中药通过调控Cajal间质细胞治疗功能性便秘的机制研究进展※

蔡铭祺 安 然 杨 云 毛浩萍

(天津中医药大学2019级硕士研究生，天津 301617)

功能性便秘(functionality constipation，FC)是临床常见的非器质性肠道功能障碍性疾病，主要表现为排便次数减少、大便量少、粪质干硬、排便时间延长且排出困难，或存在腹部不适及食欲不振等症[1]。有研究通过对不同人群进行流行病学调查发现，我国FC的发病率约介于5%～10%，其中又以中老年人多发，并与性别、饮食、情绪及遗传等因素密切相关[2-3]。宏观上FC的发生与排便习惯不良、饮食结构不佳、肠道功能退化或其他肠道疾病预后不良等因素相关，微观上现代医学认为FC主要由于胃肠动力学改变(如胃肠电节律异常、平滑肌功能减退)、内脏神经反射中断、肠道腺体功能减弱(如消化液分泌不足)、自体免疫性疾病、肠黏膜屏障异常、炎症感染等原因所导致。

Cajal间质细胞(interistitial cells of cajal，ICC)是一种特殊的间质细胞，参与肠道慢波电位生成及神经递质传递，对胃肠道功能正常发挥重要作用。近年来大量研究表明，ICC异常与FC的发生密切相关，FC患者和便秘模型大鼠的胃肠组织中都存在不同程度的ICC数量减少或超微结构改变，导致肠道肌肉功能、腺体功能及神经递质分泌异常，抑制肠肌节律性收缩，同时减少肠道消化液分泌，而导致FC的发生[4-8]。因此，将ICC作为治疗FC的药物作用靶点是目前研究的热门方向。大量临床实践证实中药单味药或复方对FC具有确切疗效，但由于中药成分复杂，其完全的作用机制尚不清楚，是多种机制协同努力下的成果，而通过调控ICC是其发挥治疗作用的重要机制之一。现将近年来有关中药调控ICC治疗功能性便秘的研究进展综述如下。

1 ICC概述

1.1 ICC的形态与分布 ICC是一种特殊的间质细胞，其胞核大，胞质少，内含丰富的线粒体和滑面内质网。ICC初期为圆形或椭圆形，后期细胞边缘延伸出3～5个突触，呈三角形或梭形，长而分叉的突触，通过缝隙连接或紧密连接与邻近的ICC、神经元、神经末梢、平滑肌细胞等相互交叉结成肠神经-Cajal间质细胞-平滑肌(ENS-ICC-SMC)神经网络系统[9-10]。自19世纪80年代起，研究陆续发现ICC广泛分布于人体食管、肠道、胃、胰腺、肾脏、输精管、输卵管、尿道、膀胱等不同组织器官，但结肠处ICC分布最广、含量最多，故认为ICC与肠道功能关系紧密[11]。结肠由内到外有4层，分别为黏膜层、黏膜下层、肌层、浆膜层，肌层又因为肌纤维排列方向的不同分为环形肌和纵行肌，ICC也因为在肠道组织层面位置的不同被分为4类：肌间神经丛ICC(ICC-MY)，位于环行肌与纵行肌之间；肌内ICC(ICC-IM)，位于肌束内，与肌纤维平行排列；深肌层ICC(ICC-DMP)，位于环形肌深部的肌丛中；黏膜下层ICC(ICC-SS)，位于黏膜层与环形肌之间[12]。

1.2 ICC的功能 ICC又被称作肠道的起搏器细胞，承担着启动肠道收缩的关键作用，其主要功能包括以下三方面[13-18]：①产生慢波电位。环形肌与纵行肌之间的ICC-MY类似心脏窦房结细胞，可产生离子电导，形成慢波电位和基本电节律；②传导胃肠慢波电位。胃肠慢波电位形成后被其余的ICC传递到平滑肌细胞，使平滑肌细胞膜上的钙离子通道开放，钙离子内流激发兴奋收缩耦联，使平滑肌发生去极化收缩，进而整个肠肌随之产生舒缩变化；③介导神经递质。神经递质、肠激素、炎症介质等可以通过ICC突触间缝隙连接由神经元或神经节传递至平滑肌细胞，与对应的神经递质受体结合发挥作用。

2 中药调控ICC治疗FC相关机制

2.1 促进ICC增殖 酪氨酸激酶受体(c-kit)是ICC的特异性表达蛋白，参与ICC增殖、分化、自噬的全过程，可以作为ICC增殖的关键标志。研究表明，c-kit的阳性前体细胞可发育成为ICC，且在自噬状态下c-kit突变成其等位基因后进而可抑制ICC的发育[19]。干细胞生长因子(SCF)是c-kit的配体，当c-kit与SCF结合，可激活酪氨酸激酶(TK)和磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)，使酪氨酸残基磷酸化，调动下游多个信号途径，从而促进ICC的发育和功能，研究表明SCF及c-kit表达缺乏的小鼠体内缺失多种亚型的ICC[20-21]。张晓雯等[22]在研究首荟通便胶囊(鲁南厚普制药有限公司，国药准字Z20150041)改善胃肠道间质细胞能量代谢的分子机制中发现，首荟通便胶囊可增强胃肠道间质细胞的能量代谢并促进其增殖，其作用机制可能是通过上调线粒体异柠檬酸脱氢酶活性，进而加速ATP的合成,促进SCF/c-kit信号通路及细胞周期蛋白依赖型激酶2/细胞周期调节蛋白A(CDK2/cycling A)信号通路相关蛋白表达有关。肖秋平等[23]研究表明，肠润方(药物组成：炒白术、玄参、麦冬、火麻仁、枳实、槟榔)可以明显促进FC大鼠结肠组织ICC增殖，增加c-kit、SCF蛋白及其mRNA的表达水平，恢复胃肠电节律，改善便秘症状。吴容[24]通过结肠肌电实验发现，便塞通合剂(由枳术丸加味而成，川北医学院附属医院药剂科提供,)提取物可以促使便秘大鼠结肠慢波电位频率增大，振幅减小，增加肠道的推进性收缩，其作用机制可能与促进SCF/c-kit信号通路恢复，促进ICC增殖有关。王培森[25]研究表明，益气健脾通便方(药物组成：白术、黄芪、当归、炒枳实、陈皮、党参、杏仁、炙甘草)治疗慢传输型便秘大鼠的作用机制是通过修复受损SCF/c-kit信号通路表达，提高结肠中ICC的数目，进而使其能更好地发挥产生动作电位及传导胃肠推进性收缩的功能。

2.2 调控ICC自噬 自噬是指将细胞内老化、受损的细胞器运输至溶酶体，通过降解这些底物获得新能量的过程，合理范围内的自噬可以保护细胞功能，使其免受损害，但若自噬过度会使细胞功能损伤或发生程序性死亡。自噬的程度可以通过观察细胞超微结构中自噬体数量、内质网损伤、细胞器破坏程度，或检测程序性死亡受体蛋白1(Beclin 1)、Beclin 2、微管相关蛋白1轻链3(LC 3)等含量变化体现出来。张丽敏[26]研究表明，枳实可通过调节需肌醇酶1(IRE1)-TNF关联因子2(TRAF2)-Beclin1通路，修复因内质网应激和过度自噬造成的ICC内自噬体数量增加、粗面内质网扩张、细胞器减少，减轻ICC的内质网应激-自噬损伤。张智[27]研究表明，柴胡疏肝散(药物组成：陈皮、柴胡、川芎、枳壳、白芍、香附、炙甘草)提取物可降低大鼠体内Beclin 1、Beclin 2、LC3等蛋白的表达，通过抑制蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白(Akt/mTOR)信号通路，减轻ICC的自噬损伤，促进胃肠动力。Zhou X等[28]研究表明，硝菔通结方(药物组成：肉苁蓉、当归、芒硝、莱菔子)能减少结肠组织中ICC内自噬体和溶酶体的产生，抑制过度自噬，从而改善大鼠的便秘症状。万叶敏[29]研究表明，通便汤(药物组成：生白术、生地黄、沙参、玄参、郁李仁、麦冬、枳壳、莱菔子、杏仁、厚朴、麻子仁、瓜蒌)可通过下调结肠组织Beclin 1、LC3表达，抑制ICC自噬，增加ICC数量，恢复细胞内线粒体和内质网数目，减轻大鼠便秘症状。

2.3 抑制ICC凋亡 细胞凋亡是细胞为了维持内环境稳定，主动选择的程序性死亡，PI3K/Akt信号通路是抑制细胞凋亡的重要转导通路[30-31]。PI3K被激活后产生第二信使PI(3,4,5)P3，并与细胞内的Akt结合，使之转位于细胞膜并活化，从而调控其下游因子B淋巴细胞瘤2(Bcl-2)家族、半胱氨酸蛋白酶(Caspase)家族等水平，阻止凋亡过程[32-34]。赵冉冉等[35]研究表明，半夏泻心汤对胃肠道运动的调节可能与抑制ICC凋亡有关，其可明显促进ICC、SCF、Bcl-2蛋白的表达，减少Caspase 3和PI3K表达，使ICC凋亡率显著降低。张延丽等[36]研究表明，疏肝理气中药柴胡疏肝散(药物组成：柴胡、白芍、枳壳、甘草、香附、川芎、陈皮)可明显抑制胃ICC凋亡，有效改善胃肠功能，其作用机制与增加PI3K、Akt、Bcl-2表达，减少Caspase 3、Caspase 9、Bax的表达，调节PI3K/PDK1/Akt经典信号通路有关。张鹤[37]研究表明，宣肺健脾中药(药物组成：黄芪、白术、枳实、桔梗、紫菀、苦杏仁、桃仁)可与通过PI3K/Akt信号通路降低ICC凋亡，从而改善小鼠便秘症状。滕广飞等[38]研究表明，枳术丸(药物组成：枳实、白术)含药血清能提高大鼠结肠ICC中p-PI3K、p-Akt、PI3K、Akt蛋白和其mRNA表达，抑制ICC凋亡，促进ICC增殖。

2.4 调节ICC内外离子浓度 ICC产生动作电位的离子机制尚未达成共识，但已知与电压依赖的L型钙离子通道、钙离子激活的氯离子通道、超极化激活环核苷酸门控的阳离子通道(HCN)等有关，故可通过调节细胞内外离子浓度，影响ICC的起搏功能[39-42]。李玉芳等[43]研究表明，六君子汤合旋覆代赭汤(药物组成：党参、茯苓、麸炒白术、炙甘草、法半夏、陈皮、旋覆花、人参、生姜、赭石、炙甘草、法半夏、大枣)可增强ICC内钙离子浓度,从而提高ICC活性,这可能是其治疗胃食管反流病机制之一。王飞等[44]研究表明，半夏泻心汤能够明显维持ICC表型稳定，加强c-kit表达，其作用机制可能与调节钙离子通道蛋白三磷酸肌醇受体(IP3R)、兰尼碱受体(RyR)及磷脂酶C(PLC)表达有关。此外，有研究表明花椒、人参、干姜组方的daikenchuto(DKT)[44]可能通过作用于5-HT4和M3胆碱受体改变细胞内外Ca2+浓度差，使ICC细胞膜发生去极化改变，产生动作电位。

2.5 调节神经递质含量 神经递质是ICC生理活动的重要组成部分，ICC细胞膜上存在着大量兴奋或抑制作用的神经递质受体,当神经递质如乙酰胆碱(Ach)、一氧化氮(NO)、P物质(SP)、五羟色胺(5-HT)、血管活性肠肽(VIP)等与ICC上相应神经受体相结合，可将兴奋性或抑制性神经信号传递给ICC-平滑肌细胞(SMCs)，从而调节平滑肌舒缩[45]。刘银路等[46]研究表明，葛仙米藻粉可通过增加大鼠结肠兴奋性神经递质5-HT4、SP表达，降低抑制性神经递质VIP的表达，调节水通道蛋白表达，提高ICC的细胞功能，从而发挥良好的通便作用。刘梦茹等[47]研究表明，运脾柔肝方(药物组成：生白术、决明子、莱菔子、党参、蒺藜、当归、白芍、黄芪、枳实、厚朴、生甘草)可增加便秘型肠易激综合征大鼠血清及结肠组织中兴奋性因子胃动素(MOT)水平，抑制生长抑素(SS)分泌，调节胃肠道激素水平，促进肠道蠕动。顾尽晖等[48]研究表明，济川煎可有效加速功能性便秘大鼠肠道蠕动，缩短排便时间，其作用机制可能与胃肠道兴奋性神经递质SP分泌增多和肠道ICC数目增加有关。刘春强等[49]研究表明，六磨汤(药物组成：木香、乌药、沉香、槟榔、大黄、枳壳)可显著改善大鼠结肠传输功能，这可能与其调节结肠肌电节律性和提高结肠肌电稳定性，降低结肠肌间神经丛内一氧化氮合成酶(NOS)表达有关。刘丽兵等[7]研究表明，补气增液汤(药物组成：黄芪、白术、玄参、生地黄、麦冬、郁李仁、火麻仁、虎杖、枳实、甘草)能够改善便秘症状，其机制可能与减少结肠NO、NOS、VIP含量，调控SCF/c-kit信号通路，改善ICC功能，增强肠道平滑肌运动有关。

2.6 增强肠神经系统网络完整性 完整通畅的ENS-ICC-SMC神经系统网络是慢波电位传递和肠道机械屏障的重要基础，ICC数量减少或连接障碍都会影响肠道正常功能。研究发现，亮氨酸丰富重复免疫球蛋白样域蛋白1(LRIG1)缺失可使小鼠体内ICC-DMP和ICC-SS数量减少，并显著降低其肠道转运率，慢性传输型便秘大鼠结肠肌间丛内ICC排列紊乱，有效的传输网络被破坏，电镜下观察乙状结肠的ICC-IM、ICC-DMP、ICC-SS数量减少约60%[50-51]。ENS-ICC-SMC网络结构完整还有赖于缝隙连接，信号分子可以通过缝隙连接在一定细胞之间直接传递，故可通过强化连接蛋白，增强ENS-ICC-SMC的紧密性[10,52]。王小娟等[53]、郭旋等[54]研究表明，舒胃汤(药物组成：柴胡、焦神曲、白术、白芍、枳实、香附、延胡索、旋覆花、川楝子)不仅可以通过强化钙离子通道IP3R、RyR相关蛋白的表达，刺激钙离子内流，同时可以通过提高Cx43缝隙连接蛋白的表达，修复损伤的ENS-ICC-SMC网络，恢复网络结构完整性，从而改善胃肠道功能。高彩霞等[55]研究表明，滋阴降胃法组方(药物组成：生地黄、麦冬、天花粉、葛根、枳壳、旋覆花)可明显上调糖尿病胃轻瘫大鼠肌间神经丛c-kit、突触素(SYN)及蛋白基因产物9.5(PGP9.5)表达，调节ICC功能，修复损伤的肌间神经网络，从而增强胃肠动力。孔競谊[56]研究表明，硝菔通结方(药物组成：肉苁蓉、当归、白术、芒硝、莱菔子)可使慢传输型便秘大鼠PGP9.5、Cx43表达增加，促进肌间神经丛神经元数量及形态恢复，减轻ENS-ICC-SMC网络损伤，提高结肠动力，改善便秘症状。

3 小结

ICC在调控胃肠道慢波电位的起搏传导、神经递质的介导等多方面具有重要作用，当肠道功能出现问题的时候ICC也会发生相应的病理改变，如细胞结构改变(如内质网破坏、自噬体过多、凋亡小体过多)、细胞数目减少、肠神经系统完整性损伤、相关神经递质分泌失衡等。大量研究证实，中药单味药或复方通过ICC治疗FC的作用机制可能与促进ICC增殖、抑制ICC凋亡、影响ICC自噬及调节与ICC功能相关的离子通道、神经递质、重建肠神经网络完整性相关。但统观目前的研究也发现其中存在一些问题：首先部分中药方剂对ICC具有多途径，多通道的调节作用，其具体起效机制的主次关系目前尚未明确，起效的主要药物或药理成分也不清晰；其次发现多类不同功效的中药均能对ICC产生作用，如具有理气作用药物枳实、枳壳、半夏、厚朴、柴胡、香附、木通、旋覆花等，润肠通便作用药物莱菔子、杏仁、麻子仁、郁李仁、决明子等，滋阴增液作用药物当归、麦冬、生地黄、玄参、灵芝、党参等，补气健脾类药物黄芪、白术、茯苓等，但针对各类药物的作用机制并没有总结出普遍、可验证的规律，对不同种类不同药物的作用规律没有深入认识；最后就是目前机制研究较浅，仅针对少数几个关键的标志蛋白或mRNA的含量进行检测，并没有对整个信号通路上下游靶点进行完整的验证，结论不够清晰深入。未来可以继续以ICC为着眼点，深入开展体内外相关实验研究，以进一步阐述中药治疗FC的具体作用机制，以及不同中药对ICC的治疗作用，为中药方剂实验研究和临床应用创新提供有力依据。