靳 遠(yuǎn)，曹 靖,張 潛，李云慶

1)遵義醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室 貴州遵義563006 2)鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室 鄭州 450001 3)空軍軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)教研室暨梁銶琚腦研究中心 西安 710032

腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system,ENS)由位于胃腸壁內(nèi)的神經(jīng)元及膠質(zhì)細(xì)胞組成，在參與胃腸道局部反射、維持消化系統(tǒng)功能等方面發(fā)揮著重要作用。與軀體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)只接受中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)的調(diào)控不同，腸壁內(nèi)支配腸肌運(yùn)動(dòng)的ENS接受內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)神經(jīng)和CNS的雙重調(diào)控[1]。既往研究[2]認(rèn)為支配腸道運(yùn)動(dòng)的外源性纖維包括來自交感神經(jīng)的去甲腎上腺素(norepinephrine,NE)能節(jié)后纖維和來自副交感神經(jīng)的膽堿能節(jié)前纖維，而腸壁內(nèi)支配腸道運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元均為膽堿能副交感節(jié)后神經(jīng)元。近年來，兒茶酚胺(catecholamine,CA)類物質(zhì)在ENS中的重要作用逐漸引起了人們的關(guān)注。本文擬針對CA類物質(zhì)在ENS中的分布及功能予以綜述，為闡明其在胃腸道功能紊亂相關(guān)疾病中的作用提供線索。

1 ENS概述

ENS是位于胃腸壁內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其不僅受交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的調(diào)控，還可以單獨(dú)發(fā)揮作用，因此ENS亦被稱作“第二大腦”[3-4]。根據(jù)在腸壁內(nèi)的位置，ENS主要分為兩部分：位于縱形肌和環(huán)形肌之間的肌間神經(jīng)叢和位于黏膜下層的黏膜下神經(jīng)叢。肌間神經(jīng)叢通過感知腸壁內(nèi)牽拉、膨脹等刺激來調(diào)控腸管的運(yùn)動(dòng)；黏膜下神經(jīng)叢通過感知腸腔內(nèi)各種刺激，調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞的分泌、吸收及電解質(zhì)代謝。人類ENS包含2億～6億個(gè)神經(jīng)元，相當(dāng)于整個(gè)脊髓所含神經(jīng)元的總數(shù)，正是依賴于龐大的神經(jīng)元總數(shù)，ENS在胃腸運(yùn)動(dòng)和分泌活動(dòng)的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[5]。

腸神經(jīng)元根據(jù)形態(tài)學(xué)特點(diǎn)主要分為Dogiel Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型[6]。其中Dogiel Ⅰ型神經(jīng)元胞體形態(tài)多呈星形，由一個(gè)較長的軸突和多個(gè)較短的、不規(guī)則的樹突構(gòu)成；是肌間神經(jīng)叢內(nèi)數(shù)量最多的神經(jīng)元，在黏膜下神經(jīng)叢內(nèi)數(shù)量較少，與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元或中間神經(jīng)元的功能類似。Dogiel Ⅱ型神經(jīng)元胞體呈星形、梭形或角狀，表面較光滑，具有一個(gè)細(xì)長的軸突和大量細(xì)長的樹突，軸突和樹突不易分辨，樹突可延伸到黏膜下神經(jīng)叢；多被認(rèn)為是感覺神經(jīng)元，不僅可以接受胃腸道感覺神經(jīng)纖維的傳入，還可接受其他神經(jīng)元的傳入。Dogiel Ⅲ型神經(jīng)元是由一條軸突和多條中等長度的樹突構(gòu)成的多極神經(jīng)元，樹突較細(xì)，軸突穿過多個(gè)神經(jīng)節(jié)，終止部位不詳，目前認(rèn)為其沒有明確的功能[2]。

根據(jù)神經(jīng)末稍釋放遞質(zhì)的不同，ENS中外源性纖維主要釋放NE和乙酰膽堿(acetylcholine,ACh)。ENS中內(nèi)源性的神經(jīng)遞質(zhì)主要有5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、一氧化氮(nitric oxide,NO)、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)、神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y,NPY)等[7-8]。在消化道復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide,VIP)、P物質(zhì)(substance P,SP)、腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)、降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)等物質(zhì)。釋放這些神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)元統(tǒng)稱為非腎上腺素能非膽堿能神經(jīng)元(nonadrenergic noncholinergic neurons,NANC)[9]。

從功能上，ENS中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元分為興奮性和抑制性神經(jīng)元。興奮性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元釋放促進(jìn)平滑肌收縮和黏膜腺體分泌的遞質(zhì)，如ACh和SP。其中ACh 能神經(jīng)元是種系發(fā)生過程中最早出現(xiàn)的神經(jīng)元，也是ENS內(nèi)數(shù)目最多的神經(jīng)元。ACh與M受體結(jié)合可使平滑肌細(xì)胞膜去極化，產(chǎn)生興奮性接頭電位，促進(jìn)平滑肌的收縮[10]。SP廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織中，呈現(xiàn)出復(fù)雜的生理效應(yīng)。有研究[11]報(bào)道腸肌間神經(jīng)叢和黏膜下神經(jīng)叢中存在大量 SP陽性神經(jīng)元，這些神經(jīng)元可通過釋放神經(jīng)肽直接引起平滑肌收縮，或者促使腸壁中的膽堿能神經(jīng)元釋放ACh，從而引起平滑肌收縮[11]。抑制性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元釋放抑制平滑肌收縮的神經(jīng)遞質(zhì)，如NO和VIP。其中NO是介導(dǎo)平滑肌松弛的重要抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，當(dāng)NO含量減少時(shí)，胃腸運(yùn)動(dòng)加快，反之胃腸運(yùn)動(dòng)減慢[12-13]。VIP是另一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，其主要通過神經(jīng)分泌的方式作用于周圍的平滑肌，使平滑肌細(xì)胞膜超極化，從而發(fā)揮抑制作用[14]。此外，VIP在神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)相互作用中的研究也受到越來越多的關(guān)注，有學(xué)者[15]觀察到其在機(jī)體局部黏膜免疫中發(fā)揮了一定的作用。腸興奮性和抑制性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元相互協(xié)調(diào)共同維持腸肌運(yùn)動(dòng)的平衡。

2 CA類神經(jīng)元的分布及CA的代謝

CA是一類含有兒茶酚和胺基的神經(jīng)活性物質(zhì)，主要包括腎上腺素(epinephrine,E)、NE和多巴胺(dopamine,DA)，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的重要神經(jīng)遞質(zhì)，腦中CA能神經(jīng)元、交感神經(jīng)節(jié)后神經(jīng)元以及腎上腺髓質(zhì)嗜鉻細(xì)胞均能合成CA[16]。由于血腦屏障可以阻止外周血中的CA進(jìn)入腦內(nèi)，故腦內(nèi)CA和外周CA為兩個(gè)相對獨(dú)立的系統(tǒng)。正常情況下腦內(nèi)CA以DA為主，約占CA總量的50%，主要分布在黑質(zhì)-紋狀體系統(tǒng)以及下丘腦；NE含量較少，主要分布在腦干藍(lán)斑及其附近的核團(tuán)；E含量最少，僅為NE的5%～15%，主要分布于下丘腦、紋狀體、嗅區(qū)和腦干[17]。

CA的合成以酪氨酸為原料，經(jīng)過羥化、脫羧依次轉(zhuǎn)化為DA、NE和E，其形成和儲(chǔ)存均位于囊泡內(nèi)。酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase,TH)是合成DA的限速酶，多巴胺-β-羥化酶(dopamine beta hydroxylase,DBH)是合成NE的限速酶，因此也常用這兩種酶來代表不同的CA能神經(jīng)元[18]。

3 ENS中的CA類物質(zhì)

神經(jīng)嵴是起源于神經(jīng)管表面的一種暫態(tài)胚胎結(jié)構(gòu)，在它們出現(xiàn)后不久，神經(jīng)嵴細(xì)胞即向體內(nèi)各處遷移并分化成多種類型的細(xì)胞。ENS由胚胎時(shí)期的迷走神經(jīng)和骶髓節(jié)段的神經(jīng)嵴細(xì)胞沿腸壁移行、分化而成[19-21]。既往研究[22]表明，在大鼠胚胎早期ENS的發(fā)育過程中，肌間神經(jīng)叢部分細(xì)胞一過性表達(dá)CA類物質(zhì)(transient catecholaminergic,TC)，被稱為TC細(xì)胞[21]。Mash-1(mammalian achaete-scute homologue-1 )基因是哺乳動(dòng)物早期神經(jīng)分化發(fā)育的關(guān)鍵基因。TC細(xì)胞在個(gè)體發(fā)育早期出現(xiàn)，發(fā)育和存活依賴于Mash-1基因的表達(dá)，在胚胎晚期消失，在成人的腸道中也未檢測到TC類細(xì)胞[23]。研究[19]表明在小鼠中這些TC細(xì)胞表達(dá)NE，而在大鼠中這類細(xì)胞表達(dá)DA，但有關(guān)TC細(xì)胞一過性表達(dá)CA的具體機(jī)制尚不清楚。亦有研究[20]表明TC細(xì)胞可能是構(gòu)成成年大鼠腸壁的神經(jīng)元的前體細(xì)胞，在發(fā)育后期分化成不同類型的神經(jīng)元，如膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(choline acetyltransferase,ChAT)、生長抑素(somatostatin,SOM)、CGRP以及VIP陽性神經(jīng)元。

3.1 ENS中的DA既往研究[24]表明成年動(dòng)物的腸神經(jīng)叢中存在TH陽性結(jié)構(gòu)，但其功能尚不明確。切斷外源性交感纖維之后，胃腸道中TH陽性纖維明顯減少，因此認(rèn)為在胃腸道中，TH主要代表外源性NE能的交感神經(jīng)纖維[25]。但是亦有研究表明胃腸道中可能存在內(nèi)源性DA能神經(jīng)元。目前已有研究[21]報(bào)道在不同的物種(如小鼠、豚鼠、大鼠、雪貂、人等)的腸肌間神經(jīng)叢中有數(shù)量不等的TH陽性神經(jīng)元，TH和多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白免疫熒光雙染結(jié)果提示TH陽性神經(jīng)元多為DA能神經(jīng)元，且這些DA能神經(jīng)元在ENS發(fā)育中出現(xiàn)較晚，多在圍生期產(chǎn)生，且其產(chǎn)生不依賴于 Mash-1基因的表達(dá)。

Wakabayashi等[26]認(rèn)為TH陽性神經(jīng)纖維遍布于人體整個(gè)消化道的肌間神經(jīng)叢及黏膜下神經(jīng)叢，在小腸和結(jié)腸中最豐富，且大多分布在TH陽性或陰性神經(jīng)元胞體及小動(dòng)脈周圍，TH陽性神經(jīng)元的胞體遍布于整個(gè)消化道。在成年人中，TH陽性神經(jīng)元約占上消化道腸神經(jīng)元的20%，主要分布在食管下段的肌間神經(jīng)叢和回腸的黏膜下神經(jīng)叢；在胎兒中，TH陽性神經(jīng)元分布于食管、胃和十二指腸的肌間神經(jīng)叢，以及十二指腸的黏膜下神經(jīng)叢。在消化道的各個(gè)區(qū)域，TH陽性神經(jīng)元的大小和形狀差異很大。在食管的肌間神經(jīng)叢，大部分細(xì)胞胞質(zhì)豐富，呈圓形或卵圓形，?？梢奣H陽性細(xì)胞突起從胞體向外延伸。黏膜下神經(jīng)叢中TH陽性神經(jīng)元形態(tài)基本一致，胞質(zhì)小而呈橢圓形。

在腸道中DA可調(diào)節(jié)小腸平滑肌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。Kirschstein等[27]認(rèn)為外源性DA對小鼠小腸不同區(qū)域平滑肌的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)具有雙相作用，即早期收縮和遲發(fā)性松弛。當(dāng)外源性DA作用于腸道時(shí)，由于其作用于十二指腸(近端)D1和D2受體的時(shí)相早于其作用于空、回腸(遠(yuǎn)端)E受體的時(shí)相，故DA誘發(fā)的早期收縮多見于十二指腸，早期收縮幅度表現(xiàn)出明顯的區(qū)域依賴性(十二指腸>空腸>回腸)，并且早期收縮效應(yīng)可被D1和D2受體拮抗劑SCH23390、雷氯必利阻斷，提示在近端DA主要通過作用于多巴胺D1和D2受體引起早期收縮。相反，DA誘導(dǎo)的遲發(fā)性松弛在回腸和空腸具有一定的規(guī)律，但在十二指腸較少，遲發(fā)性松弛的幅度表現(xiàn)為區(qū)域依賴性(回腸>空腸>十二指腸)，且效應(yīng)可被E受體拮抗劑普萘洛爾和哌唑嗪抑制，提示在遠(yuǎn)端DA可通過作用于E受體引起遲發(fā)性松弛。

在ENS中，外源性交感神經(jīng)通過E受體減少膽堿能神經(jīng)末梢釋放ACh從而發(fā)揮抑制作用[28]。腸道中特定的DA受體可分為五類，D2受體是ENS中內(nèi)源性DA的主要受體。內(nèi)源性DA通過作用于D2受體，減少ACh的釋放，從而抑制腸運(yùn)動(dòng)[29]。既往研究[27]表明內(nèi)源性DA能神經(jīng)元釋放DA和外源性交感神經(jīng)末梢釋放NE在ENS中的凈效應(yīng)可能相似，即內(nèi)源性的NE和DA均可通過相應(yīng)受體觸發(fā)黏膜下神經(jīng)元產(chǎn)生抑制性突觸后電位(inhibitory postsynaptic potential,IPSP)，減少興奮性膽堿能神經(jīng)釋放ACh。亦有研究[30]表明內(nèi)源性DA能神經(jīng)興奮可能有助于代償外源性交感神經(jīng)支配的缺失，而外源性去交感神經(jīng)支配可以增加腸道中芳香氨基酸脫羧酶含量，推測交感神經(jīng)對含有這種酶的胺處理神經(jīng)元具有一定的抑制作用。但是在腸管中，外源性交感神經(jīng)和內(nèi)源性DA能神經(jīng)的相互作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

3.2 ENS中的NE交感和副交感神經(jīng)通過釋放NE和ACh共同調(diào)控腸道運(yùn)動(dòng)。作為抑制腸道運(yùn)動(dòng)的主要神經(jīng)遞質(zhì)，既往研究[31]在腸壁內(nèi)僅觀察到NE能纖維終末，未見NE能神經(jīng)元。有研究者[21]應(yīng)用RT-PCR技術(shù)在小鼠回腸中檢測到NE能神經(jīng)元標(biāo)志物Dbh mRNA。但是，一些研究者[32]認(rèn)為ENS中的Dbh基因僅在發(fā)育早期表達(dá)，在成年期不表達(dá)；此外，亦有研究[33]表明ENS中檢測到的Dbh基因表達(dá)產(chǎn)物可能是沿外源性交感神經(jīng)節(jié)后纖維經(jīng)軸突轉(zhuǎn)運(yùn)而來。最近，瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院Marklund Ulrika團(tuán)隊(duì)[34]采用單細(xì)胞RNA測序方法將小鼠的腸肌間神經(jīng)叢神經(jīng)元定義為12個(gè)亞群，可分為興奮性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、抑制性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、中間神經(jīng)元和內(nèi)在初級傳入神經(jīng)元等4個(gè)大類，同時(shí)檢測出表達(dá)Dbh基因的細(xì)胞，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這群細(xì)胞也可表達(dá)ChAT、VIP、NPY、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)等基因，但是關(guān)于這群細(xì)胞的具體類型目前尚不清楚。

椎前神經(jīng)節(jié)中的節(jié)后交感神經(jīng)元支配腸肌間神經(jīng)叢和黏膜下神經(jīng)叢。在肌間神經(jīng)叢中，主要通過減少突觸前神經(jīng)元ACh的釋放來抑制腸運(yùn)動(dòng);在黏膜下神經(jīng)叢中，主要通過突觸傳遞抑制分泌神經(jīng)元，從而保持水分和電解質(zhì)平衡[18]。此外，腸道中交感神經(jīng)還可能參與調(diào)節(jié)胃腸道炎癥和免疫反應(yīng)[35]。截至目前，仍然缺乏對腸道中內(nèi)源性NE能神經(jīng)元的功能研究。

SOM存在于支配腸的NE能神經(jīng)纖維亞群中[36]。豚鼠腹腔腸系膜神經(jīng)節(jié)中的NE能神經(jīng)元可分為3個(gè)亞群，分別為表達(dá)SOM的NE能神經(jīng)元(NE/SOM neuron)，表達(dá)抑制性神經(jīng)遞質(zhì)NPY的NE能神經(jīng)元(NE/NPY neuron),以及尚未發(fā)現(xiàn)含有神經(jīng)肽或其他識(shí)別物質(zhì)的NE能神經(jīng)元(NE/-neuron)[36]。這3個(gè)亞群神經(jīng)元在腸壁中的靶細(xì)胞及功能亦不盡相同，其中NE/SOM neuron神經(jīng)纖維終末的主要靶細(xì)胞是黏膜下神經(jīng)膠質(zhì)和黏膜，主要參與調(diào)節(jié)黏膜功能；NE/NPY neuron神經(jīng)纖維終末的主要靶細(xì)胞是腸血管，參與腸道血流的調(diào)控；而NE/-neuron神經(jīng)纖維的主要靶細(xì)胞是腸肌間神經(jīng)叢，主要參與腸道平滑肌運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)[37]。

3.3 ENS中的E在CNS中，E能神經(jīng)元主要分布在腦干延髓處，在維持機(jī)體應(yīng)激反應(yīng)及調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)境方面發(fā)揮重要作用。在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中，E能神經(jīng)元主要分布在交感神經(jīng)節(jié)中，參與內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)。E是一種單胺類物質(zhì)，由E能神經(jīng)末梢的胞漿攝取血中酪氨酸，先后經(jīng)TH、DBH生成NE后經(jīng)甲基化修飾而成并儲(chǔ)存于囊泡中。當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)到達(dá)神經(jīng)末梢時(shí)，囊泡膜與突觸前膜接觸并發(fā)生融合，以胞裂外排的形式釋放E到突觸間隙后，激動(dòng)突觸后膜上相應(yīng)的受體產(chǎn)生一系列生理效應(yīng)[38]。

既往研究[39]發(fā)現(xiàn)手術(shù)切斷交感神經(jīng)節(jié)后纖維可導(dǎo)致胃、小腸和結(jié)腸的E能纖維末梢消失，提示這些部位的E能纖維均來自腸壁外的交感神經(jīng)節(jié)。但是Furness等[40]卻在豚鼠近端結(jié)腸肌間神經(jīng)叢中觀察到內(nèi)源性E能神經(jīng)元；在近端結(jié)腸肌間神經(jīng)叢內(nèi)，約75%的神經(jīng)節(jié)含有E能細(xì)胞，E能神經(jīng)元所占比例為1%～2%；阻斷腸外神經(jīng)通路后，近端結(jié)腸肌間神經(jīng)叢內(nèi)約60%的E能末梢在去神經(jīng)支配后仍可保留；故認(rèn)為E能纖維終末的輕微減少可能由術(shù)中動(dòng)脈血流阻塞引起暫時(shí)性缺氧所致；提示ENS內(nèi)可能存在內(nèi)源性E能神經(jīng)元。

3.4 ENS中的CA類物質(zhì)與腸道微生物腸道微生物在調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要作用，其亦可通過腸-腦軸影響ENS和CNS的功能。研究[41-42]表明腸道微生物可能通過調(diào)控多種神經(jīng)遞質(zhì)的表達(dá)發(fā)揮作用，如影響DA、NE、5-HT、GABA等的表達(dá)及功能等。

體外研究[43-45]表明，多種CA類物質(zhì)可以影響腸道微生物的生長，如DA和NE可引起致病性大腸桿菌生長速度加快，NE還可增強(qiáng)其運(yùn)動(dòng)性、生物被膜形成能力以及致病性，NE還可引起肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌、陰溝腸桿菌等多種致病菌快速、過度生長。此外，研究人員[46]還發(fā)現(xiàn)在體外多種細(xì)菌可以產(chǎn)生DA和NE，但尚未明確這些微生物是否可以在體調(diào)節(jié)NE或DA的表達(dá)。有研究[47]觀察到無菌小鼠盲腸的腸腔以及腸壁中NE水平下降，且借助菌群移植可以改善該現(xiàn)象，提示腸道微生物可以影響NE的表達(dá)，但尚不確定細(xì)菌是直接產(chǎn)生NE，還是通過影響宿主間接影響NE的表達(dá)。

4 小結(jié)與展望

ENS中3種CA類物質(zhì)的分布不同，它們可能通過腸肌間神經(jīng)叢直接調(diào)節(jié)腸肌運(yùn)動(dòng)，也可能通過作用于興奮性神經(jīng)元間接發(fā)揮作用，也可能通過ENS中不同類型的中間神經(jīng)元相互作用發(fā)揮調(diào)控功能，其調(diào)控腸道運(yùn)動(dòng)的具體方式目前尚不十分清楚。揭示CA類神經(jīng)元在ENS中的化學(xué)神經(jīng)解剖學(xué)性質(zhì)及其功能特征有助于豐富我們對ENS的認(rèn)識(shí)。隨著生命科學(xué)研究技術(shù)的日趨成熟，這方面的研究必將為預(yù)防和治療胃腸道功能紊亂相關(guān)疾病提供重要的指導(dǎo)意義。