综述：生物电子学与光遗传学在神经胃肠病学中的新兴应用

这篇综述系统阐述了生物电子学（bioelectronics）和光遗传学（optogenetics）技术在神经胃肠病学（neurogastroenterology）领域的突破性进展，重点探讨了其对肠神经系统（ENS）功能解析、先天性巨结肠（HSCR）等疾病的诊疗价值，并展望了从实验室到临床的转化挑战与机遇。

　　

Abstract

肠神经系统（ENS）作为胃肠功能的调控核心，其发育异常可导致先天性巨结肠（HSCR）等疾病。生物电子学与光遗传学技术的引入为ENS研究提供了革命性工具：电生理记录技术（如微电极阵列）可解析ENS电活动特征，而光遗传学通过光敏蛋白（如ChR2-H134R）实现细胞特异性调控。两者协同不仅揭示了ENS在胃肠动力、分泌和免疫中的机制，更为HSCR等疾病的精准诊疗开辟新路径。

Introduction

ENS由肌间神经丛和黏膜下神经丛构成，通过神经元-胶质细胞-平滑肌细胞（SMC）网络调控胃肠运动。传统电生理技术（如膜片钳）受限于胃肠蠕动复杂性，而新型可穿戴胶囊设备（如EndoStim^?）和无线神经袖带电极实现了非侵入式监测。光遗传学通过转基因动物模型（如CAL-ChR2 Cre⁺小鼠）证实了钙视网膜蛋白⁺神经元对结肠运动的调控作用，为ENS环路解析提供了单细胞精度工具。

电生理特征与ENS疾病

HSCR的病理特征表现为远端结肠神经元缺如，电生理研究显示其狭窄段存在电静息状态，而扩张段保留兴奋-收缩耦联。ICC-MY区起搏细胞慢波异常与神经源性收缩失调共同导致肠梗阻。临床级电生理设备（如Medtronic Enterra^?）通过短脉冲（0.2ms）刺激迷走神经改善胃轻瘫，而经皮中频电刺激可缓解HSCR术后便秘。

生物电刺激技术进展

胃电刺激采用长脉冲（>100ms）直接激活SMC，而肠道刺激通过5Hz高频调节GLP-1分泌。创新性设备如仿生蜥蜴皮肤胶囊（Moloch horridus启发）实现胃内定位刺激，可降解电子支架则用于无线食管括约肌调控。值得注意的是，闭环深部脑刺激（DBS）联合AI分析正推动个性化神经调控策略发展。

光遗传学的ENS解析

光敏工具如GCaMP钙指示剂揭示了ICC细胞Ca²⁺振荡特征，而ChR2激活肠内分泌细胞（EEC）可诱发毫秒级突触后电位。腹部光学窗口技术结合石墨烯传感器实现了ENS活动的多模态观测，首次证实TRPV4⁺巨噬细胞的光控结肠收缩效应。人源iPSC衍生的ENS前体细胞经蓝光（450nm）刺激成功驱动平滑肌收缩，为HSCR细胞治疗提供概念验证。

技术挑战与转化前景

当前瓶颈包括：深层组织光递送效率不足、临床级基因递送系统缺失，以及胃肠动态环境对植入设备的腐蚀风险。未来方向聚焦红移光敏蛋白（如ReaChR）开发、CRISPR诱导表达系统，以及脑-肠轴单细胞转录组-光遗传学联用技术。这些突破将加速ENS疾病诊疗从“电子药物”向临床转化。