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摘要
通过开发胃痛觉过敏的实验模型，研究了潜在的外周机制，这些机制可能有助于内脏超敏反应的发展，并最终导致以功能性胃肠疾病为特征的感觉改变。行为的改变和胃传入神经兴奋性增加的潜在机制之间的直接联系被发现。
- 敏化作用
- 兴奋性
- 痛觉过敏
- 钠电流
- 河豚毒素
- CNS，中枢神经系统
- 肝,乙酸
- 肠易激综合症
- 神经生长因子，神经生长因子
- TTX,河豚毒素
来自Altmetric.com的统计
总结
功能性消化不良是一种常见的临床问题，其特征是与上消化道相关的不适和疼痛。这种功能性内脏紊乱被认为是内脏痛觉过敏的表现。由于对这一问题的非人类实验研究很少，而且对消化不良的外周作用还不了解，我们开展了胃痛觉过敏的实验模型的开发。采用胃壁多次注射20%醋酸(HAc)制造胃过敏模型;第二个模型是在饮用水中加入0.1%的碘乙酰胺。治疗后5-7天，两种模型均出现对胃球囊膨胀的过度反应(即痛觉过敏)。HAc治疗产生胃溃疡和炎症的证据。摄入碘乙酰胺使胃壁增厚，但没有产生炎症的迹象。随后的全细胞膜片钳研究检查了nodose和背根神经节的电压门控钠通道。HAc治疗增加了非剂量神经节神经元的钠电流峰值，主要是对河豚毒素(TTX)的耐药钠电流。 Iodoacetamide altered sodium currents in dorsal root ganglion neurones by shifting voltage dependence activation to the left. These models of gastric hyperalgesia are associated with an increase in the excitability of the peripheral innervation of the stomach.
介绍
在过去的十年中，功能性胃肠紊乱，如功能性消化不良和肠易激综合征(IBS)代表一种感觉异常，特别是痛觉过敏，已被普遍接受。1自从Ritchie首次记录了肠易激综合征患者的心理生理功能向左转移到肠胀，2许多研究者已经记录了类似的感觉功能障碍与食道、胃和胃十二指肠的功能障碍有关。3 -5
痛觉过敏被定义为对通常是有害的刺激的反应增加，最初是在皮肤痛觉过敏模型中进行研究和最好的检查。有两种类型的皮肤痛觉过敏:原发性痛觉过敏发生在损伤部位，继发性痛觉过敏与损伤相关，但发生在损伤部位附近或距离损伤部位一定距离的未损伤组织中。6从概念上讲，皮肤痛觉过敏可以完全由外周或中枢神经系统(CNS)机制启动和维持。
虽然功能性胃肠疾病的过敏与皮肤痛觉过敏有许多共同的特征，但也有一些重要的区别。皮肤的割伤、压碎、灼烧或溃疡总是与急性疼痛和痛觉过敏的发展有关，以及从受伤部位扩散的敏感性增加(即继发性痛觉过敏)。然而，当这些同样的刺激作用于胃肠道的中空器官时，通常不会产生急性疼痛。沿器官长度的膨胀、缺血、炎症和可能的肌肉功能障碍(痉挛)都是充分的刺激(在谢林顿理论中)，可在中空器官中产生疼痛。功能性胃肠疾病与结构或生化异常无关;没有组织损伤，痛觉过敏和组织损伤之间的关系，适用于躯体结构，在内脏中不存在。因此，尽管功能性胃肠障碍与内脏痛觉过敏密切相关，但通常导致皮肤痛觉过敏发展的外周启动事件可能与适用于内脏的事件不同。
我们的实验目的是检查潜在的外周机制，这些机制可能导致内脏超敏反应的发展，并最终导致以功能性胃肠疾病为特征的感觉改变。我们的研究策略是开发模型，提供行为证据，实验操作(即气球膨胀)的空心器官导致可量化和可复制的反应。有必要在器官受辱后这种反应显著增强(也就是说，器官受辱应该导致痛觉过敏)，并且通过检查传入纤维及其感觉细胞体在有无内脏受辱时的行为，可以电生理学地检查受辱的后果。
痛觉过敏的实验模型
最近在大鼠中发现了两种胃痛觉过敏模型。一个模型是通过向胃壁多次注射20%的HAc(或盐水作为对照)而产生的。7这一过程在胃中产生多处溃疡，组织髓过氧化物酶活性显著增加，在HAc治疗后5-7天对胃球囊膨胀的反应增强。第二个模型是在动物的饮用水中加入0.1%的碘乙酰胺。8在开始这种治疗的7天后进行检查时，对胃球囊膨胀的反应明显增加。这发生在没有胃溃疡或组织髓过氧化物酶活性增加的情况下。两种模型都与胃膨胀(即胃痛觉过敏)的夸张反应有关，尽管它们在实验操作所产生的胃损伤程度上有所不同。胃溃疡的HAc模型产生了组织损伤和炎症的明确证据。摄入0.1%碘乙酰胺7天与明显的组织损伤或炎症无关。然而，在碘乙酰胺处理过的动物中，胃壁出现轻微增厚，将该模型描述为对胃结构没有影响是不合适的。
痛觉过敏的机制
外围的机制
如果这些模型代表内脏痛觉过敏，什么外周机制可以解释对胃膨胀的过度反应?人们期望胃迷走神经或胃内脏传入纤维，或两者，将表现出对胃膨胀的敏感反应。有充分的文献证明，原发性皮肤痛觉过敏是痛觉感受器致敏的结果。痛觉感受器的致敏表现为反应幅度的增加、反应阈值的降低或静息自发活动的显著增加。
内脏传入纤维通常没有自发活动，或自发活动率非常低(例如，≤1hz)。虽然很明显，对刺激反应的增加或反应阈值的降低可能导致对外周刺激反应的增加，但也应该认识到，自发活动的显著增加有助于增加中枢神经系统的传入输入，这代表了兴奋性和传入纤维敏化的变化。
胃迷走神经和内脏传入纤维已被证明在对正常胃施加急性损伤后变得敏感。9日,10在本实验中，经胃动脉灌注炎性介质血小板激活因子可显著提高胃迷走神经传入纤维的自发活性。9同样，胃内灌注混合炎症介质增加了胃内脏传入纤维的机械敏感性。10很可能是将HAc注射到胃壁或饮用水中摄入碘乙酰胺使胃迷走神经和胃内脏传入纤维敏感。尽管在健康的胃肠道中，迷走神经传入纤维通常不被认为与不适感和疼痛感有关，但我们正在测试这样一个假设:在慢性胃肠道损伤的情况下，迷走神经传入纤维可能会产生不适感和疼痛感。这些实验正在进行中。
钠离子通道
钠通道在周围神经兴奋性中起着重要作用，特别是在周围组织受到损伤时。因此，我们研究了胃nodose神经节和背根神经节神经元电压门控钠通道的行为。至少有9种不同的电压门控钠通道已在哺乳动物中被发现，并在重组系统中有功能表达。11大多数电压门控钠通道对河豚毒素(TTX)具有nM的敏感性，但也有一些TTX耐药通道(即对TTX的敏感性为μM)。两个耐TTX的钠通道，钠v1.8和Nav1.9，仅存在于感觉神经元中，特别是那些起源于背根神经节的直径较小的细胞。这些钠通道负责在nodose和背根神经节神经元中发现的TTX抗性电流。
为了确定电压门控钠通道的变化是否导致胃过敏，我们暴露了胃，并在胃壁的多个位置注射了二碳菁染料DiI。DiI被纳入靠近注射部位的神经突的脂质双分子层，并被运输到细胞体(nodose或背根神经节)，而不转移到邻近细胞。在允许时间染料被逆行运输到细胞体，nodose和背根神经节后，细胞被收获。荧光技术显示，含有这种染料的植物能刺激胃。
在对从成人nodose神经节分离的胃感觉神经元的研究中，从HAc处理的胃中记录的神经元比从盐水处理的胃中记录的神经元TTX抗性电流的峰值振幅更大(图1A, 1B)。12有趣的是，TTX敏感电流在这些实验中不受影响。来自HAc处理的胃的神经元也表现出较慢的失活动力学和更快速的从失活恢复。同样，从T9和T10背根神经节分离出的DiI标记的胃感觉神经元，与从盐水处理的对照动物获得的神经元相比，在钠电流失活的情况下表现出更快的恢复。
胃壁注射醋酸(HAc)对无剂量胃感觉神经元记录的电压敏感钠电流影响的样品痕迹(A)和平均数据(B)。河豚毒素(TTX)抗性电流峰值在HAc处理的胃细胞中显著大于在盐水注射的胃细胞(对照组)。HAc处理对TTX敏感峰电流无影响。
与其他钠通道相比，TTX耐药钠通道起效较慢，失活恢复较快。观察到的TTX耐钠电流的增加部分解释了从失活中更快地恢复。TTX敏感电流的其他特性也发生了改变。与生理盐水处理的对照神经元相比，HAc处理的胃神经元TTX敏感电流表现出从失活中加速恢复。这些电压依赖性和失活恢复的变化可能转化为较低的动作电位产生阈值和较高的峰值频率。这一发现可能解释了胃损伤如何导致胃痛觉过敏的发生，而胃痛觉在外周明显与该器官传入神经支配的兴奋性变化有关。
与注射到胃壁的HAc相比，在饮用水中暴露于碘乙酰胺的腔内并没有改变nodose或背根神经节的胃神经元的钠电流峰值。然而，在碘乙酰胺处理过的动物的背根神经节神经元的初步实验中，电压门控钠电流被激活的电位比对照条件下的电位高约10 mV。13这些电压依赖性激活的变化可能会改变这些传入神经元的兴奋性，如前所述。
生化介质
由于电压门控钠通道功能的改变而引起的迷走神经和内脏神经感觉纤维兴奋性的增加几乎肯定与一种或多种潜在介质(例如，生物胺、细胞因子、类烯二酮、神经肽或神经营养因子)的变化有关。鉴于神经营养因子在成年人神经系统功能的维持和调节中所起的作用，这些介质在钠通道功能中的贡献已被研究。胃损伤后释放的神经营养因子可能通过调节钠通道的功能，以及胃感觉神经元中不同钠通道的表达，在很大程度上促进了胃痛觉过敏的发生。
实验研究表明，胃壁注射HAc可引起胃溃疡，增加神经生长因子(NGF)的免疫反应性。这种反应在粘膜下层和肌层最为明显。腔内给药NGF可使胃迷走神经传入纤维对胃膨胀的反应敏感，证实了早期的一项报告，即向膀胱灌注NGF可使盆腔神经传入纤维对膀胱膨胀敏感。14也有初步证据表明，暴露于NGF显著增加胃nodose神经元中的TTX耐钠电流(图2)。这一发现与观察到的胃传入神经兴奋性的变化一致。
神经生长因子(NGF)对河豚毒素耐钠电流的影响。在NGF (100 ng/ml)或中和抗体(抗NGF 1:2500)存在下培养24小时，钠电流通过去极化从−70 mV到各种测试电位触发，并绘制成测试电位的函数。
结论
尽管这些研究仍在进行中，结果也处于初步阶段，但所提供的数据是第一批直接将行为的改变与胃传入神经支配兴奋性增加的潜在机制联系起来的数据。在临床背景下，这些发现的外推表明，中空器官传入神经支配的兴奋性增加可导致对其他正常腔内事件的感知改变。
这些和类似的结果也提供了明确的证据，外周损伤可以改变中空器官传入神经支配的兴奋性。实验上，这种增加的兴奋性与皮肤痛觉过敏发展相关的事件是一致的。尽管功能性胃肠疾病通常与表征这些疾病的症状的已知结构或生化解释不相关，但这并不排除这些患者周围神经支配的兴奋性发生改变的可能性。事实上，没有理由在没有结构器官损伤的情况下，周围神经支配的兴奋性不能增加。
缺乏对这些症状的生物化学解释，要么意味着没有生物化学解释，要么更有可能的是，适当的标记尚未被发现。器官壁上肠神经系统的固有初级传入神经元可能是致敏化学物质/介质的来源，导致外源性神经支配的兴奋性，并发展和维持来自胃肠道的改变的感觉。也有可能，作为功能性胃肠疾病特征的超敏反应，在完全由中枢机制引发的事件之后仍然保持。这些机制可能包括降低内源性调节系统的改变，背根反射，或向器官的传出投射，这些投射有助于位于组织中的感觉受体的神经化学环境。
致谢
美国国立卫生研究院NS19912奖、NS35790奖和DK01548奖支持了本文所述的工作。作者要感谢Carol Whiteis和Sherry Kardos的技术支持和Susan Birely的秘书支持。