束縛-浸水應激致大鼠胃黏膜損傷的神經機制*

王雨晴 宮圣男 艾洪濱 趙東芹

山東師范大學生命科學學院(250014)

應激(stress)是指內環境的穩定被內部或外部傷害性刺激所擾亂的狀態，胃腸是對應激作出反應的主要器官[1-2]。應激性胃黏膜損傷(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，是創傷后最常見的內臟并發癥之一。束縛-浸水應激(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)的復合應激模型，能在數小時內導致胃功能紊亂、胃黏膜損傷等功能性胃腸道疾病[3-4]。在導致SGML的生理機制中，胃運動功能亢進(胃運動幅度、胃運動指數增大)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應激性胃潰瘍的發生具有促進作用。這些生理機制受到外周和中樞神經控制。胃腸道神經控制可分為四個基本的組織層次：第一層是腸神經系統(enteric nervous system, ENS)；第二層是椎前交感神經節(prevertebral sympathetic ganglia)；第三層是進入消化道的交感神經和副交感神經信號起源的初級中樞系統腦干(brainstem)；第四層是為第三層綜合功能提供信息輸入的高級中樞神經(如下丘腦)和最高級中樞(如大腦皮質)[5-6]。國內外眾多學者采用基礎生理學、電生理學、免疫細胞化學、藥理學等多種方法，從神經遞質/調質、受體、激動劑、阻斷劑等多角度探討SGML發生的神經機制[7-8]。本文就RWIS致胃功能紊亂的神經調控機制研究作一綜述。

一、ENS與SGML

關于RWIS致胃腸功能紊亂的外周神經(第一層和第二層)，許多學者提出了假設并初步達成共識[9-11]。ENS是由位于胃腸道壁內的神經元、神經遞質、腸膠質細胞等組成的網狀結構系統。ENS神經元相互連接形成具有與腦和脊髓類似的獨立神經系統，控制和調節胃腸道平滑肌、黏膜上皮和血管效應系統。這些神經控制不依賴中樞，具有高度自主性。ENS運動神經元可分為興奮性和抑制性兩類：興奮性神經元分泌乙酰膽堿和P物質，抑制性神經元釋放ATP、血管活性腸肽、垂體腺苷酸激活肽、一氧化氮等神經遞質。

有研究[12]發現RWIS導致大鼠血漿皮質酮、促腎上腺皮質激素含量升高，且隨著應激時間的延長而遞增。說明RWIS過程中下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA軸)活動加強。預先切斷膈肌下迷走神經或給予阿托品可顯著減輕RWIS誘導的胃黏膜損傷，甚至不發生損傷，但預先切除垂體、腎上腺或給予酚芐明(腎上腺素能α-受體阻斷劑)對RWIS引起的胃黏膜損傷幾乎無影響，對RWIS狀態下胃運動功能亢進、胃酸分泌增多亦無影響，說明HPA軸在RWIS誘導的胃黏膜損傷中并不起主要作用，RWIS誘發胃功能紊亂的外周神經機制主要由副交感活動加強所致[13]。

二、延髓胃腸中樞與SGML

副交感控制在胃功能的神經調控中占有優勢地位。支配胃腸道的副交感神經源自延髓迷走背核(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，最后區位于NTS背內側，三者相互之間存在纖維聯系，神經解剖學上將這三者合稱為延髓迷走復合體。延髓迷走復合體和NA是調控胃功能的初級中樞。

祝建平[14]的研究通過損毀單側或雙側DMV、NTS，發現RWIS大鼠胃黏膜損傷程度較對照組顯著減輕，尤其是雙側DMV、NTS損毀組，說明ENS-延髓胃腸中樞-ENS環路的完整是正確調控胃功能的結構基礎。Zhang等[11]發現，不同應激時間(30、60、120、180 min)RWIS大鼠的延髓迷走復合體和NA中均可見不同程度c-Fos表達，其中在DMV中的表達最強。初步揭示大鼠在RWIS過程中調控胃腸功能的初級中樞內各核團活動的時-空規律，也進一步證實了RWIS致胃功能紊亂主要是由副交感神經活動加強所致。延髓與胃腸之間存在一個神經環路，即延髓胃腸中樞-胃腸壁神經叢環路，大鼠處于RWIS狀態時，胃腸活動信息→迷走傳入神經→NTS→DMV/NA，DMV/NA將延髓的傳出信息→迷走傳出神經→胃腸壁神經叢，引起胃運動亢進、胃酸分泌增多、胃黏液分泌減少，最終導致胃黏膜損傷，同時結腸排糞便增多。

多項研究[15-22]對RWIS狀態下延髓胃腸中樞活動的神經遞質/調質類型進行分析，發現P物質、乙酰膽堿、兒茶酚胺、精氨酸加壓素Ⅰ型b亞型受體、催產素受體、腦啡肽、一氧化氮、硫化氫等神經遞質/調質均參與了RWIS致胃功能紊亂的調控，認為DMV中段和NA內膽堿能神經元的過度活動是RWIS致胃功能紊亂的初級中樞機制之一。

但當電刺激或化學刺激NA、DMV、NTS導致神經元興奮時，胃運動均被明顯抑制，說明NA、DMV、NTS三個核團的興奮對胃運動起有抑制作用[23-24]。與Zhang等[11]的RWIS大鼠NA、DMV、NTS三個核團內c-Fos表達顯著增強的結果相矛盾。推測RWIS過程中，高位中樞(如下丘腦前部)的活動解除了延髓內臟中樞對胃的抑制作用，從而導致胃運動亢進、胃酸分泌增多，但結論有待進一步研究證實。

三、丘腦前部與SGML

RWIS不同應激時間(30、60、120、180 min)大鼠下丘腦視上核c-Fos表達最強，其次是室旁核[11]，因此下丘腦視上核、室旁核的過度活動可能是應激性胃腸功能紊亂的高位中樞機制之一。下丘腦視上核、室旁核屬于下丘腦前部，而下丘腦前部在調控內臟功能方面起副交感中樞的作用，進一步證實了應激性胃腸功能紊亂的神經機制主要是副交感神經系統活動加強所致。

Lu等[25]的研究發現，電刺激或化學刺激(注射L-Glu)視上核可促進胃酸的分泌。下丘腦中的P物質、兒茶酚胺、精氨酸加壓素、催產素、腦啡肽等神經遞質/調質均不同程度地參與了RWIS的調控[15,18-19,21]。

四、前額葉與SGML

前額皮質是哺乳動物最高級別的聯合皮層，在許多腦的高級功能中起關鍵作用。研究發現，除DMV、NTS、NA、視上核、室旁核外，RWIS大鼠前額葉的邊緣前皮質(prelimbic cortex, PL)和邊緣下皮質(infralimbic cortex, IL)內的c-Fos陽性表達亦較高[26]。祝建平[27]比較了假手術組、雙側PL損毀組、雙側IL損毀組、雙側PL和IL同時損毀組清醒大鼠RWIS 4 h過程中的胃運動情況，發現假手術組大鼠胃運動顯著亢進，雙側IL損毀組和雙側PL和IL同時損毀組大鼠的胃運動平均幅度、胃運動指數以及收縮分數均受到明顯抑制，但雙側PL損毀組大鼠胃運動平均幅度、胃運動指數并無明顯變化，說明IL的損毀對RWIS所致的胃運動亢進有抑制作用。李穎[26]發現RWIS 1 h組大鼠PL和IL的突觸素(synaptophysin, SYN)、突觸蛋白Ⅰ(synapsin Ⅰ)表達較對照組顯著增多，表明在應激狀態下這2個部位的突觸可塑性發生了變化。上述研究結果說明內側前額皮質尤其是IL參與RWIS致胃功能紊亂的調控。馬英杰[28]發現RWIS 4 h組大鼠內側前額皮質內單位長度樹突棘數量、單位面積突觸數量較對照組均顯著減少，差異表達蛋白組學分析發現NDRG1蛋白、NYAP2蛋白在應激中可能參與了機體的保護機制，Rho-GDI信號通路的抑制和整合素信號通路的激活可能在神經元損傷修復以及突觸重塑過程中發揮重要功能。

五、杏仁復合體與SGML

杏仁復合體是邊緣系統中重要的皮質下核團，與前額葉、海馬、下丘腦、迷走復合體均有復雜的相互纖維聯系[29]，參與調節情緒、情感以及與情感刺激相關的內臟活動，其重要組成核團中央杏仁核被認為是維持胃黏膜完整性的關鍵結構之一[30]。不同應激時間(30、60、120、180 min)后，中央杏仁核c-Fos表達顯著增強，僅次于下丘腦前部[12]。電刺激內側中央杏仁核(CEM)和外側中央杏仁核(CEL)分別會興奮和抑制胃運動[31]。與束縛應激僅導致CEL神經元放電活動加強不同，RWIS引起CEL和CEM的神經元放電活動均增強[32]。在RWIS致胃腸功能紊亂中，杏仁復合體可能扮演與下丘腦類似的角色，其神經元活動可解除延髓胃腸中樞對胃腸的抑制作用，但尚有待進一步研究。

六、丘腦與SGML

前額皮質的c-Fos、SYN、突觸蛋白I參與RWIS反應。但有研究向前額皮質的PL和IL注射L-Glu或進行電刺激，胃運動均不受明顯影響，說明RWIS信號需通過其他核團傳入前額皮質[27]。向前額皮質內微量注射HRP，室旁核、視上核中均未見被標記的神經元胞體，而在丘腦背內側核(mediodorsal thalamic nucleus, MD)可見被標記的神經元胞體，提示MD可發出纖維至前額皮質，而室旁核、視上核無此功能。

MD是丘腦內側核群中最大的亞核，是唯一與前額皮質有相互纖維聯系的丘腦核團。李穎[26]發現RWIS大鼠MD的c-Fos陽性表達較對照組顯著加強，RWIS 1 h組SYN、突觸蛋白I表達較對照組顯著增多，說明MD參與RWIS過程。MD與前額皮質、下丘腦、腦干均有著復雜的傳出和傳入纖維聯系，形成眾多神經環路[33]。趙東芹等[34]關于MD的細胞構筑特點、神經遞質和受體類型及其主要生理功能的研究指出，MD作為丘腦較高級的中繼核，形成皮質-丘腦-皮質回路，是重要的內臟與軀體活動的整合部位。Gong等[35]采用同位素相對標記與絕對定量(iTRAQ)技術對RWIS 4 h大鼠和對照組MD內差異表達蛋白組學進行分析，發現糖原合成酶激酶3β(GSK3β)可能與RWIS引起應激性胃潰瘍的中樞機制有關。

七、總結與展望

總之，大鼠RWIS致胃功能紊亂的神經機制并非由傳統觀念認為的交感神經-腎上腺髓質系統和HPA軸的活動加強所致，主要由副交感神經系統活動加強導致。

關于信號分子，如P物質對胃功能的影響是雙重的。因此部分信號分子對胃功能的影響僅具有促進或抑制作用，有待進一步研究明確

腦內的核團相互聯系，共同組成一張內部的信息網進行協同或拮抗，但同一核團對非正常狀態下胃功能的影響可能并非是單方面的興奮或抑制作用。正常生理狀態下，向大鼠MD注射L-Glu對胃運動和胃酸分泌無明顯影響[33]；電刺激單側PL或IL后，胃運動和胃酸分泌量均無明顯變化[36]；向PL和IL內微量注射L-Glu，對大鼠的胃運動、胃酸分泌均無明顯影響[27]。上述研究結果提示正常生理狀態下內側前額皮質、MD對胃功能紊亂并無直接調控作用。RWIS誘發內側前額皮質和MD活動加強的機制有待進一步研究。MD經皮質-丘腦通路接受前額皮質(可能是IL)的高級神經活動信息，與來自皮質下結構(如下丘腦、延髓)的信息進行整合，并將整合后的信息經丘腦-皮質通路反饋至內側前額皮質[37]；同時IL與中央杏仁核間亦存在雙向纖維聯系，前額皮質的最終相關整合信息通過CEM直接或間接反饋于延髓胃腸中樞，進而誘發胃功能紊亂。這是一條復雜的神經環路，突觸可塑性可維持神經環路的穩定，腦在處理應激時，可通過突觸結構或功能的可塑性改變來適應內外環境的變化。在這條環路中，各環節突觸可塑性的變化、起關鍵作用的因子及其調控通路等問題，均有待進一步深入研究。

應激的時間不同，核團c-Fos表達不同，且下丘腦視上核、室旁核、視交叉上核、中央杏仁核、內側前額皮質等部位均有不同程度的表達，故RWIS導致SGML時，各核團活動的時-空關系仍需要進一步研究。

在臨床研究中，SGML尚未發現明確有效的最佳治療手段[38]，而有關組學的分析可能為尋找神經系統分子靶點提供新的思路。