耳穴电刺激干预功能性消化不良模型大鼠的“脑肠”效应机制

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研究背景:罗马 Ⅳ(《Rome Ⅳ-Functional GI Disorders》)将功能性消化不良(functional dyspepsia,FD)定义为始发于胃及十二指肠的一种疾病,其症状主要表现为餐后饱胀、早饱、上腹部疼痛及烧灼感等,FD患者在确诊前6个月已经出现明显的相关症状,而其作为一种功能性疾病,并不存在器质性疾病证据,且最近3个月患者症状符合上述诊断标准。古医籍中并无“功能性消化不良”这一病名,根据其临床相关症状,中医将其归为“胃脘痛”及“痞满”等疾病范畴。FD全球患病率约为10%-30%。罗马 Ⅳ 认为功能性胃肠病(functional gastrointestinal disorders,FGIDs)即脑肠互动异常性(脑肠轴功能紊乱)疾病,FD作为最常见的FGIDs之一,其发病机制复杂,多与脑肠轴功能异常密切相关,具体涉及胃肠动力异常、内脏高敏感、十二指肠低度炎症、十二指肠黏膜屏障功能障碍等。脑肠轴是中枢神经系统、自主神经系统及肠神经系统之间信息传递的双向通道。其中迷走神经和脑肠肽都是脑肠轴发挥正常功能所必不可少的媒介。促肾上腺激素释放因子(corticotropin-releasing factor,CRF)属于脑肠肽的一种,其在下丘脑和胃肠道均有表达。多数研究认为下丘脑中的CRF主要促进促肾上腺皮质激素的分泌及释放,从而调节胃肠功能抑制胃排空,同时还可通过中枢迷走神经及外周神经途径参与胃肠道应激反应过程。目前FD临床治疗无特效药,多以对症治疗为主,常用药物包括促动力药、酸抑制剂、抗Hp感染药、抗焦虑抑郁药及助消化药等。这些西药多针对FD患者某一症状进行治疗,多种药物联合应用才能满足症状叠加的FD患者的需求,但也面临着更多的不良反应。既往研究表明耳穴疗法可改善FD患者上腹胀痛、早饱、嗳气等临床症状,但目前耳穴疗法形式存在多样性,包括耳穴王不留行籽贴压、耳穴磁珠贴压等,基于上述问题,一种新的临床疗法依然被期待。研究显示迷走神经在调节胃肠运动和分泌功能方面发挥着重要作用。解剖学显示,哺乳类动物耳甲区是体表唯一存在迷走神经分布的区域,而此区域恰好是中医耳穴“内脏代表区”,分布有脾、胃、心等耳穴,据此一种融合中医耳穴理论和迷走神经调控的耳穴电刺激(transcutaneous auricular vagus nerve stimulation,taVNS)疗法应运而生。研究发现taVNS与外科VNS刺激存在相同的神经通路,但与VNS相比,taVNS具有无创、易操作、价格合理、易穿戴且无不良反应等优点,因此更易于被患者接受。团队前期临床研究表明,taVNS可显著改善FD患者上腹痛、早饱等症状,同时降低汉密尔顿焦虑量表及汉密尔顿抑郁量表评分,临床有效率可达82.22%。前期基础实验发现耳甲迷走神经刺激可以使孤束核(NTS)神经元放电频率增加,NTS是内脏感觉的初级传入整合中枢,为内脏活动的上位感受核团之一,在此信息可被传递至迷走神经背核或更高脑区进行整合,后经迷走神经下行通路将信息传递至相应靶器官(如胃肠道)附近,以调节胃肠运动及分泌等。FD作为脑肠轴功能紊乱性疾病,而taVNS对其疗效机制尚不明确,本研究以碘乙酰胺诱导的FD模型大鼠为研究对象,从“脑”和“肠”两方面探索taVNS改善FD模型大鼠胃敏感性、胃动力及焦虑抑郁样行为的具体机制研究目的:(1)观察taVNS对FD模型大鼠胃敏感性、胃动力及焦虑抑郁样行为的影响。(2)采用脑功能核磁成像技术,寻找taVNS干预FD模型大鼠的目标脑区。(3)观察taVNS对FD模型大鼠胆碱能-NF-kB信号通路的影响,探析taVNS改善FD模型大鼠胃敏感性、胃动力及焦虑抑郁样行为的相关分子生物学机制。研究方法:(1)通过碘乙酰胺灌胃建立FD大鼠模型,分为空白组、模型组、taVNS组、膈下迷走神经刺激组、膈下迷走神经切断组(即SDV组)及膈下迷走神经切断组+taVNS组(即SDV组+taVNS组),通过计算各组大鼠颈斜方肌肌电(EMG)变化率反映其胃敏感性;通过计算各组大鼠胃排空率反映其胃动力;通过对各组大鼠进行旷场实验及强迫游泳实验反映其焦虑及抑郁样行为。(2)采用静息态脑功能核磁扫描成像技术观察空白组、模型组及taVNS组大鼠脑区局部一致性(ReHo)。(3)对空白组、模型组、taVNS组、SDV组及SDV组+taVNS组大鼠采用Elisa技术检测各组大鼠十二指肠组织中ACh、a7nAChR、IL-6、IL-1β、TNF-α、MTL及胃窦组织TRPV1的含量;采用Western Blot技术检测各组大鼠十二指肠组织中CRF、CRF-R1、NF-κBp65及下丘脑中CRF、CRF-R1蛋白水平;采用qPCR技术检测各组大鼠十二指肠组织中CRF mRNA、CRF-R1 mRNA、NF-κ Bp65 mRNA 及下丘脑中 CRF mRNA、CRF-R1 mRNA 水平。研究结果:(1)胃敏感性、胃动力及行为学结果:胃敏感性:干预前,在20mmHg压力时,各组大鼠颈斜方肌EMG变化率差异无统计学意义(P>0.05)。而在40mmHg、60mmHg、80mmHg压力时,与空白组相比,其余各组大鼠颈斜方肌EMG变化率明显升高(P<0.05,P<0.01,P<0.001)。干预14d后,在20mmHg压力时,各组大鼠颈斜方肌EMG变化率无统计学差异(P>0.05)。在40mmHg、60mmHg及80mmHg压力时,与空白组相比,模型组、SDV组及SDV+taVNS组大鼠颈斜方肌EMG变化率显著升高(P<0.05,P<0.01);而与模型组相比,taVNS组及膈下迷走神经刺激组大鼠颈斜方肌EMG变化率均明显降低(P<0.05),且taVNS组及膈下迷走神经刺激组大鼠组间比较EMG变化率差异无统计学(P>0.05),与模型组相比,SDV组大鼠颈斜方肌EMG变化率差异无统计学意义(P>0.05),与SDV组相比,SDV+taVNS组大鼠颈斜方肌EMG变化率亦无统计学差异(P>0.05)。胃动力:干预14d后,模型组、SDV组及SDV+taVNS组大鼠胃排空率相较于空白组明显降低(P<0.05,P<0.01,P<0.001);而与模型组相比,taVNS组及膈下迷走神经刺激组大鼠胃排空率均明显升高(P<0.05),且taVNS组及膈下迷走神经刺激组大鼠组间比较胃排空率无统计学意义(P>0.05)。与模型组相比,SDV组大鼠胃排空率无统计学差异(P>0.05),与SDV组相比,SDV+taVNS组大鼠胃排空率亦无统计学差异(P>0.05)。焦虑样行为:干预前,与空白组比较,其余各组大鼠水平穿越格数得分及垂直站立次数得分明显降低(P<0.05,P<0.01,P<0.001)。干预14d后,与空白组相比,模型组、SDV组及SDV+taVNS组大鼠水平穿越格数得分及垂直站立次数得分均显著降低(P<0.05,P<0.01,P<0.001),与模型组相比,taVNS组及膈下迷走神经刺激组大鼠水平穿越格数得分及垂直站立次数得分明显增高(P<0.05,P<0.01),且taVNS组及膈下迷走神经刺激组大鼠上述指标组间比较差异无统计学意义(P>0.05),与模型组相比,SDV组大鼠水平穿越格数得分及垂直站立次数得分无统计学差异(P>0.05),与SDV组相比,SDV+taVNS组大鼠水平穿越格数得分及垂直站立次数得分亦无统计学差异。抑郁样行为:干预前,与空白组比较,其余各组大鼠静止不动时间明显延长(P<0.05,P<0.01,P<0.001)。干预14d后,与空白组相比,模型组、SDV组及SDV+taVNS组大鼠静止不动时间明显延长(P<0.01,P<0.001),与模型组相比,taVNS组及膈下迷走神经刺激组大鼠静止不动时间显著缩短(P<0.001),且两组间无统计学差异(P>0.05),与模型组相比,SDV组大鼠静止不动时间无统计学差异(P>0.05),与SDV组相比,SDV+taVNS组静止不动时间亦无统计学差异。(2)脑功能核磁扫描结果:与空白组相比,模型组大鼠在下丘脑的ReHo值显著升高(P<0.001),膈三角核的ReHo值显著降低(P<0.001)。与模型组相比,taVNS组大鼠在下丘脑和梨形皮质、皮质杏仁移行带、基底内侧杏仁核的ReHo值显著降低(P<0.001)。(3)胆碱能-NF-kB信号通路及CRF相关结果:十二指肠ACh、a7nAChR含量:与空白组相比,模型组、SDV组及SDV+taVNS组大鼠十二指肠中ACh、a7nAChR含量明显降低(P<0.001),与模型组相比,taVNS组大鼠ACh、a7nAChR含量显著增加(P<0.001)。与模型组相比,SDV组大鼠ACh、a7nAChR水平未见统计学差异(P>0.05),但有降低趋势,与SDV组相比,SDV+taVNS组大鼠十二指肠ACh、a7nAChR水平无统计学差异(P>0.05)。十二指肠NF-κ Bp65、IL-6、IL-1 β及TNF-α水平:与空白组相比,模型组、SDV组及SDV+taVNS组大鼠十二指肠中NF-κ Bp65相对灰度值及NF-κ Bp65mRNA相对表达量明显升高(P<0.01,P<0.001),与模型组相比,taVNS组大鼠NF-κ Bp65相对灰度值及NF-κ Bp65mRNA相对表达量显著降低(P<0.01,P<0.001),与模型组相比,SDV组大鼠NF-κ Bp65相对灰度值及NF-κBp65mRNA相对表达量未见统计学差异(P>0.05),与SDV组相比,SDV+taVNS组大鼠十二指肠NF-κBp65相对灰度值及NF-κBp65mRNA相对表达量亦无差异(P>0.05)。与空白组相比,模型组、SDV组及SDV+taVNS组大鼠十二指肠中IL-6、IL-1 β及TNF-α含量明显升高(P<0.01,P<0.001),与模型组相比,taVNS组大鼠IL-6、IL-1 β及TNF-α含量显著降低(P<0.01,P<0.001),与模型组相比,SDV组大鼠IL-6、IL-1 β、TNF-α含量水平未见统计学差异(P>0.05),与SDV组相比,SDV+taVNS组大鼠十二指肠IL-6、IL-1 β及TNF-α含量亦未见明显异常(P>0.05)。下丘脑CRF、CRF-R1、十二指肠CRF、CRF-R1、MTL及胃窦TRPV1水平:与空白组相比,模型组、SDV组及SDV+taVNS组大鼠下丘脑、十二指肠中CRF和CRF-R1相对灰度值及mRNA、胃TRPV1水平显著升高(P<0.05,P<0.01,P<0.001),而大鼠十二指肠中MTL水平则明显降低(P<0.001),而与模型组相比,taVNS组大鼠下丘脑、十二指肠中的CRF、CRF-R1相对灰度值及mRNA、胃TRPV1水平显著降低(P<0.05,P<0.001),大鼠十二指肠中MTL水平明显升高(P<0.01)。与模型组相比,SDV组大鼠上述指标未见统计学差异(P>0.05)。与SDV组相比,SDV+taVNS组上述指标亦无统计学差异(P>0.05)。相关性分析:taVNS组大鼠十二指肠中IL-6、IL-1 β及TNF-α水平均与十二指肠CRF mRNA正相关(P<0.05)。taVNS组大鼠十二指肠中CRF相对灰度值及CRFmRNA与十二指肠MTL负相关(P<0.05),与胃窦TRPV1正相关(P<0.001)。taVNS 组大鼠十二指肠 CRFmRNA、CRF-R1 mRNA 与下丘脑 CRFmRNA、CRF-R1 mRNA 正相关(P<0.001)。研究结论:(1)taVNS和膈下迷走神经刺激均可改善FD模型大鼠胃敏感性、胃动力及焦虑抑郁样行为,且两者干预效果相当。(2)迷走神经完整性在taVNS改善FD模型大鼠胃敏感性、胃动力及焦虑抑郁样行为方面发挥着重要作用。(3)脑功能核磁结果显示下丘脑是taVNS调节FD模型大鼠的目标脑区之一。(4)taVNS可能主要通过膈下迷走神经-胆碱能-NF-kB信号通路发挥干预FD模型大鼠的作用。
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