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骶神经调控对大便失禁与便秘的治疗机制
骶神经调控(SNM)被证实对大便失禁表现出良好的治疗效果。一项来自西班牙的研究结果发现,在29例接受SNM永久植入的大便失禁患者中,25例大便失禁发作显著减少,在持续3年的随访中,大便失禁的发生率减少了89%。最早的观点认为SNM可能直接刺激肛门括约肌,导致静息压力与挤压压力的增加。也有研究表明,SNM可能通过增加直肠的感觉与肛门括约肌的压力从而缓解大便失禁。而Lundby等发现SNM通过激活局部的脑区活动从而抑制大便失禁,磁共振成像评估结果表明,在SNM刺激30分钟后,对侧额叶皮层局部脑血流量显著增加,而经过两周的治疗后,局部脑血流量的增加转移到同侧尾状核的背侧,提示SNM对脑区活动的调控可能介导了对大便失禁的治疗效果。这些研究结果表明,对局部以及脑区的改善可能均参与了SNM对大便失禁的治疗,也与泌尿系统中对SNM机制的研究相类似。而骶神经调节对某些便秘患者可能是一种安全有效的治疗方法,Sharma等的荟萃分析结果表明SNM测试期对便秘患者的改善率超过50%,而90%的永久植入的患者在症状上得到改善。这可能由于SNM增加了结肠运动与电活动。此外,有研究表明SNM可能降低肛管直肠的感觉阈值从而发挥其对便秘的治疗效果。
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骶神经调控对结肠炎的治疗机制
既往研究表明,SNM对结肠炎也可产生有益的治疗效果。大量的动物实验已表明SNM可能通过改善肠道屏障以及调节免疫从而改善结肠炎症状。Tu等的研究发现在大鼠结肠炎的动物模型中,SNM治疗降低了髓过氧化物活性、促炎细胞因子(如TNF-α、IL-6)的水平;且提高了Occludin、Claudin-1等屏障蛋白的表达,改善了结肠的屏障功能。同时,SNM治疗增加了结肠中乙酰胆碱的水平,提高了副交感神经的活性。此外,SNM还通过减少肥大细胞的过度活化调控了了肠道免疫系统。Guo等的研究结果也与其较为一致,即SNS可能抑制促炎细胞因子(如IL-6、IL-17A、MCP-1和TNF-α),增加抗炎细胞因子(如IL-10)的表达,改善了大鼠的结肠炎症。Pasricha等报告了在骶神经刺激(SNS)可促进油旋糖酐硫酸钠诱导的大鼠结肠炎的恢复,并降低组织中TNF-α以及髓过氧化物酶活性,并且增加了结肠中M2巨噬细胞数量,这一现象表明在消化系统中,SNS可能通过对免疫细胞以及炎症的调控从而抑制炎症,这也与上述研究的结果相似。综上所述,在消化系统疾病的治疗中,SNS在降低内脏高反应性的同时,其对于炎症的改善以及免疫系统的调控同样可能作为其潜在的治疗机制。
骶神经刺激(SNS)对TNBS诱导结肠炎大鼠不同治疗组肠神经元蛋白(ChAT、NGF、GDNF、P物质)及紧密连接标志物(ZO-1、Occludin、Claudin-1和JAMA)表达的影响
A图显示Western blot检测结肠组织中ChAT(72 kDa)、NGF(140 kDa)、GDNF(25 kDa)、P物质(25 kDa)及内参GAPDH(36 kDa)的蛋白表达。B-E图展示对照组、SNS治疗组和假手术组在TNBS诱导后结肠组织蛋白表达的分析结果。SNS治疗10天后显著上调结肠组织中ChAT和GDNF蛋白表达,同时使假手术组升高的NGF和P物质恢复正常水平。
F图显示Western blot检测结肠组织中ZO-1(225 kDa)、Occludin(75 kDa)、Claudin-1(22 kDa)和JAMA(50 kDa)的蛋白表达。G-J图展示各组结肠通透性标志物的蛋白表达分析结果。TNBS显著下调所有结肠组织通透性标志物,而SNS治疗10天后可使这些蛋白表达恢复至正常水平。数据以均值±标准差表示(n=8)。RI:相对于内参GAPDH的相对强度。SNS:骶神经刺激(*P<0.05)。
骶神经刺激(SNS)对各治疗组结肠组织肥大细胞蛋白表达(类胰蛋白酶及PGE2)的影响
A、C图:Western blot检测结肠组织中类胰蛋白酶(45 kDa)、PGE2(42 kDa)及内参GAPDH(36 kDa)的表达。
B、D图:柱状图显示TNBS诱导后对照组、SNS治疗组及假刺激组(sham-SNS)结肠肥大细胞相关蛋白的表达水平。TNBS显著上调类胰蛋白酶与PGE2标志物,而10天SNS治疗可降低这两种蛋白的表达。数据以均值±标准差表示(n=8),相对强度(RI)以GAPDH为内参标准化。SNS:骶神经刺激(*P < 0.05)。
有研究发现,炎症性肠病动物模型的迷走神经活性相比于对照组表现出显著的降低。2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)给药后心率变异性LF和LF/HF比值升高,提示交感神经过度活跃,而骶神经刺激(SNS)可抑制这种异常活跃状态。同样,血浆去甲肾上腺素(NE)和胰多肽(PP)的检测结果也证实了SNS对自主神经功能的改善作用。
值得注意的是,SNS能增加结肠组织中胆碱乙酰转移酶(ChAT)和乙酰胆碱(ACh)水平,这表明SNS可能通过胆碱能抗炎通路发挥抗炎作用,这一机制与迷走神经刺激类似。研究还发现,SNS可增强迷走神经传出活性(表现为HF和PP升高),这提示SNS可能通过中枢介导间接调节自主神经输出功能。结论表明,每日1小时的骶神经刺激(SNS)治疗通过调节肠神经系统与免疫系统(包括肥大细胞)之间的相互作用,改善了TNBS诱导的结肠炎动物模型的结肠通透性。此外,SNS还能减轻炎症反应并增强上皮细胞间的紧密连接功能。
近期研究揭示了一条潜在的"骶神经传入-迷走神经传出"通路:SNS产生的信号可通过脊髓传入脑干,再经迷走神经(传出)传导至靶器官。这一发现为理解SNS的作用机制提供了新的神经解剖学基础。
参考文献
[1] TU L, GHARIBANI P, YIN J, et al. Sacral nerve stimulation ameliorates colonic barrier functions in a rodent model of colitis [J]. Neurogastroenterol Motil, 2020, 32(10): e13916.
[2] GUO J, JIN H, SHI Z, et al. Sacral nerve stimulation improves colonic inflammation mediated by autonomic‐inflammatory cytokine mechanism in rats [J]. Neurogastroenterology & Motility, 2019, 31(10): e13676.
[3] PAUWELS N, WILLEMSE C, HELLEMANS S, et al. The role of neuromodulation in chronic functional constipation: a systematic review [J]. Acta Gastroenterol Belg, 2021, 84(3): 467-76.
[4] ZHANG N, ZHANG H, JIANG L, et al. A novel method of sacral nerve stimulation for colonic inflammation [J]. Neurogastroenterol Motil, 2020, 32(6): e13825.
[5] HIRABAYASHI T, MATSUFUJI H, YOKOYAMA J, et al. Colorectal motility induction by sacral nerve electrostimulation in a canine model: implications for colonic pacing [J]. Dis Colon Rectum, 2003, 46(6): 809-17.
[6] DINNING P G, FUENTEALBA S E, KENNEDY M L, et al. Sacral nerve stimulation induces pan-colonic propagating pressure waves and increases defecation frequency in patients with slow-transit constipation [J]. Colorectal Dis, 2007, 9(2): 123-32.
[7] PASRICHA T S, ZHANG H, ZHANG N, et al. Sacral nerve stimulation prompts vagally-mediated amelioration of rodent colitis [J]. Physiol Rep, 2020, 8(1): e14294.
[8] TU L, GHARIBANI P, ZHANG N, YIN J, CHEN JD. Anti-inflammatory effects of sacral nerve stimulation: a novel spinal afferent and vagal efferent pathway. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2020;318(4):G624-G634
[9] TU L, ZHANG H, GHARIBANI P, ZHANG N, YIN J, CHEN J. 1048-Centrally mediated vagal efferent pathway involved in anti-inflammatory effects of sacral nerve stimulation. Gastroenterology. 2018;154(6):S-198.
等(略)