DGP与ICC的关系2009

Cajal间质细胞与糖尿病胃轻瘫,南京医科大学第一附属医院消化科林琳,消化病进展,胃肠动力性疾病胃肠道肿瘤胰腺疾病肝脏疾病幽门螺杆菌胃肠激素消化道介入学,消化病进展,概 述(1),糖尿病胃肠功能紊乱DM常见的慢性并发症DM病人消化道症状调查(澳大利亚),The American Journal of Gastroenterology,2001,96(1): 71,糖尿病,糖尿病胃肠功能紊乱,并发,概 述(2),糖尿病胃肠功能紊乱,发病机制,？,概 述(3),发病机制,糖尿病胃肠功能紊乱,胃肠道转运时间（核素法，h）,aP0.01bP0.05,Journal of Gastroenterology and Hepatology 2000, 15:381,糖尿病胃肠功能紊乱,胃轻瘫,小肠功能紊乱,结肠功能紊乱,GERD,糖尿病胃肠功能紊乱,糖尿病结肠功能紊乱,DM病人结肠通过时间多延长便秘常见,Yonsei Medical Journal,2003,44(2): 265,结肠转运时间（核素法）,*P0.05,糖尿病胃肠功能紊乱,DM伴便秘患者进餐后,结肠电和结肠动力反应迟钝 结肠张力低下或无张力、运动缓慢、排空延迟 胃结肠反射消失,糖尿病胃肠功能紊乱,糖尿病结肠功能紊乱,糖尿病小肠功能紊乱,糖尿病小肠功能紊乱主要有两种情况,小肠运动幅度和频率降低、移行时间延长,小肠推进性蠕动增快、幅度增高, 移行时间缩短,细菌过度繁殖,小肠运动过快,腹泻,糖尿病胃肠功能紊乱,Samsom等研究1型DM胃窦十二指肠异常动力 DM患者都存在自主神经障碍与消化不良症状 DM小肠MMC明显延长、相延长、相缩短 高热量餐后十二指肠运动出现相和移行波的爆发 异常的胃十二指肠动力及消化不良症状与进餐质 量有关,糖尿病胃肠功能紊乱,糖尿病小肠功能紊乱,糖尿病胃轻瘫,1958年，Kassander 首先提出 糖尿病胃轻瘫（Diabetic gastroparesis，DGP） 是指继发于糖尿病的、以胃动力低下为特点 的临床症候群 主要表现：胃动力障碍，胃排空减慢， 如恶心、腹胀、早饱等，多见于餐后,糖尿病胃肠功能紊乱,Kassander P, Ann Intern Med.1958,48(4):797-812. Moldovan C, et al. Rom J Gastroenterol. 2005,14(1):19-22.,病理生理特点：胃电节律异常，胃肠转运时间 延长，排空延迟,糖尿病胃轻瘫,糖尿病胃肠功能紊乱,Diabetes,2000,49:2731,糖尿病胃轻瘫,糖尿病胃肠功能紊乱,体表胃电图：胃动过缓多见，可能有异位胃电起搏点 胃-幽门-十二指肠测压技术：DGP胃窦收缩幅度下 降、频率减低、推进性蠕动减少或消失，消化间期的 移行性复合运动（MMC）期减少或消失 超声：DGP胃窦较正常人扩张、动力低下、幽门痉挛 或关闭不全、胃窦-幽门-十二指肠协调收缩减少,糖尿病胃轻瘫,糖尿病胃肠功能紊乱,Kassander P, Ann Intern Med.1958,48(4):797-812. Moldovan C, et al. Rom J Gastroenterol. 2005,14(1):19-22.,Gautam A, et al. Middle East J Anesthesiol. 2009, 20(2): 187-97. Feldman M, et al. Ann Intern Med. 1983,98:378-84.,临床研究发现： DM患病率在全球迅速增长 超过30-60%的DM患者形成DGP DGP严重影响患者的生活质量和血糖的控制 DGP机制复杂限制了新疗法的出现,DGP是多因素疾病： 高血糖、自主神经病变、平滑肌病及许多胃肠激素等 都与其有关 大量研究发现，DGP患者及其动物模型： ICC数目明显减少，结构破坏 与神经末梢及平滑肌之间连接减少,ICC的异常可能是DGP的重要发病机制,1893年，西班牙神经解剖学家Cajal首次发现 interstitial cell of Cajal，ICC 存在于胃肠道组织中，类似神经元 以网络状分布在胃肠神经末梢及平滑肌之间 ENS-SMC-ICC组成“功能元件”,维持着胃肠道诸多生理生化功能 在许多胃肠疾病的发病中亦起重要作用,Ward等依据ICC所在位置将其分为4亚型：肌间ICC（myenteric ICC，IC-MY） 位于环行肌和纵行肌间的肠肌丛黏膜下ICC（submucosal ICC，IC-SM） 位于黏膜下环行肌层表面深层肌丛ICC（deep muscular plexus ICC，IC-DMP） 位于小肠深肌丛肌内ICC（intramuscular ICC，IC-IM） 位于胃肠道环行肌和纵行肌束内,Ward SM, et al. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2001, 281(3): G602-G611.,Huizinga JD, et al. Trends Pharmacol Sci. 1997,18(10):393-403.,ICC表达的酪氨酸激酶受体c-kit（特异性标志） 共聚焦显微镜能够清晰显示被抗c-kit抗体标记的ICC 网络，识别全部胃肠道的ICC,丰富的线粒体 胞膜小凹 较多中间丝 非常接近三级神经束 ICC相互之间、与SMC 间可见缝隙连接,ICC 的超微结构特点,结肠ICC （EM6000）,Ward SM, et al. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2001, 281(3): G602-G611.Sanders KM, et al. J Physiol. 2007, 578(Pt1): 33-42,Ward SM, et al. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2001, 281(3): G602-G611.,IC-MY 的发育及表型维持,Gomez-pinilla PJ, et al. AM J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2009,296(6):G1370-81.Chen H, et al. Physiol Genomics. 2007, 31（3）: 492-509.,Epperson A, et al. Am J Physiol Cell Physiol. 2000,279(2):C529-39.,A：isolated murine gastric fundus IC-IM (arrow) B：Kit-positive Strongly (green fluorescence),A：光镜下分离的胃ICC细胞（100倍）B：免疫荧光Kit阳性细胞（200倍）,胃肠道存在起搏点: 胃起搏区：胃体大弯侧中上1/ 3 区域，起搏细胞是 位于纵肌环肌交接区和内环肌层粘膜下的ICC 小肠起搏区：系膜缘环肌与纵肌之间，全长散在分布 结肠起搏区：一是在IC-MY分布的肠肌间区，另一是 在结肠环行肌表面的粘膜下区（由IC- SM构成的 致密网络）全长散在分布,（1）ICC含有丰富的线粒体 其功能活跃，适应慢波起搏的需要（2）ICC与ICC、SMC间有广泛的缝隙连接 是作为起搏细胞的结构基础 （3）体外分离的ICC是一种自发兴奋性细胞 自发产生周期性去极化和钙离子浓度变化 而SMC无自发性电活动（4）ICC存在一种低阈值的钙离子通道，类似心脏起搏细胞,ICC产生慢波的细胞学基础,（5）ICC发育及功能需要c-Kit信号的维持 自发性c-Kit突变的W/Wv小鼠胃肠ICC的发育受损 不能产生慢波 Kit抗体使Kit失活ICC发育受阻不产生胃肠慢波（6）原位同步记录发现 ICC产生的起搏电位频率、持续时间 与邻近环形平滑肌层的慢波频率一致 且ICC去极化发生在SMC去极化之前,ICC产生慢波的细胞学基础,支持ICC是起搏细胞的证据 ICC具有自律性 ICC 网络结构形成后 才出现胃肠节律性慢波 缺少ICC则无慢波形成,小鼠胚胎小肠慢波发育,Neurogastroenterology and Motility,1999,11:311,支持ICC是起搏细胞的证据 阻断c-kit信号，影响ICC 发育成熟，慢波电位消失 具有c-kit或SCF突变的动 物，ICC网络发育缺陷，胃 肠组织不能记录到完整规则 的自发性慢波,阻断c-kit信号途径, 小肠组织慢波消失,Neurogastroenterology and Motility,1999,11:311,(1)自发电活动的传播受到离子环境、神经递质和激素等 生物活性物质的共同影响(2)胃肠道“运动神经末梢-ICC- SMC”组成完整的“功能元件” ICC是ENS调控胃肠SMC的中介 是扩布电活动的结构基础 (3)ICC可使自发性电活动扩布到邻近SMC 引起和调节胃肠平滑肌的自发节律性收缩活动,Ward等发现：ICC是独特的间质细胞 与神经元的关系十分密切 研究表明，ICC细胞膜上存在多种受体 如毒蕈碱M2、M3受体、神经激肽受体(NK-1R、NK-3R) 血管活性肠肽受体(VIP-1R和VIP-2R)、一氧化氮（NO）受体 5-HT受体等 结构基础ICC具有传递和调节神经递质的作用,Epperson A, et al. Am J Physiol Cell Physiol. 2000,279(2):C529-39. Iino S, et al. Neuroscience. 2008, 152(2): 437-48.Wouters MM, et al. Neurogastroenterol Motil. 2007,19(2): 5-12.,介导神经信号的结构基础,胃肠道运动神经元释放多种活性物质 兴奋性神经递质：如乙酰胆碱(Ach)和神经激肽(NK)等 抑制性神经递质：如一氧化氮(NO)和血管活性肠肽(VIP)等 神经递质ICC膜上相应受体细胞内信号传导途径缝隙连接 兴奋或抑制性连接后电位传递给相邻的SMC SMC去极化或超极化兴奋或抑制性效应 推测可能存在神经元信号传至ICC后再作用于SMC的通路？,Iino S, et al. Neurogastroenterol Motil. 2009, 21(5): 542-50.,介导神经信号的途径,肠运动神经末梢ICCSMC功能元件,肠运动神经元释放的神经 递质与ICC受体结合 ICC通过与SMC的缝隙连 接传导兴奋性或抑制性连 接后电位 使SMC活化，产生兴奋 或抑制反应,Neurogastroenterol Motil ,2004,16 (Suppl. 1):112，,这些功能均与ICC的特殊结构有关,ICC其他功能,IC-MY和IC-SM主要参与胃肠起搏，产生慢波并控制其传导,最近报道：豚鼠胃体存在IC-IM而缺乏IC-MY 但在豚鼠胃体记录到持续性规则的高频慢波 认为慢波可能来源于IC-IM,IC-IM可能也提供主要的起搏点活动,Hashitani H, et al. J Physiol. 2005, 569(Pt2): 459-65.,IC-IM和IC-DMP主要参与胃肠神经信号转导,缺乏IC-IM的W/Wv及Sl/Sld突变小鼠胃内 对电刺激诱发的胆碱及硝基能反应减少或消失 IC-IM介导神经信号传递的功能 但也有报道在W/W(v)突变小鼠LES中 缺乏IC-IM，但NO介导的LES的抑制反应仍存在 IC-IM在硝基能神经传递中不起作用？ 最近Huizinga等也发现IC-IM缺乏时，对硝基能神经的传输无影响 抑制性神经递质NO可以直接到达SMC,Ward SM , et al. Anat Rec 2001; 262: 12535. Sivrao DV, et al. Gastroenterology. 2001, 121(1): 34-42.Huiziga JD, et al. AM J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2008, 294(2): G589-94.,ICC的分类与功能,虽然ICC在胃肠道仅占肌层细胞的5% 但它是胃肠运动的引领者 ICC数量、结构和功能的异常胃肠动力性疾病 多数研究证明，ICC网络破坏在DGP发病中有关键作用,ICC与DGP,许多胃肠疾病与ICC密切有关 ICC在DM胃肠功能紊乱发病机制中的作用,ICC与DGP,Ordog等对NOD/LtJ（nonobese diabetic）小鼠的研究发现 胃窦大部分区域电活动静止、电节律紊乱 胃窦ICC(IC-MY和IC-IM)明显减少 IC-MY的减少 使产生和推进慢波的能力下降 正常电节律传播受损 IC-IM与神经末梢连接的破坏， 细胞间基质蛋白填充在ICC和神经元突起间 阻止神经信号的传递，引起胃容受性舒张功能受损,Ordog T, et al. Diabetes.2000,49(10):1731-1739.,Yamamoto等在2型糖尿病db/db小鼠模型中 也发现了胃窦ICC减少 伴随胃动力障碍 但近期研究发现在STZ诱导的DM大鼠中 主要为胃窦IC-IM和IC-SM密度减少 而IC-MY无变化 原因不清,Yamamoto T, et al. J Gastroenterol Hepatol.2008,23(4):660-7. Wang XY, et al. Neurogastroenterol Motil.2009,6(30):1-13.,国内研究亦发现STZ诱导DM大鼠模型中,因此认为DGP的形成与胃窦ICC异常密切有关,龙庆林， 等。中华消化杂志，2004，24(7)：434-435。秦榕， 等。胃肠病学和肝病学杂志，2009，18（6）：569-571。,Ordog等对NOD/L tJ ( nonobese diabetic)鼠研究发现,正常鼠,糖尿病鼠(NOD),胃窦慢波,Diabetes,2000,49:2731,胃窦大部分区域无电活动，电节律也受影响 异常电活动与胃窦ICC ( ICC-MY和ICC-IM） 缺失有关,Forster等在DGP患者的胃窦大弯侧组织中发现 胃窦ICC明显减少甚至缺失 患者症状加重，伴胃动过速、慢波节律紊乱 胃起搏治疗无显效 均与ICC病变相关 提示ICC是DGP的关键病因,Forster J, et al. J Gastrointest Surg. 2005,9(1):102-108.,Iwasaki等在2型DM患者胃窦组织中也发现ICC密度减低，以环肌层的IC-IM减少显著 可能与DGP发病有关,然而，对DM患者的胃活检组织进行研究，可能存在偏差： ICC在胃肠道分布不均 获取对照组完全相同部位的标本较困难,Iwasaki H, et al. J Gastroenterol. 2006,41(11):1076-1087.,ICC中细胞器减少或缺失诸多功能障碍、能量供应减少影响胃肠道许多功能,DGP时胃组织中ICC数量减少和超微结构改变 “运动神经末梢-ICC-SMC”内部联系被破坏，导致：,作为胃肠起搏细胞慢波产生及传导障碍诱发的动作电位使SMC不规则或无效收缩胃运动障碍相应的临床症状,作为ENS控制SMC的中介细胞ICC对神经信号的转导障碍影响调节SMC的功能,第一,第二,第三,干细胞因子（Stem cell factor，SCF） 是一种多功能细胞生长因子 与Kit结合后形成SCF-Kit信号系统 SCF-Kit在ICC发育、增殖和表型维持过程关键作用 人体内SCF以两种形式存在 可溶型（soluble stem cell factor, s-SCF） 膜结合型（membrane-bound stem cell factor, m-SCF）,m-SCF和s-SCF均有生物活性，作用有所不同,以往研究认为 m-SCF对ICC的分化、发育、增殖和表型维持起主要作用最近研究表明 m-SCF可促使ICC前体细胞分化为成熟的ICC网络 s-SCF可维持ICC前体细胞的数量和功能目前认为 ICC 分化、发育、增殖和表型维持所需的m-SCF 可能来自SMC，而非ENS,Rich A, et al. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2003,284(2):G313-G320.Lorincz A, et al. Gastroenterology. 2008,134:10831093. Horvath VJ, et al. Gastroenterology. 2006,130(3):759770.,龙庆林等发现STZ诱导的DGP大鼠胃窦平滑肌组织中SCF mRNA显著下降伴有c-Kit蛋白表达下降和ICC超微结构病变，且胃排空明显延迟SCF-Kit系统损害与DM大鼠胃窦ICC数量和结构异常有关Horvath等认为DM病程中，胃SMC萎缩，合成SCF减少，导致ICC病变徐丽明等给予外源性SCF，可改善或逆转DM小鼠相关的ICC病变以及胃肠运动障碍，进一步提示SCF对ICC的重要作用,龙庆林 ，等。第三军医大学学报，2007，29(2)：141-143。 Horvath VJ, et al. Gastroenterology. 2006,130(3):759770.徐丽明， 等。中华消化杂志，2008，28(6)：388-391。,研究表明胃肠道不同部位及不同亚型的ICC对SCF的需求量不同 SCF对某些ICC可能不是主要的生存因子,是否其它因子参与DGP的发病,？,Ordog T, et al. Gastroenterology. 2002, 123: 2028-2040. Fox EA, et al. Anat Embryol. 2002, 205: 325-324. Seki K, et al. Anat Embryol. 2002, 206: 57-65.,以往研究认为 高血糖是DGP时ICC病变的重要原因之一 胰岛素通过控制高血糖而对ICC起保护作用但Horvath等离体培养DM小鼠胃窦和胃体组织 单纯高糖培养液：ICC数量和网络结构无改变 应激诱导的HO-1合成CO，或者其它因素对ICC起某些保护作用 正常糖培养液+胰岛素或IGF-1完全阻止ICC的减少 DM胃肠道ICC网络破坏是由胰岛素或IGF-1相关信号转导障碍 而非高血糖所致（适度的高糖环境对ICC似有保护作用）,Horvath VJ, et al. Gastroenterology.2006,130(3):759770.,Horvath等进一步研究发现 ICC上不存在胰岛素或IGF-1受体推测 胰岛素或IGF-1胃SMC的相应受体？ 改善DM胃平滑肌病变SMC合成SCF增加 改善ICC介导的 DGP病理状态,Horvath VJ, et al. Gastroenterology.2006,130(3):759770.,Ordog T. Neurogastroenterol Motil. 2008, 20(1):8-18.,Iwasaki等研究发现 2型DM患者胃组织中nNOS减少，伴有胃组织ICC密度降低 提示两者有关联,最近发现 NO不仅是胃肠道重要的抑制性递质 还是维持ICC存活的因子之一 人类胃肠ICC减少同时 多伴有神经元一氧化氮合酶（nNOS）表达降低,Ward SM, J Neuroscience. 2000,20: 1393-1403. Iwasaki H, et al. J Gastroenterol. 2006,41(11):1076-1087.,Choi等研究表明 nNOS(-/-)小鼠胃体ICC明显少于正常对照组 胃体组织体外培养 S-亚硝基-N-乙酰基青霉胺（NO释放剂）ICC数量明显增加 N（G）-硝基-L-精氨酸甲酯（NOS抑制剂）ICC数量明显减少,NO能够调控ICC的生长与网络形成，是ICC生存的调控因子之一,Choi KM, et al. Neurogastroenterol Motil. 2007,19(7): 585-595.,ICC上有多种5-HT受体大鼠小肠IC-DMP和IC-MY表达5-HT3受体小鼠小肠IC-DMP和IC-MY存在5-HT4受体,Wouters等发现 外源性5-HT 通过ICC上的5-HT2B受体 使体外培养的小鼠空肠ICC数量明显增加,Wouters MM, et al. Neurogastroenterol Motil. 2007,19(2): 5-12. Wouters MM, et al. Gastroenterology. 2007,133(3):897-906.,Wouters等进一步研究发现5-HT2B介导的ICC增殖反应是通过PLC(磷脂酶C)活化胞内钙释放、PKC（蛋白激酶C亚型PKC）完成的,基于5-HT对ICC增殖有促进作用为ICC介导的DGP治疗提供了新的实验依据,Wouters MM, et al. J Biol Chem. 2009,284(32):21177-84.,研究表明NOD/ShiLtJ小鼠 给予HO诱导