近年來，鳥苷酸環化酶 C（guanylate cyclase-C，GC-C）在消化系統疾病中的重要性受到了越來越多的關注，其在調節水電解質平衡、維持胃腸道功能、緩解腹痛、控制炎癥、調節腸道微生態、抑制腫瘤生長及調控細胞增殖等方面都具有關鍵作用，被認為是消化系統疾病的潛在治療靶點。該文就近年來 GC-C 在消化系統疾病中的作用及其激動劑利那洛肽和普卡那肽的相關干預研究作一綜述，以期更好地了解其內在功能并進一步指導相關臨床疾病的診治。
引用本文： 王冰, 孫紅玉, 湯禮軍. 鳥苷酸環化酶 C 在消化系統疾病發生與治療中的作用. 華西醫學, 2021, 36(11): 1623-1627. doi: 10.7507/1002-0179.202004038 復制
消化系統疾病的發病機制和治療靶點一直是研究的熱點，近年來位于腸道上皮細胞的跨膜受體鳥苷酸環化酶 C（guanlate cyclase C，GC-C）備受關注，GC-C 被視為腸道疾病的新型治療靶點，其在 1970 年作為外源性致腹瀉細菌熱穩定內毒素的受體被發現[1]。鳥苷素和尿鳥苷素是 GC-C 的內源性配體，通過與 GC-C 結合引起細胞內環磷酸鳥苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）濃度升高，進一步激活 cGMP 依賴的蛋白激酶 GⅡ，從而引起相應的生理變化[2]。GC-C/cGMP 信號傳導通路在消化系統疾病中發揮了重要的作用，是治療腸道疾病潛在的重要靶標，基于 GC-C 的功能，首次人工合成的 GC-C 激動劑利那洛肽和普卡那肽已用于功能性腸病的治療。因此，本文就近年來 GC-C 在消化系統疾病中發揮的作用及其激動劑在消化系統疾病中的應用作一綜述，以期更好地了解其內在功能并進一步指導相關臨床疾病的診治。
1 GC-C 在消化系統疾病中的作用
GC-C 被認為是消化系統疾病的潛在治療靶點，研究顯示其在調節水電解質平衡、維持腸黏膜屏障、緩解腹痛、控制炎癥、調節腸道微生態和抑制腫瘤生長等方面具有重要作用，并且在腸道、肝臟、膽囊、胰腺、肺、腎臟、汗腺、男性生殖系統、大腦中都發揮著不同的生理功能[3]。
1.1 GC-C 與水電解質平衡的關系
鳥苷素、尿鳥苷素與 GC-C 的胞外區域結合后激活其催化區域將鳥苷三磷酸轉變為 cGMP，細胞內升高的 cGMP 進一步激活多種功能蛋白，包括磷酸二酯酶、蛋白激酶和離子通道蛋白等[2, 4]。升高的 cGMP 一方面直接激活蛋白激酶 GⅡ并交叉激活蛋白激酶 A，隨后蛋白激酶 GⅡ刺激囊性纖維化穿膜傳導調節蛋白，該蛋白是一種表達在多種細胞胞膜上的離子通道調節蛋白，可引起氯離子和碳酸氫根流入腸腔，造成腸腔內滲透性升高，驅使水進入腸腔[5]；另一方面直接抑制鈉/氫交換蛋白 3，抑制水、鈉重吸收，使水、鈉保留在腸腔中[6]。而在胰腺中，跨膜水通道（如腺泡和導管細胞中的水樣孔蛋白 1）和囊性纖維化穿膜傳導調節蛋白通道對生理性胰液分泌至關重要[7]。酒精也被發現可顯著抑制囊性纖維化穿膜傳導調節蛋白功能和降低碳酸氫鹽分泌量，從而酸化導管內環境，導致導管內液體淤滯，促進導管內胰蛋白酶原的過早活化[8]。而過早的胰蛋白酶原激活是引起急性胰腺炎的重要的病理性細胞事件之一，可導致腺泡細胞死亡[9]。Kulaksiz 等[10]報道在胰腺導管細胞和中央腺泡細胞中定位到 GC-C 以及相關蛋白激酶的存在，表明 GC-C/cGMP 信號傳導通路在調節胰液分泌中發揮了關鍵的作用。Schulz 等[11]在肝臟中發現 GC-C 及鳥苷素定位于膽囊膽管上皮細胞的頂膜上，提示鳥苷素通過旁分泌途徑調控水電解質的轉運，從而在肝臟和膽囊產生膽汁的過程中發揮重要作用。Zhang 等[12]發現在肺組織中，鳥苷素由氣管上皮細胞合成分泌，與 GC-C 結合后引起下游信號的激活，從而放松大氣道和小氣道的氣道平滑肌細胞并促進黏液的產生，這一作用表明 GC-C/cGMP 信號傳導通路對治療哮喘具有潛在意義。綜上，GC-C/cGMP 信號傳導通路在多種器官組織中都存在，其發揮作用的機制目前尚不清楚，值得進一步探討，可為相關疾病的治療靶點提供思路。
1.2 GC-C 與腸黏膜屏障的關系
GC-C/cGMP 信號傳導通路在多種損傷腸黏膜屏障的疾病中都起到了維持黏膜免疫穩態和緩解炎癥的作用。有研究者在大鼠體內發現 GC-C 缺陷使其對化學誘導的結腸炎易感性增加，表明 GC-C 與腸道炎癥的關系可能與腸上皮屏障的完整性有關[13]。而在缺乏 GC-C 或尿鳥苷素的小鼠體內，已有學者發現腸道上皮細胞通透性增加并有炎癥浸潤，考慮是由于 GC-C 信號的丟失增加了腸道上皮中肌球蛋白輕鏈激酶磷酸化，破壞了小腸中緊密連接蛋白的組裝，降低了密封蛋白-2 和黏附分子 A 的水平[14]。Lin 等[15]發現 GC-C 缺陷的結腸炎小鼠體內緊密連接蛋白減少相關的腸屏障通透性升高，還發現 GC-C/cGMP 信號傳導通路調節腸道黏膜完整性與小鼠體內和體外 Caco2 細胞培養中密封蛋白-2 和密封蛋白-4 的增加有關。也有研究表明 GC-C/cGMP 信號傳導通路維持腸上皮穩態的調節作用是通過配體與受體結合后胞內升高的 cGMP 抑制蛋白激酶 B 的活化和磷酸化介導的[16]。綜上，維持腸黏膜的完整性具有深遠的病理生理意義，并且人們對腸道高通透性致病的觀點已經有進一步的認識，這些現象也讓我們看到了未來的治療潛力，通過口服 GC-C 受體激動劑來拮抗屏障功能損壞的疾病，或可用于炎癥性腸病和消化系統腫瘤發生的化學性預防。
1.3 GC-C 與腹痛的關系
腹痛是許多胃腸道疾病的重要癥狀，GC-C 在消化系統中的重要作用促使學者們研究其在動物模型及人體中的內臟鎮痛作用[17]。GC-C 信號傳導通路參與調節胃腸道疼痛感的傳入途徑，受體與配體在上皮細胞中結合后，胞內升高的 cGMP 可通過位于基底外側膜上的沉默多藥耐藥相關蛋白 4 環核苷酸外排泵轉運到胞外空間，減少黏膜下傳入神經元的興奮而達到緩解腹痛的效果[18]。同時，GC-C 信號傳導通路可通過維持腸道屏障完整性來減輕炎癥，阻止管腔內因子在固有層及其他區域影響痛覺傳入和免疫機制，以間接促進鎮痛作用[19]。Diop 等[20]研究腹痛緩解作用的方法是將球囊插入距大鼠肛門 1 cm 處的直腸，并將其固定在尾根部，然后將球囊連接到壓力傳感器和注射泵以 5 mm 的增量逐漸膨脹，每次增壓 15 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa），范圍為 0～65 mm Hg，用于填充和連續測量結腸內壓力，測量結直腸擴張引起腹痛導致腹部收縮的壓力，即為結腸閾值；此后在三硝基苯磺酸誘導出內臟超敏反應的大鼠模型中，給予大鼠口服尿鳥苷素，以增加結直腸擴張引起腹部收縮所需的結腸閾值，以此來反應 GC-C 信號傳導通路的鎮痛效果。近期的研究表明，與內源性鳥苷素和尿鳥苷素密切相關的合成肽普卡那肽也增加了細胞內 cGMP 的濃度，導致腸液的分泌并加速腸道的轉運，并在多種炎癥和應激誘導的嚙齒動物內臟超敏反應模型中以 GC-C 依賴的方式降低了結腸超敏反應[21]。而有學者在探究是否下游分子也可模擬鎮痛作用時，給予大鼠口服 cGMP，發現顯著降低了三硝基苯磺酸誘導的大鼠結直腸擴張引起的內臟運動反應評分[22]。然而，上述研究大多為動物研究，其對于人類的適用性還有待進一步探討。
1.4 GC-C 與炎癥的關系
在炎癥的早期階段，GC-C 的缺失會加速炎癥性腸病的疾病進展[23]。在活動指數較高的潰瘍性結腸炎中，GC-C、鳥苷素和尿鳥苷素的表達降低會增加腸道炎癥；同時，在潰瘍性結腸炎患者的黏膜活檢中也發現鳥苷素的表達減少[13]。而在結腸炎早期階段，杯狀細胞耗盡之前就檢測到鳥苷素表達的下降，炎性細胞因子腫瘤壞死因子-α抑制鳥苷素信使 RNA 和蛋白的表達，實際上，鳥苷素表達減少先于上皮的損傷，從而加重了炎癥及潰瘍性結腸炎的易感性[24]。人炎癥性腸病的樣本全基因表達分析也顯示，鳥苷素、尿鳥苷素和 GC-C 在具有活性的炎癥性腸病中均顯著下調，沉默多藥耐藥相關蛋白 5 基因也是炎癥性腸病患者中下調的基因之一，且與炎性因子白細胞介素（interleukin，IL）-1a、IL-1b、腫瘤壞死因子-α、干擾素-γ的增加呈負相關[25]。Freihat等[26]研究了 IL-1 受體相關激酶 3 的假激酶結構域中 GC 中心的作用，用 IL-1 受體相關激酶 3 或突變型 IL-1 受體相關激酶 3 蛋白轉染含有 Toll 樣受體 4 和核因子 κB 系統的細胞，對未轉染的對照細胞進行細胞滲透性 cGMP 處理，可在脂多糖存在的情況下調節核因子 κB 來抑制下游信號傳導；表明 IL-1 受體相關激酶 3 產生的 cGMP 可以通過調節在炎癥信號級聯反應中相互作用的鄰近蛋白質的結合和/或活性來選擇性地影響下游信號通路，IL-1 受體相關激酶 3 是炎性反應的胞質穩態介體，可能作為炎癥的預后指標。以上提示我們 GC-C/cGMP 信號傳導通路減輕了結腸黏膜炎癥，說明了 GC-C/cGMP 信號傳導通路在調節腸道內損傷和炎癥反應中的重要性，但關于 GC-C/cGMP 信號傳導通路調控炎癥的上下游因果關系還不清楚，在未來仍需進一步探討。
1.5 GC-C 與腸道微生態的關系
GC-C/cGMP 信號傳導通路除了調節離子通量、pH 值和水電解質分泌的關鍵作用，還可以幫助維持腸道內微環境。據報道，GC-C/cGMP 信號傳導通路在宿主防御中的激活減少了細菌病原體對腸上皮細胞的侵襲[27]。近期一篇報道支持了這一觀點，即遺傳性 GC-C 激活會影響家族性腹瀉患者的腸道微生物菌群，表現為腸桿菌的增加和雙歧桿菌、嗜熱芽孢桿菌的減少，而后者的變化又常常與克羅恩病相關[28]。上述研究提示 GC-C/cGMP 信號傳導通路可通過減少細菌載量和減輕系統炎癥來維持宿主免疫屏障功能，但其具體機制尚不清楚，需要未來結合多種因素繼續探索。
1.6 GC-C 與腫瘤生長的關系
正常情況下，腸上皮細胞迅速再生，經歷增殖、遷移、分化和凋亡的過程，使小腸上皮每 3～5 天完成上皮更新，結腸每 5～7 天完成更新，GC-C/cGMP 信號傳導通路的正常傳導是小腸、大腸隱窩表面軸穩態維持過程中的重要條件；實際上，該軸的沉默會導致腸上皮細胞過度增殖，伴有增生增殖的隱窩加速遷移，而分化和細胞凋亡減少[29]。此外，GC-C/cGMP 信號傳導通路的抑制會減少 DNA 損傷的感知和修復，導致抑癌基因 p53 的轉化引起相關驅動突變的積累[30]。在這種情況下，鳥苷素是腸道腫瘤中最常丟失的基因產物[31]。有一種關于結直腸癌旁分泌激素的假說認為轉化是源于鳥苷素功能不全的疾病使腫瘤抑制因子沉默，從而導致腫瘤的形成[32]。這提示我們是否可以通過體外補充鳥苷素來抵消這種損失，即通過口服鳥苷素或激素替代來抑制腫瘤的發生，口服 GC-C 激動劑或許可以成為人類預防結直腸癌的方法[24]。
2 GC-C 激動劑在消化系統疾病中的應用
鑒于 GC-C 在消化系統疾病中的重要調控作用，其被認為是消化系統疾病的潛在治療靶點，2012 年美國食品藥品監督管理局批準利那洛肽和普卡那肽應用于腸易激綜合征和特發性便秘等消化系統疾病，此后針對這 2 種藥物在各類炎癥性腸病中的研究也越來越多。
2.1 利那洛肽
利那洛肽是 GC-C 的激動劑，與 GC-C 結合的親和力是鳥苷素的 8～10 倍，該藥可增加 cGMP 的信號級聯，增加腸腔內的液體和電解質分泌，促進潤濕糞便，緩解便秘癥狀，有助于緩解內臟疼痛，還能弱化 pH 依賴性，不受 pH值的限制，并在模擬胃酸環境中呈現出穩定性；此外，該藥口服生物利用度低，局部作用于腸道，因此副作用少，腹瀉是最常見的不良事件[33-34]。在納入 6 項隨機對照試驗的慢性特發性便秘相關研究中，患者使用利那洛肽治療 12 周，結果顯示利那洛肽整體上安全有效，可改善糞便的黏稠度和連續性，減少患者緊張情緒，減輕腹脹和腹部不適[35]。而在腺嘌呤誘導的腎衰竭小鼠模型中，給予 2 周利那洛肽灌胃后，利那洛肽改善了小鼠回腸隱窩中浸潤 F4/80 陽性巨噬細胞和結腸中密封蛋白-1 的表達水平，提示利那洛肽對腸道有益[36]。
2.2 普卡那肽
普卡那肽是由 16 個氨基酸合成的尿鳥苷素的肽類似物，其位于 N 端第 3 個位點的天冬氨酸被谷氨酸代替，該藥在十二指腸的微酸性環境中優先以高親和力結合 GC-C，具有與尿鳥苷素相同的作用機制，與 GC-C 結合刺激 cGMP 的產生，可誘導水電解質的分泌，緩解便秘等癥狀[37]。與利那洛肽一樣，普卡那肽也有內臟鎮痛的作用。有隨機、雙盲、安慰劑對照試驗分別給予便秘型腸易激綜合征患者普卡那肽和安慰劑治療 12 周，結果顯示普卡那肽可顯著改善患者的腹痛和便秘癥狀[38]。另有 2 項為期 12 周的雙盲、安慰劑對照臨床試驗也顯示，患者使用普卡那肽后腹脹和腹部不適緩解，且患者可耐受，并在停止治療后病情沒有反復，提示該藥對慢性特發性便秘安全有效[39-40]。
3 小結與展望
綜上所述，GC-C/cGMP 信號傳導通路已經成為調節正常體液和電解質平衡的關鍵機制，是治療慢性便秘綜合征的重要靶點。而在胃腸道疾病中，GC-C、鳥苷素和尿鳥苷素在水電解質穩態、腸黏膜屏障功能、腹痛、炎癥控制、腸道微環境調節和抑制腫瘤形成中均發揮一定作用，并且 GC-C 受體激動劑利那洛肽和普卡那肽增加了慢性特發性便秘和便秘型腸易激綜合征等多種慢性消化系統疾病患者的治療選擇。未來關于 GC-C 配體及 GC-C 激動劑預防和治療消化系統疾病的潛力還有待進一步挖掘，相信隨著對腸道正常生理和疾病狀態下復雜病理生理學的不斷了解，針對胃腸道疾病的治療選擇將不斷增加[41-42]。
利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。
消化系統疾病的發病機制和治療靶點一直是研究的熱點，近年來位于腸道上皮細胞的跨膜受體鳥苷酸環化酶 C（guanlate cyclase C，GC-C）備受關注，GC-C 被視為腸道疾病的新型治療靶點，其在 1970 年作為外源性致腹瀉細菌熱穩定內毒素的受體被發現[1]。鳥苷素和尿鳥苷素是 GC-C 的內源性配體，通過與 GC-C 結合引起細胞內環磷酸鳥苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）濃度升高，進一步激活 cGMP 依賴的蛋白激酶 GⅡ，從而引起相應的生理變化[2]。GC-C/cGMP 信號傳導通路在消化系統疾病中發揮了重要的作用，是治療腸道疾病潛在的重要靶標，基于 GC-C 的功能，首次人工合成的 GC-C 激動劑利那洛肽和普卡那肽已用于功能性腸病的治療。因此，本文就近年來 GC-C 在消化系統疾病中發揮的作用及其激動劑在消化系統疾病中的應用作一綜述，以期更好地了解其內在功能并進一步指導相關臨床疾病的診治。
1 GC-C 在消化系統疾病中的作用
GC-C 被認為是消化系統疾病的潛在治療靶點，研究顯示其在調節水電解質平衡、維持腸黏膜屏障、緩解腹痛、控制炎癥、調節腸道微生態和抑制腫瘤生長等方面具有重要作用，并且在腸道、肝臟、膽囊、胰腺、肺、腎臟、汗腺、男性生殖系統、大腦中都發揮著不同的生理功能[3]。
1.1 GC-C 與水電解質平衡的關系
鳥苷素、尿鳥苷素與 GC-C 的胞外區域結合后激活其催化區域將鳥苷三磷酸轉變為 cGMP，細胞內升高的 cGMP 進一步激活多種功能蛋白，包括磷酸二酯酶、蛋白激酶和離子通道蛋白等[2, 4]。升高的 cGMP 一方面直接激活蛋白激酶 GⅡ并交叉激活蛋白激酶 A，隨后蛋白激酶 GⅡ刺激囊性纖維化穿膜傳導調節蛋白，該蛋白是一種表達在多種細胞胞膜上的離子通道調節蛋白，可引起氯離子和碳酸氫根流入腸腔，造成腸腔內滲透性升高，驅使水進入腸腔[5]；另一方面直接抑制鈉/氫交換蛋白 3，抑制水、鈉重吸收，使水、鈉保留在腸腔中[6]。而在胰腺中，跨膜水通道（如腺泡和導管細胞中的水樣孔蛋白 1）和囊性纖維化穿膜傳導調節蛋白通道對生理性胰液分泌至關重要[7]。酒精也被發現可顯著抑制囊性纖維化穿膜傳導調節蛋白功能和降低碳酸氫鹽分泌量，從而酸化導管內環境，導致導管內液體淤滯，促進導管內胰蛋白酶原的過早活化[8]。而過早的胰蛋白酶原激活是引起急性胰腺炎的重要的病理性細胞事件之一，可導致腺泡細胞死亡[9]。Kulaksiz 等[10]報道在胰腺導管細胞和中央腺泡細胞中定位到 GC-C 以及相關蛋白激酶的存在，表明 GC-C/cGMP 信號傳導通路在調節胰液分泌中發揮了關鍵的作用。Schulz 等[11]在肝臟中發現 GC-C 及鳥苷素定位于膽囊膽管上皮細胞的頂膜上，提示鳥苷素通過旁分泌途徑調控水電解質的轉運，從而在肝臟和膽囊產生膽汁的過程中發揮重要作用。Zhang 等[12]發現在肺組織中，鳥苷素由氣管上皮細胞合成分泌，與 GC-C 結合后引起下游信號的激活，從而放松大氣道和小氣道的氣道平滑肌細胞并促進黏液的產生，這一作用表明 GC-C/cGMP 信號傳導通路對治療哮喘具有潛在意義。綜上，GC-C/cGMP 信號傳導通路在多種器官組織中都存在，其發揮作用的機制目前尚不清楚，值得進一步探討，可為相關疾病的治療靶點提供思路。
1.2 GC-C 與腸黏膜屏障的關系
GC-C/cGMP 信號傳導通路在多種損傷腸黏膜屏障的疾病中都起到了維持黏膜免疫穩態和緩解炎癥的作用。有研究者在大鼠體內發現 GC-C 缺陷使其對化學誘導的結腸炎易感性增加，表明 GC-C 與腸道炎癥的關系可能與腸上皮屏障的完整性有關[13]。而在缺乏 GC-C 或尿鳥苷素的小鼠體內，已有學者發現腸道上皮細胞通透性增加并有炎癥浸潤，考慮是由于 GC-C 信號的丟失增加了腸道上皮中肌球蛋白輕鏈激酶磷酸化，破壞了小腸中緊密連接蛋白的組裝，降低了密封蛋白-2 和黏附分子 A 的水平[14]。Lin 等[15]發現 GC-C 缺陷的結腸炎小鼠體內緊密連接蛋白減少相關的腸屏障通透性升高，還發現 GC-C/cGMP 信號傳導通路調節腸道黏膜完整性與小鼠體內和體外 Caco2 細胞培養中密封蛋白-2 和密封蛋白-4 的增加有關。也有研究表明 GC-C/cGMP 信號傳導通路維持腸上皮穩態的調節作用是通過配體與受體結合后胞內升高的 cGMP 抑制蛋白激酶 B 的活化和磷酸化介導的[16]。綜上，維持腸黏膜的完整性具有深遠的病理生理意義，并且人們對腸道高通透性致病的觀點已經有進一步的認識，這些現象也讓我們看到了未來的治療潛力，通過口服 GC-C 受體激動劑來拮抗屏障功能損壞的疾病，或可用于炎癥性腸病和消化系統腫瘤發生的化學性預防。
1.3 GC-C 與腹痛的關系
腹痛是許多胃腸道疾病的重要癥狀，GC-C 在消化系統中的重要作用促使學者們研究其在動物模型及人體中的內臟鎮痛作用[17]。GC-C 信號傳導通路參與調節胃腸道疼痛感的傳入途徑，受體與配體在上皮細胞中結合后，胞內升高的 cGMP 可通過位于基底外側膜上的沉默多藥耐藥相關蛋白 4 環核苷酸外排泵轉運到胞外空間，減少黏膜下傳入神經元的興奮而達到緩解腹痛的效果[18]。同時，GC-C 信號傳導通路可通過維持腸道屏障完整性來減輕炎癥，阻止管腔內因子在固有層及其他區域影響痛覺傳入和免疫機制，以間接促進鎮痛作用[19]。Diop 等[20]研究腹痛緩解作用的方法是將球囊插入距大鼠肛門 1 cm 處的直腸，并將其固定在尾根部，然后將球囊連接到壓力傳感器和注射泵以 5 mm 的增量逐漸膨脹，每次增壓 15 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa），范圍為 0～65 mm Hg，用于填充和連續測量結腸內壓力，測量結直腸擴張引起腹痛導致腹部收縮的壓力，即為結腸閾值；此后在三硝基苯磺酸誘導出內臟超敏反應的大鼠模型中，給予大鼠口服尿鳥苷素，以增加結直腸擴張引起腹部收縮所需的結腸閾值，以此來反應 GC-C 信號傳導通路的鎮痛效果。近期的研究表明，與內源性鳥苷素和尿鳥苷素密切相關的合成肽普卡那肽也增加了細胞內 cGMP 的濃度，導致腸液的分泌并加速腸道的轉運，并在多種炎癥和應激誘導的嚙齒動物內臟超敏反應模型中以 GC-C 依賴的方式降低了結腸超敏反應[21]。而有學者在探究是否下游分子也可模擬鎮痛作用時，給予大鼠口服 cGMP，發現顯著降低了三硝基苯磺酸誘導的大鼠結直腸擴張引起的內臟運動反應評分[22]。然而，上述研究大多為動物研究，其對于人類的適用性還有待進一步探討。
1.4 GC-C 與炎癥的關系
在炎癥的早期階段，GC-C 的缺失會加速炎癥性腸病的疾病進展[23]。在活動指數較高的潰瘍性結腸炎中，GC-C、鳥苷素和尿鳥苷素的表達降低會增加腸道炎癥；同時，在潰瘍性結腸炎患者的黏膜活檢中也發現鳥苷素的表達減少[13]。而在結腸炎早期階段，杯狀細胞耗盡之前就檢測到鳥苷素表達的下降，炎性細胞因子腫瘤壞死因子-α抑制鳥苷素信使 RNA 和蛋白的表達，實際上，鳥苷素表達減少先于上皮的損傷，從而加重了炎癥及潰瘍性結腸炎的易感性[24]。人炎癥性腸病的樣本全基因表達分析也顯示，鳥苷素、尿鳥苷素和 GC-C 在具有活性的炎癥性腸病中均顯著下調，沉默多藥耐藥相關蛋白 5 基因也是炎癥性腸病患者中下調的基因之一，且與炎性因子白細胞介素（interleukin，IL）-1a、IL-1b、腫瘤壞死因子-α、干擾素-γ的增加呈負相關[25]。Freihat等[26]研究了 IL-1 受體相關激酶 3 的假激酶結構域中 GC 中心的作用，用 IL-1 受體相關激酶 3 或突變型 IL-1 受體相關激酶 3 蛋白轉染含有 Toll 樣受體 4 和核因子 κB 系統的細胞，對未轉染的對照細胞進行細胞滲透性 cGMP 處理，可在脂多糖存在的情況下調節核因子 κB 來抑制下游信號傳導；表明 IL-1 受體相關激酶 3 產生的 cGMP 可以通過調節在炎癥信號級聯反應中相互作用的鄰近蛋白質的結合和/或活性來選擇性地影響下游信號通路，IL-1 受體相關激酶 3 是炎性反應的胞質穩態介體，可能作為炎癥的預后指標。以上提示我們 GC-C/cGMP 信號傳導通路減輕了結腸黏膜炎癥，說明了 GC-C/cGMP 信號傳導通路在調節腸道內損傷和炎癥反應中的重要性，但關于 GC-C/cGMP 信號傳導通路調控炎癥的上下游因果關系還不清楚，在未來仍需進一步探討。
1.5 GC-C 與腸道微生態的關系
GC-C/cGMP 信號傳導通路除了調節離子通量、pH 值和水電解質分泌的關鍵作用，還可以幫助維持腸道內微環境。據報道，GC-C/cGMP 信號傳導通路在宿主防御中的激活減少了細菌病原體對腸上皮細胞的侵襲[27]。近期一篇報道支持了這一觀點，即遺傳性 GC-C 激活會影響家族性腹瀉患者的腸道微生物菌群，表現為腸桿菌的增加和雙歧桿菌、嗜熱芽孢桿菌的減少，而后者的變化又常常與克羅恩病相關[28]。上述研究提示 GC-C/cGMP 信號傳導通路可通過減少細菌載量和減輕系統炎癥來維持宿主免疫屏障功能，但其具體機制尚不清楚，需要未來結合多種因素繼續探索。
1.6 GC-C 與腫瘤生長的關系
正常情況下，腸上皮細胞迅速再生，經歷增殖、遷移、分化和凋亡的過程，使小腸上皮每 3～5 天完成上皮更新，結腸每 5～7 天完成更新，GC-C/cGMP 信號傳導通路的正常傳導是小腸、大腸隱窩表面軸穩態維持過程中的重要條件；實際上，該軸的沉默會導致腸上皮細胞過度增殖，伴有增生增殖的隱窩加速遷移，而分化和細胞凋亡減少[29]。此外，GC-C/cGMP 信號傳導通路的抑制會減少 DNA 損傷的感知和修復，導致抑癌基因 p53 的轉化引起相關驅動突變的積累[30]。在這種情況下，鳥苷素是腸道腫瘤中最常丟失的基因產物[31]。有一種關于結直腸癌旁分泌激素的假說認為轉化是源于鳥苷素功能不全的疾病使腫瘤抑制因子沉默，從而導致腫瘤的形成[32]。這提示我們是否可以通過體外補充鳥苷素來抵消這種損失，即通過口服鳥苷素或激素替代來抑制腫瘤的發生，口服 GC-C 激動劑或許可以成為人類預防結直腸癌的方法[24]。
2 GC-C 激動劑在消化系統疾病中的應用
鑒于 GC-C 在消化系統疾病中的重要調控作用，其被認為是消化系統疾病的潛在治療靶點，2012 年美國食品藥品監督管理局批準利那洛肽和普卡那肽應用于腸易激綜合征和特發性便秘等消化系統疾病，此后針對這 2 種藥物在各類炎癥性腸病中的研究也越來越多。
2.1 利那洛肽
利那洛肽是 GC-C 的激動劑，與 GC-C 結合的親和力是鳥苷素的 8～10 倍，該藥可增加 cGMP 的信號級聯，增加腸腔內的液體和電解質分泌，促進潤濕糞便，緩解便秘癥狀，有助于緩解內臟疼痛，還能弱化 pH 依賴性，不受 pH值的限制，并在模擬胃酸環境中呈現出穩定性；此外，該藥口服生物利用度低，局部作用于腸道，因此副作用少，腹瀉是最常見的不良事件[33-34]。在納入 6 項隨機對照試驗的慢性特發性便秘相關研究中，患者使用利那洛肽治療 12 周，結果顯示利那洛肽整體上安全有效，可改善糞便的黏稠度和連續性，減少患者緊張情緒，減輕腹脹和腹部不適[35]。而在腺嘌呤誘導的腎衰竭小鼠模型中，給予 2 周利那洛肽灌胃后，利那洛肽改善了小鼠回腸隱窩中浸潤 F4/80 陽性巨噬細胞和結腸中密封蛋白-1 的表達水平，提示利那洛肽對腸道有益[36]。
2.2 普卡那肽
普卡那肽是由 16 個氨基酸合成的尿鳥苷素的肽類似物，其位于 N 端第 3 個位點的天冬氨酸被谷氨酸代替，該藥在十二指腸的微酸性環境中優先以高親和力結合 GC-C，具有與尿鳥苷素相同的作用機制，與 GC-C 結合刺激 cGMP 的產生，可誘導水電解質的分泌，緩解便秘等癥狀[37]。與利那洛肽一樣，普卡那肽也有內臟鎮痛的作用。有隨機、雙盲、安慰劑對照試驗分別給予便秘型腸易激綜合征患者普卡那肽和安慰劑治療 12 周，結果顯示普卡那肽可顯著改善患者的腹痛和便秘癥狀[38]。另有 2 項為期 12 周的雙盲、安慰劑對照臨床試驗也顯示，患者使用普卡那肽后腹脹和腹部不適緩解，且患者可耐受，并在停止治療后病情沒有反復，提示該藥對慢性特發性便秘安全有效[39-40]。
3 小結與展望
綜上所述，GC-C/cGMP 信號傳導通路已經成為調節正常體液和電解質平衡的關鍵機制，是治療慢性便秘綜合征的重要靶點。而在胃腸道疾病中，GC-C、鳥苷素和尿鳥苷素在水電解質穩態、腸黏膜屏障功能、腹痛、炎癥控制、腸道微環境調節和抑制腫瘤形成中均發揮一定作用，并且 GC-C 受體激動劑利那洛肽和普卡那肽增加了慢性特發性便秘和便秘型腸易激綜合征等多種慢性消化系統疾病患者的治療選擇。未來關于 GC-C 配體及 GC-C 激動劑預防和治療消化系統疾病的潛力還有待進一步挖掘，相信隨著對腸道正常生理和疾病狀態下復雜病理生理學的不斷了解，針對胃腸道疾病的治療選擇將不斷增加[41-42]。
利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。