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Cajal间质细胞(interstial cell of Cajal,ICC)是胃肠平滑肌自律性运动的起搏细胞,对胃肠运动起着关键性作用。小肠不全性梗阻是临床上常见的疾病。研究表明,慢性不全性肠梗阻诱导ICC表型变化以及平滑肌收缩功能异常,但导致ICC表型改变的机制不清楚。近来的研究表明,炎性介质肿瘤坏死因子(TNF-a)与ICC表型改变有关,但在梗阻发生、发展过程中哪些因素会诱发炎性反应并增加TNF-a表达,还不清楚。内源性硫化氢(H2S)主要是通过组织细胞内酶:胱硫醚-β-合成酶(CBS)和胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)分解L-半胱氨酸而产生,是近来受到广泛关注的气体生物活性分子。H2S在消化系统发挥多种生理和病理性作用,与炎症有着密切的关系,在炎症反应中的作用表现复杂。研究表明,补充外源性H2S,快速释放,发挥致炎作用;而缓慢释放,则发挥抗炎作用。那么,内源性H2S在慢性不全性回肠梗阻中起到抗炎还是致炎作用?其对ICC表型改变的有何作用?目前还没有研究报道。本研究在小鼠不全性回肠梗阻模型上利用生理学、免疫组织化学、分子生物学等多学科技术,在梗阻诱导ICC表型改变以及小肠运动障碍的过程中,探讨了内源性硫化氢是否通过炎性介质TNF-a参与ICC表型改变的过程及其机制。
研究结果如下:
一、慢性不全性肠梗阻对ICC表型和平滑肌功能改变的影响
1.通过外科手术方法建立了小鼠慢性不全性回肠梗阻动物模型。结果表明,术后7天梗阻回肠上端肠管扩张;14天,小鼠腹部会明显彭隆,肠管极度扩张。组织化学结果显示,平滑肌层明显变厚、细胞增大。
2.梗阻后7天时,小肠平滑肌收缩功能增强,而14天时,平滑肌收缩幅度紊乱、节律减慢。平滑肌慢波在7天时无明显改变,而14天时,平滑肌慢波静息膜电位发生去极化改变、幅度减小、节律减慢。
3.利用免疫组织化学检测ICC表型标志酪氨酸激酶受体(c-kit)的结果显示,在梗阻7天时,ICC及其网络无显著性改变,而14天时,ICC及其网络严重破坏、甚至消失,提示ICC表现发生改变。
4.免疫印迹(western-blotting)实验结果显示,在梗阻7天时,c-kit表达无明显变化,而在梗阻14天,c-kit表达显著减少。
二、内源性硫化氢对肠梗阻诱导ICC表型改变的影响及机制
1.western-blotting实验结果显示,梗阻14天,c-kit及其配体膜结合性干细胞因子(membrane binding stem cell factor,mSCF)表达显著下调。
2.梗阻14天时,小肠平滑肌组织硫化氢合成的关键酶CBS和CSE的蛋白表达显著下调。表明,内源性H2S产生减少与梗阻引起的形态学和功能改变同步发生。
3.实时逆转录多聚酶链反应(RT-PCR)检测结果表明,在梗阻14天时,梗阻小肠平滑肌组织TNF-a mRNA表达明显升高。表明梗阻组织发生炎性反应。
4.在体外培养的小肠平滑肌细胞,用TNF-a预处理12小时后,平滑肌细胞mSCF表达明显降低。
5.利用H2S合酶抑制剂炔丙基甘氨酸(PAG)和氨基氧乙酸( AOA)连续3天联合注射到小鼠腹腔内后,小肠组织TNF-amRNA表达明显升高,而mSCF/c-kit无明显改变。提示,抑制内源性H2S,平滑肌组织发生炎性反应。
6.应用梗阻的实验动物,从梗阻第7天开始,腹腔注射H2S供体NaHS予补充外源性H2S7天后,明显改善梗阻小肠平滑肌TNF-a mRNA的表达,而mSCF/c-kit蛋白表达虽然有改善的趋势,但无显著性差异。
以上结果提示:
①通过外科手术的方法建立的慢性不全性肠梗阻模型,可以诱导ICC表型转化以及网络破坏,伴有明显的小肠平滑肌动力障碍;
②梗阻诱导ICC表型改变与平滑肌细胞mSCF信号下调有关;
③梗阻诱导的平滑肌组织mSCF/c-kit信号通路下调与炎性介质TNF-a的高表达有关,但TNF-a并不是唯一的ICC表型改变因素;
④内源性H2S产生减少即CBS/CSE蛋白表达下调,可引发炎性介质TNF-a mRNA表达升高,提示,在消化道内源性,内源性H2S可能发挥抗炎作用。