NCX1调控食管壁肌间神经元nNOS活性及其在贲门失弛缓中的作用机制研究

Achalasia is the functional disorder of esophageal motility characterized by ineffective relaxation of lower esophageal sphincter (LES). Since the specific etiology and pathogenesis are still unknown, the treatment of achalasia can only relieve the symptom. Therefore, it is of great significance to elucidate its pathogenesis. Previous research showed that nNOS of esophageal myenteric neurons played an important role in maintaining LES relaxation, while the impaired function of nNOS was critical for development of achalasia. We have successfully isolated and cultured the esophageal myenteric neurons, and found that the sodium calcium exchanger NCX1 was positively expressed in esophageal myenteric neurons, and could be activated by mechanical stimuli to enhance the calcium influx. And the increased calcium signaling further activated the nNOS activity and promoted the LES relaxation. Taken together, we speculated that the normal function of NCX1 in esophageal myenteric neurons was of great importance, and the abnormal expression and function of NCX1 may be the main cause of achalasia. This study will elucidate the function and mechanism of NCX1 in LES relaxation and achalasia using molecular biology, calcium recording, patch clamp and knockout mice. We sought to elucidate and confirm that the abnormal function of NCX1/Ca2+ signaling in esophageal myenteric neurons is the main mechanism for achalasia, and provide basic evidence for treatment and drug development of achalasia.

贲门失弛缓是以食管下括约肌（LES）不能有效舒张为特征的食管运动障碍性疾病，其发病机制仍不明确，目前针对贲门失弛缓的治疗只能对症，研究阐明其发病机制具有重要科学意义。既往研究表明，食管壁肌间神经元nNOS在维持LES正常舒张中发挥重要作用，其调控功能失常是导致贲门失弛缓发生的关键。我们前期成功分离培养食管壁肌间神经元，发现NCX1在食管神经元表达并可感受机械性刺激促进外Ca2+内流，进而调控食管壁肌间神经元nNOS活性及LES的舒张。我们推测NCX1在食管壁肌间神经元正常调节功能至关重要，NCX1表达及功能的异常可能是导致LES舒张受限及贲门失弛缓发生的关键。本课题拟通过分子生物学、钙测定、膜片钳、基因模式动物等阐明NCX1调控LES舒张及其在贲门失弛缓中的作用及机制，证实NCX1调控通路的异常是导致贲门失弛缓发生发展的重要机制，为探寻贲门失弛缓治疗靶点及药物研发提供依据。

贲门失弛缓是消化内科常见的食管运动障碍性疾病，主要由于食管下括约肌（LES）不能有效舒张而引起进食困难及呕吐。因对其发病机制尚不十分明确，导致临床治疗方法及效果有限。已知食管壁肌间抑制性运动神经元内对Ca2+依赖性的nNOS/NO，在维持LES正常舒张功能中发挥重要作用，其调控功能的失常是导致贲门失弛缓发生的关键原因。然而，目前对抑制性运动神经元如何通过调控Ca2+依赖的nNOS/NO，从而维持LES正常舒张功能的分子机制并不清楚。我们在动物实验中发现，纵向牵拉大鼠食管可通过激活食管壁肌间抑制性运动神经元而引起LES的舒张。我们进一步发现，机械牵拉激活了原代培养的大鼠和人食道的抑制性运动神经元，而后者存在钠钙交换器（NCX1）的分子及功能表达，且具有机械敏感性。当食物通过食管时产生的机械刺激，可触发神经元经NCX1的外Ca2+内流，从而调节其对Ca2+依赖性的nNOS活性并促进NO的合成及释放，从而维持LES的正常舒张功能。我们还发现，瞬时受体电位香草酸亚型 4（即TRPV4）离子通道与NCX1偶联并通过共同调控神经元内的Ca2+信号，也在其中发挥一定的作用。因此，我们应用分子生物学、生物化学及生理学等技术，分别在分子、细胞及整体动物水平，阐明了NCX1/TRPV4调控LES舒张的作用及机制；证实了食管壁肌间抑制性运动神经元NCX1/TRPV4/Ca2+/nNOS/NO信号轴，在调控LES舒张功能中的重要作用。而此调控通路的异常可能是导致贲门失弛缓的原因之一，从而不仅为探寻贲门失弛缓治疗靶点及药物研发提供了理论依据，而且为后续的进一步研究奠定了良好的基础。我们还进一步发现NCX1通过Ca2+/AKT/β-Catenin信号轴参与了胃癌的发展，因而扩展了NCX1在消化道肿瘤中的重要作用，并探寻了胃癌治疗潜在的新靶点。