胃肠平滑肌细胞电重建及其对平滑肌运动的影响及分子机制

Smooth muscle cells are the principal part in gastrointestinal motility and the extrinsic, enteric nerves and othter humoral factors can regulate smooth muscle motility via ion channels or contracting proteins in smooth muscle. Previous study indicated that inflammation, oxidative stress may induce ion channel remodeling in smooth muscle cell and change in electrophysiologic property which is namely electric remodeling and finally induced motility disorder. However, it is little reported about relationship between electric remodeling of smooth muscle cells and smooth muscle motility disorder in study of the mechanism in motility disorders of gastrointestinal smooth muscle. Our previous study demonstrated that intestinal obstruction induced smooth muscle hypertrophy and changes in electrophysiologic property and spontaneous contraction in partially small intestine obstruction mouse model, so it is a ideal model of smooth muscle cell electric remodeling. In present study, the effect of smooth muscle cell electric remodeling on smooth muscle motility and its molecular mechanism will be investigated by using immunohistochemistry, molecular biology and eledtrophysiology techniques and clarified smooth muscle cell electric remodeling is an important reason of motility disorders and remodeling mechanism in gastrointestinal smooth muscle. It has an important physiology and pathophysiologic significances, and potential clinic significance in diagnosis and therapy of gastrointestinal motility disorder diseases.

胃肠平滑肌运动的主体是平滑肌细胞，外来神经、肠神经以及各种体液因素对平滑肌运动的调控，主要通过平滑肌细胞的离子通道或收缩蛋白来实现的。研究表明，炎症、氧化应激等可以诱导平滑肌细胞离子通道重建，引起离子通道电生理特性改变即电重建，最终导致收缩功能障碍。然而，目前在消化道动力障碍性疾病发病机理的研究中，有关平滑肌细胞电重建与动力障碍的关系，研究报道甚少。我们的前期工作表明，小鼠不全性肠梗阻使小肠平滑肌明显肥厚并伴有电生理特性和收缩功能异常，是理想的平滑肌细胞电重建模型。因此，本项目在小鼠不全性肠梗阻模型上，利用免疫组织化学、分子生物学以及电生理学等多学科技术，探讨平滑肌细胞电重建及其对平滑肌运动障碍的影响及分子机制，阐明平滑肌电重建是胃肠动力障碍的重要原因之一以及平滑肌细胞电重建的分子机制。本项研究具有重要的生理学与病理生理学的理论意义，也对诊断和治疗胃肠动力障碍性疾病具有潜在的临床意义。

本项目研究的核心问题是阐明平滑肌电重建是胃肠动力障碍的重要原因之一。本项目得到以下创新性成果：（1）梗阻引起的肥大的小肠平滑肌KV通道发生重建，其主要表现为KV通道表达明显增多但IKV密度降低、对电压依赖性和阻断剂的敏感性发生改变；这种形态学表达增多伴随电流密度降低的现象与KV4.3和KV2.2的丝氨酸和苏氨酸位点磷酸化明显增强有关；梗阻平滑肌电流密度降低与膜电位去极化有关。（2）不全性肠梗阻可以改变肠壁硫化氢合酶的表达；外源性H2S可能通过对KV4.3进行S-sulfhydration修饰抑制了IKVfast，导致胃肠平滑肌细胞膜去极化从而发挥对胃平滑肌的兴奋性作用；KV4.3亚基是感受外界化学刺激调控细胞膜电位的重要靶蛋白，因此各种干预平滑肌动力的因素可能通过KV4.3调节胃肠平滑肌细胞膜电位动。（3）不全性肠梗阻往往导致ICC的损伤和功能障碍。在体外培养的ICCs起搏电流的产生与IP3受体敏感的钙库释放钙离子（IICR）有关；细胞骨架微丝参与ICCs起搏活动的调控过程；细胞骨架微丝参与牵张应变增强小肠ICCs起搏活动的过程。结果提示，梗阻早期张应变可以增强ICC的功能，这与梗阻引起的动力障碍的代偿性反应有关。（4）与本项目相关拓展性研究成果：①内源性H2S及NO在平滑肌细胞内共存，其对胃肠道平滑肌运动起相反的调节作用，即H2S作为兴奋性介质，而NO作为抑制性介质起作用。与NO不同，H2S的兴奋性作用不是通过胞内cGMP信号通路介导，而是通过抑制KV通道以及抑制NO的合成起作用。因此，在生理条件下，胞内H2S及NO的产生保持在相对平衡，从而保证平滑肌的正常张力。②胃肠道局部RAS的Ang II 通过PI3k/Akt信号通路参与胃平滑肌的增殖和平滑肌细胞mSCF的表达，可能与维持ICC表型有关；在糖尿病引起局部RAS活性上调，可能部分代偿糖尿病ICC的损伤；③P2X7和pannexin-1在肠神经系统有表达，在STZ诱导的糖尿病小鼠，P2X7和pannexin-1表达明显上调；糖尿病引起的P2X7和pannexin1上调形成孔膜，使大分子物质和Ca2+内流导致NOS神经元损伤。本成果对揭示胃肠动力障碍性疾病的发病机理具有重要的理论意义和潜在的应用价值。