殷 燕,殷 董,任曉陽,任牡丹,董 蕾,和水祥(西安交通大學第一附屬醫(yī)院消化內科,西安 7006;陜西省人民醫(yī)院皮膚科;西安交通大學第二附屬醫(yī)院消化內科;通訊作者,E-mail:hesx@6.com)
Urocortin1通過CRF受體2介導激活腸神經系統(tǒng)抑制小腸轉運功能
殷 燕1,殷 董2,任曉陽1,任牡丹1,董 蕾3,和水祥1*
(1西安交通大學第一附屬醫(yī)院消化內科,西安 710061;2陜西省人民醫(yī)院皮膚科;3西安交通大學第二附屬醫(yī)院消化內科;*通訊作者,E-mail:hesx123@126.com)
目的 探討urocortin1是否通過CRF受體2激活腸神經系統(tǒng)調控小腸轉運功能。 方法 82只雄性6-8周齡SD大鼠,隨機分為iv urocortin1組,靜脈注射10 μg/kg urocortin1;鹽水對照組,靜脈注射生理鹽水0.3 ml;ip astressin2-B+iv urocortin1組,腹腔注射astressin2-B(300 μg/kg),間隔1 h,靜脈注射urocortin1(10 μg/kg);ip astressin2-B組,腹腔注射astressin2-B(300 μg/kg),間隔1 h,靜脈注射生理鹽水0.3 ml;icv astressin2-B+iv urocortin1組,側腦室注射astressin2-B(300 μg/kg),間隔1 h,靜脈注射urocortin1(10 μg/kg);icv astressin2-B組,側腦室注射astressin2-B(300 μg/kg),間隔1 h,靜脈注射生理鹽水0.3 ml;正常大鼠組,無干預措施。采用埃文斯藍含量測定法檢測小腸轉運功能(small intestinal transit,SIT),采用幾何中心表示;采用免疫組化方法檢測腸神經系統(tǒng)和中樞神經系統(tǒng)c-Fos表達;采用免疫熒光組化方法檢測腸神經系統(tǒng)CRF受體2的表達。 結果 與鹽水對照組相比,iv urocortin1組SIT減慢,中樞神經系統(tǒng)核團和腸神經系統(tǒng)c-Fos表達增加,差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05);與iv urocortin1組相比,ip astressin2-B+iv urocortin1組SIT增快,腸神經系統(tǒng)c-Fos表達降低,差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05),但中樞神經系統(tǒng)c-Fos表達僅輕度降低,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05);與iv urocortin1組相比,icv astressin2-B+iv urocortin1組SIT和中樞神經系統(tǒng)c-Fos表達無顯著改變,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05);正常大鼠胃、十二指腸、空腸和回腸腸神經系統(tǒng)中可檢測到CRF受體2表達。 結論 Urocortin1通過CRF受體2介導激活腸神經系統(tǒng)抑制了小腸轉運功能。
urocortin1; CRF受體2; 小腸轉運; c-Fos; 腸神經系統(tǒng)
Urocortin1是促腎上腺皮質激素釋放因子(corticotropin releasing factor,CRF)家族成員,在調節(jié)胃腸運動、內臟敏感性、情緒行為和應激反應中具有重要作用[1-3]。與CRF類似,urocortin1廣泛分布于中樞神經系統(tǒng),接受機體應激信號,介導應激所致的胃腸運動功能紊亂[4]。進一步研究發(fā)現(xiàn),urocortin1在胃腸道黏膜、黏膜下及肌間神經叢中也有分布,在外周水平同樣具有調控胃排空、小腸消化間期活動和結腸蠕動的作用,而該作用主要是通過與CRF受體結合實現(xiàn)[5]。CRF受體主要包括CRF受體1和CRF受體2(CRF receptor 2,CRF-R2),其中CRF-R2與urocortin1分布具有一定的重疊性,前期研究已證實urocortin1通過CRF-R2介導抑制胃排空,阻斷了小腸消化間期復合肌電活動[6],那么urocortin1是否能夠調控小腸轉運功能(small intestinal transit,SIT),外周或中樞水平CRF-R2是否參與其中?腸神經系統(tǒng)(enteric nervous system,ENS)是調節(jié)控制胃腸道功能的獨立整合系統(tǒng),通過感覺神經元、中間神經元和運動神經元間的化學突觸,啟動或抑制肌肉組織的收縮活動從而調控腸道蠕動[7],而CRF-R2在小腸絨毛、固有層和腸神經元、神經纖維中均有少量表達,因此urocortin1是否通過CRF-R2介導激活腸神經系統(tǒng)從而調控小腸轉運功能是本研究所關注的焦點。
Urocortin1、astressin2-B和c-Fos抗體購自美國Sigma公司,CRF-R2和PGP9.5抗體購自美國Abcam公司,熒光顯微鏡系日本Olympus公司BX51,圖像信號采集與分析系統(tǒng)系德國LEICA公司Qwin550Cw。
清潔級封閉群SD雄性大鼠82只,6-8周齡,體質量(200±50)g,購自西安交通大學醫(yī)學院動物中心,實驗動物生產許可證號SCXK(陜)2012-003。所有大鼠單籠飼養(yǎng),環(huán)境溫度為20-25 ℃,相對濕度50%-70%,12 h光照-黑暗時間交替,自由進食、飲水,按照實驗動物使用的3R原則給予人道關懷,所有操作措施得到西安交通大學動物倫理委員會許可。將實驗大鼠隨機分為iv urocortin1組(n=12),靜脈注射urocortin1(10 μg/kg);鹽水對照組(n=12),靜脈注射生理鹽水0.3 ml;ip astressin2-B+iv urocortin1組(n=12),腹腔注射astressin2-B(300 μg/kg),間隔1 h,靜脈注射urocortin1(10 μg/kg);ip astressin2-B組(n=12),腹腔注射astressin2-B(300 μg/kg),間隔1 h,靜脈注射生理鹽水0.3 ml;icv astressin2-B+iv urocortin1組(n=12),側腦室注射astressin2-B(300 μg/kg),間隔1 h,靜脈注射urocortin1(10 μg/kg);icv astressin2-B組(n=12),側腦室注射astressin2-B(300 μg/kg),間隔1 h,靜脈注射生理鹽水0.3 ml;正常大鼠組(n=10),無干預措施。
大鼠腹腔注射10%水合氯醛麻醉后,固定于腦立體定位儀上,按照Paxinos和Watson腦立體定位圖譜,將套管針置入左側側腦室,以牙科水泥和牙托粉固定外套管,左側側腦室坐標:前囟后0.8-1.0 mm,正中線左側1.3-1.5 mm,顱骨表面下4.0-4.3 mm。術后第6天,icv astressin2-B+iv urocortin1組大鼠側腦室注射astressin2-B(300 μg/kg,5 μl),間隔1 h,靜脈注射urocortin1(10 μg/kg,0.3 ml);icv astressin2-B組大鼠側腦室注射astressin2-B(300 μg/kg,5 μl),間隔1 h,靜脈注射生理鹽水0.3 ml。實驗結束后,側腦室推入2%滂胺天藍確定套管針位置,側腦室壁染為藍色認為套管針位置準確。
采用埃文斯藍含量測定法[8]檢測小腸轉運功能,除正常組大鼠外,其余各組大鼠(每組6只)禁食不禁水48 h,給予各種干預措施后,間隔1 h,采用埃文斯藍灌胃,間隔30 min,腹腔注射10%水合氯醛麻醉脫頸處死,將小腸取出,被分為長度相等的10段,置入0.1 mol/L NaOH 25 ml中,超聲波浴1 h,靜置1 h,4 ℃,3 000 r/min離心20 min,棄去沉淀,保留上清液,蒸餾水稀釋后波長565 nm檢測吸光度(A)。小腸轉運功能采用幾何中心表示(geometric center,GC):小腸轉運=Σ分段A/總段A×數(shù)段。
除正常組大鼠外,其余各組大鼠(每組6只),給予各種干預措施后,間隔1 h,腹腔注射10%水合氯醛麻醉,4%多聚甲醛灌注固定,獲取大鼠腦、十二指腸(幽門遠端2 cm)、空腸(屈氏韌帶遠端2 cm)和回腸(盲腸近端2 cm),4%多聚甲醛固定8 h,25%蔗糖溶液4 ℃過夜,用冰凍切片機進行腦連續(xù)冠狀切片,片厚40 μm,腸道連續(xù)切片,片厚10 μm,采用SP免疫組織化學染色,切片經PBS漂洗,Trition X-100孵育,血清封閉,加入兔抗c-Fos抗體孵育48 h,PBS漂洗,加生物素標記二抗4 ℃孵育過夜,辣根酶標記鏈酶卵白素工作液孵育40 min,DAB顯色。
下丘腦室旁核(paraventricular hypothalamic nucleus,PVN)選取平面:前囟后1.56-2.04 mm;中央杏仁核(central nucleus of the amygdale,CeA)選取平面:前囟后1.8-2.4 mm;臂旁核(parabrachial nucleus,PBN)選取平面:前囟后9.16-9.68 mm;藍斑(loucscoeruleus,LC)選取平面:前囟后9.48-10.04 mm;孤束核(nucleus tractus solitaries,NTS)選取平面:前囟后13.24-13.8 mm;延髓最后區(qū)(area postrema,AP)選取平面:前囟后13.68-14.08 mm。每個動物選取核團典型平面2-4個,單側計數(shù),取該動物此區(qū)域的c-Fos陽性神經元平均數(shù)。腸道切片c-Fos陽性神經元利用QWIN分析軟件進行灰度分析。
正常組大鼠腹腔注射10%水合氯醛麻醉,4%多聚甲醛灌注固定,獲取大鼠胃、十二指腸(幽門遠端2 cm)、空腸(屈氏韌帶遠端2 cm)和回腸(盲腸近端2 cm),4%多聚甲醛固定8 h,25%蔗糖溶液4 ℃過夜。將固定脫水后的胃腸道剪切成5 mm×5 mm方塊,制作胃腸道肌間神經叢鋪片,PBS漂洗,Trition X-100孵育,血清封閉,加兔抗CRF-R2抗體和小鼠抗PGP9.5抗體,4 ℃過夜,PBS漂洗,加FITC驢抗兔和AlexaFluor 594驢抗小鼠抗體,4 ℃過夜,避光,PBS漂洗,熒光顯微鏡觀察。
結果以均數(shù)±標準誤表示,采用SPSS13.0軟件分析數(shù)據(jù),多組間比較采用方差分析中的Student-Newman-Keuls檢驗,兩組間比較采用t檢驗,P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
與鹽水對照組大鼠相比,iv urocortin1組大鼠小腸轉運功能顯著減慢(6.12±0.33vs4.21±0.30),差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。給予CRF-R2特異性拮抗劑astressin2-B(300 μg/kg)干預,與iv urocortin1組相比,ip astressin2-B+iv urocortin1組大鼠小腸轉運功能顯著增快(4.21±0.30vs5.92±0.55),差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05),而icv astressin2-B+iv urocortin1組大鼠小腸轉運功能無明顯改變(4.21±0.30vs4.56±0.61),差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05,見圖1)。
與鹽水組比較,*P<0.05;與iv urocortin1組比較,#P<0.05圖1 各組大鼠小腸轉運功能檢測Figure 1 The SIT function in different groups
鹽水對照組大鼠十二指腸、空腸、回腸肌間神經叢和黏膜下神經叢僅有少量c-Fos表達,與對照組相比,iv urocortin1組大鼠十二指腸、空腸、回腸肌間神經叢和黏膜下神經叢c-Fos表達顯著增加,差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。腹腔注射astressin2-B(300 μg/kg)可以拮抗靜脈注射urocortin1引起的腸神經系統(tǒng)中c-Fos表達,與iv urocortin1組相比,ip astressin2-B+iv urocortin1組大鼠十二指腸、空腸、回腸肌間神經叢和黏膜下神經叢c-Fos表達顯著下降,差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。單純腹腔注射astressin2-B(300 μg/kg)僅能引起小腸ENS中少量c-Fos表達,與鹽水對照組相比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05,見表1,圖2)。
表1Astressin2-B可以拮抗urocortin1引起的腸神經系統(tǒng)c-Fos表達
Table1Astressin2-Bantagonizedtheexpressionofc-FosinENSinducedbyurocortin1
組別 十二指腸 空腸 回腸 鹽水組36 85±6 1314 13±4 5818 41±2 94 ivurocortin1組88 82±20 39?44 82±9 71?43 22±11 83? ipastressin2-B+ivurocortin1組42 19±14 41#32 42±6 98#27 82±7 36# ipastressin2-B組37 89±5 3515 51±2 6522 56±4 35
與鹽水組比較,*P<0.05;與iv urocortin1組比較,#P<0.05
A1、B1、C1為iv urocortin1腸神經系統(tǒng)c-Fos表達,A2、B2、C2為ip astressin2-B+iv urocortin1腸神經系統(tǒng)c-Fos表達圖2 各組大鼠腸神經系統(tǒng)c-Fos表達 (×200)Figure 2 The expression of c-Fos in ENS in different groups (×200)
iv urocortin1組大鼠中樞多個核團包括PVN、CeA、PBN、LC、NTS和延髓AP核團可檢測到c-Fos陽性神經元表達(見圖3),而鹽水對照組僅能引起相應核團少量c-Fos陽性神經元表達,兩組相比差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。腹腔注射astressin2-B(300 μg/kg)或側腦室注射astressin2-B(300 μg/kg)無法拮抗靜脈注射urocortin1引起的中樞神經核團c-Fos陽性神經元表達,即與iv urocortin1組相比,ip astressin2-B+iv urocortin1組和icv astressin2-B+iv urocortin1組中樞多個核團c-Fos陽性神經元表達差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05,見表2)。
圖3 靜脈注射urocortin1可以引起中樞神經系統(tǒng)不同核團c-Fos表達 (×200)Figure 3 Intravenous injection of urocortin1induced the expression of c-Fos at nucleus of CNS (×200)
表2Astressin2-B無法拮抗ivurocortin1引起的中樞神經系統(tǒng)c-Fos表達
Table2Astressin2-Bdidnotantagonizetheexpressionofc-FosatCNSinducedbyintravenousurocortin1
組別PVN CeA PBNLCNTSAP鹽水組 32 67±13 8520 67±9 0710 60±6 774 40±1 6715.00±5 9414.00±4 36ivurocortin1組106 25±23 65?44 29±14 80?34 83±21 41?9 94±4 19?35 74±12 37?33 60±5 59?ipastressin2-B+ivurocortin1組100 50±21 2840 25±6 5031 86±18 337 29±2 8728 25±6 5828 67±17 55icvastressin2-B+ivurocortin1組102 12±15 9543 11±4 8924 85±6 388 74±1 7226 80±3 5128 34±7 21
與鹽水組比較,*P<0.05
熒光顯微鏡觀察到大鼠胃、十二指腸、空腸和回腸肌間神經叢均可見亮綠色的CRF-R2免疫反應陽性神經元和神經纖維。在肌間神經叢神經節(jié)內可觀察到CRF-R2免疫反應陽性神經元細胞聚集分布,胞體成圓形或橢圓形,胞質染色,胞核不著色。CRF-R2免疫反應陽性神經纖維呈串珠樣結構,與縱肌層肌纖維平行排列,也可不規(guī)則交聯(lián)成網狀。免疫熒光雙標顯示CRF-R2免疫反應陽性神經元和神經纖維和PGP9.5免疫反應陽性神經元和神經纖維基本重疊,說明CRF-R2存在于腸神經系統(tǒng)神經元和神經纖維中(見圖4)。
圖4 CRF-R2在大鼠胃、十二指腸、空腸和回腸腸神經系統(tǒng)的表達Figure 4 Expression of CRF-R2 at gastric, duodenal,jejunal and ileal small intestinal ENS
Urocortin1是參與調節(jié)胃腸運動、內臟敏感性、慢性黏膜炎癥和攝食行為的一種腦腸肽。Urocortin1可以明顯抑制大鼠胃固體食物排空[9],減少餐后胃竇收縮,阻斷胃和小腸消化間期MMC發(fā)生,促進結腸轉運,促進排便和增加結腸肌電活動[10],該作用分別是通過CRF-R2與CRF-R1介導而實現(xiàn)的[11]。既往研究采用原位雜交、RT-PCR以及免疫組化等技術檢測到CRF-R2散在分布于中樞神經系統(tǒng)以及胃、小腸和結腸黏膜上皮層、巨噬細胞、黏膜下血管周圍、黏膜下和肌間神經叢[12,13],然而CRF-R2在ENS中的形態(tài)學研究較少。腸神經系統(tǒng)是存在于胃腸壁內的一個完整的神經網絡,具有多種功能神經元,在中樞神經系統(tǒng)、自主神經以及腦腸肽、神經遞質等相互作用下,通過協(xié)調胃腸道興奮性和抑制性神經元促進或抑制胃腸道平滑肌收縮調節(jié)胃腸運動。在本研究利用神經元標記物PGP9.5,采用免疫熒光雙標技術證實大鼠胃、十二指腸、空腸和回腸肌間神經元和神經纖維均可見不同程度的CRF-R2的表達,為CRF-R2的激活可能直接作用于ENS從而調控胃腸運動提供形態(tài)學上的證據(jù)。
CRF受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體,在原代培養(yǎng)的腸神經元中,CRF通過CRF受體促進細胞外信號調節(jié)激酶磷酸化從而激活腸神經元[14];電生理學研究進一步發(fā)現(xiàn)urocortin1可以引起結腸腸神經系統(tǒng)AH Ⅱ型和SI型腸神經元去極化,增強興奮性,urocortin 2/3可以通過CRF-R1和CRF-R2介導引起AH Ⅱ型腸神經元去極化[5],提示urocortins可能通過腸神經系統(tǒng)激活直接調控胃腸道運動。本研究中靜脈注射urocortin1明顯抑制了小腸轉運功能,腹腔注射CRF-R2激動劑astressin2-B可以阻斷urocortin1的抑制作用,而中樞注射astressin2-B無法阻斷urocortin1對小腸轉運的抑制作用。本研究進一步顯示,urocortin1抑制小腸轉運功能同時可激活腸神經系統(tǒng),且腹腔注射CRF-R2拮抗劑在阻斷了urocortin1效應時也降低了腸神經系統(tǒng)c-Fos的表達,提示urocortin1通過外周CRF-R2介導激活腸神經系統(tǒng)而發(fā)揮抑制小腸運動的調控作用。
在本研究中,靜脈注射urocortin1除了激活小腸腸神經系統(tǒng)外,還可以激活中樞神經系統(tǒng)核團包括PVN、CeA、PBN、LC、NTS以及AP等核團。PVN、CeA、LC是中樞神經系統(tǒng)中直接與胃腸運動調節(jié)相關的神經核團,研究發(fā)現(xiàn)PVN微量注射CRF可以引起胃排空減慢,但同時加速結腸轉運,促進排便,且這種反應呈劑量相關性,而脂肪因子Apelin通過促進PVN CRF表達而調控應激引起的胃結腸動力異常[15];杏仁核內微量注射縮膽囊素可抑制應激和CRF引起的結腸高動力,電刺激內側區(qū)可增加胃動力指數(shù)[16];而藍斑核微量注射CRF可以加快結腸轉運和促進排便[17]。PBN、NTS和AP核團之間與PVN、杏仁中央核等具有復雜的雙向神經纖維投射,可以通過間接信號傳遞或直接調控副交感神經系統(tǒng)影響胃腸道運動。生理情況下外周循環(huán)中的urocortin1難以通過血腦屏障進入腦中,然而由于AP缺乏正常的血腦屏障,對蛋白質具有一定的通透性。因此,推測外周urocortin1可能通過與AP的接觸將體液信息轉換為神經信息,繼而通過與孤束核、下丘腦的纖維投射,逐級將神經信號傳至中樞,激活中樞核團。那么中樞核團激活是否參與了外周urocortin1對小腸運動的調控呢,進一步研究顯示腹腔注射CRF-R2拮抗劑能夠拮抗靜脈注射urocortin1引起的腸神經系統(tǒng)c-Fos表達,但不能拮抗urocortin1對中樞神經系統(tǒng)核團的激活,而中樞給予CRF-R2拮抗劑亦不能拮抗urocortin1對中樞神經系統(tǒng)核團的激活,提示靜脈注射urocortin1主要是通過外周CRF-R2的介導激活腸神經系統(tǒng)調控小腸轉運功能。
綜上所述,CRF-R2分布于大鼠胃十二指腸和空回腸肌間神經元和神經纖維中,靜脈注射urocortin1通過外周CRF-R2介導激活腸神經系統(tǒng),而非中樞神經系統(tǒng),從而抑制小腸轉運功能。
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Urocortin1inhibitssmallintestinaltransitbyactivationofentericnervoussystemviaCRFreceptor2
YIN Yan1,YIN Dong2,REN Xiaoyang1,REN Mudan1,DONG Lei3,HE Shuixiang1*
(1DepartmentofGastroenterology,FirstAffiliatedHospitalofXianJiaotongUniversity,Xi’an710061,China;2DepartmentofDermatology,ShaanxiProvincalPeople’sHospital;3DepartmentofGastroenterology,SecondAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity;*Correspondingauthor,E-mail:hesx123@126.com)
ObjectiveTo explore whether intravenous injection of urocortin1 could regulate the small bowel transit(SIT) function by activating the corticotropin releasing factor receptor 2(CRF-R2) in the enteric nervous system(ENS).MethodsEighty-two male 6-8-week-old SD rats were randomly divided into intravenous(iv) urocortin1 group(10 μg/kg), saline control group(iv injection of 0.3 ml normal saline); intraperitoneal(ip) astressin2-B+iv urocortin1 group(ip injection of astressin2-B at 300 μg/kg, and iv injection of urocortin1 at 10 μg/kg after the interval of 1 h), ip astressin2-B group(ip injection of astressin2-B at 300 μg/kg, and iv injection of 0.3 ml normal saline after the interval of 1 h), intracerebroventricular(icv) astressin2-B+iv urocortin1 group(icv injection of 300 μg/kg astressin2-B, and iv injection of 10 μg/kg urocortin1 after the interval of 1 h), icv astressin2-B group(icv injection of astressin2-B at 300 μg/kg, and iv injection of 0.3 ml normal saline after the interval of 1 h), normal group(no intervention). SIT function was detected by Evans blue using the calculation of geometric center. Expression of c-Fos in the ENS and central nervous system(CNS) was detected by immunohistochemical method. Expression of CRF-R2 was detected by immunofluorescence method.ResultsCompared with saline control group, SIT function was slowed and the expression of c-Fos was increased in CNS and ENS in iv urocortin1 group(P<0.05). Compared with iv urocortin1 group, the SIT function increased and the expression of c-Fos in ENS decreased in ip astressin2-B+iv urocortin1 group, and the difference was statistically significant(P<0.05), however, the expression of c-Fos in CNS showed no statistical difference between the two groups(P>0.05). Compared with iv urocortin1 group, the SIT function and expression of c-Fos in CNS in icv astressin2-B+iv urocortin1 group had no statistical difference(P>0.05). In normal group, the CRF receptor 2 expression was detected at the gastric, duodenal, jejunal and ileal ENS.ConclusionUrocortin1 may inhibit SIT function by activating ENS via CRF receptor 2.
urocortin1; corticotropin releasing factor receptor 2; small intestinal transit; c-Fos; enteric nervous system
中央高?;究蒲袠I(yè)務費專項資金資助(2015gjhz22)
殷燕,女,1979-07生,博士,主治醫(yī)師,E-mail:doctoryinyan@126.com
2017-09-18
R333.3
A
1007-6611(2017)12-1249-07
10.13753/j.issn.1007-6611.2017.12.011