肠壁平滑肌静息电位梯度受损与溃疡性结肠炎中结肠运动异常的机制研究

Diarrhea is a prevalent symptom of ulcerative colitis (UC) patients. Diarrhea is tightly linked to the abnormal motility of colon with decreased segmentation contraction and increased high-amplitude propagated contraction in UC patients. The mechanism of the abnormal motility of colon in UC patients is still not clear.Resting membrane potential gradient in intestinal smooth muscle layer is the key regulatory mechanism for circular smooth muscle motility. It determines the degree of smooth muscle contraction with any given activating input. CO produced and released by heme oxygenase 2 in submucosal plexus maintain the resting membrane potential gradient. Based on our previous research results on resting membrane potential gradient, we hypothesis that, in colon of UC patients, the CO system is altered and the resting membrane potential gradient is deficient, and as the result, the motility of colon is abnormal.In our project, we plan to determine the deficiency of resting membrane potential gradient in UC colon wall; study the distribution, expression and activity of heme oxygenases in UC colon wall; look for the direct cause of the CO system alteration; simulate the CO system alteration in mormal colon wall and watch the induced deficient of the resting membrane potential gradient and abnormality of colon motility; try to restore the CO system in UC colon wall and watch the recovery of the resting membrane potential gradient and colon motility.Our project is going to prove that CO system alteration and it induced resting membrane potential gradient deficiency is the mechanism causing abnormal motility in UC colon.

腹泻是溃疡性结肠炎(UC）患者的一个明显的症状，腹泻与患者结肠出现的时相性收缩减弱、高幅推进性收缩增强的运动异常密切相关，结肠运动异常的机制仍然不清楚。平滑肌静息电位梯度是肠道平滑肌分级运动的基础。结肠平滑肌静息电位梯度，是由粘膜下神经丛的CO合成酶HO2合成释放的CO形成的。申请者根据前期平滑肌静息电位梯度研究结果，提出工作假说：在结肠炎症中，维持静息电位梯度的CO系统失衡，从而平滑肌静息电位梯度受损，导致上述结肠运动异常。本课题：一、测量炎症结肠壁静息电位梯度受损状况；二、检测炎症结肠壁CO合成酶的分布，表达，活性；三、研究导致CO系统失衡的主要因素；四、在正常结肠模拟CO系统失衡，考察静息电位梯度受损及结肠运动异常状况；五、在炎症结肠矫正失衡的CO系统，考察静息电位梯度及结肠运动的恢复情况。本研究将确证CO系统失衡带来平滑肌静息电位梯度受损，是导致溃疡性结肠炎结肠运动异常的机制。

溃疡性结肠炎患者的结肠动力学异常极大影响患者的正常生活，而造成溃疡性结肠炎中结肠动力学改变的机制尚不明确。我们通过本课题的研究，证明了溃疡性结肠炎中结肠壁的一氧化碳（CO）系统的改变带来的CO释放增加，是导致结肠动力学异常的主要原因。. 我们通过电生理研究，发现溃疡性结肠炎结肠的平滑肌静息电位超级化，跨壁静息电位梯度消失。免疫荧光研究发现结肠炎模型鼠的结肠壁的1型CO合成酶（HO- 1）的表达明显增多，而HO-1的分布与平滑肌细胞膜电位的超级化程度一致。实验给与CO可以让正常结肠平滑肌细胞膜电位超级化，抑制HO-1可以让结肠炎鼠的平滑肌细胞去极化。通过对结肠动力学测量，对比对照组小鼠，溃疡性结肠炎小鼠的自主结肠收缩幅度降低，收缩频率增加。在对照组小鼠的结肠给与CO，出现同样的结肠收缩幅度减小，频率增加的现象。在溃疡性结肠炎小鼠结肠，抑制HO-1从而抑制CO的合成与释放，结肠收缩幅度增加，频率有所降低。进而用调节灌流液中钾离子浓度的方式，简单改变平滑肌细胞膜电位，发现细胞外高钾带来平滑肌细胞膜电位去极化条件下，结肠炎动物的结肠收缩幅度增加，频率降低，而低钾带来膜电位超级化条件下，正常组的结肠收缩幅度降低，频率增加，出现类似结肠炎组结肠的症状。. 结论：溃疡性结肠炎中，HO-1表达大幅增加，CO释放增加，造成平滑肌细胞膜电位超级化、跨壁静息电位梯度消失，从而带来结肠收缩幅度减小频率增加的动力学异常。CO的过量释放，是溃疡性结肠炎中结肠动力学异常的主要原因。. 本课题的结论有着显著的临床意义。根据我们的研究结论，可以发展药物，调节溃疡性结肠炎中结肠壁平滑肌细胞的膜电位，通过矫正肠道平滑肌的跨壁电位梯度，来改善患者的结肠症状。