迷走神经在急性胆管炎致脓毒症中的作用及其可能机制
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急性胆管炎是指由细菌感染所致的胆道系统急性炎症，重症患者符合sepsis 3.0的诊断标准，如不及时救治，死亡率高，是急诊的主要疾病之一。脓毒症的发生和发展依赖于神经、免疫的调节，胆碱能抗炎通路在连接神经和免疫功能中发挥了重要作用。胆道的迷走神经丰富，胆道内压力增高后可引起迷走神经兴奋，以急性胆管炎为基础疾病研究迷走神经在脓毒症中的作用相较于其他感染性疾病更有优势。本文就迷走神经在胆管炎致脓毒症中的可能作用及机制加以阐述。
急性胆管炎(acute cholangitis，AC)也称逆行性胆管炎(ascending cholangitis)、急性细菌性胆管炎(acute bacterial cholangitis)，是指由细菌感染所致的胆道系统的急性炎症，其定义最早在1877年由Jean-Martin Charcot提出，Charcot将其临床表现描述为寒战高热、右上腹疼痛和黄疸三联征[ 1 ]，故临床上称为夏柯三联征(Charcot's triad)；现在将急性胆管炎定义为梗阻性肝内胆管压力增高同时伴有胆汁感染[ 1 , 2 ]。胆总管结石是最常见的梗阻原因，其他原因还有胆道良性狭窄、吻合口狭窄、胆道蛔虫等，当胆管内压增高时，胆汁中的细菌和毒素可逆行进入肝窦，产生脓毒症或内毒素血症，甚至发生多脏器功能衰竭。
全球胆石症的发病率约为1%～3%，其中0.6%～1.3%的患者会发展为胆管炎[ 3 ]，依据2013东京指南(TG13)的诊断标准，其中重症患者占7%～25.5%，病死率波动在2.7%～10%[ 2 ]，重症患者病死率可接近20%。早期识别重症患者积极进行胆道减压治疗可显著降低死亡率[ 4 ]。
根据TG13的诊断标准，急性胆管炎的诊断符合脓毒症(Sepsis 3.0)的诊断标准。脓毒症目前的定义为由于感染造成宿主免疫应答失衡而引起的致命性的器官功能障碍[ 5 ]。在脓毒症的免疫应答中"炎症反射(inflammation reflex)"是一个重要的环节[ 6 ]，尤其是以迷走神经为代表的"胆碱能抗炎通路"可能是脓毒症治疗的一个靶点[ 7 , 8 ]。
本文就迷走神经在急性胆管炎所致脓毒症中的可能作用机制做一阐述。
1 迷走神经与胆道系统
1.1 迷走神经解剖
迷走神经为混合性神经，含有四种神经纤维成分：副交感纤维，属副交感节前纤维；一般内脏感觉纤维，传导一般内脏感觉冲动；特殊内脏运动纤维，支配咽喉部肌；一般躯体感觉纤维，周围突分布于硬脑膜、耳廓及外耳道。
支配胆道的迷走神经包含副交感神经纤维和一般内脏感觉纤维。迷走神经前、后干伴食管一起穿膈肌食管裂孔进入腹腔。前干或胃前支组成2～4个肝支，随肝固有动脉分支分布于肝、胆囊等处；迷走神经后干行于腹腔干附近，与交感神经组成腹腔神经丛，伴随腹腔干、肠系膜上动脉分支分布于肝、胆。
1.2 胆道系统的神经支配
胆道系统主要分为肝内胆管和肝外胆道。正常的肝内胆管很细，从毛细胆管开始汇集成为肝段、肝叶胆管和左右肝管，肝内胆管与肝动脉、门静脉分支伴行，被包绕在Glisson鞘内称为Glisson系统。肝外胆管由肝左、右管和肝总管、胆囊、胆总管组成。胆道的神经支配分为内在神经系统和外来神经系统两大部分，外来神经系统主要包括交感神经、副交感神经、外来感觉神经及十二指肠神经，内在神经系统受到外来神经系统的支配和调节，同时也受到胆囊收缩素(cholecystokinin，CCK)、胃泌素、胰腺多肽的影响。
1.2.1 内在神经系统
胆囊及胆管分为三层：浆膜层、肌肉层和黏膜层，神经节神经丛主要分布于浆膜下及固有层(上皮下层)，而非神经节神经丛主要分布于血管周围、肌层以及胆囊的固有层。有关的豚鼠研究显示，浆膜下神经丛从胆囊延伸到胆囊管、肝总管、胆总管，走行至胆管中部后逐渐转至肌肉外层；而随着肌层的增厚，肌层的环形及纵行平滑肌之间出现类似肠道肌间神经丛的发达神经丛并延续至Oddis括约肌的肌间神经丛[ 9 ]。肌层神经丛及上皮下神经丛分别与肠内的肌间神经丛和黏膜下神经丛有交通。
1.2.2 外来神经系统
肝内胆道和胆道周围腺体主要由外来神经支配。哺乳动物的交感神经和副交感神经丛发达，分布于胆道浆膜下层、肌肉层及黏膜层中。人体中，神经纤维走行于大、中型胆管及肝内隔膜内胆管的胆管壁中以及胆管旁腺体周围，一些神经纤维与胆管上皮及腺上皮紧密接触；而在小叶间胆管及毛细胆管旁神经分布稀疏。
追踪大鼠的结状神经节和背根神经节显示[ 10 ]，迷走神经传入纤维主要分布于大胆管尤其是肝外胆管，末端围绕在胆管旁腺体周围，非常接近柱状上皮的基底部，另有部分分布于副交感神经节旁及门静脉外膜中，肝实质中无分布。约三分之二的迷走神经传入纤维起源于左侧结性神经节，并包含在肝支内，在通过胃十二指肠动脉的途中绕过肝门区；约占总传入纤维的10%的迷走神经传入纤维起源于右侧结性神经节，通过腹腔背支投射到肝总动脉和肝蒂周围的神经丛。迷走神经传出纤维分布于迷走神经肝支和一小部分副交感神经节的细末梢样结构中，在肝实质及副交感神经节内的神经元上未发现传出纤维末梢。
交感神经和感觉神经分布于毛细胆管壁内深部和肝实质周围，它们主要表达酪氨酸水解酶(hydoxylase，TH)、神经肽Y(neuropeptide Y，NPY)、P物质(substaince P，SP)，但不表达降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)及乙酰胆碱酯酶。
1.2.3 胆囊神经节
胆囊神经节由不规则分布在节间神经束网络中的小簇神经元组成。神经节无细胞间隙、毛细血管或结缔组织成分，它们被一个连续的基底层包围，基底层被一个成纤维细胞和胶原膜包围。胆囊神经节内的神经元相对兴奋性弱，需外来神经传入刺激才能引起兴奋产生神经冲动，胆囊内所有固有神经元都接受胆碱能迷走神经副交感神经节前纤维的神经冲动[ 9 ]。胆囊神经节内均为胆碱能神经元且表达胆碱乙酰基转移酶(choline acetyltransferase，ChAT)，此外神经节内几乎所有神经元均可分泌血管活性肠肽(VIP)，且大部分可分泌NPY和垂体腺苷酸环化酶激活多肽(pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide，PACAP)、SP，另有一部分神经元分泌生长抑素(somatostatin，SOM)，不分泌VIP。根据作用的不同，可将胆囊神经节内的神经元分为两类，一类为分泌SP、NPY和SOM的兴奋性神经元，另一类为分泌NOS、VIP和PACAP的抑制性神经元。
1.3 胆道系统的神经传导通路
1.3.1 传入神经
不同于肠道，胆道缺乏多极固有初级感觉神经元，但外来感觉神经末梢在此密集分布，其胞体位于结状神经节及C5-L3的脊髓背根神经节，右侧为主，脊髓传入神经主要为大、小内脏神经，少部分为膈神经，内脏神经发出的冲动可传导至中枢网状结构中的巨细胞核。结状神经节的传入神经为迷走神经，中枢支终止于孤束核。
1.3.2 传出神经
主要包括交感神经和副交感神经。副交感神经胞体位于脑干的迷走神经背核，延迷走神经走行，形成肝支和腹腔丛，与胆囊神经元形成突触，可使后者产生烟碱性快速兴奋性突触后电位(EPSP)。神经末梢乙酰胆碱的释放受CCK及去甲肾上腺素影响，CCK使乙酰胆碱释放量增加，去甲肾上腺素可通过结合迷走神经末梢2-肾上腺素受体，使乙酰胆碱释放减少，抑制迷走神经的作用[ 9 ]。交感神经节前纤维由胸5～12脊髓中间带外侧核发出，经脊神经前根、脊神经干、白交通支进入交感干，穿过交感干神经节，形成内脏大、小神经，到达椎前节。交感神经节后纤维由腹腔神经节和肠系膜上神经节发出，与血管伴行，形成血管旁神经丛，分布于胆囊神经节和非神经节神经丛，可通过释放去甲肾上腺素抑制胆囊神经节形成EPSP[ 9 ]，也可以直接作用于胆囊平滑肌，降低胆囊张力，保证了餐间的胆囊充盈。
1.3.3 局部反射
当局部炎症或胆管内压力增高时，胆管壁内不同的机械感受器和内脏伤害感受器产生神经冲动，通过脊髓传入神经元传入中枢，但同时该神经纤维可以释放速激肽、CGRP等神经活性多肽，延长胆囊神经节内神经元复极，产生缓慢EPSP，使胆囊排空，形成一个局部轴突反射。
2 迷走神经与胆道系统的生理功能
临床证据和动物实验均显示迷走神经肝支可以直接引起胆囊收缩，维持胆囊正常张力[ 10 , 11 ]；迷走神经切断后胆囊扩张，但胰岛素、CCK引起的胆囊排空与正常对照组并无差别。此外动物研究显示，刺激迷走神经，Oddi括约肌的反应报道不一，尚无定论[ 10 , 11 ]。
迷走神经刺激后胆汁的分泌量增加，其溶质的量亦增加，阿托品可减少胰岛素引起的胆汁分泌增加[ 10 ]。有体外研究显示，胆管细胞表面广泛表达M3受体，乙酰胆碱虽不影响Cl－/HCO3－交换体的基础活性，但可以显著增加分泌素的促进Cl－/HCO3－交换体活性的作用，因此推论迷走神经可能与胆道碳酸氢盐分泌的调节有关[ 11 ]。迷走神经切断后，胆汁分泌减少[ 11 ]，除此以外，迷走神经切断后胆汁成分改变，胆汁变黏稠，更易形成结石，因此推论迷走神经在维持胆盐胆固醇比值上有重要作用。
迷走神经对胆管细胞增殖、凋亡亦有影响。切断迷走神经可以减少胆道结扎后的胆管细胞增殖，增加细胞凋亡[ 12 ]。
3 迷走神经与胆道梗阻
胆道梗阻后，胆道内压力增加，通过局部机械感受器和内脏痛觉感受器感知后，经传入神经传入中枢，引起迷走神经兴奋。动物试验显示，胆道压力>16 kPa 1 h后血压和心排量会明显下降，而切断迷走神经可使血压和心排量回升[ 13 ]。
此外，胆道内压力增高可引起胆管细胞增殖；同时可引起分泌素增多，刺激胆汁分泌；而切断迷走神经可减少胆管细胞增殖，增加细胞凋亡，抑制分泌素的作用[ 12 ]。
4 迷走神经与炎症
2000年Tracey团队首次发现刺激内毒素血症大鼠的迷走神经，可以降低促炎因子的表达，抑制免疫细胞的过度活化，从而起到抑炎作用[ 7 ]。由于起抑炎作用的副交感神经以乙酰胆碱为介质作用于巨噬细胞，故提出了"胆碱能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatory pathway，CAIP)"的概念[ 6 ]。
4.1 传入通路
感染或损伤的信号可以通过体液和神经两个途径传入中枢。局部损伤后出现免疫反应，引起TNF及其他免疫介质的释放，这些因子可以通过血液循环直接作用于迷走神经背侧复合体(包括孤束核、迷走神经背核和最后区)，引起迷走神经兴奋性改变，同时该体液途径也与感染或损伤后出现的发热、厌食、下丘脑垂体轴激活有关。神经途径的传入纤维主要为迷走神经及其他感觉神经。电生理学研究表明，迷走神经信号可以被TNF、其他细胞因子、机械感受器、化学感受器、温度感受器和渗透压感受器激活，这些感受器可能在炎症部位被激活[ 14 ]。此外，另有研究显示副交感神经节上表达IL-1受体，结状神经节上表达Toll样受体(TLR)[ 15 ]，这可能与IL-1及LPS激活迷走神经有关。相较于体液传入途径，神经传入途径更为敏感，少量的炎性因子即可激活神经信号。
4.2 传出通路
迷走神经兴奋或刺激迷走神经，可以抑制心脏、肝脏、脾脏内TNF合成，并可以降低内毒素血症时TNF的水平[ 16 ]。进一步的研究表明，在肝脏内迷走神经末梢可释放乙酰胆碱，与巨噬细胞表面α7烟碱型乙酰胆碱受体(α7nAChR)结合，抑制巨噬细胞合成和释放TNF[ 17 ]。
研究显示，脾脏为胆碱能抗炎通路中最重要的靶器官，但在脾脏中，迷走神经并不直接支配脾脏，脾脏的支配神经为脾神经，为肾上腺素能神经，这无法解释刺激迷走神经后脾脏内乙酰胆碱的增多[ 17 ]。2011年Tracey团队发现并证实了一类能分泌乙酰胆碱的T细胞，其为CD4＋CD44highCD62lowChAT＋ T细胞，其表面表达肾上腺素β受体，受肾上腺素调控[ 18 ]。当迷走神经兴奋时，可引起脾神经兴奋，释放肾上腺素，作用于ChAT＋ T细胞表面的β2肾上腺素受体，促其分泌乙酰胆碱，后者作用于巨噬细胞α7nAChR发挥抑炎作用。关于迷走神经与脾神经的关系，目前并不明确，早期文献显示刺激迷走神经可引起脾神经兴奋，且迷走神经经过内脏神经节，因而推论迷走神经在内脏神经节内换元，直接兴奋脾神经；但此后电生理及神经追踪研究表明，刺激迷走神经对于脾神经的兴奋是间接的，且二者之间无突触连接，刺激麻醉后大鼠的迷走神经，脾神经无兴奋[ 19 ]。因此对于迷走神经传出通路与脾神经之间的关系还需深入的研究。
4.3 α7nAChR介导的细胞内信号通路
α7nAChR是CAIP的核心受体，体内外研究均显示，乙酰胆碱需与α7nAChR结合才发挥抑炎作用，是连接神经和免疫的重要纽带[ 17 ]。α7nAChR是烟碱型乙酰胆碱受体(nAChR)家族成员之一，它由5个相同的α7亚单位同源聚合而成，每个α7亚基的分子量大约为56 kD，属配体门控离子通道受体，广泛分布于中枢和周围神经系统突触上及机体的单核/巨噬细胞、内皮细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等非神经元细胞表面。
乙酰胆碱或烟碱可以与α7nAChR结合，其发挥抑炎作用的主要机制包括：
⑴直接抑制炎症因子的释放，降低TNF、IL-1、IL-6、IL-18水平，但对IL-10无影响[ 7 ]，在细胞因子水平进行调控；
⑵影响核因子κB(NF-κB)的转录活性。烟碱激活α7nAChR可抑制细胞内钙离子释放[ 20 ]，从而抑制NF-κB抑制蛋白激酶(IκK)的活性，阻止NF-κB抑制蛋白(IκB)被磷酸化，从而抑制IκB降解，使其不能与NF-κB分开，从而抑制NF-κB的转录活性；
⑶激活蛋白酪氨酸激酶2/信号转导子与激活子3(JAK2-STAT3)通路，促进JAK2-STAT3磷酸化，磷酸化的STAT3与NF-κB的p65亚基结合，阻止其与DNA结合，进行负性调节，同时也能增加细胞因子信号抑制物3(SOCS3)的活性，协同增加其抑制效应[ 21 ]；
⑷产生microRNA降解STAT3或抑制STAT3磷酸化，从而在转录水平抑制IL-6的生成，microRNA还可以结合TNF-α转化酶(TACE)，减少TNF-α释放[ 22 ]；
⑸通过抑制F-actin聚合体，显著下调中性粒细胞表面CD11b表达，抑制中性粒细胞的黏附与趋化，此作用在脾切除后消失[ 23 ]。
4.4 胆碱能抗炎通路在脓毒症中的作用
在CAIP发现后，涌现出了大量的研究观察脓毒症中CAIP的作用。大鼠CLP模型发现，脓毒症早期机体迷走神经兴奋性增高，并持续至恢复期[ 24 ]，其在炎症反应的同时发挥抑炎作用，防止免疫应答过度。CAIP正体内的抑炎作用表现在多个系统，最先发现的便是CAIP的抑制促炎因子合成释放的作用，从2000年Tracey团队发现CAIP抑制TNF、IL-1、IL-6、IL-18合成释放后[ 7 ]，又有研究发现CAIP可抑制高迁移率族蛋白1(HMGB1)的合成和释放[ 25 ]。除细胞因子及炎症介质的作用外，α7nAChR激活后可直接抑制单核/巨噬细胞表达TLR4和CD14，从而抑制抗原提呈作用[ 26 ]；可抑制T、B淋巴细胞增殖，促进Th1向Th2漂移，增强调节性T细胞的免疫抑制功能[ 20 ]；可抑制中性粒细胞表达黏附分子，抑制其黏附与趋化。除此以外，研究发现刺激内毒素血症大鼠迷走神经，可以抑制凝血和纤溶系统的激活[ 27 ]，可以减少肠黏膜上皮紧密连接的破坏[ 28 ]。CAIP可在免疫细胞、细胞因子、循环系统、凝血系统、消化系统等多个层面发挥抑炎作用，从而抑制脓毒症后机体的过度反应。
4.5 脓毒症的试验性治疗
在脓毒症动物中针对CAIP治疗，目前有多种方法，包括迷走神经电刺激、胆碱酯酶抑制剂、α7nAChR激动剂，均为间接或直接激活α7nAChR，发挥抑炎作用。胆碱酯酶抑制剂、α7nAChR激动剂在体内实验中可降低TNF水平、护脏器功能、提高存活率[ 29 ]。电刺激迷走神经在动物实验中均发挥了抑制炎症因子的作用，主要为短期(24 h内)，但临床试验结果却不乐观，4项临床试验中2项刺激迷走神经后炎症因子水平无变化[ 30 ]。此外有动物实验显示，事先给予菌血症动物烟碱，会增加菌负荷，这可能与削弱固有免疫反应有关[ 31 ]；也有临床研究显示抗胆碱能药物会增加老年患者社区获得性肺炎的风险[ 32 ]。因此迷走神经的抑炎作用是柄双刃剑，针对CAIP治疗适应证及治疗时机的选取需进一步的临床研究。
5 迷走神经在急性胆管炎中的可能作用
急性胆管炎的主要病理生理变化为：胆道梗阻引起胆管内压力增高，细菌通过逆行、门静脉系统和淋巴管三个途径进入肝窦，引起菌血症和胆道化脓性炎症，出现发热、黄疸、腹痛症状，随着炎症因子的释放和淋巴细胞的活化继发休克和多脏器功能损伤。胆道压力增高及局部损伤信号、LPS等均可使胆管壁内的机械感受器和内脏伤害感受器产生神经冲动，同时LPS、IL-1可直接作用于胆管壁内的迷走神经末梢，引起迷走神经兴奋，另外循环中的细菌代谢产物及损伤信号可直接作用于迷走神经背核，引起迷走神经传出纤维兴奋，最终作用于肝脏和脾脏等脏器，抑制局部和全身炎症反应。
5.1 肝内作用
迷走神经肝支末梢释放的乙酰胆碱作用于肝内Kuffer细胞，抑制促炎因子合成和释放，抑制其吞噬作用；作用于中性粒细胞，减少局部氧化应激反应[ 33 ]；作用于胆管细胞减少胆管细胞凋亡；但同时迷走神经兴奋可增加胆道分泌，使胆道压力进一步增高，加重胆汁逆流及肝脏损伤；另外体外研究显示，烟碱类可刺激肝星状细胞分泌转化生长因子β(TGF-β)、增加氧化应激反应[ 34 ]；胆管结扎大鼠切断迷走神经可以降低血清AST水平[ 35 ]，因此推论迷走神经兴奋后除抑炎作用外，还可能使肝脏局部氧化应激反应增加，加重肝脏局部损伤。
5.2 脾脏作用
迷走神经兴奋后脾神经继发兴奋，通过ChAT＋ T细胞分泌乙酰胆碱作用于单核巨噬细胞下调促炎因子的表达。在脾脏局部下调中性粒细胞表面CD11b表达，这些中性粒细胞随血液循环至病灶，抑制中性粒细胞的黏附与趋化。
5.3 心血管系统
胆道压力增高及感染可反射性引起迷走神经兴奋，造成血压、心率下降，心排出量减少，相较于其他感染，胆道感染对于迷走神经的兴奋作用更为明显，有文献显示，重症胆管炎造成的低血压可以通过阻断腹腔丛改善[ 36 ]。
5.4 凝血系统
内毒素及细菌从肝窦或肠道入血后激活凝血系统，迷走神经兴奋可抑制凝血和纤溶，可能与抑制血管内皮细胞活化有关，但具体机制目前尚不明确。
胆道迷走神经分布丰富，胆道内压力增高后迷走神经明显兴奋，且急性胆管炎患者有明显菌血症表现，其血培养阳性率高，以急性胆管炎为基础疾病研究迷走神经在脓毒症中的作用相较于其他感染性疾病更有优势。同时胆道梗阻去除后，胆道压力迅速下降，急性胆管炎迅速好转，炎症因子下降，恢复期短，便于在临床上观察感染恢复后迷走神经兴奋性的变化。针对CAIP在脓毒症中作用的临床研究很少，动物实验结果亦有不同，以急性胆管炎为原发病研究CAIP在脓毒症中的作用可能为进一步的研究提供更多的证据。
引用：芦照青,王国兴,李春盛. 迷走神经在急性胆管炎致脓毒症中的作用及其可能机制[J]. 中国医师杂志,2020,22:(01)：20-25.