淋巴管的收缩性及其调节.pdf

淋巴管的收缩性及其调节 刘志权 牛春雨 赵自刚 张 静 河北北方学院基础医学院病理生理学教研室 河北张家口 075029 摘要 淋巴管收缩性对维持淋巴循环 体液稳态具有重要作用 其收缩性是通过电兴奋 收缩耦联 和化学兴奋 收缩耦联引发淋巴管平滑肌细胞的动作电位 启动不同的收缩蛋白而实现的 受淋巴 管张力 神经及体液因素的调节 并受细胞间及细胞内信号转导通路的调控 关键词 淋巴管 收缩性 调节 中图分类号 R331 4 淋巴系统由淋巴管道 淋巴器官和淋巴组织构 成 对维持体液循环 组织液平衡 淋巴细胞再循环 抗原抗体物质转运具有重要作用 参与多种病理过 程如水肿 炎症等的发生发展 研究发现 良好的淋 巴管收缩性是休克早期机体代偿的重要组成部分 而休克晚期肠道细菌和内毒素经肠系膜淋巴管移 位 是导致多器官损害的重要原因 淋巴管收缩性成 为危重病干预的新靶点 1 因此 深入认识淋巴管 的收缩性及其调节 对探讨多种疾病的发病机制及 临床干预具有重要意义 一 淋巴管收缩性的基础 淋巴管形态结构与静脉相似 但管壁较薄 除微 淋巴管较伴行微血管口径宽外 其余淋巴管和淋巴 导管均比相应部位的血管口径细 瓣膜较多且发达 相邻两个瓣膜之间的一段淋巴管称淋巴管节 是淋 巴管的结构和功能单位 Quick等 2007 瓣膜由 两层内皮夹持着薄层含胶原纤维和弹性纤维的结缔 组织构成 瓣膜处有较少或没有淋巴管平滑肌细胞 lymphatic smoothmuscle cel l LS MC 淋巴管管壁 可分为三层 内膜由内皮和薄层纵行的弹性纤维构 成 中膜由混有胶原纤维和弹性纤维的平滑肌构成 外膜为结缔组织 牛的肠系膜淋巴管 mesenteric lymphatics ML 中膜可分为内纵 中环 外纵三层平 滑肌 平滑肌为淋巴管收缩功能的执行者 具有较 高的自主性和节律性 一 结构基础 淋巴管的收缩装置主要由肌 球蛋白 肌动蛋白 原肌球蛋白 密体 斑组成 收缩 兴奋刺激通过各种受体系统到达 LS MC 经过电兴 奋 收缩耦联和化学兴奋 收缩耦联两种启动方式 增高细胞内 Ca 2 浓度 或使收缩调节装置对 Ca 2 敏 感性升高 经收缩调节装置的作用 如经钙敏感肌 钙蛋白调节原肌球蛋白运动 使与肌动蛋白结合的 原肌球蛋白位置发生变化 暴露肌动蛋白能与肌球 蛋白质头部结合的位点 肌动蛋白与肌球蛋白头部 结合 活化肌球蛋白头部的 ATP酶 使肌球蛋白头 部发生摆动 细肌丝一端连于密体 斑 另一端游 离 而粗肌丝则两端游离并与细肌丝重叠 因此 在 肌球蛋白的头部与肌动蛋白结合后形成的横桥发生 摆动时 密体 斑之间的距离就会缩短 出现收缩 反应 不同部位淋巴管的收缩蛋白和功能不同 在 ML平滑肌中只有平滑肌肌球蛋白重链 smooth muscle myosin heavy chain S M MHC 亚型 S MB 而 在胸淋巴导管中发现有 S MA 和 SMB两种亚型 与 小动脉相似 在 ML和胸导管中也检测到骨骼肌和 心肌的 肌动蛋白亚型 在 ML和胸导管间的收缩 功能差异与肌球蛋白重链不同有关 因此 不同部位 淋巴管履行各具特点的收缩功能 二 生物电基础 很早以前人们就发现淋巴 管有自发收缩现象 故有人将其比作心肌 但是 淋 巴管与血管一样具有平滑肌 管腔内压力升高时维 持一定的张力 同时也作为淋巴液运输的管道 所以 这种比喻是不确切的 淋巴管自发收缩的机制 迄 今为止并未完全明确 根据心脏起搏系统的推测 并由多项实验证明在淋巴管中存在起搏细胞 可能 是 LS MC 也可能是与之有电偶联的另一类细胞 1 起搏细胞产生自发瞬间去极化 1 4 5 三磷 酸肌醇 IP3 使起搏细胞内对 IP3敏感的 Ca 2 储存 结构如内质网 线粒体等把 Ca 2 脉冲式释放到细胞 质内 胞质内 Ca 2 浓度提高进一步促进 Ca 2 释放 提高膜电位到 35mV 40 25mV Ca 2 激活 国家自然科学基 金 30770845 河北省自 然科学基金 C2008000503 资助课题 通讯作者 137 生理科学进展 2010年第 41卷第 2期 质膜上的 C l 通道 Cl 内流又使膜内电位下降 这 一过程称为自发瞬间去极化 spontaneous transient depolarizations STDs 对豚鼠 ML的研究表明 钙 库释放 Ca 2 是通过 IP3介导的 2 利用细胞内微电 极 Ca 2 成像和药理学方法描述了 ML发生 STDs的 信号转导机制 并证实了细胞内 Ca 2 库释放 Ca 2 通 过 IP3受体 再使 Ca 2 激活 Cl 通道开放 导致 STDs 的发生 兴奋 或抑 制 IP3受 体 明显 影响 STDs的 频率和振幅 且 LS MC去极化对 Ca 2 具有明显依 赖性 2 动作电位 对豚鼠 ML 的 STD 研究表明 Crowe等 1997 导致起搏点电位变化的离子释 放是同步化的 当超过阈值时触发动作电位 AP 引起 LS MC 收缩 阻断 L 型钙通道 L Ca 可防止 Ca 2 库的同步化释放 钙振荡同步化和传播是通过 缝隙连接兴奋传导介导的 一个起搏细胞内钙振荡 通过钙激活 Cl 通道使细胞膜去极化 导致细胞以 L Ca为基础的 AP并传播到邻近细胞 AP传播过 程中 钙的流入通过 IP3受体通道开放形成钙波 导 致 Ca 2 诱导 Ca 2 释放 CI CR 以此方式通过电子 传递钙转移使 AP迅速扩散 3 这种起搏是依赖于 Ca 2 经电压依赖性 Ca 2 通道进入 在起搏点 Ca 2 库 与胞内 Ca 2 库间相互作用下 扩大它们之间的电化 学偶联 使 STDs同步化 提示 Ca 2 通道在 Ca 2 库间 的电化学偶联是化学连接的关键 LS MC膜上的 Na 快通道 是 AP 产生的离子 基础 这与心肌 骨胳肌和神经纤维的离子通道相 似 Na 快通道是电压依赖性的 河豚毒 TTX 可 减慢了其开放速率 使 AP在平滑肌间的传导变慢 减弱 在短距离内消失 减少同时收缩的细胞数 从 而降低收缩性 淋巴管的平滑肌收缩具有良好的协调性 长达 6cm的牛淋巴管 几乎可以同时收缩 说明 AP 可在 平滑肌间进行不衰减的有效传递 应用药理学方法 证实了淋巴管收缩活动传播 协调过程中存在缝隙 连接的作用 每一次 AP形成都引起平滑肌收缩一 次 与心肌相似 利用细胞内微电极技术记录豚鼠 肠系膜 LSMC的 STDs电生理活动 发现 STDs诱发 AP导致 LS MC收缩 这种电生理活动不受淋巴管去 神经或破坏淋巴管内皮细胞 lymphatic endothelium cel l LEC 的影响 故认为 STDs是肌源性的 二 淋巴管收缩性的调节 一 张力调节 每一个淋巴管节都有固有的 紧张度和节律性 淋巴液增多导致管壁扩张可激发 淋巴管的自发收缩 且与进入淋巴管内淋巴液的量 和速度有关 大多数淋巴管收缩的强度和频率是张 力敏感性的 在充盈过程中 淋巴管扩张达到一定的 张力敏感阈即引起收缩 由于瓣膜同向开放 淋巴管 收缩使淋巴液流入下一淋巴管节 使其扩张 并刺激 其产生收缩 保证淋巴液及时回流 二 神经调节 LS MC的运动受内脏神经支 配 多数神经为运动性的 可直接支配 LS MC舒缩 也可通过影响起搏细胞 AP频率调节 LS MC运动 淋巴管外膜有神经丛 在牛 ML外膜和中膜有胆碱 能和肾上腺素能神经纤维 电刺激交感神经时 羊 犬后肢淋巴管收缩频率增加 刺激内脏大神经时 羊 ML也产生类似反应 切断内脏大神经后 肠系膜 ML自主收缩频率及总收缩活性指数 动力学指数 显著降低 张静等 1995 2受体阻滞剂可抑制淋 巴管收缩频率 说明交感神经对淋巴管的兴奋作用 是通过 LSMC 上的 2 受体 介导的 Cribbs 等 2002 迷走神经可舒张淋巴管 增大口径 降低管 内压力和淋巴液流动阻力 与淋巴管收缩性因素协 调一致 共同促进淋巴液向心流动 切除迷走神经 后 大鼠 ML收缩频率 静态口径和收缩活性明显降 低 瓣膜运动不规律 提示迷走神经的完整性对保持 淋巴管 泵 的功能不可缺少 4 淋巴管收缩也受肽能神经调节 免疫细胞化学 染色显示豚鼠 ML外膜存在乙酰胆碱 ACh 和血管 活性肠肽 VIP 免疫反应纤维 且具有感觉性和运 动性 免疫组化技术证实牛 ML外膜胆碱脂酶 E阳 性 含有儿茶酚胺和 VIP免疫反应的神经纤维不仅 在外膜 且在肌层并达到内皮下 均含有感觉神经特 异性递质 ACh和降钙素基因相关肽 CGRP 这些 内皮下神经纤维既可作为机械感受器 受管腔内压 力和管壁张力变化刺激 也可作为温度和化学感受 器 刺激这些神经可引起局部释放 P 物质 SP 和 CGRP 三 体液调节 1 肾上腺素和去甲肾上腺素 肾上腺素和去甲 肾上腺素能增加淋巴管收缩频率 降低收缩幅度 且 频率与剂量呈正相关 最后达到强直性收缩 此作用 可被酚妥拉明抑制 提示淋巴管存在 受体 异丙 肾上腺素降低淋巴管自发收缩频率 并可被心得安 抑制 说明 受体起中介作用 2 ACh ACh能降低淋巴管收缩频率 减小收 缩力 但去除 LEC ACh则不再影响淋巴管自发收 缩 提示 ACh的作用由 LEC介导 ACh作用于 LEC 138 生理科学进展 2010年第 41卷第 2期 膜 上受体 产生一氧化氮 NO 等舒张因子 作用 于 LS MC 使胞内 cGMP升高 平滑肌松弛 淋巴管 扩张 3 NO NO通过 cGMP的产物导致蛋白激酶 A PKA 和 PKG激活 抑制 IP3受体介导 Ca 2 释放 抑制 STDs活性 由于淋巴管张力和收缩不单依赖 于平滑肌跨膜电位变化 而且 STDs活性对淋巴管 舒缩运动也发挥重要作用 因此 STDs减少可降低 淋巴管舒缩频率 从而降低自主 STDs频率和振幅 提示大量 NO释放抑制淋巴管自主收缩 5 在体输 入 L 硝基 精氨酸甲脂 L NAME 和氨基胍能增强 大鼠 ML 泵活性 内源性 NO可抑制大鼠 ML 泵活 性 且 NO释放可能主要通过内皮型一氧化氮合酶 eNOS 或结构型 NOS cNOS 而不是诱生型 NOS i NOS 调节 Shirasawa等 2000 以 0 5 2 0mL m in的持续流速对胸导管管腔 灌注加压 发现液体流速与 LEC释放舒张性物质的 量存在线性关系 在加压的淋巴管中 10 5 mol L 的 ACh和体液诱导的淋巴管舒张完全被机械去除 LEC逆转 5 10 5 mol L的 L NAME预处理 LEC 明显减少 ACh和体液诱导串联脉管环的舒张 10 5 mol L吲哚美辛预处理则无此作用 这些研究表明 牛胸导管 LEC和动脉 静脉内皮细胞一样 具有产 生和释放 NO或与 NO相关复合物的作用 LEC释放的 NO能调节牛离体 ML自发收缩的 节律和幅度 在离体牛 ML 中观察到频率大约 3 次 m in的自发收缩 10 7和 10 6mol L的 ACh对自 发收缩导致负性变时和正性肌力作用 3 10 5mol L的 NO合成抑制剂 L 单甲基精氨酸 L NMMA 可 增加自发收缩节律 L NMMA预处理后 ACh作用被 明显抑制 且此作用在机械去除 LEC的淋巴管段中 完全消失 在 L NMMA 预处理抑制 ACh 增强淋巴 管自发收缩的基础上 再次给予 10 4 mol L 的 L 精 氨酸促进 NO生成 淋巴管自发收缩反应消失 可 见 LEC释放的 NO可抑制自发收缩起搏细胞的活 动 从而减少肌源性传导和 或 LS MC机械活动 4 5 羟色胺 5 HT 5 HT 通过对优降糖敏感 的平滑肌超极化和减少 STDs发生来降低淋巴管收 缩频率 提示虽然淋巴管舒张和收缩依赖 LS MC跨 膜电位的极化 但减少 STDs活动是 5 HT降低淋巴 管收缩频率的一个重要机制 Chan等 2003 5 内皮素 1 ET 1 ET 1通过一种触发机制 调节离体豚鼠 ML自发舒缩 主要依赖于 IP3受体控 制钙库的 Ca 2 释放 而兰尼碱受体 RyRs 控制的 Ca 2 释放作用较小 6 LS MC上 ET A受体激活通过 百日咳毒素 PTx 敏感的 G蛋白刺激磷脂酶 C 导 致 IP3合成和细胞内 IP3受体控制的钙库释放 Ca 2 增强淋巴管舒缩 浓度 10nmol L 的 ET 1 增加淋巴管舒缩 而 100nmol L则使淋巴管痉挛 这是由于过高浓度刺激使淋巴管舒缩频率增加到一 定 程度 使细胞内 Ca 2 不再发生重构 导致 Ca 2 失衡 6 组胺 通过豚鼠离体 ML 发现 激活组胺 H1 受体可增强淋巴管平滑肌收缩性 0 01 5 mol L 组胺灌注增加 ML收缩频率 减小振幅 伴随平滑肌 跨膜电位去极化和 AP增加 淋巴管对组胺的反应 性可被 H1受体拮抗剂吡拉明抑制 但不受 NO合酶 抑制剂 L NOARG和内皮破坏的影响 淋巴管上存 在 H2受体 组胺 H2激动剂激活 H2受体导致 cAMP 减少 使大约 50 的淋巴管收缩频率 STDs和平滑 肌去极化减少 而淋巴管泵活动不受组胺 H3受体 激动剂 R 甲基组胺的影响 排除了组胺通过 H3 受体对淋巴管发挥作用 可见 在淋巴管平滑肌中 存在 H1和 H2两种组胺受体 组胺对淋巴管平滑肌 的直接作用是通过刺激 H1受体和部分淋巴管上的 H2受体实现的 H1受体增加淋巴管泵活动 H2受 体减慢淋巴管泵活动 其主导作用增加淋巴管的收 缩活动 体外实验发现 7 肥大细胞脱颗粒作用增 加 ML收缩频率 降低幅度 这种调节作用是通过组 胺的释放激活 H1受体实现的 7 SP SP是与淋巴组织感觉神经支配有关的 神经肽 也是调节淋巴管的一种调质 研究表明 在 等长等压的条件下 10nmol L的 SP 可明显增强淋 巴管的变时性和收缩力 缺乏 SP条件下 缓慢增加 前等容负荷 收缩幅度大约增加 1 6倍 频率增加 1 7倍 而 SP则可使收缩幅度增加 1 9倍 频率增 加 2 4倍 在缺乏 SP的等压条件下 压力从 0 5上 升到 10cm H2O 时 收缩幅度减少 频率增加 提 示 SP具有缓慢增加淋巴管收缩振幅 快速增加频 率以及改变振幅 频率 压力三者之间关系的作用 因此 SP对淋巴管平滑肌具有重要的正性肌力和变 时性作用 同时增强了淋巴管泵的功能 8 8 CGRP CGRP不论通过神经传递 自分泌或 旁分泌途径 都能减少淋巴管自发收缩频率 抑制淋 巴管收缩 9 该作用主要是通过 LEC释放 NO 或 增强 NO 作 用所致 NO 提 高 cGMP 水平 激活 c AMP 导致 KATP通道开放 诱导淋巴管平滑肌超极 化 减少 STDs发生 CGRP对淋巴管的这种抑制作 139 生理科学进展 2010年第 41卷第 2期 用与神经肽 SP的作用相反 两者相互影响共同维持 淋巴管收缩活动 9 其它 缓激肽能增强淋巴管的收缩 VIP可 以舒张缓激肽引起的淋巴管收缩 前列腺素类物质 和心房利尿钠肽可抑制淋巴管的活动 过氧化氢可 以减小淋巴管收缩频率和幅度等 三 淋巴管收缩的信号转导 Ca 2 通过 L Ca转运调节淋巴管泵活性 细胞内 钙流动调节淋巴管跨壁压的作用不明显 Ca 2 升高 引起 IP3介导的细胞内钙库钙的释放 也就是说 Ca 2 作为第一信使 IP3作为第二信使 使细胞内对 IP3敏感的钙库把 Ca 2 脉冲式释放到细胞质内 胞 质内 Ca 2 提高进一步促进 Ca 2 释放 增加 STDs频 率和振幅 增强 LS MC收缩 血管平滑肌伸展主要 通过细胞内钙库的钙释放和 或电压依赖性钙通道 的激活 提高细胞内 Ca 2 导致收缩增强 Mohanty 等 2002 淋巴管平滑肌与血管平滑肌不同 除与 Ca 2 增加有关外 在同样条件下 淋巴管平滑肌伸展 在没有导致细胞内 Ca 2 改变时 同样导致起搏器活 性增加 进一步研究表明 淋巴管的伸展可以导致 钙敏感性增 加 增 强起搏器活性 Shirasawa 等 2003 这种机械刺激可能作为第一信使作用于 LS MC膜上 引起胞质内某种第二信使改变 增加钙 敏感性 淋巴管肌丝与血管平滑肌肌丝 Ca 2 敏感 性和协同性不同 是二者功能不同的原因 10 在豚鼠 ML中鉴定出功能性的蛋白酶激活受体 2 PAR2 PAR2激活肽或胰蛋白酶来激活 PAR2 激活的 PAR2改变了淋巴管壁平滑肌的跨膜电位造 成 STDs活动 起搏电位和优降糖敏感的超极化的 LS MC减少 抑制或减少淋巴管收缩频率 Chan等 2004 此外 在牛的 ML平滑肌上存在 ETA受体 LEC上存在 ETB受体 刺激 ETA受体增加淋巴管自 发收缩活动 刺激 ETB受体 诱导 NO释放 导致淋 巴管自发收缩频率和幅度减少 四 结语与展望 淋巴管收缩性不仅与自身电活动调节有关 还 受神经与体液因子等多种因素调节 图 1 这些调 节因素的共同作用使淋巴循环处于良好的功能状 态 尽管对淋巴管收缩性调节进行了不同层次的研 究 积累了一些资料 但其具体机制以及与心泵和血 管收缩性的异同点 均有待阐明 淋巴管收缩性降 低可以引起淋巴循环障碍 导致淋巴水肿等顽症 如何加强淋巴管收缩性 动员机体内部机制改善淋 巴回流 值得研究 针对重症休克时经淋巴液运输的 有害物质对多器官的损害 降低淋巴管收缩性 减少 淋巴回流 也将成为危重病治疗的新靶点 图 1 淋巴管的收缩性及其所受的调节 促进 抑制 参考文献 1 FanousMY Phillips AJ W indsor JA M esenteric ly mph the bridge to future manage ment of critical illness JOP 2007 8 374 399 2 I mtiazM S Zhao J Hosaka K et a l Pacemaking through Ca2 stores interacting as coupled oscillators via me mbrane depolarization Biophys J 2007 92 3843 3861 3 Kusters J M vanM eer w ijkWP Ypey DL et a l Fast calci um wave propagation mediated by electrically conducted ex citation and boosted by CICR Am J Physiol Cell Physio l 2008 294 C917 930 4 Fang Y D ing Z BiY et a l Effect of vagotomy on dyna m ics ofmesenteric lymphatic vessels in the rat Chin J Physi o l 2007 50 89 92 5 von derW eid PY Zhao J VanHelden DF N itric oxide de creases pace maker activity in ly mphatic vessels of guinea pig mesentery Am J PhysiolHeart Circ Physio l2001 280 H2707