结肠炎结肠动力紊乱与离子通道研究进展

薛力玮，刘 颖

1.桂林医学院，广西 桂林 541001；2.桂林医学院第二附属医院消化科

结肠炎是由各种刺激因素如病原微生物、化学刺激和食物变应原等所诱发的结肠免疫反应，克罗恩病(Crohn’s disease, CD)、溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)是常见的肠道炎症性疾病，可引起腹痛、大便形状改变、肠道动力紊乱等临床表现[1]，严重影响患者生活质量，且消耗大量的医疗资源。

肠道动力紊乱是结肠炎较为突出的临床表现，其发生机制涉及多方面、多环节的因素，但平滑肌是最终靶点，致病因素可通过改变胃肠平滑肌细胞受体表达、离子通道电流等影响胃肠动力。胃肠道运动在很大程度上取决于其内在电活动，而这种电活动通过平滑肌各种离子通道状态的改变来得以实现。有研究[2]报道通过结肠电刺激，可调控结肠电活动，进而影响结肠动力。本文就结肠炎结肠动力紊乱与离子通道研究进展作一概述。

1 结肠炎与肠道动力

结肠炎动力紊乱可表现为动力减退或增强。在重度UC患者中全胃肠道及结肠传输时间明显延长[3]；2，4，6-三硝基苯磺酸(2，4，6-trinitrobenzenesulfonicacid，TNBS)诱发的结肠炎肠道蠕动频率降低[4]，远端结肠的粪便推进速率降低[5]，甚至在炎症严重的肠段蠕动消失[4]；远端结肠炎症时纵行肌收缩活性及对氯化钾、胆碱能药物反应性明显减弱[1]。也有报道[6]显示，活动期UC和CD患者推进性收缩波数目增多，推进速度加快，导致排便次数增多。

目前认为结肠炎时动力紊乱的发生主要与肠神经系统(enteric nervous system, ENS)重塑、免疫异常及氧化应激相关[7-9]，但具体机制尚未完全明确。

2 胃肠动力与离子通道

与胃肠道平滑肌收缩密切相关的离子通道主要有L-型钙通道(L-type calcium, L-Ca)及大电导钙依赖钾通道(large conductance Ca2+-activated potassium channels, BKca)、电压依赖性钾通道(voltage dependent potassium channels, KV)活性有关[10]，最新的研究[11]发现，ATP敏感性钾通道(ATP-sensitive potassium channels, KATP)也参与胃肠动力的调节。

钾通道与细胞膜电位的维持有关并影响着慢波电位及在慢波基础上触发的动作电位；当钾通道开放时，胞内钾离子的外流增加，使细胞膜超极化，因此钾通道对调控肌肉舒缩有重要意义。KV、BKca、KATP是平滑肌细胞主要的钾通道。KV4.3、KV2.2为KV亚基蛋白[12]；BKca功能主要受α成孔亚基、β调节亚基的影响[13]；成孔亚基Kir6.1、Kir6.2，调节亚基SUR2B是KATP主要构型[11]。L-Ca参与兴奋-收缩偶联，通道开放时钙离子内流，触发动作电位从而介导平滑肌收缩，Cav1.2b是胃肠平滑肌上主要的钙通道亚型[9]。

ENS、Cajal间质细胞和平滑肌细胞相互作用是通过调控存在于胃肠平滑肌上的离子通道的状态而实现的。在病理生理状态下离子通道可发生重塑包括亚基蛋白和/或离子通道电流发生改变，从而影响消化道动力。

3 结肠炎肠道动力与离子通道

肠道炎症可通过改变离子通道的功能(如通道亚基的表达或电流的重塑)从而调控平滑肌的舒缩[9]。

3.1结肠炎肠道动力与L-Ca采用全细胞膜片钳技术发现在犬、大鼠、小鼠结肠炎模型中，单个平滑肌细胞L-Ca电流较正常减少50%～70%[14-16]。TNBS诱导的结肠炎大鼠环形平滑肌的收缩活性降低与L-Ca兴奋性降低有关[16]。

目前认为结肠炎时L-Ca电流减弱与通道亚基蛋白的表达相关。乙醇/乙酸诱导犬结肠炎模型中结肠平滑肌细胞L-Ca电流减少70%，L-Ca α亚基蛋白表达明显减少[15]。也有不同报道，TNBS诱导的大鼠及硫酸葡聚糖钠(dextran-sulphate sodiu, DSS)诱导的小鼠结肠炎模型中，结肠平滑肌L-Ca电流减少，但钙通道亚基mRNA及蛋白表达无变化[14,17]。亚基表达的差异可能与实验动物种类和/或诱导炎症方法不同有关。

L-Ca活性也受细胞内信号转导通路如蛋白磷酸化或去磷酸化的影响。src-激酶抑制剂明显抑制钙电流，而酪氨酸磷酸酶抑制剂可提高钙电流幅值。KANG等[17]发现，结肠炎时c-src-激酶对L-Ca磷酸化作用减弱导致了src-激酶抑制剂对钙电流的抑制作用明显减少。

另有报道炎症介质或细胞因子参与结肠炎L-Ca活性的调节。在人结肠平滑肌细胞培养液中加入肿瘤坏死因子-α(TNF-α)会导致在6～24 h内Cav1.2b蛋白及mRNA表达的下降，这与转录因子核因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)的激活从而结合启动子区域的α亚基导致Cav1.2b基因表达的抑制有关[18]；NF-κB抑制剂可逆转L-Ca功能障碍[16]。活化的NF-κB可调控促炎基因如细胞因子的表达，而大鼠、小鼠和人结肠炎时细胞因子如白细胞介素-1β(IL-1β)表达有显著的变化[17,19-20]。细胞因子可通道调节L-Ca活性而影响肠动力[21]。

3.2结肠炎肠道动力与KATPKATP兴奋剂可加重DSS诱导小鼠结肠平滑肌炎症[14]，小鼠结肠炎平滑肌细胞KATP兴奋性增加，与Kir 6.1表达上调及 SUR2B表达下调有关[22]，但通道亚基表达异常的机制尚不明确。

KATP活性与亚基的巯基化相关，Kir 6.1亚基或SUR2B内半胱氨酸残基巯基化改变通道活性而调节肠道动力[23]。近年来的研究[11,24]发现，硫化氢(hydrogen sulphide, H2S)对消化道动力具有重要的调节作用。如H2S供体-硫氢化钠(NaHS)浓度依赖性抑制结肠、食管平滑肌收缩。结肠炎时内源性H2S合成能力明显增多，由H2S介导的KATP巯基化可调节肠道动力[23]。另KATP通道亚基巯基化与酪氨酸硝基化之间的相互作用[25]，SUR2B的半胱氨酸残基C24和C1455的巯基化水平可降低Kir 6.1亚基的酪氨酸残基硝基化水平。

3.3结肠炎氧化应激与离子通道结肠炎症的“氧化应激”机制已被大量研究[26-27]，大量的活性氧和活性氮通过改变离子通道蛋白特定氨基酸，如酪氨酸硝基化和半胱氨酸残基的共价修饰，导致离子通道功能改变从而影响胃肠动力。

结肠炎中，硝基化可阻止酪氨酸磷酸化而导致src-激酶与L-Ca的结合降低和钙流入减少，进而调节结肠平滑肌收缩[9]。L-Ca的激活还与某些转录因子如环腺苷酸反应元件结合蛋白(cyclic AMP response element binding protein, CREB)有关。结肠炎时，氧化应激诱导了酪氨酸硝基化减弱了CREB的磷酸化从而调节兴奋-转录偶联[15]。另有报道[9]称，过氧化氢(Hydrogen peroxide, H2O2)可降低小鼠结肠平滑肌细胞瞬时外向钾电流(transient outward K+currents, ITO)并不影响延迟整流钾电流(delayed rectifier K+currents, IK)；结肠炎局部可产生一氯胺，后者减弱小鼠结肠平滑肌细胞中的ITO，增加延迟整流钾电流IK。

类似于蛋白质的磷酸化与去磷酸化，脱硝已被作为一个反硝基化蛋白机制。虽然具体的酶尚未确定，但在脾脏、肺和激活巨噬细胞等组织中都被检测到。研究[9]表明，来自活化的巨噬细胞的细胞裂解物对Cav1.2b的脱硝可能表现出用于逆转硝基化蛋白质潜在的酶学机制。

离子通道调控的胃肠电活动是胃肠平滑肌运动的电生理基础。目前已证实有多种功能性胃肠病及胃肠动力障碍性疾病的发生与离子通道密切相关，如肠易激综合征、糖尿病胃肠动力异常等。结肠炎动力紊乱机制尚不完全明确，其与离子通道的关系目前相关报道较少，对其深入研究可为结肠炎动力紊乱临床诊治指明新的方向。

[1] PITUCH-ZDANOWSKA A, BANASZKIEWICZ A, ALBRECHT P. The role of dietary fibre in inflammatory bowel disease [J]. Prz Gastroenterol, 2015, 10(3): 135-141. DOI: 10.5114/pg.2015.52753.

[2] 陈朔, 姚树坤, 李艳梅. 结肠电刺激对胃肠动力的影响及相关机制[J]. 胃肠病学和肝病学杂志, 2015, 24(9): 1043-1046. DOI: 10.3969/ j.issn.1006-5709.2015.09.003.

CHEN S, YAO S K, LI Y M. The effects of colonic electrical stimulation on gastrointestinal motility and related mechanisms [J]. Chin J Gastroenterol Hepatol, 2015, 24(9): 1043-1046. DOI: 10.3969/ j.issn.1006-5709.2015.09.003.

[3] HAASE A M, GREGERSEN T, CHRISTENSEN L A, et al. Regional gastrointestinal transit times in severe ulcerative colitis [J]. Neurogastroenterol Motil, 2016, 28(2): 217-224. DOI: 10.1111/nmo.12713.

[4] HOFFMAN J M, MCKNIGHT N D, SHARKEY K A, et al. The relationship between inflammation-induced neuronal excitability and disrupted motor activity in the guinea pig distal colon [J]. Neurogastroenterol Motil, 2011, 23(7): 673-e279. DOI: 10.1111/j.1365-2982.2011.01702.x.

[5] LINDEN D R, CHEN J X, GERSHON M D, et al. Serotonin availability is increased in mucosa of guinea pigs with TNBS-induced colitis [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2003, 285(1): G207-G216. DOI: 10.1152/ajpgi. 00488.2002.

[6] AKIHO H, BLENNERHASSETT P, DENG Y, et al. Role of IL-4, IL-13, and STAT6 in inflammation-induced hypercontractility of murine smooth muscle cells [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2002, 282(2): G226-G232. DOI: 10.1152/ajpgi.2002.282.2.G226.

[7] MAWE G M. Colitis-induced neuroplasticity disrupts motility in the inflamed and post-inflamed colon [J]. J Clin Invest, 2015, 125(3):949-955. DOI: 10.1172/JCI76306.

[8] OHKUSA T, KOIDO S. Intestinal microbiota and ulcerative colitis [J]. J Infect Chemother, 2015, 21(11): 761-768. DOI: 10.1016/j.jiac.2015.07.010.

[9] AKBARALI H I, KANG M. Postranslational modification of ion channels in colonic inflammation [J]. Curr Neuropharmacol, 2015, 13(2): 234-238. DOI: 10.2174/1570159X13666150304001739.

[10] LIANG C, LUO H, LIU Y, et al. Plasma hormones facilitated the hypermotility of the colon in a chronic stress rat model [J]. PLoS One, 2012, 7(2): e31774. DOI: 10.1371/journal.pone.0031774.

[11] LIU Y, LUO H, LIANG C, et al. Actions of hydrogen sulfide and ATP-sensitive potassium channels on colonic hypermotility in a rat model of chronic stress [J]. PLoS One, 2013, 8(2): e55853. DOI: 10.1371/journal.pone.0055853.

[12] LIU D H, HUANG X, GUO X, et al. Voltage dependent potassium channel remodeling in murine intestinal smooth muscle hypertrophy induced by partial obstruction [J]. PLoS One, 2014, 9(2): e86109. DOI: 10.1371/journal. pone.008610.

[13] BALDER AS E, ZHANG J, STEFANI E, et al. Mitochondrial BKCa channel [J]. Front Physiol, 2015, 6: 104. DOI: 10.3389/fphys.2015.00104.

[14] AKBARALI H I, POTHOULAKIS C, CASTAGLIUOLO I. Altered ion channel activity in murine colonic smooth muscle myocytes in an experimental colitis model [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2000, 275(2): 637-642. DOI: 10.1006/bbrc.2000.3346.

[15] KEUM D, BAEK C, KIM D I, et al. Voltage-dependent regulation of CaV2.2 channels by Gq-coupled receptor is facilitated by membrane-localized β subunit [J]. J Gen Physiol, 2014, 144(4): 297-309. DOI: 10.1085/jgp.201411245.

[16] KINOSHITA K, SATO K, HORI M, et al. Decrease in activity of smooth muscle L-type Ca2+channels and its reversal by NF-kappaB inhibitors in Crohn’s colitis model [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2003, 285(3): G483-G493. DOI: 10.1152/ajpgi.00038.2003.

[17] KANG M, MORSY N, JIN X, et al. Protein and gene expression of Ca2+channel isoforms in murine colon: effect of inflammation [J]. Pflugers Arch, 2004, 449(3): 288-297. DOI: 10.1007/s00424-004-1339-5.

[18] SHI X Z, PAZDRAK K, SAADA N, et al. Negative transcriptional regulation of human colonic smooth muscle Cav1.2 channels by p50 and p65 subunits of nuclear factor-kappaB [J]. Gastroenterology, 2005, 129(5): 1518-1532. DOI: 10.1053/j.gastro.2005.07.058.

[19] BERSUDSKY M, LUSKI L, FISHMAN D, et al. Non-redundant properties of IL-1α and IL-1β during acute colon inflammation in mice [J]. Gut, 2014, 63(4): 598-609. DOI: 10.1136/gutjnl-2012-303329.

[20] 李晓东, 张学彦, 郑磊, 等. 白细胞介素在溃疡性结肠炎中的作用[J]. 胃肠病学和肝病学杂志, 2015, 24(1): 4-7. DOI: 10.3969/j.issn.1006-5709.2015.01.002.

LI X D, ZHANG X Y, ZHENG L, et al. The role of interleukin in ulcerative colitis [J]. Chin J Gastroenterol Hepatol, 2015, 24(1): 4-7. DOI:10.3969/j.issn.1006-5709.2015.01.002.

[21] BOSSONE C, HOSSEINI J M, PIEIRO-CARRERO V, et al. Alterations in spontaneous contractions in vitro after repeated inflammation of rat distal colon [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2001, 280(5): G949-G957. DOI: 10.1152/ ajpgi.2001.280.5.G949.

[22] JIN X, MALYKHINA A P, LUPU F, et al. Altered gene expression and increased bursting activity of colonic smooth muscle ATP-sensitive K+channels in experimental colitis [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2004, 287(1): G274-G285. DOI: 10.1152/ajpgi.00472.2003.

[23] GADE A R, KANG M, AKBARALI H I. Hydrogen sulfide as an allosteric modulator of ATP-sensitive potassium channels in colonic inflammation [J]. Mol Pharmacol, 2013, 83(1): 294-306. DOI: 10.1124/mol.112.081596.

[24] SHIINA T, SHIMA T, HORII K, et al. Inhibitory action of hydrogen sulfide on esophageal striated muscle motility in rats [J]. Eur J Pharmacol, 2016, 771: 123-129. DOI: 10.1016/j.ejphar.2015.12.018.

[25] KANG M, HASHIMOTO A, GADE A, et al. Interaction between hydrogen sulfide-induced sulfhydration and tyrosine nitration in the KATP channel complex [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2015, 308(6): G532-G539. DOI: 10.1152/ajpgi.00281.2014.

[26] MITANI T, YOSHIOKA Y, FURUYASHIKI T, et al. Enzymatically synthesized glycogen inhibits colitis through decreasing oxidative stress [J]. Free Radic Biol Med, 2017, 106: 355-367. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.02.048.

[27] DA COSTA GONÇALVES F, GRINGS M, NUNES N S, et al. Antioxidant properties of mesenchymal stem cells against oxidative stress in a murine model of colitis [J]. Biotechnol Lett, 2017, 39(4): 613-622.DOI:10.1007/s10529-016-2272-3.