Cajal间质细胞在糖尿病胃轻瘫中的研究进展

甘思玲,高飞,2

【提要】 糖尿病胃轻瘫(DGP)为有糖尿病(DM)病史患者出现的常见的非原发性疾病，胃运动功能低下和胃排空率延迟是它非常突出的临床特点。近几年来，DGP因其高发病率逐渐引起了人们关注。Cajal间质细胞(ICC)参与胃肠神经肌肉系统的组成以及慢波的形成，维持胃肠信号的传导，同时具有机械感觉能力。DGP的发生与ICC变化有关联，明确证实DGP患者存在胃肠道的ICC数目下降，并伴有不同程度的结构破坏和功能损害。本文探讨了对ICC的理解，ICC与DGP的关系，以及ICC在DGP治疗中的变化的最新相关研究。

糖尿病(diabetes mellitus，DM)患者遍及全球，发病率在近几十年来不断攀升[1]。DM引起的胃肠运动障碍在全消化道均可出现[2]，其中胃轻瘫是最重要的表现[3]。糖尿病胃轻瘫(diabetic gastroparesis, DGP)多伴随着恶心、呕吐、早饱、腹痛、餐后腹胀等常见消化道症状[2, 4]，其中早饱、餐后腹胀为主要表现[5]，给患者带来诸多困扰并加重了医疗经济负担[6]。国内外近年研究结果表明，很多因素均与DGP发生发展有关，目前比较认可高血糖，自主神经病变以及肠神经肌肉炎症和损伤等原因[7-8]。随着医疗发展水平的提高，患者对DGP的诊断和治疗有了新的期待。 Cajal间质细胞(interstitial cell of Cajal，ICC)功能类似于窦房结细胞，参与胃肠运动信号形成的起始环节，和DGP的发病有密切联系，引起不少学者的关注[9-10]。本文对ICC在DGP发病和治疗过程中所起的作用及机制文献进行综述。

1 糖尿病胃轻瘫

60多年前，DGP的定义初次由Kassander[11]提及，并逐渐被学者们理解。DGP是指以DM为基础，以胃肠动力低下为特征，以腹胀、早饱、恶心等为临床表现的，并伴有胃电活动异常、胃肠消化时间延长、排空功能障碍等病理生理学特征的疾病[12]。

DM患者出现以下症状，如恶心、呕吐、腹胀等在排除胃出口阻塞后，并明确存在胃排空延迟应考虑DGP[13]。胃排空延迟定义为饭后4 h胃潴留>10%[14]。目前明确有无胃排空延迟主要有以下四种手段：胃排空闪烁显像、无线运动胶囊、呼吸测试、超声检查[15]。胃排空闪烁显像(gastric emptying scintigraphy, GES)一直以来被认为是评估胃排空延迟的金标准，但其可靠性并不能获得胃肠病学家一致认可，因为采用不同的膳食类型，患者定位，图像采集频率和持续时间以及定量方法可引起结果不一致[16-17]。无线运动胶囊(wireless motility capsule, WMC)能在不依靠辐射的情况下以微创的方式测量区域和整个胃肠道的传输时间，受到了学者们的青睐，并被批准应用于临床[18]。

1型糖尿病(type 1 diabetes, T1D)和2型糖尿病(type 2 diabetes, T2D)都可引起胃轻瘫[19]。研究提示10年内 T1D患者出现的胃排空障碍的累计发病率(5%)高于 T2D患者(1%)[19]。另一项研究表明，在7 000多例T1D患者的研究分析中发现，胃轻瘫发生率为4.8%，女性(5.8%)发病率明显高于男性(3.5%)[20]。在美国急诊部就诊患者的统计中，研究人员发现过去近8年内，胃轻瘫患者就诊率急剧增加，其中DGP患者的急诊就诊次数从5 696增加到14 114，每100 000急诊就诊次数从4.7增加到10.5，急诊就诊及随后入院的总相关费用从0.84亿美元增加到1.82亿美元[21]；在1997—2013年期间，T1D患者的胃轻瘫出院诊断也较前增加了6倍，T2D患者的胃轻瘫出院诊断较前增加了3.7倍(P<0.001)[22]。这些变化可能反映了以下几点：DGP认识加深；诊断治疗手段不断更新；DM患者对DGP的重视程度加深。

出现胃轻瘫症状时，胃动力检测可表现为胃排空延迟和加速胃排空，前者多见于 T1D，后者见于 T2D胃内液体的快速排空，多伴有早期疾病[23]。胃排空延迟可能与肠神经系统功能障碍、高血糖、自主神经病变等有关[7, 24]，其中肠神经系统异常、高血糖一致被认为是DGP发生的主要因素[25]。在DM患者全胃组织病理检查中发现，ICC细胞减少，肠神经丢失，免疫细胞浸润[26]。Moraveji S等[27]发现，胃轻瘫患者幽门的ICC丢失是胃窦的两倍，幽门平滑肌的纤维化几乎是胃窦的三倍。综上我们可以得出以下结论：DM患者继发胃轻瘫时，电镜下一方面ICC数量锐减，它作为胃肠动力的起搏器，因而产生的慢波减少，间接导致产生于慢波基础上动作电位数量减少，胃肠蠕动功能减弱；另一方面肠神经损伤，免疫细胞浸润，胃壁发生纤维化，肠神经肌肉系统功能障碍，进一步减弱胃肠动力。因为胃蠕动减弱，固体食物分解成微小颗粒的时间延长，间接延缓了胃内食物向小肠内排出；而液体食物容易消化吸收，同时幽门平滑肌内纤维化，可能存在幽门关闭功能障碍，当胃运动时，液体就可以从胃内流入肠道。因此进食固体食物时，由于食物排空延迟而出现恶心、呕吐、早饱、腹胀等一系列消化道症状。具体机制需要大量实验验证。

2 Cajal间质细胞

2.1 ICC的生物学特性

ICC最早由Cajal发现和命名[28]，研究表明ICC表面存在酪氨酸蛋白激酶受体Kit (CD117)[29]。通常Kit和干细胞因子(SCF)形成胞外SCF-kit复合物，进而定向运动到细胞内使酪氨酸激酶产生生物学活性，从而促使细胞的从幼稚转变为成熟[30]。然而，也存在ICC不表达Kit，比如人类小肠深肌丛[31-32]。

近年来，研究表明钙激活的氯离子通道anoctamin 1(Ano1)是人和小鼠胃肠道中所有类型ICC的选择性分子标记，可独立于Kit，用于对ICC的免疫化学鉴定[33-34]。另有文献报道，ICC或某些亚型的ICC也特异性表达CD34[35]、Na+/K+/2Cl-co-transporter(NKCC1)[36]、neurokinin-1 receptor[37]或CD44[38]。这些因子尚需要进一步的研究来证实它们是否可以作为胃肠道ICC的选择性标记物。

2.2 胃肠ICC分类、分布、功能

详见表1。

表1 胃肠ICC分类、分布、功能[39]

2.3 ICC和慢波及胃肠运动的关系

值得一说的是，胃肠道的慢波学说最早是在肠道内发现的。1986年Suzuki N等[40]首次提出肠道慢波的产生很可能与ICC有关，随后多有文献佐证，并在此理论上进行各种研究[41-42]。文章报道慢波的机制取决于起搏器ICC所表达的Ano1、Ca2+活化氯-通道(CaCCs)、CaV3.2、T型和电压依赖性的Ca2+通道[42]。ICC细胞内存储的Ca2+释放是起搏器去极化的首要条件，当慢波通过ICC网络传播时，T型电流的激活使电压依赖Ca2+进入ICC，Ca2+诱导ICC中Ca2+释放和Ano1的激活会放大慢波去极化[42]。

3 Cajal间质细胞与糖尿病胃轻瘫

随着ICC出现在人们视野，研究者们先后开始探讨ICC与DGP的关系。有学者用电子显微镜检测DM模型大鼠胃窦，发现ICC存在凋亡样改变[43]。在DGP患者胃活检中同样也发现了ICC的丢失[26]。近来多有文献记载炎症引起肌源性损伤，可导致ICC改变。Eisenman ST等[44]发现，M1巨噬细胞产生的肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor α, TNF-α)可能导致Kit丢失，并部分通过含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶依赖性凋亡途径直接损伤ICC，也可能对ICC在DGP中的耗竭起重要作用。另有文献表明一些胃轻瘫患者胃内ICC的减少或损伤与抗炎M2巨噬细胞的数量减少有关，这些巨噬细胞通常表达甘露糖受体(CD206)和血红素氧合酶1(HO1)，并介导细胞修复[45]。Grover M[46]、Cipriani G[47]等再次证实胃窦CD206阳性抗炎细胞的丢失是DGP的一个特征性变化。Yang S等[48]发现因胰岛素/InsR和IGF-1/IGF-1R信号通路缺损甚至破坏，同样造成的ICC不断损害也可引起DGP。Zhang CM等[49]发现，血管紧张素Ⅱ能通过PI3K/Akt信号依赖的方式增加培养的胃平滑肌细胞(GSMCs)中膜结合干细胞因子(mSCF)的表达和细胞增殖，减少了ICC的丢失。

ICC作为胃肠神经肌肉系统的组成成分，参与产生慢波并维持电信号的传导，共同对胃肠运动进行调节。正常情况下ICC慢波的产生存在自发性，然后在肠神经的刺激下传播到肌肉组织，胃肠道开始有节律蠕动[50]。DGP患者的ICC异常，可引起肠神经系统的功能障碍[51]。

4 Cajal间质细胞与DGP治疗的关系

4.1 Cajal间质细胞与DGP物理治疗

物理治疗通常指运用光、电、热机械刺激等物理因素对人体进行干预，达到治疗疾病的效果。物理治疗中的电针取穴治疗、壮药药线灸、胃电刺激因其治疗在DGP治疗中有不错的疗效，逐渐被患者所接受。文献研究显示，胃电刺激可减轻胃轻瘫的症状，显著提高胃排空率、改善生活质量[52]。动物研究报道明确电针可作用于ICC，逆转ICCs的各种病理变化，从而改善DGP病情[53]。文献报道电针可通过上调HO-1阳性巨噬细胞来介导抗炎和抗氧化应激作用，减少ICC的丢失[45]。为了明确不同选穴部位[54]、腧穴配伍和单穴[55]对改善DGP胃排空障碍治疗效果的影响，研究者进行了一系列研究，结果发现：①足三里配合胃脘部穴位疗效突出，足三里配伍远端穴点次之；②腧穴配伍效果较单穴治疗效果更优。张程程等[43, 56-57]发现，电针刺激足三里等穴可通过促进SCF正常表达，进而修复ICC可逆性损伤，达到调节DGP大鼠血糖，促进胃肠蠕动的效果。Zhang H等[58]发现，壮药药线灸能减轻DGP大鼠胃肠道症状，其机制可能与增加表达c-kit IR的ICC的表达有关系。国外的胃电刺激治疗和国内电针取穴治疗在操作上有很大的差别。国外有一种专门治疗难治性胃轻瘫的外科植入胃电刺激(gastric electrical stimulation, GES)方法：沿胃大弯(距上颌骨近端约10 cm)手术放置1 cm长的电极，再将来自电极的导线连接到向胃提供高频/低能电脉冲植入式发生器内；可在很大程度上让DGP患者受益[52]，但其减轻患者症状的机制是否与改善ICC功能有关未可知。另有研究同样发现GES能有效改善症状和影响生理功能，并做了具体描述：①早期和持续的抗呕吐作用；②早期和持久的胃促动力作用；③早期抗心律失常作用；④晚期自主神经作用；⑤晚期激素作用；⑥早期持续的抗炎作用；⑦早期持续生活质量的改善[34]。但也有研究表明，GES虽然降低了DM患者和非糖尿DM病患者的难治性呕吐频率，但是它并没有加速胃排空或提高生活质量[59]，这与既往研究存在争议。尽管GES疗效毋庸置疑，但它伴有症状复发或症状持续不缓解的风险，文献发现经口幽门肌切除术治疗GES术后复发性胃痉挛是安全可行的，并能在短期内明显改善症状和运动能力[60]。

4.2 Cajal间质细胞与DGP西药治疗

目前DGP对症治疗的药物主要有止吐药、胃肠动力药，严格控制血糖是基础。在一项临床研究中发现，一种高选择性的5-羟色胺受体拮抗剂——Granisetron经皮给药可以有效减轻76%的胃轻瘫患者的恶心和/或呕吐症状，同时餐后饱胀、食欲不振、上腹痛和早饱的症状也有所改善[61]。2017年一篇关于两例难治性胃轻瘫的病例报告中，Fountoulakis N等[62]指出神经激肽-1受体拮抗剂-aprepitant中长期治疗可有效缓解严重的胃轻瘫症状进而减少住院次数。胃复安化学名为甲氧氯普胺，通过作用于多巴胺受体D2进而增加食管下括约肌(LES)压力、GE和近端小肠转运时间，自上市后，一直是治疗恶心、呕吐症状中的领军药物，但其有一个严重的副作用——迟发性运动障碍[63-64]。Svendsen K等[65]通过研究47 000份关于甲氧氯普胺的用药报告，探讨了不同年龄和性别患者使用甲氧氯普胺发生神经系统药物不良反应的时间和频率，结果显示大多数神经系统不良药物反应和特定的神经系统不良药物反应发生在使用甲氧氯普胺的前5 d内(中位数为1 d)，发作时间随着年龄的增长而增加；另外甲氧氯普胺的神经系统不良药物反应频率是其他药物的2～4倍，儿童中比例最高(女孩PRR=4.24，男孩PRR=4.60)。研究发现，胃复安产生的良好的临床反应可能与KCNH2和ADRA1D的多态性有关，而副作用可能来源于CYP2D6、KCNH2和5-HT4受体HTR4基因的多态性[66]。多潘立酮和胃复安具有相似药理作用，其对许多患有胃轻瘫症状的患者有益，尤其是餐后饱胀，恶心，呕吐和胃胀满[67]。与胃复安相比，多潘立酮不易穿越血脑屏障因而不引起神经功能障碍[67]。研究表明，5-HT4受体激动剂——枸橼酸莫沙必利可能有助于改善DGP患者食欲减退，提高患者生活质量[68]。张静瑜等[69]为了进一步了解莫沙比利在DGP治疗中与ICC的联系，计算了DGP大鼠胃窦部ICC的含量，结果发现莫沙必利给药后胃窦ICC升高，有理由认为莫沙必利可能通过增加胃窦ICC数量，起到改善DGP大鼠胃运动的作用。大环内酯类抗生素如红霉素，可通过作用于胃动素受体有效促进胃排空，但临床应用较少[70]。尽管促胃动力药改善DGP临床症状可能与加速GE相关，但对于以上甲氧氯普胺、多潘立酮、红霉素、阿奇霉素等药物来说，在症状改善和GE变化之间的关系机制至今未详细阐述，导致人们对于这些药物开发应用存在担忧[71]。实验证明生长素(Ghrelin)可以促进胃动力的同时可缓解DGP症状[72]，一种选择性Ghrelin受体激动剂——Relamorelin(RM-131)因此投入临床研究，证实了它确实可以改善临床症状的减轻以及促进胃排空[73-74]。DGP在对症治疗同时，需要有效控制血糖，一直以来胰岛素是降糖药物中的主要用药，Yang S等[48]研究发现，胰岛素不仅能够有效降低DM患者血糖，还能通过阻碍胰岛素/InsR和IGF-1/IGF-1R信号通路的信号传导，防止ICC继续损伤，从而有效缓解DGP病情。Calles-Escandón J等[75]通过持续血糖监测(continuous glucose monitoring, CGM)的方法，探讨了持续皮下胰岛素注射(continuous subcutaneous insulin infusion, CSII)在DM血糖控制不佳伴有胃轻瘫患者中的安全性和潜在疗效，结果表明CSII在DM合并胃轻瘫患者治疗上具有安全性、可行性、低风险的特点，且能有效控制降低DM患者血糖，改善消化道症状，同时低血糖发生率也低，显著提高患者生活质量。

4.3 Cajal间质细胞与血糖控制

血糖控制和DGP互为因果：长期血糖控制不佳可导致DGP，反过来DGP出现的胃排空异常会影响血糖控制[76][77]。有学者通过检测大鼠的ICC含量及结构在不同血糖浓度大鼠中的表达，结果发现血糖浓度越高，ICC的密度越稀疏，结构越杂乱[78]。因而可以推断，将DGP大鼠血糖控制在正常范围之内，可以有效减少ICC的破坏。然而Horvath VJ等[79]推测高血糖可能不会对ICC造成损害。随后Hayashi Y等[80]对高血糖促进胃排空的机制进行了研究，在胃中分离并培养ICC系细胞中发现，高血糖可以在ets变异体1(ets variant 1 ETV1, ICCs的主转录因子)的有丝分裂原激活蛋白激酶1(mitogen-activated protein kinase 3, MAPK3)稳定的基础上，通过有丝分裂原激活蛋白激酶1(mitogen-activated protein kinase 1, MAPK1)增殖，刺激KIT上调，增加ICCs，导致胃排空加快。Cil O等[81]发现TMEM16A的酰胺基环氯烷基噻吩类抑制剂，可以通过抑制TMEM16A影响ICC的起搏功能，减缓胃排空，进而减低血糖，但会提高肥胖患者的饱腹感。

4.4 Cajal间质细胞与DGP的其他治疗

中药对于DGP有一定疗效，因此近几年来DGP的中药治疗一时成为热点。研究发现，养阴和胃方可通过增加ICC数目而增强胃肠起搏功能，促进胃运动[82]。麻枳化浊方能够增加DGP大鼠胃窦部c-kit密度,进而调控ICC的数量,促进大鼠的胃排空[83]。然不同于国内，国外学者对于中药治疗DGP的了解甚少，所以其具体疗效、安全性及相关原理机制，还需要进一步临床大数据检测和科学验证。

5 总结与展望

目前，ICC异常和DGP的发生存在关系，国内外学者不存在争议，但确切机制有待深入研究；DGP常伴随多种基础疾病，联合用药效果好但副作用多，研究多功能新药迫在眉睫；物理治疗因其在DGP中显著疗效，且不良反应小，有很好的应用价值；中药治疗DGP在国内有大量研究，但国际上争议不断，希望在国内政策影响下，科学地发展中医药，进而把临床证实有效的中医药推广到世界各地；胰岛素用于治疗DM历史悠久，因其在治疗上具有效性、安全性、可行性等特点，一直在控制血糖方面有突出贡献，但在DGP时控制血糖的胰岛素给药时间需要更加精确；对于DGP不同治疗中ICC的变化研究较少，且研究数据主要来源于动物研究，临床研究较少，这或可进一步深入研究。