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胃粘膜保护的细胞与分子机制(下)
胃肠激素在粘膜防御中的调控作用 胃粘膜保护作用是胃肠激素的基本生理功能之一。蛙皮素注入下丘脑前核或腹 内侧核可抑制消炎痛对胃酸分泌的刺激作用,促进胃壁结合粘液的分泌,显著减轻 消炎痛、CRS对胃粘膜损伤,其中枢作用比静脉作用强很多倍。大鼠小脑延髓池内 注射神经降压素可明显减轻CRS胃粘膜病变发生率,该效应依赖PG合成通路,与胃 酸分泌无关。SS可有效防止应激或无水乙醇灌胃所引起的胃粘膜损伤,该效应可被 预先皮下注射巯基耗竭剂所清除,表明SS的胃粘膜保护作用有赖于内源性巯基。在 分离培养的胃粘膜细胞实验中,SS可剂量依赖性部分防止X-XO系统引起的胃粘膜细 胞死亡和LDH漏出,表明SS对胃粘膜细胞有直接的细胞保护作用。进一步研究表明 SS可提高胃粘膜谷胱甘肽过氧化酶的活性,使丙二醛(MDA)含量减少,提示SS对 胃粘膜的保护作用与其增强胃粘膜内自由基清除系统活性、抑制细胞膜的脂质过氧 化损伤有关。SS保护胃粘膜作用尚与其抑酸及抑制肥大细胞释放组胺、促进粘液分 泌、介导适应性细胞保护作用有关。CGRP预注射可剂量依赖性减少缺血-再灌注诱 发的胃粘膜损伤面积,其作用可能与其防止胃粘膜细胞发生脂质过氧化有关。此外 在大鼠、犬和人的研究中发现静脉注射CGRP可显著抑制胃泌素的促进胃酸分泌效应 ,CGRP还可刺激小鼠离体灌流的胃释放SS。EGF对胃粘膜的保护作用已被多项实验 研究所证实。切除EGF的主要产生部位唾液腺后盐酸引起的胃粘膜损伤作用加重, 而预先补充EGF则能使胃损伤减轻至未切除水平。摘除颌下腺以清除内源性EGF后冰 醋酸涂抹造成慢性实验性胃溃疡模型后愈合速度较假手术组明显减慢,而补充相应 剂量的外源性EGF可使颌下腺摘除的大鼠溃疡愈合速度恢复到假手术组水平,其胃 粘膜保护作用通过多种机制实现。EGF可抑制胃酸分泌,但低于抑酸剂量的EGF仍有 抗酸损伤的作用,提示其胃粘膜保护作用不依赖于抑制胃酸分泌。有研究认为EGF 的胃保护作用通过PG、SS或巯基介导。实验发现EGF刺激离体胃粘膜细胞合成PG, 切除唾液腺可使胃粘膜PG含量降低,而消炎痛能消除EGF的胃保护作用。但也有文 献认为EGF对维持核酸和蛋白质合成有重要作用,EGF可刺激DNA合成;通过诱导鸟 氨酸活性促进RNA合成及上皮细胞合成透明质酸、成纤维细胞生长及胶原产生,有 利于愈合。研究发现大鼠颌下腺摘除后腺胃重量比对照组轻,胃粘膜DNA和蛋白质 合成速率降低。给摘除颌下腺大鼠补充EGF,胃粘膜DNA和蛋白质合成速率提高。此 外EGF可促进胃粘液分泌、刺激上皮细胞移行和有丝分裂,并升高GMBF。FGF可减轻 应激、醋酸对胃粘膜的损伤,并促进溃疡愈合,这与其抑制胃酸分泌、促进血管再 生等有关。TGFa属于EGF家族,可通过EGFR预防应激、乙醇等因素对胃粘膜的损伤 ,并促进溃疡愈合。解痉多肽(SP)、乳癌相关肽和肠三叶因子(ITF)等组成的 三叶肽家族由6个半胱氨酸残基借3个二硫键形成三叶状结构,对胃粘膜有保护作用 ,可能增强受损粘膜周围完好上皮细胞向粘膜损伤表面迁移覆盖或与粘液糖蛋白相 互作用,加强粘液凝胶层,抵抗粘膜表层有害物质如乙醇损伤等。文献报告可降低 酸在5%猪粘液中的通透性。 辣椒素敏感肽能神经元(CSN)在胃粘膜保护中的作用 胃粘膜初级传入神经元表达VR1受体,可与辣椒素结合。在维护胃粘膜完整性 过程中发挥重要作用。大剂量辣椒素废除该神经元本身不致造成粘膜损伤,但可加 重应激、HCl、胆盐、NSAIDs及乙醇引起的损伤,抑制CCK、胃泌素、PPI及抗酸剂 的胃保护作用。而小剂量辣椒素兴奋该神经元则减轻HCl、胆盐、NSAIDs、乙醇等 引起的胃粘膜损伤。CSN胃粘膜保护作用通过降钙素基因相关肽(CGRP)、神经激 肽A(NKA)等激肽作用于CGRP1受体及NK2受体,由NO介导,升高GMBF,是酸等刺激 粘膜充血的最主要机制。CSN在胃粘膜监测H+逆流,维持粘膜组织自稳态过程中居 重要地位。 此外还有很多因素参与胃粘膜保护机制,此不赘述。 他体腔如胸腔、腹腔、关节腔都可以引起炎症和坏死。人们开始疑问胃液为什么不 能消化自身。19世纪法国实验生理学家Claude Bernard也提出“胃是如此耐腐蚀, 好象是瓷做的”。1975年美国密歇根Upjohn药厂Andre Robert发现PGs可明显防止 或减轻皮质类固醇、NSAIDs、0.6MHCl、0.2MNaOH、25%NaCl、酸化阿司匹林、酸化 牛磺酸盐、沸水、应激、结扎幽门(Shay大鼠)等对胃粘膜的损伤,其效果呈剂量 依赖性,与抑制胃酸分泌无关。据此Andre Robert提出细胞保护(cytoprotectio n)的概念。此后人们对此现象和概念进行了深入的研究与探讨。目前很多学者已 不从字面上去理解为保护每一个细胞(事实上在PG保护上述损伤因子损伤胃粘膜过 程中也伴有粘膜表层的损伤和破坏),而理解为保护组织免受进一步的形态学损伤 或功能障碍,即细胞保护包括组织保护、器官保护;具有胃粘膜细胞保护的物质目 前已知有很多种;具有细胞保护作用的器官和组织也不只限于胃粘膜,在胰腺、肝 脏、肾脏、心脏和脑等都发现有类似现象。因此细胞保护概念的内涵和外延都有拓 展。目前已认识到胃粘膜存在两大类细胞保护现象,即直接细胞保护和适应性细胞 保护,根据刺激强弱国内学者王志均建议将强刺激或坏死性刺激所致的适应性细胞 保护称为耐受性细胞保护,根据刺激部位是否相同适应性细胞保护可分为局部细胞 保护和牵涉细胞保护,根据刺激物质是否相同适应性细胞保护可分为同源和交叉细 胞保护,根据刺激结果可分为形态学细胞保护和功能性细胞保护。近年来人们对胃 粘膜保护的细胞和分子机制已有了全面深入的认识,很多现象提示其在胃粘膜病理 生理过程中居主导地位。如多年来 “无酸不溃疡”成为溃疡病治疗的理论基础, 但各种抗酸治疗方案包括迷走神经切断、抗胆碱能药物、组胺H2受体拮抗剂、抗酸 剂、质子泵抑制剂等治疗效果并不理想,停止治疗后复发率很高,而且很多溃疡病 患者胃酸分泌速率正常;大部分感染Hp者不发生PU,也提示粘膜对Hp感染的反应有 差异,这种差异可能是决定溃疡是否发生的关键。 目前认为胃粘膜保护是指粘膜能耐受经常接触的各种损伤因子包括大幅度pH、 渗透压和温度变化,具有去垢作用的物质或能引起全身或局部炎性反应的细菌代谢 产物及抗原等,而结构与功能不受明显伤害的现象。胃粘膜并不是不受食物或自身 分泌的内源性因子损伤,而是经常发生损伤,但胃粘膜能快速地修复损伤,使损伤 发生在上皮最表浅层,阻止有害因子进入粘膜组织或体循环。当胃粘膜受刺激后, 粘膜的抵御能力相应增强,即出现适应性细胞保护现象,提示胃粘膜细胞保护是动 态过程而非静态过程。 胃粘膜保护作用由多种因素介导,这些因素相互联系、相互作用,形成复杂的 网络体系,并受全身和局部神经、体液及腔内物质的调节。从解剖结构上可将这些 因素分为五个层次。第一层次由分泌入胃腔的成分组成,包括酸、碱、粘液、免疫 球蛋白和其它抗菌成分(如乳铁蛋白)、表面活性磷脂(surface active phosph olipid,SAPL)等。第二层次是上皮层,具有显著的抗酸损伤功能并形成紧密连接 防止被动扩散。如果上皮层连续性破坏,能够快速修复。第三层次由粘膜微循环与 粘膜、粘膜下感觉传入神经组成。酸或其它损伤因子逆流入粘膜引起神经介导的胃 粘膜血流(gastric mucosal blood flow,GMBF)升高,这对限制损伤和促进修复 有重要意义。第四层次由粘膜免疫细胞构成,包括肥大细胞、巨噬细胞,可感受进 入粘膜的异体成分,形成适当的炎性反应。第五层次即胃粘膜自身修复机能包括胃 腺的生长和重建、外来和内在神经系统的再生、微循环的重建,许多生长因子在其 中的重要意义已经被认识。 胃酸 除幽门螺杆菌外,胃酸能有效的使胃内细菌聚集减到最小程度。低酸或无酸状 态增加细菌感染机会。研究发现胃十二指肠内细菌记数与胃酸分泌水平呈负相关。 长期服用抗分泌剂西咪替丁使腹泻发生率增加5倍,间接证实了胃酸的杀菌作用。 可见酸是抗胃内细菌生长的基本防御方式,但Hp不仅能在酸性环境中生存,而且能 改变酸分泌。胃酸还有助于限制抗原成份进入肠腔。当过敏体质大鼠胃内给予抗原 成份时,胃酸分泌增加,且胃排空延迟,增加抗原与酸的接触时间。 粘液-HCO3-屏障 胃粘液主要有贮存于粘液细胞囊泡内的粘液、牢固结合在上皮表面的粘液凝胶 层和胃腔内可移动性粘液三种状态。其中胃粘膜表面粘液凝胶处于活跃的合成与降 解动态平衡,是胃粘膜表面粘液屏障的基础,其糖蛋白浓度达30-50mg/ml,与HCO 3-一起组成粘液-HCO3-屏障。在低pH环境中被蛋白酶降解,其粘稠度降低,从可见 性粘液变为可溶性粘液而脱落于胃液中。凝胶状粘液厚度与分布状态因种属差异、 功能状态、不同部位、测定方法不同而变异很大。由于常规固定过程中粘液凝胶易 于降解,所以常采用不固定粘膜切片如冰冻切片、裂隙灯、在体显微镜或冰冻电镜 切片、以粘液抗体作稳定剂等方法观测粘液凝胶层。文献报告粘附粘液凝胶层厚度 人为50-450um,平均180um;禁食大鼠为5-400um,平均70-80um;豚鼠为90um。尽 管在正常胃粘膜表面粘液凝胶层厚度各异,但都呈连续性。 目前认为单一粘液凝胶层或胃碱分泌均不能抵御胃腔内逆流的H+,因尽管凝胶 层可减慢H+向粘膜上皮的扩散速度,但还不能完全消除H+对胃粘膜上皮的接触与损 伤;胃HCO3-分泌速率仅为H+分泌速率的5-10%,也不足以中和逆流的H+,只有当粘 膜上皮不断分泌的HCO3-及胃液中H+缓慢通过粘液层对向流动过程中被H+中和,在 粘液凝胶层内形成连续的pH梯度,才能发挥抗酸损伤的作用。粘液凝胶层滞缓H+弥 散速率的机制与下列因素有关:首先粘液层内富含SAPL,呈疏水特性,具有排斥H +作用;其次粘蛋白分子富含唾液酸(siliac acid)残基及硫酯类(ester sulfate) 分子,负电荷密度高(40mM),具有滞缓H+通透性;第三粘蛋白分子及其侧链形成粘 弹性致密结构,分子间空间狭小,不利于与H2O结合的H+自由扩散,文献报告H+等 离子通透性与粘液浓度呈正相关;第四离子(H+、HCO3-)在粘液内对流,形成了H+ 在粘液层内的浓度梯度差,降低了由浓度差带来的对H+直接扩散至上皮的驱动力; 最后粘液凝胶层表面可溶性或可移动性粘液也有一定的缓冲H+直接接触粘液凝胶及 上皮层细胞的作用。 粘液在限制细菌进入粘膜表面上皮组织过程中的作用是肯定的,细菌陷入粘液 中最终随着粪便排出体外。粘液还可作为一种抗氧化剂,减少细菌或免疫细胞产生 的自由基引起的损伤。但粘液-HCO3-屏障在保护胃粘膜免受酸、蛋白酶损伤方面尚 存在争议。一般认为粘液连续覆盖在整个粘膜表面,陷住上皮细胞分泌的HCO3-, 以中和向上皮逆流的H+,胃粘膜表面pH梯度的发现支持该观点。但也有一些存在争 议的问题:首先粘液层是否完全连续的覆盖整个胃粘膜表面尚有争议,有文献认为 大鼠在某些生理状态下胃粘膜仅50%面积覆盖有粘液层;其次很多生理状态下胃腔 内pH低于2.0,此时粘液层pH梯度不能被测及,但上皮层并未受损;第三在pH梯度 未被测及的实验情况下,胃粘膜仍保留抵抗高浓度酸的能力;第四胃腺中壁细胞区 域存在高浓度酸、蛋白酶,该处并无粘液分泌细胞,因此该处存在其它抗酸机制, 这种机制也可能参与了表面上皮层抗酸损伤的过程。
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