨該基因突變。SCN5A編碼的鈉通道在腸道Cajal間質(zhì)細(xì)胞(interstitial cells of Cajal, ICC)和平滑肌中表達(dá)。SCN5A突變的患者更易出現(xiàn)胃腸道癥狀，尤其是腹痛[8]。Saito等[9]發(fā)現(xiàn)，G298S-SCN5A錯(cuò)義突變可使IBS的全細(xì)胞鈉電流明顯降低，Nav1.5功能喪失，提示SCN5A是IBS機(jī)制的候選基因。

二、鉀離子通道

1. 電壓門(mén)控性鉀通道(voltage-gated potassium channels, Kv)與胃腸動(dòng)力：Kv的種類(lèi)諸多，部分可影響平滑肌收縮。其中Kv4、Kv11、Kv7、延遲整流鉀通道與IBS關(guān)系密切。

①Kv4通道：Kv4通道家族是一類(lèi)能夠快速失活、復(fù)活的鉀通道，其負(fù)載的電流被稱(chēng)為瞬時(shí)外向鉀電流。Kv4家族包括3個(gè)成員：Kv4.1、Kv4.2、Kv4.3。Kv4在人體中由KCND基因進(jìn)行編碼，高表達(dá)于人神經(jīng)元和平滑肌等細(xì)胞上。Kv4通道可調(diào)節(jié)慢波振幅和閾電位[10]。

②Kv11通道：Kv11通道家族有3個(gè)成員，即Kv11.1、Kv11.2、Kv11.3，分別由KCNH2、6、7基因編碼，分別定位于人染色體7q36、17q23.3以及2q24.3。Kv11通道在慢波上升時(shí)打開(kāi)，隨后迅速失活，在細(xì)胞膜初始復(fù)極時(shí)重新激活，隨后緩慢失活。食管、胃、空腸和結(jié)腸等不同胃腸段的平滑肌細(xì)胞中均有Kv11通道。免疫組化法發(fā)現(xiàn)空腸ICC中有Kv11.1通道，在空腸組織中亦記錄到可被e-4031(Kv11通道阻滯劑)抑制的電流；阻斷Kv11通道會(huì)增加慢波持續(xù)時(shí)間、降低慢波頻率，降低慢波平臺(tái)期動(dòng)作電位的數(shù)目和幅度；因此，Kv11通道不活躍，可減緩胃腸蠕動(dòng)、解除胃腸平滑肌痙攣、減輕機(jī)械性痛覺(jué)過(guò)敏、緩解IBS腹痛[11]。

③Kv7通道：KCNQ基因編碼的“慢延遲整流”通道家族有5個(gè)成員，存在于人類(lèi)1、8、11、20號(hào)染色體，在各個(gè)系統(tǒng)的平滑肌中均有表達(dá)。Kv7通道主要介導(dǎo)慢激活延遲整流電流(IKs)和毒蕈堿M受體介導(dǎo)的鉀電流(IM)，IKs電流參與心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的復(fù)極[12]。IM電流是一種抑制性鉀電流，可降低細(xì)胞興奮性和放電頻率。Kv7通道在平滑肌收縮中發(fā)揮重要作用，此通道的抑制或激活對(duì)胃腸道影響較大，與內(nèi)臟敏感性調(diào)節(jié)密切有關(guān)[13]。

④延遲整流鉀通道：胃腸道大部分延遲整流鉀電流由延遲整流的Kv1.2、Kv1.5和Kv2.2通道負(fù)載。Kv1.2、Kv1.5和Kv2.2分別由KCNA2、KCNA5、KCNB2基因編碼。上述數(shù)個(gè)通道蛋白在胃腸道多個(gè)區(qū)域均有表達(dá)，但在胃腸運(yùn)動(dòng)中的作用仍未明確。

2. 鈣激活鉀通道(KCa)：KCa屬于電壓門(mén)控鉀通道超家族，分為KCa1～KCa5，其中KCa1～KCa3被細(xì)胞內(nèi)增加的鈣離子激活，KCa4被細(xì)胞內(nèi)增加的鈉離子和氯離子激活，KCa5被細(xì)胞內(nèi)堿化作用激活。KCa1.1通道可被膜去極化激活(電壓依賴)，但隨著鈣離子增加可發(fā)生膜超極化[14]。在平滑肌細(xì)胞中，KCa在峰電位時(shí)被最大程度激活、參與復(fù)極化。KCa亦與腸道動(dòng)力有關(guān)。

①KCa1.1通道：KCa1.1通道在胃腸道各節(jié)段的平滑肌細(xì)胞和ICC中均有表達(dá)。研究[15-16]發(fā)現(xiàn)，KCa通道在胃竇和腸平滑肌中的功能有較大差異，且在平滑肌不同肌層中的差異亦較大。KCa1.1通道門(mén)控抑制劑伊比蝎毒素和北非蝎毒素不引起靜止的胃底平滑肌收縮，亦不影響結(jié)腸環(huán)肌細(xì)胞的靜息膜電位，然而可導(dǎo)致胃竇環(huán)肌細(xì)胞的靜息膜電位去極化，并誘導(dǎo)結(jié)腸縱肌細(xì)胞去極化和收縮。表明這些通道對(duì)調(diào)節(jié)靜息膜電位的作用因腸段和肌層而異。

②KCa2通道：KCa2通道中，KCa2.1和KCa 2.3在胃腸肌層表達(dá)，其中KCa2.1定位于腸道神經(jīng)元，KCa2.3定位于ICC。Suzuki等[16]采用選擇性KCa2抑制劑對(duì)豚鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，KCa2可被質(zhì)膜自發(fā)去極化激活，降低慢波和肌肉收縮幅度。

3. 內(nèi)向整流鉀通道(inward rectifyimg potassium channel, Kir)：Kir分為7個(gè)型15個(gè)亞型，進(jìn)一步可分為4個(gè)功能群：經(jīng)典通道、鉀通道、G蛋白門(mén)控通道、ATP敏感鉀通道(ATP sensitive potassium channel, KATP)。KATP可通過(guò)對(duì)硫化氫的調(diào)節(jié)，松弛小腸和結(jié)腸平滑肌、減緩腸道運(yùn)動(dòng)、緩解腹瀉癥狀[17]。

4. 雙孔鉀通道(two-pore domain potassium channel, K2p)：K2p通過(guò)多種膜電位開(kāi)放，其開(kāi)放概率受機(jī)械拉伸、溫度或神經(jīng)遞質(zhì)等影響。激活或抑制K2p通道會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜超極化或去極化，改變細(xì)胞的電活動(dòng)、調(diào)節(jié)細(xì)胞的鈣電導(dǎo)、影響神經(jīng)遞質(zhì)和激素釋放或平滑肌收縮[18]。

K2p通道是機(jī)械、熱和pH值敏感通道，其開(kāi)放概率隨機(jī)械拉伸程度和一氧化氮(NO)水平的增加而增加，對(duì)細(xì)胞外pH值敏感使其成為腸平滑肌穩(wěn)定和松弛的重要離子通道[19]。

三、鈣離子通道

1. L型電壓鈣通道：L型電壓鈣通道包含4個(gè)亞型，即 Cav1.1、Cav1.2、Cav1.3、Cav1.4。在大鼠結(jié)腸可見(jiàn)L型鈣通道Cav1.2、Cav1.3表達(dá)，主要分布于肌層，少量分布于黏膜和漿膜層[20]。研究[21]發(fā)現(xiàn)，腹瀉型IBS大鼠模型中，結(jié)腸L型鈣通道Cav1.2和Cav1.3表達(dá)不同程度的升高，Cav1.3表達(dá)明顯高于Cav1.2，提示發(fā)生了離子通道重構(gòu)，L型電壓鈣通道升高可能是結(jié)腸動(dòng)力紊亂的分子基礎(chǔ)。

2. T型電壓鈣通道：T型電壓鈣通道亞型分為Cav3.1、Cav3.2以及Cav3.3。Cav3.2在IBS中表達(dá)上調(diào)，參與內(nèi)臟超敏反應(yīng)，與IBS的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)[22]。

3. 瞬時(shí)感受器電位(transient receptor potential, TRP)離子通道家族：TRP超家族內(nèi)含有瞬時(shí)受體電位V型(TRPV)、瞬時(shí)受體電位A型(TRPA)、瞬時(shí)受體電位C型(TRPC)、瞬時(shí)受體電位M型(TRPM)、瞬時(shí)受體電位N型(TRPN)、瞬時(shí)受體電位L型(TRPL)和瞬時(shí)受體電位P型(TRPP) 7個(gè)亞家族。胃腸道中存在多種TRP通道，主要功能是激活、敏化或改變內(nèi)臟感受器。

①TRPV1通道：在所有TRP通道中，TRPV1的研究最為廣泛，且該通道在整個(gè)胃腸道中均存在[23]。TRPV1可被酸(pH<6)、熱(>42 ℃)和辣椒素激活。IBS患者對(duì)辣椒素的感知增強(qiáng)，可能由TRPV1通道激活所致，抑制此通道，可減輕內(nèi)臟痛覺(jué)過(guò)敏[24]。

②TRPV4通道：TRPV4通道在人結(jié)腸黏膜下層表達(dá)。該通道最初被稱(chēng)為香草酸受體相關(guān)滲透激活通道(vanilloid receptor-related osmotically activated channel, VR-OAC)，參與調(diào)節(jié)滲透壓變化[25]。TRPV4主要感知高閾值機(jī)械刺激。與野生型小鼠相比，TRPV4基因敲除小鼠對(duì)傷害性擴(kuò)張壓力的反應(yīng)減弱，提示TRPV4在內(nèi)臟超敏中發(fā)揮一定作用[26]。

③TRPA1通道：TRPA1是一種化學(xué)傳感器。研究[27-28]表明，TRPA1是內(nèi)臟痛覺(jué)過(guò)敏的重要介質(zhì)，在表達(dá)TRPV1的神經(jīng)元中亦伴有TRPA1表達(dá)。反復(fù)刺激和重復(fù)使用辣椒素可使TRPA1脫敏[29]。

④TRPM8通道：近年研究[30-31]發(fā)現(xiàn)，TRPM8多態(tài)性與結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)速度有關(guān)，可增加罹患混合型IBS的風(fēng)險(xiǎn)。IBS患者結(jié)腸組織中TRPM8表達(dá)顯著高于健康對(duì)照組。而TRPM8激活對(duì)結(jié)腸炎具有保護(hù)作用，TRPM8激活的保護(hù)作用與降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)有關(guān)，CGRP與TRPM8共同定位于結(jié)腸[32]。 TRPM8的抗炎作用可能與相關(guān)神經(jīng)肽的釋放受到抑制有關(guān)[33]。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，IBS是多因素、多離子通道共同作用的疾病。諸多離子通道與內(nèi)臟高敏感有關(guān)，離子通道異常可能參與了IBS的病理生理機(jī)制。逐步闡明離子通道的作用機(jī)制，有望為IBS的治療提供新靶點(diǎn)。