消化道外Cajal细胞的研究进展

【关键词】  Cajal样细胞；肠道外ICC；研究进展

Santiago Ramon y Cajal 的工作使得Cajal细胞(interstitial cells of Cajal，ICC)闻名于世。关于它们在消化道器官内的定位、组织的来源和相关功能等方面长久以来引发了很多争论，因而也成为了研究的热点。随着研究的不断发展和深入，在人和其他哺乳动物的一些消化道外的组织和器官内发现ICC或类似的Cajal样细胞(interstitial Cajallike cells)的文献大量涌现，现结合国内外文献，对消化道外ICC或ICC样细胞的研究进展作一综述。

    1ICC概述

　　自从1891年西班牙神经解剖学家Cajal描述了ICC以来，陆续在哺乳动物和鸟类的胃肠道内发现了这种成肌纤维细胞的变种细胞。ICC呈多形性,发出细长胞浆突起且常有分支,突起及分支和平滑肌细胞关系密切，在消化道壁内相互之间形成网络。对于它的组织来源已经争论了数十年，目前认为它是由中胚层细胞发育而来，并且和平滑肌细胞有着共同的祖细胞。其cKit原癌基因表达一种受体酪氨酸激酶―CD117/cKit蛋白，它是干细胞因子(stem cell facter，SCF)受体，可被特异的抗体检测出来。ICC被认为是胃肠道的起搏细胞，能产生电慢波，并通过缝隙链接传递给平滑肌，引起后者的去极化，同时，ICC作为肠神经系统(enteric nervous system，ENS)神经输出与平滑肌之间的中介，调节固有神经丛的神经信息传递［1］。目前，ICC的体外培养是研究的热点，如能成功将对ICC生理功能、病理改变和药理学等方面的研究具有重要意义。

    2肠道外ICC或ICC样细胞

　　在2000年以后，许多学者逐渐走出了只在消化道内对ICC研究的局限，在消化道外的某些有腔器官内发现了ICC或ICC样细胞，例如：输精管、输卵管、尿道、膀胱等；在消化道外的一些腺体组织和器官内也发现ICC样细胞的分布，如：乳腺、胰腺外分泌部和前列腺。此外值得注意的还有循环系统内ICC样细胞的发现，如：动脉、静脉、淋巴管和心肌。不难发现这些消化道外组织或器官好像有一个共同点：它们都具有“自主节律性收缩”的运动模式，并且其功能都要依赖这种运动模式来完成。这些组织或器官内的ICC或ICC样细胞具有消化道内ICC相似的起搏功能，并成为其收缩功能的基础，但大部分还只是停留在形态学上的研究。罗马尼亚学者Popescu和他的研究小组采用石蜡切片的甲基蓝染色，半薄切片的甲苯胺蓝染色，透射电镜和CD117及CD34免疫细胞化学染色等方法，以大鼠回肠和人的结肠为阳性对照，称他们第一次在大鼠和人胰腺内发现了在形态和超微结构上与正常肠道壁内ICC相似的间质细胞，并认为ICC不属于神经系统的组成成份，还推断他们发现的胰腺ICC不具有起搏作用，仅可能与胰腺的神经调节和分泌调控有关［2］。此外，Popescu的报道还引发了关于ICC鉴定标准的讨论。

    3鉴定ICC的标准

　　目前关于消化道外ICC样细胞的文献报道只停留在形态学水平［3］，很少对其生理功能(尤其是电生理)进行研究，使得很多文献报道都显得“证据不足”或“支持不够”，这样，肠道外ICC或ICC样细胞成为近期研究热点，引起人们关注的同时，也使ICC或ICC样细胞的检测和鉴定的标准显得越来越重要了。Huizinga等［4］简单概括了ICC的鉴定标准：cKit阳性细胞能形成网络，超微结构具有ICC的特征并与平滑肌细胞和固有神经之间建立了功能上的联系。他认为只有将满足上述这些特征的细胞称作ICC才有可能是真正合理的。据此，鉴定某类或某个细胞是否为ICC应该从显微结构和超微结构两方面进行评判。

    3.1光镜水平的鉴定标准首先，某组织内如果含有ICC，那就可能发现cKit阳性细胞。但很明显只有这一点是不足以证明ICC存在的，因为很多其他不同类型的细胞都能表达cKit，如：肥大细胞、黑素细胞、神经元和神经角质细胞等。如果观察发现cKit阳性细胞形成网络，每个细胞有2~3个突起与靶细胞(平滑肌细胞和上皮细胞等)及固有神经之间存在紧密的连接，那么该组织中可能存在着ICC样细胞。它们是否是ICC，这时就必须从超微结构上进行鉴别。任何不能从结构上或生理功能上证明与固有神经之间存在某种明确联系的cKit阳性细胞都不应该称其为ICC。单纯地将组织中具有突起和分支的细胞称作ICC样细胞也是不恰当的，因为许多普通细胞也具有分支结构，如：神经细胞、成纤维细胞和巨噬细胞等。

    3.2电镜水平的鉴定标准尽管Cajal发现ICC时使用的是光镜，并且cKit免疫组织化学染色术仍然是当今广泛采用的，在光镜水平研究ICC的主要手段，但电镜对于鉴定ICC是必不可少的。由Thuneberg等最先建立的精确的超微结构标准，已经在鉴定胃肠道ICC的研究中应用了很多年。简言之，要将ICC在间质中同神经纤维和平滑肌细胞区别出来，它的超微结构就必需要具备以下特征：遍布胞浆的丝和束，主要以中间纤维为主；可见少量微管；广泛分布的滑面内质网(SER)；少量核糖体和数量不定的粗面内质网腔；发达的高尔基器；许多线粒体和质膜穴样凹陷；存在不连续的基膜或基板。Thuneberg等［5］认为大部分用透射电镜确定的ICC的超微结构是处于这样一个范围内：范围的一边是与平滑肌细胞相似的细胞形态特征，另一边则在超微结构上难以同经典的成纤维细胞相区分。那么当ICC处于病理状态，或处于分化、去分化及转分化过程中时，鉴定ICC就更复杂了。以下是胃肠道内ICC最突出的几点超微结构特征：①质膜穴样凹陷和SER是区别ICC和成纤维细胞的主要鉴别点，因为在动物的消化道内，有些成纤维样的细胞可能出现在ICC存在的部分，这时需要以此进行鉴别［6］。②胃肠道内的ICC来源于间充质细胞，他们具有肌样体的结构特征［7］。丝样结构的存在是ICC与典型成纤维细胞的区别点。③ICC必须与靶细胞之间存在着结构和功能上的联系是一条基本的判别标准。平滑肌细胞是最主要的靶细胞，其他细胞（如上皮细胞）也可以成为靶细胞。Hanani等［8］经过研究后认为，有些微小的功能上的缝隙连接仅通过电镜是不能被鉴别出来的。存在于ICC与平滑肌细胞之间的缝隙连接的数量是可变的，数量的多少与缝隙连接交流功能的本质有关。如果交流是以电活动为主，则数量少，如果是以代谢为主，则数量多。如果要讨论ICC在肌组织中的功能，那么确定它们与其他类型细胞之间结构和功能上的关系是必不可少的，在其他器官内这些关系也是非常重要的。④ICC必须与固有神经之间存在着结构和功能上的联系是另一条基本的判别标准。在胃肠道内，这样的接触大量存在并且没有基膜的介入。在消化道外器官内ICC与固有神经也必需存在这样的关系，因为这是Cajal发现的ICC所具备的最本质的特征。有很多间质细胞与固有神经间不存在联系，尽管它们的功能也是非常重要的，但因此将其冠以ICC之名是不合理的。证明ICC与固有神经间存在功能上的联系是困难的，相关研究还在进展当中。过去十几年的研究表明，ICC不仅存在与其分化和发育有关的受体(cKit受体)，而且还具有兴奋性受体(NK1受体)和抑制性(NOS)神经递质。在胃肠道，这些联系表明了ICC是直接受神经调控的，而且ICC之间以及ICC与平滑肌细胞之间的信息是可以传递的，所有的这些都和Cajal在一百年前推断的一样［910］。Huizinga等认为Popescu等发现的胰腺内cKit阳性间质细胞可能与Cajal在胰腺内发现的“间质神经元”是相同的细胞，但Popescu等通过电镜发现的这种细胞具有成纤维细胞的特征，而且只有一部分典型的ICC超微结构特点，还需在超微结构水平上近一步研究它们与胰腺细胞，尤其是固有神经和平滑肌细胞之间的关系［4］。如果再能从电生理角度证明其存在自发节律性去极化，产生电慢波，通过缝隙连接传递给靶细胞，具有“起搏功能”或类似功能，才能充分证明之。例如：Povstyan等［9］于2003年在兔门静脉壁内发现了与ICC在形态上十分相似的间质细胞。1年后，他们继续对其电生理进行研究，发现在兔门静脉壁内ICC的中心区域可记录到自发性的短暂细胞内钙离子浓度增加，频率约为0.1 Hz，同时，ICC发生去极化，4 sec后相邻平滑肌亦发生去极化，提示兔门静脉壁内ICC可以产生电慢波，作为起搏细胞调节门静脉的自主性收缩［11］。

    4展望

　　如前文所述，争论之所以存在，就是因为研究的广度和深度还不够。真理是不因人的意志而转移的，对消化道外ICC的研究同样也不会因为引起非议和争论而停止。相反，接下来将会有越来越多关于在消化道外器官内发现ICC的研究报道，而且也会有大量的学者将对它们的生理功能进行研究。随着研究的不断深入，我们将会对ICC有更多的了解。尤其是就其功能而言，也许会在消化道外发现ICC除具有经典的起搏功能外，可能还会存在其他功能，我们将拭目以待。

【参考文献】
  1］ Lee JC, Thuneberg L, Berezin I, et al. Generation of slow waves in membrane potential is an intrinsic property of interstitial cells of Cajal［J］. Am J Physiol, 1999, 277(2 Pt 1): G409-G423.

［2］ Popescu LM, Hinescu ME, Ionescu N, et al. Interstitial cells of Cajal in pancreas［J］. J Cell Mol Med, 2005, 9(1): 169-190.

［3］ Marin VG, Freire MA. The interstitial cells of Cajal in pancreas［J］. J Cell Mol Med, 2005,9(2):475; author reply 475.

［4］ Huizinga JD, Faussone Pellegrini MS. About the presence of interstitial cells of Cajal outside the musculature of the gastrointestinal tract［J］. J Cell Mol Med, 2005, 9(2): 468-473.

［5］ Thuneberg L. Interstitial cells of Cajal: intestinal pacemaker cells［J］? Adv Anat Embryol Cell Biol, 1982, 71: 1-130.

［6］ Rumessen JJ, Peters S, Thuneberg L. Light and electron microscopical studies of interstitial cells of Cajal (ICC) and muscle cells at the submucosal border of human colon［J］. Lab Invest, 1993, 68(4): 481-495.

［7］ 龚斌，梅龙村.急性细菌性腹膜炎对豚鼠小肠Cajal间质细胞的影响［J］.局解手术学杂志，2007,16(1):19-21.

［8］ Hanani M, Farrugia G, Komuro T. Intercellular coupling of interstitial cells of Cajal in the digestive tract［J］. Int Rev Cytol, 2005, 242: 249-282.

［9］ Povstyan OV, Gordienko DV, Harhun MI, et al. Identification of interstitial cells of Cajal in the rabbit portal vein［J］. Cell Calcium, 2003, 33(4): 223-239.

［10］ 黄悦，胡蓉，苏敏，等.缺血再灌注损伤对豚鼠小肠Cajal间质细胞的影响［J］.局解手术学杂志，2007,16(5):317-319.

［11］ Harhun MI, Gordienko DV, Povstyan OV, et al. Function of interstitial cells of Cajal in the rabbit portal vein［J］. Circ Res, 2004, 95(6): 619-626.

作者单位：第三军医大学科研部，重庆 400038）