Cajal间质细胞与胃肠道疾病

周英豪(综述)，吉 敏，李成林※(审校)

(1.安徽医科大学解放军306临床学院，合肥 230032;2.解放军第306医院普通外科，北京 100101)

Cajal间质细胞与胃肠道疾病

周英豪1△(综述)，吉 敏2，李成林2※(审校)

(1.安徽医科大学解放军306临床学院，合肥 230032;2.解放军第306医院普通外科，北京 100101)

Cajal间质细胞(ICC)是胃肠道的起搏细胞，具有产生自发电信号、传导慢波电位、调节神经递质等功能。其形态数量的改变与多种胃肠道疾病相关，如贲门失弛缓症(AC)、胃食管反流(GERD)、术后胃瘫等。胃肠疾病中ICC的变化通常表现为数量减少或缺失，细胞突触变短，其形成的神经网络结构减少。胃肠疾病的发生部位、程度与ICC分布及数量关系密切，ICC为胃肠疾病的早期诊断、治疗带来了新的理念。

Cajal间质细胞;起搏细胞;c-kit;胃肠疾病

Cajal间质细胞(interstitial cells of Cajal，ICC)是一类主要存在于消化系统的特殊细胞。1893年，西班牙神经解剖学家Cajal首先在消化道肌层发现，并对此类细胞进行了描述。现已证实，ICC是胃肠道的起搏细胞，不但具有产生自发性电信号的功能，并且可以传导慢波信号，参与神经递质的调节。ICC形态、数量的改变与多种胃肠道疾病相关，近几年来已成为胃肠道动力学研究的热点。现就ICC形态、功能及相关胃肠疾病的研究进展进行综述。

1 形态学

ICC在光镜下具有如下特点：细胞呈星形或纺锤形，胞核大，呈圆形或椭圆形，细胞质较少;有细胞突起，自胞质向不同方向发出2～5条长突起，并相互交织形成网络;胞体和突起与神经纤维关系密切［1］。Torihashi等［2］在 电 镜 下 观 察ICC的超微结构，其电镜下形态特点为：胞质和突起内含有大量细胞器，有包膜小凹，滑面内质网较为丰富，粗面内质网较少，高尔基体发育较好，胞质中含有大量的线粒体、中间丝，含有微量的微丝、微管，少量的游离核糖体。免疫荧光法观察显示ICC呈条带样分布，数量多，连续且均匀。

2 鉴别分类

ICC形态与其他细胞较为相似，不易识别。早期由于缺少特异性的标志物，主要通过使用甲基蓝、碘化锌-锇酸染色、玫瑰红123(rhodamin123)、嗜银染色，黄递酶等组织化学染色方法来鉴别观察ICC，但这些方法缺乏特异性，在很大程度上限制了对ICC的研究。ICC的基因表达产物c-kit的发现可能是ICC生理学方面最重要的进展之一。c-kit位于5号染色体的W位点上，是原癌基因，编码位于质膜上的kit受体(酪氨酸激酶生长因子受体)，几乎所有的ICC都表达c-kit［3］。kit受体的标志物或c-kit mRNA已经成为研究ICC的有效工具，特别是c-kit免疫组织化学染色技术的运用，加深了人们对ICC的认识。c-kit免疫组织化学染色具有高度特异性，在胃肠道，c-kit抗体仅作用于ICC和肥大细胞，而肥大细胞主要分布于黏膜层及黏膜下层，并且胞体呈圆形，无突触，与ICC在位置和形态上均有明显差异，并且占有率低于8%，对ICC的观察研究无明显影响。利用共聚焦显微镜能够清晰显示被抗kit抗体标记的ICC网络，将全部胃肠道的ICC标记出来。

根据ICC形态及功能的特征，目前仍将其分为四种基本类型：①肌内ICC(intramuscular ICC，ICC-IM)，位于环形肌和纵行肌肌束内。肠道运动神经末梢与ICC-IM紧密相连，并且传递神经信号，升高或降低肠道活动的兴奋性;②肌间ICC(myenteric ICC，ICC-MY)，位于环形肌和纵行肌之间，能自主产生慢波电位;③深部ICC(deep muscular ICC，ICC-DMP)，位于环形肌内具有介导神经信号转导的作用;④黏膜下ICC(submucosal ICC，ICC-SM)，位于黏膜与环形肌之间。

3 功能与机制

ICC的主要功能为：自主产生慢波电位，控制胃肠道平滑肌的收缩;传播肠道活动的电信号;ICC还具有调节介导神经递质的作用。

3.1 胃肠起搏 1982年Thuneberg提出了ICC具有产生和传导胃肠道自主节律电活动的功能。目前众多研究均证实了Thuneberg的观点。Yanagida等［4］通过对胃肠道的神经电生理研究表明，胃肠道起搏电位的去极化波形起源与ICC所形成的网状结构密切相关，去除该结构后起搏电位的产生与传递均发生障碍。有学者从小鼠胃部分离出新鲜的ICC样细胞，采用膜片钳技术观察其生理特征，结果显示：在平滑肌上记录不到自发内向电流，而在相同条件下ICC样细胞上可以记录到自发、节律的内向电流［5］。现已证实，产生胃肠道起搏电位的主要是ICC-MY，Lammers等［6］研究表明ICC-IM能促进胃肠道慢波电位产生。通过对ICC的电生理研究发现，起搏电位与电压依赖性的L型Ca2+通道和三磷酸肌醇(inositol 1，4，5-triphosphate，IP3)受体启动的依赖 Ca2+激活的Cl-通道有关。近年来，Sha等［7］研究发现，ICC所释放的一氧化碳也是胃肠道起搏电位梯度产生的重要因素。

3.2 传导慢波电位 ICC不但是起搏细胞，并且是其慢波电位的传播者。ICC-IM、ICC-DMP主要存在于胃肠道平滑肌内，是慢波电位传导系统主要构成者。ICC发出的突触相互交联，形成一个多分支的神经样网络，并与胃肠道平滑肌形成缝隙连接。胃肠道平滑肌不具备电传导特性，无法传导电信号。起源于ICC-MY的慢波沿着ICC-IM、ICC-DMP形成的神经样网络传导，最终通过缝隙连接将慢波信号转导至整个胃肠道平滑肌系统，使胃肠道产生节律性收缩。

3.3 调节介导神经信号传递 Iino等［8］研究发现ICC胞膜上有多种神经递质受体，包括血管活性肠肽、一氧化氮、P物质等，是胃肠活动电信号传递至平滑肌的介质。有研究表明，ICC-DMP有氮能神经及胆碱能神经分布。胃肠道神经元释放神经递质，与ICC表面的递质受体相结合，ICC通过缝隙连接介导神经信号传递至胃肠道平滑肌细胞，使之去极化或超极化，从而产生兴奋或抑制效果。

4 与胃肠道动力疾病

现有研究显示，细菌、病毒、神经毒素等多种因素引起ICC损伤，导致肠道异常慢波电位产生，引发多种胃肠道动力紊乱性疾病。同时一些学者也研究发现，在一些胃肠道疾病中，伴有ICC数量、分布及结构的改变。这些结果均表明，ICC与胃肠动力疾病之间有着密切的因果联系。

4.1 贲门失弛缓症 是食管动力障碍性疾病，主要特征为食管缺乏蠕动，食管下端括约肌(lower esophageal sphincter，LES)高压及对吞咽动作的松弛反应减弱［9］。早期认为其与LES内抑制性神经递质血管活性肠肽减少有关，现研究发现，贲门失弛缓症患者LES内ICC数量发生改变，Villanacci等［10］采用免疫组化技术，对12例贲门失弛缓症患者的食管标本进行研究，发现疾病组的标本中ICC较对照组明显减少。有学者用电镜观察贲门失弛缓症患者食管ICC显示其形态也发生改变，线粒体及滑面内质网均有明显减少。

4.2 胃食管反流 主要以反酸和烧灼感为典型症状。胃食管反流患者LES的ICC数量减少，研究表明在W/Wv大鼠(缺乏ICC)LES压力与正常大鼠相比较明显降低，胆碱能受体及氮能受体也较正常大鼠降低，这些均与胃食管反流的发生机制有关。也有报道称胃食管反流患者由于下段消化道损伤，产生炎性反应，其炎性因子对ICC产生损伤，促使ICC数量进一步降低［11］，这可能也加速了胃食管反流病程进展。

4.3 术后胃瘫 是一种以术后胃排空障碍为主要特征的疾病，病因复杂，治疗效果较差，发病机制目前尚不明确［12］。最新研究显示，胃瘫的形成与神经损伤(特别是产生一氧化氮的神经元及迷走神经损伤)、平滑肌功能障碍、ICC缺失相关［13］。有学者对术后胃瘫患者研究显示胃内ICC数量减少，特别是位于胃窦部的ICC-MY。ICC-MY的主要功能是发出慢波电位，其数量的降低直接导致了胃电生理信号紊乱，产生排空障碍。

4.4 幼儿肥大性幽门狭窄 是一组以胃肠道排空延迟及幽门括约肌增生肥大为特征的疾病。其发病机制尚不明确，研究表明幼儿肥大性幽门狭窄发生与ICC相关的肽能受体及一氧化氮相关的肠道神经元缺失有关;有报道称在幼儿肥大性幽门狭窄的患者增生的括约肌内神经型一氧化氮合酶含量降低［14］。通过电镜观察及免疫组织化学技术发现，过度增生的幽门括约肌内ICC数量减少甚至缺失，其构成的神经样网络结构也被破坏，并且ICC与胃肠道平滑肌之间的缝隙连接也发生改变［11］。

4.5 胃肠道间质细胞瘤 胃肠道间质细胞瘤60%～70%发生于胃部，目前已发现大部分胃肠道间质细胞瘤患者有原癌基因c-kit突变，因而可以不依赖配体干细胞因子(stem cell factor，SCF)自动磷酸化。通过对胃肠道间质细胞瘤患者肿瘤标本基因突变的检测显示，c-kit基因11号外显子为最常见的突变位点，并且一半以上的突变集中在5'端的第550～560密码子附近;9号外显子的第502和503个密码子及13号外显子的第642个密码子也发生突变［15］。有报道称c-kit突变表达阳性的胃肠道间质细胞瘤患者预后较阴性组差，目前认为其与ICC所表达的c-kit受体(CD117)及CD34受体密切相关。酪氨酸激酶抑制剂格列卫(甲磺酸伊马替尼)，已被广泛应用于胃肠道间质瘤的临床治疗。

4.6 糖尿病胃肠动力障碍 胃肠动力减弱是糖尿病最常见并发症之一，以便秘、腹泻、胃轻瘫为主要临床表现。ICC作为胃肠道的起搏细胞，产生并传导慢波电位，与糖尿病胃肠动力减弱有密切联系。研究表明，糖尿病胃肠动力障碍患者肠道ICC数量明显降低［16］。体外高糖培养的ICC与正常组相比较显示，ICC细胞变圆，突起变短，与周围细胞的网络连接减少［17］。也有学者认为，ICC的改变主要由于胰岛素及胰岛素样生长因子1表达低下所致，而非高糖单一因素［18］。

4.7 慢性传输型便秘 慢性传输型便秘占便秘的16%～40%［19］，主要表现为结肠的收缩力减弱及排空速度减慢，运动功能发生障碍。临床治疗效果较差，易反复，需长期口服泻药以缓解症状。目前研究显示该病患者乙状结肠内ICC数量显著降低，体积减小，并且其形成的神经样网络结构也变少。Aguchi等［20］研究表明，ICC减少及分布的改变是慢性传输型便秘患者肠道运动功能障碍产生的重要原因。有学者对慢性传输型便秘患者的活体样本组织进行观察显示，回肠中ICC数量减少不明显，乙状结肠中ICC数量显著降低，并且其c-kit mRNA基因及其表达的酪氨酸蛋白激酶受体(CD117)量也明显减少［21］。

4.8 慢性假性肠梗阻 临床具有反复发作的肠梗阻表现，但无肠内外机械性肠梗阻因素存在。一般认为慢性假性肠梗阻(chronic intestinal pseudo-obstruction，CIPO)是肠道的肌源性或神经源性或内分泌控制失常而引起的一种肠道动力障碍。研究发现，成人及婴幼儿CIPO患者肠道ICC数量均减少或缺失［22-23］，ICC改变可能是CIPO的病因之一。Amiot等［22］运用常规病理观察及免疫组化技术对CIPO患者肠道标本进行研究发现，48%的CIPO患者ICC及其细胞表达蛋白CD117(c-kit)数量减少或缺失。

4.9 先天性巨结肠 又称为肠管无神经节细胞症，由于直肠或结肠远端的肠管持续痉挛，粪便淤积，使肠管扩张，变肥厚。是婴幼儿肠道梗阻的常见病因，在新生儿胃肠道畸形中居第2位，研究表明，先天性巨结肠患者正常节段肠管ICC表达正常，而无神经节细胞的病变肠管ICC数量明显减少。通过抗c-kit的免疫荧光染色技术，对先天性巨结肠患者的病变肠管进行病理生理学观察研究发现，病变肠管c-kit表达阳性的ICC数量明显减少，特别是位于环形肌和纵行肌内的ICC-IM及位于黏膜下的ICC-SM减少最为显著，由ICC-MY所构成的神经样网络结构也发生改变并断裂［24-26］。同时研究还发现肌细胞连接蛋白43在无神经节细胞的病变肠管中表达极低［25］，而其在平滑肌细胞与ICC的缝隙连接中具有重要作用，其低表达状态直接影响到肠道慢波信号的转导。也有学者认为，病变肠道中被激活的巨噬细胞及细菌毒素作用，破坏了肠道内的ICC及其所构建的网络结构。

5 展望

随着对ICC研究的不断深入，人们知道ICC在胃肠动力疾病中发挥重要作用，并且现对ICC的研究已拓展到其他领域，如泌尿系统、脉管系统、内分泌系统等。然而，目前仍有许多问题尚待解决，如ICC起搏电位的离子通道机制及是否能进行人工调控，众多由ICC引起的胃肠疾病的发病机制，ICC损伤后如何修复，ICC缺失后可否行替代疗法等，这些都期待对ICC的进一步研究。

综上所述，目前人们对ICC形态功能上有了一定了解，其数量、形态、分布密度的改变，会导致一系列的胃肠功能紊乱性疾病。一些疾病的发生机制到目前为止尚不明确，仍需深入研究，并尽可能将研究结果运用于临床早期诊断及治疗，以提高胃肠动力疾病的治疗效果。

［1］Hagger R，Finlayson C，Jeffrey I，et al.Role of the interstitial cells of Cajal in the control of gut motility［J］.Br J Surg，1997，84(4)：445-450.

［2］Torihashi S，Fujimoto T，Trost C，et al.Calcium oscillation linked to pacemaking of interstitial cells of Cajal：requirement of calcium influx and localization of TRP4 in caveolae［J］.J Biol Chem，2002，277(21)：19191-19197.

［3］Vannucchi MG.Receptors in interstitial cells of Cajal：identification and possible physiological roles［J］.Microsc Res Tech，1999，47(5)：325-335.

［4］Yanagida H，Yanase H，Sanders KM，et al.Intestinal surgical resection disrupts electrical rhythmicity，neural responses，and interstitial cell networks［J］.Gastroenterology，2004，127(6)：1748-1759.

［5］赵鹏，韩燕飞，黄旭，等.新鲜分离小鼠胃Cajal间质细胞样细胞的鉴定及电生理学特征［J］.生物物理学报，2008，24(4)：277-281.

［6］Lammers WJ，Stephen B.Origin and propagation of individual slow waves along the intact feline small intestine［J］.Exp Physiol，2008，93(3)：334-346.

［7］Sha L，Farrugia G，Harmsen WS，et al.Membrane potential gradient is carbon monoxide-dependent in mouse and human small intestine［J］.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2007，293(2)：G438-G445.

［8］Iino S，Horiguchi K.Interstitial cells of cajal are involved in neurotransmission in the gastrointestinal tract［J］.Acta Histochem Cytochem，2006，39(6)：145-153.

［9］Negreanu LM，Assor P，Mateescu B，et al.Interstitial cells of Cajal in the gut—a gastroenterologist's point of view［J］.World J Gastroenterol，2008，14(41)：6285-6288.

［10］Villanacci V，Annese V，Cuttitta A，et al.An immunohistochemical study of the myenteric plexus in idiopathic achalasia［J］.J Clin Gastroenterol，2010，44(6)：407-410.

［11］Mostafa RM，Moustafa YM，Hamdy H.Interstitial cells of Cajal，the Maestro in health and disease［J］.World J Gastroenterol，2010，16(26)：3239-3248.

［12］Abell TL，Malinowski S，Minocha A.Nutrition aspects of gastroparesis and therapies for drug-refractory patients［J］.Nutr Clin Pract，2006，21(1)：23-33.

［13］Vittal H，Farrugia G，Gomez G，et al.Mechanisms of disease：the pathological basis of gastroparesis—a review of experimental and clinical studies［J］.Nat Clin Pract Gastroenterol Hepatol，2007，4(6)：336-346.

［14］Ibba-Manneschi L，Pacini S，Corsani L，et al.Interstitital cells of Cajal in the human stomach：distribution and relationship with enteric innervation［J］.Histol Histopathol，2004，19(4)：1153-1164.

［15］杜春燕，师英强，周烨，等.胃肠道间质瘤 c-kit及PDGFRA基因突变及其临床意义［J］.中华胃肠外科杂志，2008，11(4)：371-375.

［16］Yamamoto T，Watabe K，Nakahara M，et al.Disturbed gastrointestinal motility and decreased interstitial cells of Cajal in diabetic db/db mice［J］.J Gastroenterol Hepatol，2008，23(4)：660-667.

［17］高显奎，余跃，杨琰，等.高糖对体外培养的 Cajal间质细胞P2X7嘌呤能受体表达的影响［J］.世界华人消化杂志，2010，18(12)：1211-1216.

［18］Horváth VJ，Vittal H，Ordög T.Reduced insulin and IGF-I signaling，not hyperglycemia，underlies the diabetes-associated depletion of interstitial cells of Cajal in themurine stomach［J］.Diabetes，2005，54(5)：1528-1533.

［19］汪兴伟，刘海峰，房殿春，等.大黄对慢传输型便秘大鼠结肠肌电影响的实验研究［J］.消化外科，2005，4(2)：108-112.

［20］Taguchi T，Suita S，Masumoto K，et al.Universal distribution of ckit-positive cells in different types of Hirschsprung's disease［J］.Pediatr Surg Int，2003，19(4)：273-279.

［21］Breuer C，Oh J，Molderings GJ，et al.Therapy-refractory gastrointestinal motility disorder in a child with c-kit mutations［J］.World J Gastroenterol，2010，16(34)：4363-4366.

［22］Amiot A，Cazals-Hatem D，Joly F，et al.The role of immunohistochemistry in idiopathic chronic intestinal pseudoobstruction(CIPO)：a case-control study［J］.Am J Surg Pathol，2009，33(5)：749-758.

［23］Struijs MC，Diamond IR，Pencharz PB，et al.Absence of the interstitial cells of Cajal in a child with chronic pseudoobstruction［J］.J Pediatr Surg，2008，43(12)：e25-e29.

［24］Anatol T，Mohammed W，Rao C.Interstitial cells of Cajal and intestinal function in Trinidadian children［J］.West Indian Med J，2008，57(4)：393-397.

［25］Yang Y，Hou Y，Zhao X，et al.Distribution of connexin 43 and interstitial cells of Cajal in bowels of children with Hirschsprung's disease［J］.Zhongguo Dang Dai Er Ke Za Zhi，2009，11(3)：213-216.

［26］Wang H，Zhang Y，Liu W，et al.Interstitial cells of Cajal reduce in number in recto-sigmoid Hirschsprung's disease and total colonic aganglionosis［J］.Neurosci Lett，2009，451(3)：208-211.

Interstitial Cells of Cajal and Gastrointestinal Diseases

ZHOU Ying-hao1，JI Min2，LI Cheng-lin2.(1.Affiliated Clinical Faculty of306Hospital of PLA，Anhui Medical University，Hefei230032，China;2.Department of General Surgery，306Hospital of PLA，Beijing100101，China)

Interstitial cells of Cajal(ICC)are the pacemaker cells of gastrointestinal tract，which not only generate and transmit spontaneous electrical slow waves，but also play a significant role in adjusting neurotransmitter.The alterations of ICC in number and morphosis are related to many gastrointestinal diseases，such as achalasia of cardia(AC)，gastroesophageal reflux disease(GERD)，postoperative gastroparesis.The changes of ICC often present as ICC number reduction or loss，a shorter cell synapse，and decreased neural-networks.The occurring position and degree of gastrointestinal diseases are closely associated with the number of ICC and its distribution.ICC has brought along new ideas for early diagnosis and therapy for gastrointestinal diseases.

Interstitial cells of Cajal;Pacemaker cell;c-kit;Gastrointestinal disease

R57

A

1006-2084(2012)13-1998-04

book=0,ebook=222

2011-12-26

2012-02-12 编辑：潘雪