第3节 胃肠平滑肌细胞的作用
胃肠平滑肌细胞的活动是胃肠动力的基本单位，即胃肠运动是靠平滑肌的收缩完成的。平滑肌细胞引起胃肠的收缩可分为两个类型：一种是短的、有节律的单相性收缩，另一种是张力性收缩。平滑肌细胞收缩使胃肠产生推进力，将食物食管口端传递至尾端回肠，完成消化与吸收的过程。平滑肌细胞的舒张则使食管及胃括约肌开放、胃肠壁舒张，为食物通过消化道提供通路，并使收缩节律有所进行。平滑肌细胞的收缩与舒张是由化学能转变为机械能的过程，并受神经和激素的调节。当消化吸收障碍或胃肠动力异常时，则可引起腹泻或便秘发生。目前，集中在7个常见的胃肠动力疾病，即贲门失弛症、非贲门失弛症食管动力疾病、消化不良、胃轻瘫、慢性假性肠梗阻、肠易激综合征和慢性便秘。
一、胃肠平滑肌的结构
人平滑肌细胞呈单核梭形。静息时长轴为500～700μm，但在张力收缩时可以缩短至静息时的1/4。细胞直径约为5μm，体积为3 500μm3，平滑肌细胞膜外有一个细胶原纤维网和细胞间质形成的薄鞘。平滑肌细胞与胶原纤维鞘共同构成一个肌单位。
以下是结构特点：
1.腔洞
平滑肌细胞膜内陷形成许多腔洞，每个腔洞长约12nm，宽约7nm，其长轴与细胞表面正交，这些腔洞通过一个狭窄的颈与细胞间隙相通。细胞表面每平方微米有20～30个腔洞，每个肌细胞上约有170 000个腔洞，腔洞的存在使细胞膜表面积增加50%～70%。腔洞的功能与Ca2+穿过细胞膜有关，还参与了细胞体积的调节，或作为一种微型牵拉感受器。
2.致密带
平滑肌细胞在没有腔洞的细胞表面区域，存在与细胞内面相连的电子致密物质，称为致密带。致密带主要由α-肌动蛋白和组蛋白组成，沿细胞长轴排列，占据平滑肌细胞大部分膜表面，从致密带发生出细胞动蛋白丛（细肌丝）伸入胞质，与其他收缩物质相互作用。平滑肌细胞中还有粗肌丝和中间肌丝，粗肌丝和细胞丝间排列不整齐，肌丝的斜向走行和平滑肌细胞的网状分散型排列在平滑肌局部收缩运动中起主要作用，也有利于肌纤维作螺旋形滑行动作。中间肌丝由支架蛋白构成，不含肌动蛋白。平滑肌细胞中的支架蛋白与致密带共同组成胞质支架网。
3.肌质网
为分布于细胞中间的膜性管道，其中一些靠近核区的成分参与细胞蛋白合成。多数成分位于细胞外周，是细胞Ca2+主要贮存场所，Ca2+释放时引起平滑肌收缩。肌质网通常以管的形式位于腔洞间并形成分支网，这样可大大增加动作电位时Ca2+的释放量。在没有腔洞的肌膜，肌质网距肌膜很近，仅12～20nm，当细胞受神经激素刺激时Ca2+可高效、快速地释放，引起肌收缩。
4.线粒体
位于靠近细胞表面或细胞核的极端，常有致密的基质和颗粒，并与肌质网形成囊泡和小管，可获取和聚集二价阳离子如Ca2+，参与肌质钙浓度的调节。
5.细胞间连接
平滑肌细胞肌膜外围特定部位和特殊结构处发生细胞间联系，组织收缩力量和兴奋的扩布就是通过这种连接传向其相连的细胞。相邻平滑肌细胞有中间连接、缝隙连接和细胞基质连接3种方式。由于细胞间的连接方式，使细胞的收缩力得以扩布。缝隙连接：①细胞间离子交换；②提供细胞间的电耦合，是电活动低电阻通道；③与肌质网相连，使细胞间进行离子和小分子物质交换，有利于胞内Ca2+浓度和pH的调节；④传递平滑肌细胞间信号物质。细胞基质连接在机械力的传递中起重要作用。
二、胃肠平滑肌收缩机制
（一）收缩装置
细胞中负责提高Ca2+和利用ATP化学能产生收缩或扩布收缩的蛋白质称为收缩装置，或称收缩蛋白。收缩装置的蛋白有细胞丝（肌动蛋白）、粗肌丝（肌球蛋白）和中间丝（媒介肌丝蛋白）。细胞肌丝由肌动蛋白和原肌球蛋白（tropomyosin）组成，常排列成规则的束或管。粗肌丝由肌动蛋白组成，呈棒状，装配在短双极肌丝和全长有两面的肌丝中。
（二）平滑肌收缩机制
平滑肌收缩是因收缩装置中钙激活引起。高浓度Ca2+引起平滑肌收缩，低浓度Ca2+则引起舒张。平滑肌具有肌球蛋白分子与钙调节蛋白-肌球蛋白轻链酶复合体相互作用，产生平滑肌横桥循环而调节，称为“肌球蛋白相联调节”。
Ca2+、肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK）钙调蛋白相互作用后，引起20kD蛋白轻链磷酸化肌球蛋白头部改变，并引起横桥循环。平滑肌细胞静止时，细胞内Ca2+浓度降低，少量的Ca2+只与钙调节蛋白结合，不与MLCK结合。当平滑肌兴奋时，引起Ca2+浓度升高，使Ca2+能结合到钙调蛋白的Ca2+结合位点上，进而激活MLCK，形成钙调蛋白-MLCK复合体。同时促进蛋白轻链磷酸化，激活蛋白-Mg2+-ATP酶，使横桥循环产生收缩。当平滑肌细胞内Ca2+降低到静息水平时，MLCK失活，肌球蛋白轻链磷酸化停止，使横桥循环停止，肌细胞恢复至舒张状态。
三、胃肠平滑肌张力产生机制
胃肠平滑肌细胞主要通过Ca2+内流产生动作电位。平滑肌细胞膜上有两种类型Ca2+通道，即电位敏感Ca2+通道和受体活化Ca2+通道。平滑肌细胞内Ca2+浓度升高到阈值后，产生不伴有肌膜动作电位发放的肌动力称为非强直性肌张力，非强直性肌张力分无电阻肌张力和持续去极化两种类型。无电性肌张力是通过受体活化Ca2+通道开放，肌细胞外液Ca2+内流引起细胞内Ca2+浓度升高而实现的。持续去极化型肌张力是由于肌膜钙通道开放，Ca2持续内流使细胞内Ca2+浓度依然维持在较高水平，因而产生去极化肌张力。研究表明，高K+溶液只能引起小肠纵肌张力产生，对环肌的收缩没有影响。肌动力主要由纵肌产生。
平滑肌细胞每一个动作电位发放都能相应地引起一个同步收缩，当动作电位连续发放时，则单收缩融合成强直，称为强直性肌张力。胃肠平滑肌细胞的强直性肌张力起源于起搏点细胞的自动去极化，在此基础上产生节律性动作电位。动作电位通过平滑肌细胞间的紧密型连接迅速扩散传遍整个运动单位，导致整个收缩单位的同步收缩。神经递质、激素、理化环境和牵张等为强直性肌张力的调节因素，这些因素通过改变肌膜离子通透性来影响起搏点动作电位的发放。
胃肠道的蠕动和分节运动主要由位相性收缩引起，主要由环肌产生。纵肌慢波可向环肌扩布，慢波上叠加动作电位可使肌膜对Ca2+通透性增大，使环肌细胞内Ca2+升高，使环肌产生分节运动。蠕动也是由慢波上叠加的动作电位引发的。
神经递质、激素或药物与胃肠平滑肌受体结合后，引起平滑肌细胞的收缩或舒张。这些受体作用的发挥是直接通过离子通道或刺激细胞内信号物质实现的。它们可以调节平滑肌收缩装置的活动。两个主要的信号传导系统为三磷酸肌醇（inositol 1,4,5-triphosphate，IP3）系统和环核苷酸（cyclic nucleotide，cAMP）系统。cAMP参与平滑肌受体后信号传递机制，抑制性激素抑制平滑肌收缩的主要途径是激活腺苷环化酶产生cAMP。激素通过cAMP介导产生cAMP，后者作为第二信使，激活依赖cAMP的蛋白激酶，作用于平滑肌细胞产生抑制效应。依赖cAMP机制通过降低细胞内游离Ca2+而抑制平滑肌收缩。另一信号传导为三磷酸肌醇系统。当激素作用于细胞膜受体后，激活特异的磷脂酶C，水解磷脂酰肌醇磷酸（phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate，PIP2）为IP3，IP3作为第二信使，作用于肌质网，与IP3受体结合，使肌质网由储存高浓度的Ca2+迅速释放至细胞液中。IP3的另一作用是使细胞膜上Ca2+通道打开，增强Ca2+的转运，使细胞外液中Ca2+进入细胞内。IP3传递信息，引起平滑肌细胞的收缩。平滑肌收缩产生不同结果，纵肌主要产生肌张力，而环肌主要产生位相性收缩。
新近Sander的进展性研究指出除了上述平滑肌细胞外，Cajal间质细胞（interstitial cell of Cajal，ICC）在胃肠动力上的作用。研究认为，在人类，胃肠丧失ICC引起动力障碍性疾病，过度的Kit信号引起ICC的转化和胃肠基质肿瘤的发生。
四、胃肠平滑肌细胞的脑-肠肽受体
目前发现，胃肠平滑肌细胞存在许多脑-肠肽特异性受体，这是脑-肠肽作用于平滑肌的靶部位。受体的一个主要特征是特异地识别和结合低浓度的肽，通过不同的信号途径，将脑-肠肽与受体的相互作用进行翻译。受体分两种：①调节收缩效应的肠脑肽受体，包括胃动素受体、胆囊收缩素（cholecystokinin，CCK）、胃泌素受体、速激肽受体、阿片肽受体等，上述这些受体可引起平滑肌收缩；②调节舒张效应的脑-肠肽受体，包括血管活性肠肽受体、促胰液素受体、降钙素基因相关肽（calcitonin-gene related peptide，CGRP）、甘丙肽受体、生长抑素受体等，上述这些受体兴奋可引起平滑肌舒张。