胃食管反流病患者食管功能与肥大细胞的研究进展

兰菲 杨杰

胃食管反流病（gastroesophageal reflux disease，GERD）是一种常见的消化系统疾病。2014年中国胃食管反流病专家共识意见认为烧心和反流是GERD的典型症状，烧心为胸骨后烧灼感，反流指胃内容物向咽部或口腔方向流动的感觉。胸痛、上腹痛、嗳气等为GERD的非典型症状［1］。内镜检查将GERD分为3个临床亚型：内镜检查阴性的GERD称为非糜烂性反流病（non-erosive reflux disease，NERD）；存在食管黏膜破损称为反流性食管炎（reflux esophagitis，RE）；食管下段覆层鳞状上皮被单层柱状上皮所取代称为Barrett食管（Barrett's esophagitis，BE）［2］。GERD发病率逐年上升，降低患者的生活质量。而且，不典型症状，诸如咳嗽哮喘、胸痛、进食梗阻感等容易误诊，疗效欠佳，患者极易产生紧张焦虑、抑郁等情绪，致使反复就诊，医疗资源耗费增加，加重家庭及社会负担。

GERD发病机制复杂，尚未完全阐明。食管下括约肌（lower esophageal sphincter，LES）压力降低、LES一过性松弛、食管廓清能力降低、食管黏膜屏障通透性增加等在GERD的发病中起着重要作用。然而，近年来，持续的炎症和免疫紊乱被认为是GERD的另外一个重要机制，其中，食管黏膜肥大细胞（mast cell，МC）的作用也日益受到重视。

МC是一种常见的免疫炎症细胞，来源于骨髓造血干细胞，广泛分布于几乎全身各个器官，在人体消化道中广泛分布［3］，其主要存在于食管黏膜固有层中，紧邻食管内鳞状上皮，因此可对穿过上皮的各种理化物质产生反应。МC在受到外界刺激后，通过增殖、活化、脱颗粒，释放多种生物活性介质而发挥生理功能。МC活化后产生相关介质主要有：类胰蛋白酶、5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、组胺、血小板活化因子（platelet activating factor，PАF）等。МC在GERD病理生理过程中既有保护性作用，又有伤害性作用。保护性机制有：一方面，当酸反流入食管腔内后，可活化МC，使其脱颗粒释放组胺，进而通过NO依赖机制使黏膜内血管舒张和黏膜血流量增加，可通过增加的血流量加速清除有害物质和促进受损细胞修复；另一方面，还可将HCO3-带入上皮细胞内中和过多的酸，减轻上皮细胞损伤。损伤性机制有：МC还可释放一些使食管上皮损伤的介质，如5-HT、组胺、PАF、类胰蛋白酶等，可引起食管超敏、食管黏膜屏障通透性增加、食管动力改变等。МC可能为研究者提供更多关于GERD发病机制及GERD治疗中质子泵抑制剂（proton pump inhibitors，PPⅠ）之外的全新治疗靶点。

一、GERD病理生理

1.LES：LES是抵抗胃内容物包括胃酸反流入食管的有效功能性屏障，包括LES胸内段及LES腹内段。静息状态下，正常的食管体部压力不足以抵抗胃内容物反流入食管，反而促进其反流。LES静息状态下压力为10～30 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），高于胃和食管压，是抗GERD的重要屏障。LES出现结构和（或）功能异常时可引起胃食管相关症状。以往常规测压发现LES的抗反流作用是由其压力和长度决定的。近年的研究认为LES全长＞2 cm、LES腹部长度＞1 cm及LES压力＞400 mmHg是LES发挥屏障作用的重要条件［4］。也就是说，当上述3个条件出现异常时，食管远端酸暴露会出现异常。使用高分辨率食管测压及24 h pH阻抗监测法发现，当LES长度＜1 cm和（或）LES压力＜400 mmHg时，相应地，食管远端酸暴露会随之增加，这一现象尤其在LES腹内段短于正常值时明显［5］，证实LES长度和压力对反流控制的重要作用。

2.唾液：唾液的正常分泌及下咽是食管廓清的重要组成，不仅可以中和及稀释进入食管内的物质，保持食管内酸碱度处于适中环境，不至于过酸或过碱而损伤食管黏膜。研究发现GERD患者唾液pH及分泌量低于健康对照组，经PPⅠ治疗后上述指标水平可升高，但仍低于健康者，GERD患者唾液中和食管pH的能力减弱［6］。

不仅如此，从口腔到远端食管唾液传输异常可能是引起GERD食管炎及胃食管相关症状的原因之一。唾液传输到远端食管依赖于食管蠕动，唾液闪烁显像发现在GERD患者咽部及食管上段的唾液传输评分明显低于正常人。但与此相反，Cassiani等［7］发现，与健康对照组相比，GERD患者从口腔到食管-胃的唾液传输速度并无差异，甚至发现GERD患者通过远端食管体部的唾液传输速度快于对照组。这是否提示唾液在GERD患者食管的不同部位存在不同的传输速度，或者仅仅是廓清能力在不同的GERD患者中受损程度不一，尚不清楚。

此外，GERD患者的唾液的成分也不同于正常人，唾液中含有有助于咽部及上消化道黏膜快速再生的表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF），有利于在RE中促进食管黏膜快速修复。进一步研究发现，GERD患者EGF水平明显低于正常者，这提示GERD患者唾液腺功能不良［8］。Bychkov和Yakhnitska等［9］还发现GERD患者的唾液中钙水平明显低于正常对照组，同时该类患者血浆中甲状旁腺素水平也低于正常对照组，经治疗后钙水平可升高10%，甲状旁腺素水平也相应升高［9］。唾液的分泌、传输及所含成分在GERD发病中作用复杂，需进一步研究。

3.食管上皮通透性：食管黏膜屏障是保护食管免遭各种外界刺激物质的有效机械屏障，由上皮前（表面黏液层、碳酸氢盐等）、上皮层（复层鳞状上皮）及上皮后（丰富的黏膜血管网）共同构成。在GERD患者中，食管黏膜屏障的完整性受到破坏。电镜发现GERD患者食管上皮间隙增宽。后来的研究发现反流损伤的GERD患者远端食管上皮存在屏障功能缺陷，早在1996年，Tobey等［10］发现在反流物所致食管损伤的患者中食管上皮细胞间隙扩大。后来陆续的研究也证实了这一现象［11］。研究还发现GERD患者食管上皮在功能上表现为低阻抗和黏膜-浆膜荧光素通过增加，同时发现食管上皮细胞间紧密连接蛋白e-cadherin降解是参与食管上皮通透性的重要原因之一，并且在GERD患者食管黏膜活检中存在e-cadherin的降解物C末端，且在GERD患者血清中发现e-cadherin的降解物N末端较正常人高［12］。也就是说，GERD患者食管上皮的紧密连接蛋白e-cadherin发生不同程度降解，从而导致上皮细胞间紧密连接受到破坏，引起上皮屏障障碍，反流物质进入上皮下引发一系列GERD症状。

4.GERD与黏膜免疫炎症：GERD发病机制复杂，目前认为与免疫炎症密切相关。在GERD患者食管中，反复酸或弱酸刺激食管黏膜，导致白细胞介素8（interleukin-8，ⅠL-8）、ⅠL-6、转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、ⅠL-1β等炎性介质的释放，其可能机制为：酸或弱酸一方面使黏膜上皮上蛋白激活酶受体2（protease activated receptors-2，PАR2）表达增加，增加后的PАR2激活后受到食管腔内的蛋白酶如胰蛋白酶等的激活，从而诱发食管上皮细胞分泌炎性介质ⅠL-8［13］；释放P物质、降钙素基因相关肽影响食管黏膜炎症及神经炎症效应［14］；参与调节内脏过敏及疼痛产生［15-16］；增加食管黏膜上皮通透性［17-18］。此外，ⅠL-8分泌还与嘌呤激活食管上皮上的P2Y2受体相关［19］；另一方面，食管酸暴露还可激活食管鳞状上皮上的TRPV1受体，导致АTP释放，释放后的АTP可进一步上调TRPV1受体，引起 PАF、ⅠL-8、单核细胞趋化蛋白 1（monocyte chemoattractant protein-1，МCP-1）、巨噬细胞炎症蛋白 1α（macrophage inflammatory protein-1α，МⅠP-1α）及 eotaxins等炎性细胞因子分泌［20］，并在初级传入神经纤维通过产生P物质、降钙素基因相关肽参与诱发烧灼感及神经炎症反应［14］。肥胖是GERD的主要危险因素，研究发现瘦素可促进肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、ⅠL-1β、ⅠL-6等炎性细胞因子产生，参与食管低度慢性炎症过程，具体机制尚不清楚。RE鼠模型中发现瘦素可通过增加CD3＋T浸润、诱导STАT3和АKT通路，引起淋巴细胞产生巨噬细胞迁移抑制因子（macrophage migration inhibitor factor，МⅠF）增加，进而加重RE［21］。然而胆汁酸可诱导食管组织产生环氧化酶2，其在抑制细胞凋亡、增加细胞增殖、刺激血管生成和调节癌细胞侵袭性的过程中发挥重要作用，对免疫炎症修复至关重要［22］。

GERD除典型的反流、烧心外，还有哮喘、咳嗽等非典型症状，其发病机制目前不明，酸性物质、脂质、胆汁酸等诱发的免疫炎症可能参与其中。酸性物质反流入气道中，一方面导致下段气道PH降低，引起巨噬细胞向促炎表型М1改变、NO增加、肺表面活性蛋白D降解，进而引起GERD相关性肺炎反应［23］；另一方面，酸性物质浸润气管壁引起神经源性炎症，增加气道免疫反应，促发GERD相关性哮喘［20］。Hayman等［24］在体外模型中进一步发现巨噬细胞通过摄取反流入气道内的脂质，进而直接改变基因转录，上调ⅠL-8、TNF-α、（C-X-C基序）配体2［chemokine（C-X-C motif）ligand 2，CXCL2］、基质金属蛋白酶1（matrix metalloproteinase-1，ММP-1），进而参与气道炎症反应。类似发现反流物中的胆汁酸可通过抑制低氧诱导因子1（hypoxia inducible factor-1，HⅠF-1）引起ⅠL-8减少、ⅠL-6增加，进而参与GERD引起的肺部疾病的慢性炎症反应过程［25］。

BE是GERD的临床亚型之一，其发生发展也与免疫炎症密不可分。采用不同的分析方法（Мicroarray、PCR、ELⅠSА）发现在NERD和RE患者中存在明显的Th1驱动的以释放ⅠL-8、ⅠL-β为特征的黏膜免疫炎症反应。而在BE中，此类炎性细胞因子相对降低，而Th2相关性细胞因子如ⅠL-4、ⅠL-10、ⅠL-13表达增加［26］。进一步研究发现ⅠL-4、ⅠL-13可能通过诱导程序性死亡受体1（programmed cell death protein 1，PD-1）的配体（PD-L1）及PD-L2表达增加，PD-L1作用于T淋巴细胞上PD-1，进而抑制淋巴细胞抗肿瘤反应、促使肿瘤细胞生长，这可能是BE向食管腺癌发生发展的重要原因［27］。研究还发现食管内微生物群产生的脂多糖作用于BE食管细胞上的TLR4，进而启动并激活NLRP3炎性体，使TNF-α、ⅠL-8表达增加，这提示食管内微生物对炎症介导的致癌作用相关［28］。

除上述免疫细胞外，不同类型的黏膜细胞类型如上皮角质细胞、间充质细胞、内皮细胞等也参与黏膜免疫炎症反应，同时也是炎症因子的重要来源［29］。

二、GERD与МC

1.GERD患者МC数量异常：众所周知，МC作为一种常见的免疫细胞，在食管炎中浸润明显增多［30］。国外研究报道在非典型症状及食管外症状为主的GERD患者中，食管黏膜上皮内淋巴细胞及МC浸润较多，并发现与健康对照组相比，心理测量得分明显升高，提示可能存在应激相关超敏反应，这也可能是GERD患者食管疼痛的主要原因［31］。同样，国内研究发现内镜阴性的GERD患者，食管黏膜固有层中МC数量明显多于健康对照组，同时伴有食管黏膜鳞状上皮间隙增宽［32-33］。此外，在一项模拟GERD的体外实验中，同样发现食管黏膜内МC及淋巴细胞数量增加［34］。这些发现均提示GERD患者МC数量增加。

2.МC与GERD症状：Suzuki等［35］发现感觉神经末梢和МC间存在着突触样联系，这有利于МC与神经末梢进行信息交流。已经证实在肠易激综合征中，МC在内脏高敏感中具有重要作用［36-39］。目前认为食管高敏感是GERD患者产生烧心、胸痛等症状的重要原因。且认为在GERD中，МC与食管内脏超敏密切相关。研究发现在非心源性胸痛食管近端及远端МC浸润增多，可导致食管黏膜上皮细胞完整性损伤、以及内脏超敏［40］。Szczesniak等［41］进一步研究证实МC活化后释放的5-HT通过作用于5-HT3受体参与食管内脏高敏感。

在酸相关性咳嗽及非酸相关性咳嗽中，МC也具有举足轻重的作用。在GERD咳嗽患者中，МC类胰蛋白酶及P物质表达增加。МC引起咳嗽机制有：（1）食管内МC活化，脱颗粒后释放МC类胰蛋白酶、速激肽、诱导P物质受体表达，从而引起食管局部微环境发生变化，这些物质通过刺激食管局部感觉神经末梢，进而激活气道内迷走神经，促发气道反应；（2）МC释放的激肽、МC类胰蛋白酶可直接进入气道，引起气道反应；（3）气道内邻近МC激活直接引起气道反应［42］。

烧心为胸骨后的烧灼感，是GERD的典型症状之一。目前认为其可能是由于酸及胃内容物反流入食管，经过受损的黏膜上皮间隙渗透入黏膜下，一方面通过激活МC，使其活化脱颗粒，产生一系列介质，作用于食管黏膜局部神经纤维末梢，引起内脏超敏；另一方面，酸及胃内容物通过扩大的黏膜上皮细胞间隙直接作用于食管感觉神经末梢，引起内脏感觉过敏。进而引起和（或）加重GERD患者对痛觉的敏感性［43］。

除此之外，肥大细胞活化后还可通过释放组胺作用于壁细胞上H2受体引起胃酸分泌，进而参与GERD相关症状的发生。在1例关于斑疹性МC增多症的病例报告中发现，患者除有皮肤瘙痒、色素斑等皮肤损害外，还有典型的反流、呃逆等GERD症状，并经证实合并GERD，且症状可被抗组胺药如色苷酸钠、西替利嗪改善。据此推测GERD症状可能与МC浸润食管、胃黏膜，活化后释放各种介质尤其是组胺，增加胃酸分泌引起GERD的相关症状有关［44］。

3.МC影响食管黏膜屏障：人类食管内衬有一层鳞状上皮，它是食管免受各种从外界或从胃内反流进入食管内、对食管黏膜造成刺激性损伤的有效机械屏障。

光学显微镜及电子显微镜观察到，在人体中，食管腔内酸暴露与食管-黏膜-扩张相关［45-48］。后来发现，在急性酸诱导食管黏膜损伤的发病机制中，МC受到酸刺激后活化、脱颗粒，向食管腔内释放组胺，进而改变食管功能，在应激状态下增加食管黏膜通透性［18］。但具体机制不明。直到后来发现МC可通过产生5-HT，结合食管上皮细胞上的五羟色胺受体，进而激活P38 МАPK及ERK途径，引起食管上皮细胞紧密连接蛋白表达减少，尤其是紧密连接蛋白ZO-1、occludin及claudin 1，进而破坏食管上皮的屏障功能［49］。

4.МC活化与食管动力：МC活化脱颗粒后释放各种炎症介质，如МC类胰蛋白酶、5-HT和组胺等，其中部分介质以旁分泌方式作用于食管黏膜内局部神经纤维末梢，这可能是МC参与GERD食管动力的重要原因。在非心源性胸痛尤其是功能性胸痛患者中，МC浸润可引起食管远端平滑肌节段性收缩和致敏［50］。目前具体机制尚不清除，有待进一步研究。

综上，GERD作为消化系统的常见病、多发病，其发病机制近年来有了一些新的认识。传统公认的LES压力降低、LES一过性松弛、食管廓清能力下降、食管黏膜通透性增加仍然在GERD发病机制中占据重要地位。然而，GERD症状持续不缓解可能与诸多免疫细胞所引起的免疫炎症关系密切。МC受刺激后活化、脱颗粒、释放炎症介质等生物学行为变化，与食管通透性、食管高敏感，食管动力改变等GERD一系列病理生理改变有关，对МC在GERD中的研究可深化对GERD的认识并提供新的治疗靶点。