中枢CRF系统在应激致胃动力改变中的作用

王秀松 杨晓慧 孙海基

(山东师范大学生命科学学院，山东省动物抗性生物学重点实验室，250014，济南 )

1 引 言

功能性胃肠疾病，如功能性消化不良(functional dyspepsia)，是临床上常见的胃肠道疾病.功能性消化不良在临床上被诊断为慢性或复发性的上腹部疼痛或不适且无器质性病变的一组综合征.目前，胃肠动力功能紊乱被认为是功能性消化不良的主要病理机理之一[1].胃肠动力功能紊乱发生的机制尚不清楚，与很多因素有关，如应激(stress).因此，探究应激对胃肠动力的影响将有助于对功能性消化不良病理机制的理解，本文将重点关注应激对胃动力的影响.

在早期，一些研究者发现情绪(比如恐惧、惊吓等)会影响胃动力[2].随着Hans Selye在1936年提出应激的概念后，人们开始设计各种实验研究不同类型应激对人和动物胃动力的影响，包括胃运动模式以及胃排空时间的改变等[2, 3].随后，应激诱导的胃运动失调(gastric dysmotility)的内在神经机制不断被揭示，一些脑神经核、神经环路以及相应的神经递质或激素都参与其中[4，5].来自动物上的许多实验证据表明脑内CRF在应激对胃动力的影响中发挥重要作用.而且，大量药理学研究发现CRF受体拮抗剂可以阻断不同类型的应激对胃动力的影响[2, 5, 6].那么，CRF系统可能成为应激性胃动力失调或功能性消化不良的潜在的治疗靶点.因此，本文首先对CRF系统及它们在脑中的分布进行概述；其次，重点综述中枢CRF系统在应激致胃动力改变中的作用.

2 中枢CRF系统

哺乳类动物的CRF系统包括CRF及相关肽[urocrotin1(UCN1)、urocrotin2(UCN2)及urocrotin3(UCN3)]、CRF受体1(CRF receptor 1，CRFR1)和受体2(CRFR2)以及CRF结合蛋白(CRF binding protein，CRFBP).在早期，研究者发现一些应激可以激活腺垂体，该发现刺激了研究者寻找下丘脑(hypothalamus)中可以激活腺垂体的某些因子，直到1981年，由Vale等人第一次在羊的下丘脑中分离出具有41个氨基酸的多肽CRF.随后，哺乳类动物上的CRF相关肽UCN1、UCN2和UCN3相继被分离鉴定[5].随着研究的深入，这些活性肽尤其是CRF，在脑中的分布也被逐步揭示，其中在下丘脑的室旁核中有大量的CRF表达，这些CRF主要通过刺激腺垂体来执行其内分泌功能.此外，CRF还广泛分布在其他脑区，比如海马(hippocampus)、杏仁核(amygdala)、大脑皮质(cerebral cortex)以及脑干(brain stem)部分核团中[7].因此，除了内分泌功能外，脑中CRF还具有调节行为、自主活动以及内脏反应等多种功能，比如调节迷走神经的活动，进而影响胃肠功能[7].

内源性CRF及相关肽通过与特异性的受体结合执行相应的功能，目前已知的CRF受体分别是CRFR1和CRFR2.研究表明鼠或人的CRF对CRFR1具有较高亲和力，UCN1对CRFR1和CRFR2具有类似的亲和力，而UCN2和UCN3被认为是CRFR2的内源性配体[7].这些内源性配体通过其C-末端与受体的N-末端氨基酸结合，而其N-末端与受体的跨膜区域相结合，引起受体构象的改变，从而激活偶联的G蛋白以及下游的级联信号分子，最终发挥作用[7].同时，CRF受体在脑中的分布也不断被揭示，但这些研究结果大部分来自啮齿类动物.脑中CRF受体以CRFR1为主，CRFR1分布在嗅觉相关脑区、大脑皮质、海马、基底神经核(basal ganglion)以及脑干部分核团，如迷走神经背核 (dorsal motor nucleus of the vagus，DMV).与CRFR1相比，CRFR2在脑中分布相对局限，主要分布在皮质下结构，如外侧隔区(lateral septum)和基底外侧杏仁核 (basolateral aymgdala)，以及脑干部分核团，如中缝核(raphe nucleus)和迷走复合体(dorsal vagal complex，DVC)[7].

人们对内源性CRF信号的生理功能的认识在很大程度上得益于其拮抗剂的发展.在早期，一些拮抗剂都是非选择性拮抗剂，即对两种CRF受体均有作用，比如astressin等.后来，CRFR2选择性的抑制剂被合成，比如antisauvagine-30、sauvagine11-40等.但是，这些肽类抑制剂共同特点就是不易穿透血-脑屏障，因此，其应用受到限制.由于CRF信号失调与多种疾病(比如抑郁症、功能性胃肠疾病)的发生相关，许多制药公司研发出了针对CRFR1非肽类小分子抑制剂，比如CP-154,526、 antalarmin及NBI-34041，并研究其临床应用价值[5].除了这些合成的拮抗剂外，CRFBP被认为是一种内源性的拮抗剂，其对CRF和UCN1有较高亲和性，而对UCN2亲和性较低，对UCN3则无亲和性.CRFBP通过与CRF内源性配体结合而阻止配体与受体结合,从而抑制CRF配体的作用.而且，研究发现CRFBP的一个氨基酸被突变，可以特异性阻断UCN1，而对CRF则无作用，因此可以被用来分别研究CRF和UCN1在应激反应中的作用[7, 8].总之，这些拮抗剂或CRFBP成为研究CRF信号在行为、免疫以及内分泌生理过程中作用的有效工具.

3 中枢CRF系统在应激诱导的胃动力改变中的作用

应激可以影响胃生理功能的不同方面，比如胃运动以及胃酸分泌等[9].研究发现当大鼠被束缚于10 ℃环境中，非营养液的胃排空被抑制[10].同时，在人身上的研究也表明一些躯体应激(如4 ℃冷水)可以延迟胃排空[3].在一些条件下，有些类型的应激可以引起胃运动亢进，但不影响胃排空[3, 11-13]，Watanabe发现束缚加浸水(25 ℃)应激导致大鼠胃运动幅度以及频率增加[14]，而这种高幅度的胃运动可能是导致应激性胃溃疡的原因之一[15].最近的一项研究发现急性避水应激对大鼠固体食物的胃排空无影响[16].相对于急性应激的作用，慢性同型应激(chronic homotypic stress)对胃运动以及胃排空的影响具有一致性.研究发现慢性同型应激(连续5 d的束缚应激，每天1.5 h)不影响固体食物的胃排空以及移行性复合运动强烈收缩期(Ⅲ相)[17]，但是慢性异型应激(chronic heterotypic stress，比如连续5 d不同类型的应激：第一天，1.5 h束缚应激；第二天，20 min强迫游泳；第三天，40 min避水应激；第四天，2 h、4 ℃应激；第五天重复第一天束缚应激)，则对胃排空有抑制作用[4].需要注意的是，胃排空不仅与胃运动有关，而且更与胃窦、幽门以及十二指肠的协调运动有关.因此，在应激条件下，胃运动与胃排空可能受到不同的影响，甚至出现相反的结果[12, 13, 16].

CRF系统在应激引起的胃动力改变中具有重要作用，其证据主要来自两方面的研究：脑内注射外源性CRF及相关肽的研究以及脑内注射CRF受体拮抗剂的研究.我们分别对这两方面的研究进行回顾.首先，研究表明CRF可以诱导应激相关的行为、生理以及内分泌反应[18]，一系列动物实验发现脑内注射CRF或相关肽可以抑制胃排空以及胃运动[5].Tache等人[19]研究发现大鼠小脑延髓池(cisterna magna，小脑与延髓之间的脑池，脑池是蛛网膜下隙扩大而形成，内有脑脊液)内注射CRF可以抑制大鼠对液体食物的胃排空，抑制率为37%～80%.在狗的侧脑室(脑室是脑内的腔隙，包括1对侧脑室、第3脑室和第4脑室)注射CRF同样可以抑制固体食物的胃排空[20]，而且对消化间期的移行性复合运动产生持续的破坏，同时促使了一些小幅度收缩的出现[21].其他研究显示大鼠小脑延髓池内或DVC内注射CRF或UCN1抑制了促甲状腺激素释放激素(thyrotropin-releasing hormone，TRH)类似物诱导的胃运动增强，对基础水平的胃运动无影响[22, 23]，但也有研究显示小脑延髓池内注射CRF抑制了餐后胃运动，且呈剂量依赖性[12]，这表明在消化期和间期中CRF对基础水平的胃运动的影响不同.Lewis等人[24]的研究也表明DVC内注射CRF抑制了乙酰胆碱毒蕈碱型受体激动剂氯贝胆碱诱导的胃运动增强，但这种结果并未被Cruz等人[25]重复.脑内注射CRF及相关肽对胃排空及运动的抑制作用可能通过室旁核和DVC脑区，并由迷走神经(副交感通路)介导而实现的[5, 24]，因为一系列研究发现膈肌下迷走神经被切断，则抑制作用消失[5，16].这种抑制作用可能是由于胃迷走神经的放电活动的降低而导致的[26]；也可能是由于迷走神经激活胃内肌间神经丛的非肾上腺素能非胆碱神经元发生作用的[24]，但这条通路是否存在或是否具有功能尚存争议[25, 27].值得注意的是，一些研究表明外周交感神经也在此中具有作用[5].总之，这种抑制作用究竟是由交感还是迷走通路介导，可能与CRF及其相关肽的类型以及脑内注射位置和剂量有关[5].

其次，大量药理学实验表明CRF受体抑制剂可以阻断或减轻应激对胃排空的抑制作用.脑池、脑室以及脑内核团注射α-helical CRF9-41, D-Phe12CRF12-41, astressin, or astressin-B抑制了各种急性应激(比如生理/心理应激、免疫应激、内脏应激等)引起的胃排空延迟[5].大鼠20 min的强迫游泳应激延迟了盐水等液体食物的胃排空，但是在应激之前给予CRF(侧脑室给药)受体非选择性抑制剂α-helical CRF9-41，胃排空延迟则被阻断[28].另一项研究发现小脑延髓池内注射astressin(CRF受体非选择性抑制剂)剂量依赖性地改善了腹部手术应激引起的胃梗阻[29].进一步研究发现CRFR1敲除或选择性抑制剂CP-154,526(皮下注射)抑制了腹部手术应激引起的胃梗阻，而CRFR2选择性抑制剂astressin2-B则无此作用[30]，但是，Nakade等人的研究显示CRFR2选择性抑制剂astressin2-B小脑延髓池内给药抑制了束缚应激诱导的胃排空延迟，其原因可能是astressin2-B改善了被破坏的胃窦-幽门运动的协调性[12, 31].由此可见，不同类型的应激对胃排空的抑制可能涉及不同的CRF受体亚型.另外，Nakade等人发现束缚应激增加了消化期胃运动，且astressin2-B小脑延髓池内给药易化了这种作用[12]，但目前有关CRF受体抑制剂在这方面的研究鲜有报道.值得注意的是，脑内注射CRF拮抗剂并不影响正常状态下(非应激条件下)的液体或固体食物的胃排空，这表明在正常生理条件下内源性CRF系统可能不参与胃动力调控[5].总之，这些实验证据表明中枢CRF系统在应激诱导的胃动力失调中具有重要作用，但其内在的分子及环路机制尚不清楚.

大量临床前的研究一致表明，CRF系统可以作为治疗精神疾病(如抑郁症)以及胃肠疾病(如肠易激综合征)一个有前途的治疗靶点.尤其是CRFR1拮抗剂在治疗一些精神疾病以及肠易激综合征的临床研究被大量开展，但是临床实验结果并不令人满意[5, 7].如上文所述，动物模型上的研究显示CRFR2拮抗剂在治疗应激诱导的胃动力失调中具有效果.然而，相关的临床研究数据匮乏，其原因可能是因为缺少小分子水溶性的CRFR2拮抗剂，希望将来可以弥补这方面的不足.

4 总结与展望

综上所述，CRF及相关肽和受体在脑内广泛分布，在过去40年的研究中，人们对中枢CRF系统在胃动力调控中作用的认识越来越深刻.大量动物模型上的研究表明CRF系统在应激诱导的胃动力失调中具有重要作用，特别是CRF的抑制剂可以缓解或消除不同类型应激引起的胃排空的延迟，这些研究成果为治疗功能性消化不良或其他胃动力失调疾病提供新的线索或思路.

在其他领域中，许多先进的技术已经被用来研究CRF系统功能，但是在神经胃肠学领域中该方面相对滞后[7].比如，针对CRF系统的各种转基因小鼠是否可以被用来研究不同类型的应激(急性或慢性)对胃动力的影响，这将有助于加强或补充相关药理学研究成果.另外，光遗传学和化学遗传学技术在神经胃肠学领域中已经开始被应用，那么基于这些技术探讨不同神经环路中CRF系统在应激引起的胃动力失调中的作用，将是一个非常有意义的研究方向.