一氧化氮与胃肠运动
第三军医大学附属西南医院烧伤研究所 重庆市 400038
项目负责人 彭曦第三军医大学附属西南医院烧伤研究所 重庆市 400038
收稿日期 1998-03-08
Subject headings nitric oxide; gastrointestinal movement; stomach /physiology; gastrointestinal diseases
主题词 一氧化氮；胃肠运动；胃/生理学；胃肠疾病
一氧化氮(nitric oxide, NO)始称内皮衍生舒张因子(EDRF)，它兼有第二信使和神经递质的功能，是一种新的细胞间信息交换载体. 1990年Boeckxstaens et al[1]发现电刺激胃底及小肠回盲部可引起非肾上腺素能非胆碱能(nonadrenergic noncholinergic, NANC)神经兴奋，释放NO并使胃肠平滑肌松弛. 此后大量证据均提示NO是NANC神经的抑制性递质，因此NO与胃肠运动的关系引起了人们的关注.
, http://www.100md.com
1 NO一种特殊的神经递质
NO是一种化学结构简单、常温下难溶于水的有毒气体，它具有亲脂性，能通过生物膜迅速扩散，因而在细胞间发挥广泛的生物学效应[2]. NO的主要生理功能是在细胞间传递信息，它是一种特殊的神经递质. 它的发现动摇了神经系统信号传递的许多学说，特别是人们在一百多年就已形成，并仍深信不疑地用来解释神经递质的传递规律即神经元之间的信息通过突触单向传递[3]. NO与经典的神经递质不同，它不是储存在突触颗粒中，而是合成后立即释放；不是以出胞方式释放，而是以扩散方式到达靶细胞；不是作用于典型的细胞表面受体，而是与细胞中可溶性鸟苷酸环化酶(SGC)结合. 通过改变SGC的空间构型提高酶活性，使胞内cGMP生成增多，继而激活依赖cGMP蛋白激酶的钙泵功能，降低细胞内游离钙水平，从而参与细胞间信息传递发挥多种生理功能[4].
, http://www.100md.com
2 一氧化氮合酶及其分类
NO是由一氧化氮合酶(NOS)催化并以L-精氨酸(L-Arg)为底物，在还原性辅酶Ⅱ(NADPH)、黄素单核苷酸(FMN)、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)及四氢蝶呤(BH4)等因子辅助下生成的. NOS是NO合成过程中唯一的酶，因此NOS是NO生物学和医学研究的关键内容之一. 根据NOS生物学特性和编码基因，可将NOS分为两类3型同工酶，包括脑型(Ⅰ型)和内皮细胞型(Ⅲ型)同工酶，它们属于原生型NOS(cNOS)，Ⅱ型NOS属于诱导型NOS(iNOS). 两类NOS在分布区域、生化特点及生理功能方面均存在较大差异. cNOS主要分布于神经细胞和血管内皮细胞中，由它催化生成的NO主要起神经递质和第二信使的作用，iNOS主要分布于巨噬细胞、内皮细胞等处，催化生成的NO具有细胞毒作用，参与介导免疫反应[5]. 目前，多种动物和人的3型NOS均已纯化和分子克隆成功. 3型NOS相互间有50%～58%氨基酸序列相同，3型NOS均含有NADPH、FAD/FMN、CaM及血红蛋白等结合位点，均与细胞色素P450还原酶的序列同源[6].
, 百拇医药
3 NOS在胃肠道肌间神经丛中的分布
生理学研究已经证明，胃肠运动具有自律性和节律性，主要受神经系统调节，胃肠道的神经支配相当复杂，不仅有外源性神经系统，还存在相对独立的内源性神经系统，后者亦称肠道神经系统(ENS)，它是独立于交感、副交感神经的外周自主神经系统. 支配从食管中段起到肛门止的整个消化道，它由肌间神经丛和粘膜下神经丛合称壁内神经丛所组成；并由兴奋性神经元、抑制性神经元、中间神经元及有关递质按一定规律组成局部反射回路，控制胃肠活动[7]. ENS的神经支配除胆碱能和肾上腺素能神经外，还存在一类广泛而复杂的促进胃肠运动或产生抑制作用的NANC神经. 目前已知NO是胃肠道NANC神经的抑制性递质之一，早在1990年Bult[8]就提供了胃肠道NANC神经兴奋时释放NO的证据. 神经组织中的NOS已被克隆出来并证明就是NADPH黄递酶(NADPH diaphorase, NDP). 因此，NDP被作为神经元NOS的组化标志物而应用于NOS的定位研究. 采用NOS免疫细胞化学及NDP组化法对各类动物胃肠道壁内神经丛的定位研究表明，胃肠道肌间神经丛有较多的NOS阳性神经元分布，粘膜下神经丛分布相对较少[9]. 许多学者[10-12]利用消化道全层铺片技术研究了NOS在消化道的分布特点，指出尽管几乎整个消化道都存在NOS阳性神经元，但在不同的节段和部位NOS阳性神经元的密度和形态有很大的不同.
, 百拇医药
从NOS阳性神经元的密度来看，食管下端至直肠总体呈上升趋势，但在食管下括约肌、幽门括约肌、奥狄氏括约肌及回盲部肌间神经丛中NOS阳性神经元明显高于周围组织，提示NO参与调节以上各处括约肌的张力. 食管下段肌间神经丛中，NOS阳性神经元十分稀少，呈零星分布[12]. 从十二指肠到回盲部，NOS阳性神经元密度渐渐增高，但变化幅度不大. 而结肠和直肠的神经元密度明显高于小肠，结肠壁内神经丛中近1/3的神经元呈NOS阳性，这可能与结肠长时间舒张作用有关. 因此，它可能对粪便在结肠中的停留起作用[10]. 胃肌间神经丛中也有较高密度的NOS阳性神经元，这可能与胃的舒张以容纳食物有关[12]. 消化道管壁肌间神经丛中NOS阳性神经元多为圆形和卵圆形，少数为三角形和不规则形，多数细胞类似Dogiel Ⅰ型神经元，但也有相当一部分形态各异的阳性神经元，属于Ⅱ型、Ⅲ型或中间神经元，有作者结合形态及功能推测肌间神经丛中NOS神经元为抑制型运动神经元或中间神经元[13].
, http://www.100md.com
一个神经细胞内可存在两种或两种以上的递质，作为一种特殊的神经递质NO也不例外. Ulla et al[14]发现NOS与血管活性肠肽(VIP)共存于同一神经元内，且VIP松弛血管及胃肠道平滑肌的作用依赖于NO的存在，NO作为信使分子对VIP的释放及作用进行调节. Ganumintz et al[10]较全面地研究了人结肠NANC神经中NOS阳性神经元与各种脑肠肽共存的关系，发现23%±7.2%的NOS阳性神经元同时含有甘丙素(GAL)，与VIP共存的比例为4.0%±2.6%，仅有约1%的NOS阳性神经元与胃泌素释放肽(GRP)、甲硫氨酸脑啡肽(M-ENK)和酪酪肽(PYY)共存，而与降钙素基因相关肽(CGRP)和P物质(SP)无共存现象. 在众多的脑肠肽中只有GAL和VIP在NOS分布的所有层面与之共存，提示它们之间关系密切. Barbier et al[15]发现猪结肠肌间神经丛中有些NOS阳性神经元的突起投射到NOS阴性神经元的胞体上，提示NO作为一种神经递质不仅可单独发挥作用，也可同其他神经递质或神经肽相互协调，共同影响胃肠的生理功能.
, 百拇医药
目前已知，肌间神经丛主要与胃肠运动的控制有关，该处存在大量的NOS神经元，说明NO在调节胃肠运动中的重要地位，NO的过多或过少分泌以及平滑肌对NO敏感性的改变都将使胃肠功能发生障碍，实际上许多胃肠疾病都与NO的异常分泌有关，如胆汁反流性胃炎、反流性食管炎、进行性胃扩张、婴幼儿幽门狭窄和先天性巨结肠症等[16-18].
4 NO在调节胃肠运动中的作用及其机制
研究表明外源性NO能引起酷似刺激NANC神经所致胃肠平滑肌细胞的超极化和肌肉松弛，而电刺激犬回盲部NANC神经会引起NO的释放，产生快速、短暂的松弛效应，食物进入胃腔后引起胃容受性舒张的生理反射也是由NO介导的. 小鼠应用L-Arg能改善吗啡引起的便秘，这可能是由于促进了内源性NO的合成，增加NANC神经参与的肠内容物下行运动. 体内应用NOS抑制剂L-NAME后肠腔内的压力明显上升，说明内源性NO在小肠的运动中起调节作用[19]. 当NANC神经受到刺激时，NOS神经元产生NO扩散到平滑肌细胞内，增加cGMP降低游离钙浓度，引起平滑肌松弛.NO合成减少可导致持续而强烈的非蠕动性收缩疾病. 研究发现，贲门失弛缓症可能是由于食管括约肌缺乏NOS所致，用含有NO的硝酸甘油类药物治疗有效. 据报道，先天性巨结肠症也是由于结肠壁内神经丛缺乏NOS神经元，导致该段结肠持续收缩、形成功能性梗阻，近段结肠则高度扩张[18].
, 百拇医药
NO对胃肠的舒张作用是通过调节胃肠肌电活动实现的，大量实验表明刺激胃肠道NANC神经或使用能释放NO的药物，可使胃肠平滑肌细胞产生抑制性接点电位(IJP)，从而抑制平滑肌收缩，有人认为其发生的电生理基础是钾通道的短暂开放，引起细胞膜电位超极化[20]. Maczka et al[21]在研究NO与犬小肠肌电活动的关系时，着重观察了能引起小肠蠕动和分节运动的移行性复合肌电(MMC)的变化规律，正常情况下MMC的间期约为80min±7min. 静注NOS抑制剂L_NNA后MMC间期缩短为60min±4min，并显著增加了峰电位出现的次数. 而用L-Arg灌胃后，MMC间期增至96min±8min，并使这段时间内慢波中的峰电位减少了25%，应用硝酸甘油得出类似的结果. 因此NO是通过降低MMC的频率并抑制峰电位的产生从而使小肠平滑肌细胞的电生理特性发生改变，最终导致肠道平滑肌的松弛.
, 百拇医药
目前一致认为NO是NANC神经的抑制性神经递质，能引起胃肠道平滑肌松弛. 但NO的这种作用对胃肠道生理功能的影响却存在不同看法. 一种观点认为NO能消除胃肠道持续收缩，防止许多胃肠疾病的发生[19]；另一种观点认为NO会导致胃肠道平滑肌的兴奋性降低，使肠内容物在肠道长时滞留，引起细菌过度繁殖，假性肠梗阻和节段性回肠炎似乎与NO的过量分泌有关[22]. 产生分歧的原因可能与不同类型的NOS被激活及NO分泌的量和时相有关，同时应用不同的动物模型也是产生结果不一致的原因. 因此，NO对胃肠运动的影响及其机制还有待进一步研究.
总之，NO在消化系统中发挥了重要的生理功能，并与许多胃肠疾病的发生、发展密切相关. 因此，我们有理由相信，随着NO研究的深入，将为众多胃肠疾病的发病机制提供线索，最终为胃肠疾病的防治作出贡献.
5 参考文献
, http://www.100md.com
1 袁建平，徐顺福，张红杰，赵志泉. 测定胃液氨诊断幽门螺杆菌感染. 中华医学检验杂志，1997；20(2)：110
2 Gubbins GP, Moritz TE, Marsano LS, Talwalkar R, McClain CJ, Mendenhall CL et al. Helicobacter pylori is a risk factor for
hepatic encephalopathy in acute alcoholic hepatitis: the ammonia hypothesis revisited. Am J Gastroenterol, 1993;88(11):1906-1910
3 张锦坤. 消化道内镜诊断标准的商榷. 临床消化病杂志，1993；5(4)：181-184
4 厉有名，伊藤重二，郡大裕，石井靖，黄怀德. 幽门螺杆菌诱发肝硬变大鼠高氨血症的实验研究.中华内科杂志，1997；36(2)：125-126
5 Quero JC, Hartmann IJC, Rooij F de, Wilson JHP, Schalm SW. Hyperammo naemia and Helicobacter pylori. Lancet,1995;346(8976):713-714, http://www.100md.com(彭 曦 汪仕良)
项目负责人 彭曦第三军医大学附属西南医院烧伤研究所 重庆市 400038
收稿日期 1998-03-08
Subject headings nitric oxide; gastrointestinal movement; stomach /physiology; gastrointestinal diseases
主题词 一氧化氮；胃肠运动；胃/生理学；胃肠疾病
一氧化氮(nitric oxide, NO)始称内皮衍生舒张因子(EDRF)，它兼有第二信使和神经递质的功能，是一种新的细胞间信息交换载体. 1990年Boeckxstaens et al[1]发现电刺激胃底及小肠回盲部可引起非肾上腺素能非胆碱能(nonadrenergic noncholinergic, NANC)神经兴奋，释放NO并使胃肠平滑肌松弛. 此后大量证据均提示NO是NANC神经的抑制性递质，因此NO与胃肠运动的关系引起了人们的关注.
, http://www.100md.com
1 NO一种特殊的神经递质
NO是一种化学结构简单、常温下难溶于水的有毒气体，它具有亲脂性，能通过生物膜迅速扩散，因而在细胞间发挥广泛的生物学效应[2]. NO的主要生理功能是在细胞间传递信息，它是一种特殊的神经递质. 它的发现动摇了神经系统信号传递的许多学说，特别是人们在一百多年就已形成，并仍深信不疑地用来解释神经递质的传递规律即神经元之间的信息通过突触单向传递[3]. NO与经典的神经递质不同，它不是储存在突触颗粒中，而是合成后立即释放；不是以出胞方式释放，而是以扩散方式到达靶细胞；不是作用于典型的细胞表面受体，而是与细胞中可溶性鸟苷酸环化酶(SGC)结合. 通过改变SGC的空间构型提高酶活性，使胞内cGMP生成增多，继而激活依赖cGMP蛋白激酶的钙泵功能，降低细胞内游离钙水平，从而参与细胞间信息传递发挥多种生理功能[4].
, http://www.100md.com
2 一氧化氮合酶及其分类
NO是由一氧化氮合酶(NOS)催化并以L-精氨酸(L-Arg)为底物，在还原性辅酶Ⅱ(NADPH)、黄素单核苷酸(FMN)、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)及四氢蝶呤(BH4)等因子辅助下生成的. NOS是NO合成过程中唯一的酶，因此NOS是NO生物学和医学研究的关键内容之一. 根据NOS生物学特性和编码基因，可将NOS分为两类3型同工酶，包括脑型(Ⅰ型)和内皮细胞型(Ⅲ型)同工酶，它们属于原生型NOS(cNOS)，Ⅱ型NOS属于诱导型NOS(iNOS). 两类NOS在分布区域、生化特点及生理功能方面均存在较大差异. cNOS主要分布于神经细胞和血管内皮细胞中，由它催化生成的NO主要起神经递质和第二信使的作用，iNOS主要分布于巨噬细胞、内皮细胞等处，催化生成的NO具有细胞毒作用，参与介导免疫反应[5]. 目前，多种动物和人的3型NOS均已纯化和分子克隆成功. 3型NOS相互间有50%～58%氨基酸序列相同，3型NOS均含有NADPH、FAD/FMN、CaM及血红蛋白等结合位点，均与细胞色素P450还原酶的序列同源[6].
, 百拇医药
3 NOS在胃肠道肌间神经丛中的分布
生理学研究已经证明，胃肠运动具有自律性和节律性，主要受神经系统调节，胃肠道的神经支配相当复杂，不仅有外源性神经系统，还存在相对独立的内源性神经系统，后者亦称肠道神经系统(ENS)，它是独立于交感、副交感神经的外周自主神经系统. 支配从食管中段起到肛门止的整个消化道，它由肌间神经丛和粘膜下神经丛合称壁内神经丛所组成；并由兴奋性神经元、抑制性神经元、中间神经元及有关递质按一定规律组成局部反射回路，控制胃肠活动[7]. ENS的神经支配除胆碱能和肾上腺素能神经外，还存在一类广泛而复杂的促进胃肠运动或产生抑制作用的NANC神经. 目前已知NO是胃肠道NANC神经的抑制性递质之一，早在1990年Bult[8]就提供了胃肠道NANC神经兴奋时释放NO的证据. 神经组织中的NOS已被克隆出来并证明就是NADPH黄递酶(NADPH diaphorase, NDP). 因此，NDP被作为神经元NOS的组化标志物而应用于NOS的定位研究. 采用NOS免疫细胞化学及NDP组化法对各类动物胃肠道壁内神经丛的定位研究表明，胃肠道肌间神经丛有较多的NOS阳性神经元分布，粘膜下神经丛分布相对较少[9]. 许多学者[10-12]利用消化道全层铺片技术研究了NOS在消化道的分布特点，指出尽管几乎整个消化道都存在NOS阳性神经元，但在不同的节段和部位NOS阳性神经元的密度和形态有很大的不同.
, 百拇医药
从NOS阳性神经元的密度来看，食管下端至直肠总体呈上升趋势，但在食管下括约肌、幽门括约肌、奥狄氏括约肌及回盲部肌间神经丛中NOS阳性神经元明显高于周围组织，提示NO参与调节以上各处括约肌的张力. 食管下段肌间神经丛中，NOS阳性神经元十分稀少，呈零星分布[12]. 从十二指肠到回盲部，NOS阳性神经元密度渐渐增高，但变化幅度不大. 而结肠和直肠的神经元密度明显高于小肠，结肠壁内神经丛中近1/3的神经元呈NOS阳性，这可能与结肠长时间舒张作用有关. 因此，它可能对粪便在结肠中的停留起作用[10]. 胃肌间神经丛中也有较高密度的NOS阳性神经元，这可能与胃的舒张以容纳食物有关[12]. 消化道管壁肌间神经丛中NOS阳性神经元多为圆形和卵圆形，少数为三角形和不规则形，多数细胞类似Dogiel Ⅰ型神经元，但也有相当一部分形态各异的阳性神经元，属于Ⅱ型、Ⅲ型或中间神经元，有作者结合形态及功能推测肌间神经丛中NOS神经元为抑制型运动神经元或中间神经元[13].
, http://www.100md.com
一个神经细胞内可存在两种或两种以上的递质，作为一种特殊的神经递质NO也不例外. Ulla et al[14]发现NOS与血管活性肠肽(VIP)共存于同一神经元内，且VIP松弛血管及胃肠道平滑肌的作用依赖于NO的存在，NO作为信使分子对VIP的释放及作用进行调节. Ganumintz et al[10]较全面地研究了人结肠NANC神经中NOS阳性神经元与各种脑肠肽共存的关系，发现23%±7.2%的NOS阳性神经元同时含有甘丙素(GAL)，与VIP共存的比例为4.0%±2.6%，仅有约1%的NOS阳性神经元与胃泌素释放肽(GRP)、甲硫氨酸脑啡肽(M-ENK)和酪酪肽(PYY)共存，而与降钙素基因相关肽(CGRP)和P物质(SP)无共存现象. 在众多的脑肠肽中只有GAL和VIP在NOS分布的所有层面与之共存，提示它们之间关系密切. Barbier et al[15]发现猪结肠肌间神经丛中有些NOS阳性神经元的突起投射到NOS阴性神经元的胞体上，提示NO作为一种神经递质不仅可单独发挥作用，也可同其他神经递质或神经肽相互协调，共同影响胃肠的生理功能.
, 百拇医药
目前已知，肌间神经丛主要与胃肠运动的控制有关，该处存在大量的NOS神经元，说明NO在调节胃肠运动中的重要地位，NO的过多或过少分泌以及平滑肌对NO敏感性的改变都将使胃肠功能发生障碍，实际上许多胃肠疾病都与NO的异常分泌有关，如胆汁反流性胃炎、反流性食管炎、进行性胃扩张、婴幼儿幽门狭窄和先天性巨结肠症等[16-18].
4 NO在调节胃肠运动中的作用及其机制
研究表明外源性NO能引起酷似刺激NANC神经所致胃肠平滑肌细胞的超极化和肌肉松弛，而电刺激犬回盲部NANC神经会引起NO的释放，产生快速、短暂的松弛效应，食物进入胃腔后引起胃容受性舒张的生理反射也是由NO介导的. 小鼠应用L-Arg能改善吗啡引起的便秘，这可能是由于促进了内源性NO的合成，增加NANC神经参与的肠内容物下行运动. 体内应用NOS抑制剂L-NAME后肠腔内的压力明显上升，说明内源性NO在小肠的运动中起调节作用[19]. 当NANC神经受到刺激时，NOS神经元产生NO扩散到平滑肌细胞内，增加cGMP降低游离钙浓度，引起平滑肌松弛.NO合成减少可导致持续而强烈的非蠕动性收缩疾病. 研究发现，贲门失弛缓症可能是由于食管括约肌缺乏NOS所致，用含有NO的硝酸甘油类药物治疗有效. 据报道，先天性巨结肠症也是由于结肠壁内神经丛缺乏NOS神经元，导致该段结肠持续收缩、形成功能性梗阻，近段结肠则高度扩张[18].
, 百拇医药
NO对胃肠的舒张作用是通过调节胃肠肌电活动实现的，大量实验表明刺激胃肠道NANC神经或使用能释放NO的药物，可使胃肠平滑肌细胞产生抑制性接点电位(IJP)，从而抑制平滑肌收缩，有人认为其发生的电生理基础是钾通道的短暂开放，引起细胞膜电位超极化[20]. Maczka et al[21]在研究NO与犬小肠肌电活动的关系时，着重观察了能引起小肠蠕动和分节运动的移行性复合肌电(MMC)的变化规律，正常情况下MMC的间期约为80min±7min. 静注NOS抑制剂L_NNA后MMC间期缩短为60min±4min，并显著增加了峰电位出现的次数. 而用L-Arg灌胃后，MMC间期增至96min±8min，并使这段时间内慢波中的峰电位减少了25%，应用硝酸甘油得出类似的结果. 因此NO是通过降低MMC的频率并抑制峰电位的产生从而使小肠平滑肌细胞的电生理特性发生改变，最终导致肠道平滑肌的松弛.
, 百拇医药
目前一致认为NO是NANC神经的抑制性神经递质，能引起胃肠道平滑肌松弛. 但NO的这种作用对胃肠道生理功能的影响却存在不同看法. 一种观点认为NO能消除胃肠道持续收缩，防止许多胃肠疾病的发生[19]；另一种观点认为NO会导致胃肠道平滑肌的兴奋性降低，使肠内容物在肠道长时滞留，引起细菌过度繁殖，假性肠梗阻和节段性回肠炎似乎与NO的过量分泌有关[22]. 产生分歧的原因可能与不同类型的NOS被激活及NO分泌的量和时相有关，同时应用不同的动物模型也是产生结果不一致的原因. 因此，NO对胃肠运动的影响及其机制还有待进一步研究.
总之，NO在消化系统中发挥了重要的生理功能，并与许多胃肠疾病的发生、发展密切相关. 因此，我们有理由相信，随着NO研究的深入，将为众多胃肠疾病的发病机制提供线索，最终为胃肠疾病的防治作出贡献.
5 参考文献
, http://www.100md.com
1 袁建平，徐顺福，张红杰，赵志泉. 测定胃液氨诊断幽门螺杆菌感染. 中华医学检验杂志，1997；20(2)：110
2 Gubbins GP, Moritz TE, Marsano LS, Talwalkar R, McClain CJ, Mendenhall CL et al. Helicobacter pylori is a risk factor for
hepatic encephalopathy in acute alcoholic hepatitis: the ammonia hypothesis revisited. Am J Gastroenterol, 1993;88(11):1906-1910
3 张锦坤. 消化道内镜诊断标准的商榷. 临床消化病杂志，1993；5(4)：181-184
4 厉有名，伊藤重二，郡大裕，石井靖，黄怀德. 幽门螺杆菌诱发肝硬变大鼠高氨血症的实验研究.中华内科杂志，1997；36(2)：125-126
5 Quero JC, Hartmann IJC, Rooij F de, Wilson JHP, Schalm SW. Hyperammo naemia and Helicobacter pylori. Lancet,1995;346(8976):713-714, http://www.100md.com(彭 曦 汪仕良)