环氧化酶在肠道运动功能障碍中的作用

田亚汀 张玉平 田小菲 乔海霞 王小荣

(河北北方学院基础医学院法医系，河北 张家口 075000)

环氧化酶(COX)又称前列腺素(PG)H2合酶、前列腺素内过氧化物合成酶(PTGS)，它是花生四烯酸合成前列腺素类物质(PGs)的关键性限速酶。COX有2种异构酶，其中COX-1为结构型，而COX-2为诱导型。COX及其产物参与机体的肿瘤新生、血压调节、炎症反应、凝血平衡等多种生理和病理过程。本文综述COX在机体生理及病理状态下肠道运动过程中的作用。

1 COX的生物学效应

生理和多种病理状态下，磷脂酶A2催化细胞膜磷脂水解产生花生四烯酸。花生四烯酸转化为PGG2，进而在COX催化下转化为PGH2。PGH2是一种非常不稳定的PG中间体，在相应合酶的催化下迅速转化成多种 PGs，包括:PGD2、PGE2、PGF2α、PGI2及血栓素 A2(TXA2)〔1〕。COX 包括两种亚型，COX-1和-2。两个亚型基本蛋白结构相似、参与相同的催化反应，但大量研究表明COX-1似乎主要介导体内的“管家基因”效应，而COX-2在炎症、应激、缺血、肿瘤新生等状态下诱导性表达〔2，3〕。

PGs是20碳不饱和脂肪酸，存在于人体各种组织内，它不仅在炎症时发挥重要作用，而且还调控许多重要生命活动，如凝血、排卵、分娩、骨骼新陈代谢、神经生长发育、创伤修复、肾脏功能、血管张力、免疫应激等。PGs多样的生理及病理生理学效应是由自身的化学性质及其不同的作用受体来实现的。不同的PGs有其特异性的作用受体，PGD2作用于D前列腺素(DP)受体、PGE2作用于E前列腺素(EP)受体、PGF2作用于F前列腺素(FP)受体、PGI2作用于I前列腺素(IP)受体而TXA2作用于T前列腺素(TP)受体。EP受体根据其不同的生物学效应和受体后信号转导过程又有4种亚型:EP1、EP2、EP3和EP4。尽管这些受体及其亚型由不同基因编码而且结构差别也很大，但都是G蛋白耦联受体〔4〕。从受体后信号转导来看，DP、EP2、EP4和IP受体激活后，细胞内cAMP水平上升，引起平滑肌收缩等生物学效应;而FP和TP受体活化后，伴随着Ca2+动员，平滑肌舒张等生物学效应。研究还发现，EP3还包括几种不同的亚亚型，因此作用于EP3受体可引起细胞内cAMP增加或降低，或细胞内Ca2+水平升高，但通常表现出对平滑肌的收缩效应〔1〕。

2 COX与病理状态下肠运动功能的关系

2.1 COX与术后肠运动障碍 肠梗阻是腹部外科手术最常见的并发症之一，导致病人住院治疗时间延长并增加额外经济负担。手术操作是术后肠梗阻的主要原因，尽管已经清楚术后特定的时间内发生不同的病理过程，但手术导致的机械性活动损伤在很大程度上仍不明了。术后肠梗阻病人的病理生理改变包括:交感神经反射抑制、非肾上腺素能非胆碱能神经通路的激活、抑制性体液因子释放、术后药物效应及肠肌层的局部炎症反应。最近的研究中，肠外肌层炎细胞浸润为特征的组织内炎症反应在肠运动功能障碍中的作用愈发受到重视〔5，6〕。而且研究发现，炎症刺激可诱导巨噬细胞、淋巴细胞和神经细胞表达COX-2〔7～11〕，因此有理由相信，其催化产生的前列腺素类物质对肠道动力发挥影响〔12〕。

Schwarz等〔10〕研究发现，小肠手术操作可导致空肠肌层内某些神经元亚群、新浸润而来的单核细胞以及定居巨噬细胞COX-2的表达上调和PGE2释放增加;并且，这些改变伴随着空肠平滑肌收缩活性显著降低。这种情况下，应用COX-2抑制剂双脱氧尿苷(DFU)可显著降低PGE2的产生，改善肠道平滑肌的收缩功能。进一步的实验还发现，肠道手术操作对COX-2基因敲除小鼠的小肠运动活性无明显影响。这一研究支持了COX-2催化产生的PGs在术后肠梗阻的发生过程中起着决定性作用。Türel等〔13〕研究发现，大肠手术操作后尽管也出现结肠内COX-2表达增加，环形平滑肌收缩活性降低，但是给予DFU后并不能使其改善。随后，在全肠道手术操作引起的肠运动障碍大鼠模型上发现，COX-2抑制剂对肠运动的改善效应也仅发生在小肠段。这些结果表明，在术后肠梗阻的发生上，COX-2/PGs途径的活化可能主要发生在小肠段。

Kalff等〔14〕收集各种疾病(除外感染性疾病)的肠切除术中手术早期和晚期的小肠标本，检测环形肌中COX-2的表达，并进行相应的功能试验。结果发现，腹部手术后COX-2的表达显著增加，使用DFU抑制COX-2活性可明显改善小肠环形平滑肌的自主收缩活性。因此肯定，腹部肠道手术操作活化的COX-2参与了人体内肠运动功能障碍的发生。

在体研究同样支持COX-2参与术后肠运动功能障碍的发生。Josephs等〔15〕研究发现，术前给予COX-2抑制剂NS-398可以防止标准腹部手术和肠道操作后30 min到6 h各个时间点出现的肠道转运延迟。随后，Schwarz等〔10〕对大鼠研究也发现，小肠手术操作会引起平滑肌COX-2表达增加及胃肠通过功能下降，给予DFU后，其胃肠通过实验结果趋向正常。这些结果显示，手术操作诱导的COX-2表达是术后肠运动功能障碍发生的一个关键性步骤。

同时，也有COX-1参与肠道术后肠运动功能改变的证据。Korolkiewicz等〔16〕对不同手术操作对小肠运输功能影响的研究发现，单纯的皮肤切口手术不会影响大鼠的小肠运输功能，开腹手术或者开腹手术联合肠道操作才会导致小肠运输功能显著降低。选择性和非选择性COX-2抑制剂都能够改善开腹手术中肠道操作引起的肠道运输功能减退，而选择性COX-2抑制剂仅能改善单纯开腹手术引起的肠运动功能障碍。根据这些发现推测，腹部外科手术过程的不同操作可能活化COX不同亚型，影响肠道的运动功能。而且，可能开腹手术诱导COX-2的表达，肠道操作可以增加COX-1产生PGs，进而负性影响肠道的运动功能。但是这些数据有待更充分的实验数据证实。

Pihl等〔17〕的研究中，通过对开腹手术大鼠监测十二指肠腔内压力评价其运动活性，发现术后十二指肠自发性收缩活性显著下降，COX-2抑制剂罗非昔布和帕瑞考昔能够明显使其改善;而COX-1抑制剂SC-560却没有这种效应。这一结果提示，在十二指肠，也与小肠末端一样，COX-2对大鼠术后肠运动异常起着重要的作用。因此推测:COX-2抑制剂可以治疗术后肠运动功能障碍。Sim等〔18〕采用随机、双盲并设立安慰剂对照的方法观察了40例结肠切除患者在术前和术后使用COX-2抑制剂对肠道运动功能的影响。通常患者术后出现肠鸣音、肠蠕动、排气及进食最长需要5 d。而围术期给予伐地昔布40 mg的患者吗啡用量明显降低，并且上述终点事件明显改善。这些结果显示，COX-2抑制剂具有改善肠运动功能的作用。

总之，尽管还缺乏更坚实的临床证据，但目前的结果表明，COX-2参与了术后肠运动功能障碍的发生，运用COX-2抑制剂可为术后肠运动功能障碍的治疗打开一片新视野。

2.2 COX在机械性肠梗阻中的作用 肠道肿瘤、术后粘连以及憩室炎症等多种病理状态下，经常会出现消化道的机械性梗阻。一旦出现梗阻之后，肠内容物和气体积聚，肠腔内压力增高，进而导致近端肠管过度扩张。随后出现肠运动功能障碍，平滑肌层肥厚。临床上表现出腹胀、呕吐、腹部绞痛、便秘等症状，甚至肠道衰竭〔19〕。Shi等〔2〕报道COX-2参与了梗阻后肠运动功能障碍的发生。结肠不完全机械性肠梗阻大鼠模型上发现，梗阻近端扩张的肠环行平滑肌收缩活性显著降低，同时发现COX-2 mRNA和蛋白的表达显著上调。体外肠平滑肌条和培养平滑肌细胞在拉伸实验中也出现了COX-2的表达升高;并且应用COX-2选择性抑制剂NS-398可恢复肠平滑肌条和培养平滑肌细胞的收缩性。而且，COX-2基因缺陷小鼠梗阻后肠运动功能降低的程度显著减弱。随后的实验中发现〔3〕，COX-2的过度表达引起梗阻后肠运动功能障碍的发生主要是通过PGE2实现的。大量产生的PGE2进而通过EP2和EP3受体负性调节肠道的运动功能。给予动物NS-398可以预防和治疗机械性肠梗阻大鼠的肠运动功能障碍。但是，免疫组化染色的结果显示，机械性梗阻诱导的COX-2表达主要集中在肠道平滑肌细胞内〔2〕，这有别于在手术操作、炎症、缺血/再灌注损伤状态下COX-2表达于上皮细胞、巨噬细胞、浸润白细胞和肠神经元的情况。这些结果表明，COX-2/PGE2是导致梗阻后肠运动障碍的重要机制，聚焦COX-2/PGE2途径以及相关的信号转导过程可能会找到更好地调控肠道运动功能的新靶点。

2.3 COX在炎性肠病中的作用 溃疡性结肠炎和Crohn病是2种最典型的炎症性肠病(IBD)，IBD的发病机制仍不清楚，但其发病因素可能与肠道黏膜免疫不恰当的慢性激活有关，临床表现以肠道运动功能异常为其主要特征。动物模型和人类疾病的研究都表明，肠道运输功能以及平滑肌收缩活性的改变与各种炎症状态的干扰有关。炎性肠病时，肠神经系统发生一系列改变，包括:形态，递质含量和功能状态;此外，肠平滑肌细胞受体、离子通道、收缩蛋白也出现某些变化。目前认为上述改变是炎性肠病导致肠运动功能障碍的主要原因。有证据表明，COX的表达增加或活化参与了IBD相关的神经运动功能障碍的发生、发展〔20〕。Roberts等〔21〕发现，IBD 患者手术切除的结肠标本肠肌层神经元细胞中COX-2表达增加。因此推测，其催化生成的前列腺素类物质，通过对炎症状态下神经传递的调节影响肠道的运动模式。

Linden等〔22〕在三硝基苯磺酸(TNBS)诱发的豚鼠结肠炎动物模型上发现，结肠炎后结肠神经肌肉层中COX-2的表达显著强，PGE2、TXA2、白三烯(LT)B4释放增加，并伴随推进功能显著降低和肌间神经丛兴奋性增强。给予COX-2抑制剂DFU后，结肠炎动物的结肠推进功能和肠神经兴奋性恢复正常。但给予COX-1抑制剂SC-560几乎无改善效应。因此推测，COX-2的激活是肠道炎症时神经肌肉功能障碍中的一个重要事件。大量的研究也发现，肠道炎症相关的消化运动功能障碍在炎症消散后的很长的一段时间内将顽固存在，即炎症后肠道易激综合征〔23〕。

Krauter等〔24〕研究发现TNBS结肠炎豚鼠在炎症消散后肠肌层神经元活性和结肠推进能力改变仍持续存在，并且与早期结肠炎反应十分相似。这种状态下，从给予TNBS后的第50天开始连续4 d使用选择性COX-2抑制剂DFU治疗，并未对炎症后肠运动功能障碍产生任何影响。此外，结肠组织PG水平与未发炎症部位组织相似，并不受DFU影响。因此推断，肠运动功能改变在结肠炎的活跃期可能是COX-2依赖性的，一旦启动后则不需要由COX-2/PG来维持了。

通过上述研究，推测COX-2抑制剂可作为治疗肠道炎症时肠运动障碍的代表性药物，但考虑到炎症时肠黏膜COX-2表达增加是肠黏膜修复的重要决定因素〔25〕，COX-2抑制剂对肠道炎症有消极作用，即使用COX-2抑制剂可能损伤肠道黏膜而影响其修复，但这些都是有争议的，有待更深入的研究。

2.4 COX在内毒素休克中的作用 脂多糖(LPS)存在于革兰阴性菌胞壁中，是内毒素的主要成分。细菌感染出现的多种损伤性改变都与其有关。LPS诱导的内毒素休克动物伴随着明显的肠运动功能障碍〔26〕，但其机制不清楚。研究表明，内毒素休克动物肠肌层中炎细胞浸润明显增加。并且有证据显示，活化的巨噬细胞能够释放PGs。因此推测，内毒素休克状态下存在COX途径的活化，进而影响胃肠道的运动功能。

Calatayud等〔27〕研究发现，腹腔注射内毒素后胃排空时间明显延迟;而吲哚美辛或选择性COX-2抑制剂NS-398都能够显著拮抗内毒素的抑制效应。West等〔28〕研究也有类似的发现，LPS注射可使动物胃腔内流体内容物明显堆积，给予COX-2抑制剂后可明显改善，而COX-1抑制剂却没有这种效应。这些结果表明，COX-2参与内毒素休克肠运动功能障碍的发生。离体研究发现，不管是在体给药还是离体孵育，LPS可引起兔肠平滑肌条自发性收缩活性和乙酰胆碱诱发的收缩反应性显著下降，而吲哚美辛可以对抗这种效应，并且PGE2可以在正常平滑肌条上模拟出 LPS的抑制效应〔29〕。进一步的实验显示〔30〕，LPS处理的肠平滑肌条COX-2表达与正常肠平滑肌条比较并未增加，但是NS-398显著逆转了LPS对肠平滑肌条收缩功能的抑制作用。

虽然COX在内毒素休克中的作用机制不清楚，但初步的数据支持COX参与了内毒素休克时肠运动功能障碍的发生。

总之，COX通过其下游分子参与体内多种生理和病理生理学过程，尤其影响了肠道的运动功能。因此，专注于寻找机体在不同状态下COX的表达、由此产生的PGs种类、发挥效应的受体以及受体后信号转导规律，将为肠道运动功能障碍的防治提供新策略。

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