胃肠道cajl间质细胞的研究进展

胃肠道cajl间质细胞的研究进展

胃中的共同语言细胞（iccl）是胃肠缓慢活动的起搏细胞，与各种肠道功能障碍密切相关。事实上，iccl被广泛用于治疗胃肠动力障碍疾病的必要目标。近年来,胃肠道ICCs的特异受体c-kit,及其配体干细胞因子(stemcellfactors,SCF)启动的信号系统受到越来越多国内外学者的关注,这极大地推进了我们对这类疾病病因的认识。1组织学术特征和功能1.1模型结构的组成在光镜下观察,ICCs的形态表现为:胞体呈梭形,胞质较少,拥有巨大的卵圆形胞核,2~5个树枝状的细胞突起,这些一级细胞突起可以进一步分化为二到三级树枝样突起,ICCs通过这些突起彼此相互连接,在平滑肌内建立起一种三维的网络样结构。ICCs在电镜下的超微结构表现为众多线粒体和细胞膜内陷空泡、不连续的基底膜、丰富的中间丝、发育良好的高尔基体、少量核糖体和粗面内质网。通过对胃肠组织的免疫组织化学实验发现,ICCs相互之间、与神经纤维和平滑肌细胞之间通过紧密的缝隙连接,形成“肠神经-ICCs-平滑肌细胞”的胃肠动力的基本功能单位。1.2间神经丛的结构目前,在对ICCs功能研究的基础上,从形态学角度,把胃肠道ICCs分为至少3种独立功能的类别。在胃肠道的大部分区域,ICCs网络位于肌间神经丛水平的环、纵肌之间,即ICC-MY(myentericICC),由环绕肠肌间神经丛的多极细胞组成,是激发胃和小肠肌层内慢波活动的起搏细胞。第二大类胃肠道ICCs被称为肌内ICC或ICC-IM(muscularICC),呈双极样,位于胃肠道的肌层内,以环形肌层为主,能被肠运动神经优先激活,同时ICC-IM与迷走传入神经也有密切联系,这些传入神经能传送肌壁细胞感受到的机械刺激。总之,ICC-IM能将ICC-MY产生的起搏电流传递给与之联系的平滑肌,同时,也在神经信号的传递中起着重要作用。Kunisawa等通过免疫组织学证据提出了ICCs的第三种类型:ICC-SP(submucosalplexusICC)或ICC-SMP,其位于肠壁黏膜下和环形肌层之间,为多极细胞组成的黏膜下ICC网络丛,与黏膜肌层的自发电活动密切相关。2关于c-kit及其相应scf的研究2.1原癌基因c-pet受体结构及参数c-kit受体又称干细胞因子受体、肥大细胞因子受体,属于Ⅲ型酪氨酸激酶受体家族,是一种具有酪氨酸激酶活性的跨膜蛋白,由定位于人染色体4q11~12的原癌基因c-kit编码。c-kit受体结构由细胞外配体结合区、跨膜区和细胞质激酶区3部分组成,其中最重要的是细胞外区,由5个免疫球蛋白样结构域组成,第1~3区是kit与SCF结合部位,4、5区是c-kit二聚化区域。每1个c-kit单体通过胞外结构域1~3区分别与1个SCF分子结合,SCF二聚化后便会触发c-kit单体的结构改变,使其发生同源二聚体化,导致细胞膜内酪氨酸残基的自动磷酸化,激活多种第二信号分子,从而调节ICCs的多种生物学行为。2.2scf的功能SCF干细胞生长因子,亦称干因子、肥大细胞生长因子。人SCF(hSCF)的编码基因位于染色体12q22-24,是由273个氨基酸组成的糖蛋白。研究发现,SCF具有2种不同功能的存在形式,即可溶型SCF(solubleSCF,sSCF)和膜结合型SCF(membraneboundSCF,mSCF),这两种SCF的形成与mRNA拼接及酶切方式有关。有研究表明,mSCF与许多潜在的信号通路有关,而sSCF可下调c-kit的表达。SCF作用的发挥依赖于特定的受体c-kit形成配基受体二聚体复合物,从而启动相应信号转导通路,调控细胞的各种生物学行为。2.3c-传统诱导基因连锁的激活SCF激活c-kit中所涉及的信号转导通路主要有:(1)SFK(Src家族激酶,Src-familykinase)通路,Src通过其含有信号转导分子的主要SH2区域与激活的c-kit受体近膜区的酪氨酸残基568、570或c-kit末端激酶区的Tyr900所构建的SH2停泊位点结合,从而启动下游信号转导通路。(2)磷脂酰肌醇3-激酶(PI3-K)通路,PI3-K是一种脂蛋白,与c-kit受体酪氨酸残基721结合后,使4,5-二磷酸肌醇转变成3,4,5-三磷酸肌醇,随后可激活Akt介导细胞凋亡,也可与Src家族中的Lyn结合,对自身与c-kit受体的结合起负调节作用。该通路参与细胞生理包括细胞存活、趋化性、DNA合成和蛋白转运等功能的调控。(3)磷脂酶Cγ(PLC)通路,磷脂酶C的SH2区域能与c-kit受体的Tyr730结合,催化磷脂酰肌醇4,5-二磷酸,生成1,4,5-三磷酸肌醇和二酰甘油。前者能使细胞内Ca2+浓度升高,后者可激活蛋白激酶C,从而调节细胞的分化、分裂、运动、卵子受精和免疫反应。(4)Ras-Erk通路,c-kit受体激活后,通过酪氨酸激酶残基703、936与连接蛋白Grb2/Sos复合体的SH2区域结合,并最终激活Ras/MAP激酶通路,磷酸化一系列转录因子,影响基因的转录,调控造血细胞、黑色素细胞、生殖细胞的存活、分化。(5)JAK-STAT通路,细胞内受体相关蛋白JAK2能优先于配体与激活的c-kit相结合,从而激活一系列的信号转导分子,如Ras、Raf-1有丝分裂原激活蛋白等,也可激活p52shc的磷酸化,后者又和Grb2、Sos1相关联,从而导致它们的激活。另外,该条通路还能激活STAT家族成员,之后作用于相应的DNA序列,调控后产生相应的生物学效应。3产生生物学作用研究发现,c-kit与其配体SCF结合后,激活的一系列信号分子,最终可作用于不同的组织细胞,产生不同生物学作用。如作用于骨髓造血干细胞,刺激最原始的造血干细胞的增殖分化;支持肥大细胞生存、发育、分化、趋化和脱颗粒等过程;促进黑素细胞的存活、分化、增殖、移行等;调节生精细胞的增殖、分化、减数分裂和细胞凋亡及促进卵泡的发育等。这里,我们主要讲述对胃肠道ICCs的作用。3.1scf/c-pet信号系统近年来研究表明,SCF、c-kit对ICCs的生长发育及表型的维持具有十分重要的作用。Torihashi等的研究证实,小鼠小肠ICCs与平滑肌细胞来源于相同的间叶前体细胞。早期胚胎时,通过免疫组织化学技术检测到ICCs与平滑肌的前体细胞都表达c-kit蛋白,在胚胎期15~18d,间叶前体细胞开始出现定向分化,kit持续表达的细胞分化为ICCs,并终生在c-kit信号的维持下保持细胞的稳定,而失去c-kit信号刺激的前体细胞则高表达肌蛋白抗体,并发育成平滑肌细胞。并且,当编码kit或SCF的基因位点发生突变,SCF/c-kit信号系统受损后,ICCs增生和分化受到影响。Isozaki等用原位杂交法显示野生型对照大鼠胃肌间神经丛c-kitmRNA表达的ICC均匀地线性分布于肌间神经丛和接近黏膜下的神经丛,而所有WS/WS突变小鼠均未检测到c-kitmRNA。Torihashi等研究发现,应用c-kit抗体阻断c-kit的作用,也能导致ICCs不能正常发生及发育。同样,SCF的非致死性突变如steel-dickie(SLd)也能导致小鼠胃肠道ICCs网络紊乱,肠肌间丛ICCs消失。同时,Nakahara等进一步研究证实,SCF呈现有时间限制的剂量依赖型地作用于ICCs,在出生后早期,小鼠ICCs对SCF呈剂量依赖型,随后小鼠ICCs在SCF的作用下维持一定的数量,一旦去除SCF,则ICCs会明显减少。这些研究结果都充分说明SCF/c-kit信号系统对ICCs的生长、发育及表型的维持具有至关重要的作用。然而,SCF/c-kit信号系统作用于ICCs的具体时机及持续时间还存在大量争议,有待进一步研究。3.2scf/c-may信号系统在iccs起博弈中的作用大量研究证明,ICCs是胃肠道慢波电位的起搏细胞,同时通过缝隙连接而形成的完整的ICCs网络,是规律电节律产生和传播的基础。所以,调节ICCs的生长发育及表型维持的SCF/c-kit系统也同样对胃肠道电节律产生有重要作用。在Ws/Ws突变型鼠小肠,肠肌间神经丛ICCs不能正常发育,缺乏起搏活动,没有自发性慢波和负载于慢波之上的动作电位。尽管鼠消化道ICCs的电起搏活动在出生时就能被记录,然而Torihashi等在新生大鼠平滑肌的培养液中加入c-kit中和抗体ACK2后使ICCs发育停滞,并且平滑肌处于电静息状态,电刺激不能诱发慢波活动。这些研究均表明SCF/c-kit信号系统能维持ICCs起搏功能的产生。然而,SCF/c-kit在ICCs产生慢波的机制中如何发挥作用,尚无明确的研究结果。目前,关于ICCs起搏电位的产生机制中,大多数学者认同“起搏单位”这一学说:即由IP3调控的钙库、线粒体及细胞膜上的离子通道三部分组成的“起搏单位”是ICCs产生自动去极化的基础结构。在起搏电流的产生过程中,首先发生IP3I型受体的激活,使IP3调控的钙库释放钙,细胞内的高钙环境引发线粒体摄取钙,从而导致胞内一定区域的钙离子浓度降低,最终激活细胞膜上低钙敏感的离子通道开放,离子流动引发电位改变,由此周而复始即形成了规律性的电位变化。而ICCs的这种自发性钙离子活动的产生,被认为是细胞内的钙离子释放通道,即1,4,5-三磷酸肌醇受体(IP3R)和ryanodine受体(RyR)的协同作用,同时,电压敏感的酶-(去极化激活的)磷脂酶C也参与了该过程。由此,我们可以假设,SCF/c-kit信号系统通过磷脂酶C(PLC)通道参与调控ICCs的起搏活动。目前,关于这一途径的具体研究甚少,我们只能推测SCF与c-kit结合后,使c-kit发生同源二聚化,导致膜内酪氨酸激酶残基730的激活,并与PLC的SH2区域相结合,随后催化磷脂酰肌醇4,5-二磷酸,生成1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG),IP3进入胞浆与其特异受体结合后,激活IP3敏感的钙库释放钙,从而引发一系列的离子流动,最终使ICCs形成规律的电位变化。这一推测还有待今后的研究进一步证实,其中涉及的具体物质分子和信号途径以及是否还存在其他信号通路都为我们今后的研究提供了新的方向。4新生儿患者肠梗阻的病因儿童胃肠动力障碍性疾病如胃食管反流病、功能性消化不良、胃轻瘫、肠易激综合征、假性肠梗阻、慢传输型便秘(slowtransitconstipation,STC)、先天性巨结肠(Hirschsprungdisease,HD)等是儿科常见的消化系统疾病。其中STC和HD十分常见,是儿童低位肠梗阻的常见原因。研究表明,先天性巨结肠是以病变肠管的肠神经细胞缺失为特征的肠动力障碍性疾病,患儿常常出现梗阻症状,是新生儿期低位肠梗阻的常见原因之一。慢传输型便秘患儿,病变结肠缺乏推进式运动,肠道传输功能障碍,引起肠内容物排出延迟。大量研究结果显示,在HD和STC病变的结肠肠段,均伴有ICCs分布异常,数量减少和超微结构的改变,因此ICCs在病变结肠的改变是导致这两种疾病发生的病因之一。而根据我们以上论述,SCF/c-kit信号系统对于ICCs的形态和功能的维持都发挥着重要作用,由此我们推断,该信号系统可能也对这两种肠动力障碍性疾病的发生有重要作用,具体的病理机制尚待进一步研究。5scf/c-may胃肠道动