《International Journal of Molecular Sciences》：Auricular Vagus Nerve Stimulation in Inflammatory Bowel Disease: Mechanistic Insights and Biomarker-Based Evaluation of Therapeutic Response
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炎症性肠病（IBD），包括克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC），是一种以宿主-微生物群相互作用失调、上皮屏障功能障碍和异常免疫激活为特征的慢性炎症性疾病。尽管生物制剂和小分子疗法取得了进展，但仍有相当比例的患者表现出不完全反应、反应丧失或治疗相关不良反应，这
炎症性肠病（IBD），包括克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC），是一种以宿主-微生物群相互作用失调、上皮屏障功能障碍和异常免疫激活为特征的慢性炎症性疾病。尽管生物制剂和小分子疗法取得了进展，但仍有相当比例的患者表现出不完全反应、反应丧失或治疗相关不良反应，这凸显了对新型辅助治疗方法的需求。迷走神经通过胆碱能抗炎通路对免疫稳态发挥关键作用，从而将外周免疫感知与中枢自主神经调节整合起来。在IBD背景下，观察到迷走神经张力降低与持续性黏膜炎症和免疫失调相关。经皮耳廓迷走神经刺激（ta-VNS）是一种非侵入性神经调控技术，可在无需手术干预的情况下激活迷走神经回路并调节神经免疫信号。本综述旨在批判性地评估ta-VNS在IBD中的潜在疗效，特别强调其对免疫、上皮屏障、微生物群相关和自主神经生物标志物的显著影响。来自初步研究的新兴证据表明，ta-VNS可能影响炎症细胞因子谱、上皮紧密连接完整性、肠道微生物组成和全身自主神经平衡，这有待进一步阐明。此外，本综述讨论了克罗恩病和溃疡性结肠炎之间的差异反应，总结了目前的临床前和临床证据，并强调了基于生物标志物的策略，用于评估未来随机对照试验中的治疗反应。尽管当前证据仍属初步，且刺激参数尚未标准化，但ta-VNS代表了一种有前景的IBD辅助性神经免疫调节策略。
1. 引言
炎症性肠病（IBD），主要包括克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC），是胃肠道的慢性免疫介导性疾病。其病因涉及遗传易感性、先天性和适应性免疫反应失调、环境因素（如吸烟、饮食模式）以及肠道菌群失调。尽管生物制剂和小分子疗法取得进展，许多患者仍出现反应不足、继发性反应丧失或治疗相关不良反应，这凸显了对新型辅助治疗策略的需求。迷走神经通过激活胆碱能抗炎通路（CAIP）在免疫稳态中发挥核心作用，该通路整合外周免疫感知与中枢自主神经调节。迷走神经传出纤维释放乙酰胆碱（ACh），其与巨噬细胞和其他免疫细胞上表达的α7烟碱型乙酰胆碱受体（α7nAChR）结合，可抑制促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）和白介素-6（IL-6））的产生。同时，迷走神经传入纤维检测外周炎症信号（包括循环细胞因子），并将信息传递至中枢自主神经核团，如孤束核（NTS），进而激活下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴和下行迷走神经传出通路。这些双向回路构成所谓的“炎症反射”，是限制肠道过度免疫激活的神经反馈系统。在IBD背景下，越来越多的证据表明存在自主神经失衡：UC患者常表现为副交感神经（迷走神经）张力降低，而CD患者常表现为相对的交感神经优势。吸烟（特别是尼古丁，一种胆碱能激动剂）在UC中发挥矛盾的保护作用，但在CD中则不然，进一步提示迷走神经-ACh信号在UC病理生理学中的参与。这些发现为研究迷走神经刺激作为IBD潜在辅助疗法提供了理论依据。经皮耳廓迷走神经刺激（ta-VNS）是一种非侵入性技术，可刺激迷走神经耳支，从而避免手术植入。本综述批判性地评估了支持ta-VNS作为IBD辅助治疗的新兴证据，特别强调其对免疫调节、上皮屏障功能、微生物群相关通路和自主神经生物标志物的影响，并探讨了CD与UC之间潜在的治疗反应差异。
2. 方法
本文通过PubMed、PMC及相关期刊进行针对性文献检索，重点涵盖“耳廓迷走神经刺激”、“经皮VNS”、“炎症性肠病”、“克罗恩病”、“溃疡性结肠炎”及相关术语。强调近期临床试验、临床前研究和综述，并辅以关键基础研究。本综述纳入实验性结肠炎模型、IBD或相关炎症性疾病（类风湿关节炎（RA）、系统性红斑狼疮（SLE）、肠易激综合征（IBS））中的ta-VNS临床试验，以及关于迷走神经控制炎症的机制性论文。数据集进一步扩展至刺激参数、实现的结果和任何不良事件。基于这些发现，进行了提出机制和试验设计的推断。
3. 临床及相关研究
在IBD和相關疾病中ta-VNS的关键研究总结如下：一项针对儿童IBD（混合CD和UC，年龄11-17岁）的概念验证试验，采用每日5分钟、5赫兹（Hz）频率的ta-VNS方案，持续16周，结果显示活动性CD患者50%达到临床缓解，活动性UC患者33%达到临床缓解。基线粪便钙卫蛋白（FC）升高的受试者中，64.7%在16周时实现FC降低≥50%。UC患者中位FC下降81%（p=0.03），CD患者下降51%（p=0.09）。观察期间未发现安全性问题。这些发现表明ta-VNS具有减轻人类IBD疾病活动的潜力。在IBD之外的患者群体中进行的临床试验也提示ta-VNS在调节肠道炎症和恢复自主神经平衡方面的治疗功效。在便秘型IBS中，一项为期4周的随机对照试验（RCT）（n=40）显示，与假刺激相比，每日应用ta-VNS显著改善整体IBS症状评分、排便频率、粪便性状、焦虑水平、抑郁症状和总体生活质量。ta-VNS诱导血清乙酰胆碱和心率变异性（反映迷走神经活动）增加，同时降低一氧化氮水平。此外，观察到肠道微生物群组成改变，包括双歧杆菌属和短链脂肪酸（乙酸、丁酸和丙酸）增加。相反，在类风湿关节炎患者中开展的一项为期12周开放标签研究（n=27），使用可穿戴ta-VNS设备每日给予约30分钟20千赫兹（kHz）脉冲，显示DAS28-CRP平均降低-1.4（p<0.0001）；37%的参与者达到临床缓解，57%在HAQ-DI中获得最小临床重要改善。类似地，在功能性消化不良患者中开展的一项为期2周随机双盲假刺激对照研究（n=36）报告，与假刺激相比，ta-VNS后消化不良症状、胃动力和迷走神经传出活动得到改善。这些发现表明非侵入性迷走神经刺激可减少IBD模型及相关疾病（IBS、关节炎、SLE）中的炎症活动并改善临床指标，从而提示其作为IBD治疗候选方案的潜力。
作用机制：耳廓迷走神经刺激被认为通过相互连接的神经、神经免疫和神经内分泌通路调节肠道炎症。刺激迷走神经耳支可激活投射至孤束核（NTS）的传入纤维，NTS作为自主神经和免疫相关信号的主要整合中枢。随后，NTS可通过迷走神经背运动核（DMV）接合迷走神经传出通路，并可能调节下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴活动。在IBD背景下，这些抗炎作用可大致分为局部CAIP和全身性经典脾脏通路。与IBD特别相关的一种机制是非经典CAIP，即不依赖脾脏的迷走神经对肠道免疫稳态的调节。在此通路中，迷走神经传出信号可调节肠神经元，从而局部改善肠壁内的免疫细胞。实验证据表明，迷走神经刺激可通过肠神经元介导的胆碱能信号（涉及α7nAChR）抑制肠道驻留巨噬细胞的激活，且不依赖脾脏。该局部通路的激活与促炎介质（包括TNF-α）产生减少和肠道炎症反应减轻相关。此外，有证据支持更广泛的迷走-迷走肝脏-脑-肠神经弧参与肠道免疫稳态。在此回路中，肝脏迷走神经传入感觉纤维间接检测肠道环境变化，并将信息传递至NTS。随后的迷走神经副交感传出和肠神经元激活刺激结肠抗原呈递细胞上的毒蕈碱型乙酰胆碱受体。该信号增加醛脱氢酶表达和视黄酸合成，从而支持结肠中外周调节性T细胞的分化和维持。该神经弧的破坏会减少结肠调节性T细胞池并增加实验性结肠炎的易感性，提示迷走神经对肠道免疫细胞和抗原呈递细胞的直接调节可能特别与IBD病理生理学相关。此外，VNS可能接合经典CAIP，即炎症反射的脾脏成分。根据该模型，迷走神经活动通过椎前自主神经节中继至脾神经。脾神经末梢释放的去甲肾上腺素（NE）刺激胆碱乙酰转移酶阳性T细胞上的β2-肾上腺素能受体，导致乙酰胆碱释放。乙酰胆碱随后激活巨噬细胞上表达的α7nAChR，并抑制促炎细胞因子（特别是TNF-α）的产生。尽管该经典通路为VNS的全身抗炎作用提供了充分解释，但其对人类IBD肠道炎症控制的确切贡献仍不确定。VNS还可能通过NTS至下丘脑中枢的传入投射调节HPA轴，可能增加糖皮质激素释放并促进全身免疫调节。总体而言，VNS可能通过汇聚且部分重叠的机制在IBD中发挥作用，包括非经典肠道CAIP、经典脾脏炎症反射以及通过HPA轴的神经内分泌调节。然而，每种通路在人类中的相对贡献尚未确定。
屏障和微生物群：迷走神经信号对肠道屏障和肠道微生物组均产生影响。胆碱能抗炎通路与增强上皮连接完整性的维持相关。有证据表明，迷走神经刺激（VNS）可能影响应激诱导的肠道通透性逆转。迷走神经激活通过肠胶质细胞和相关神经通路调节通透性。在实验性IBD模型中，迷走神经刺激促进紧密连接蛋白表达增加。通过加强黏膜屏障，ta-VNS可能阻止细菌易位并减轻全身免疫激活。此外，肠道微生物群-脑轴似乎至少部分由迷走神经介导。例如，在IBS中，耳廓刺激提高迷走神经张力，这种生理变化与向有益菌群（如双歧杆菌）的转变和短链脂肪酸（SCFA）水平升高相关。SCFA具有激活迷走神经传入纤维的能力，可能诱导抗炎作用。因此，ta-VNS提供了一种多管齐下的治疗策略；通过调节免疫反应和肠道屏障功能，它针对IBD中观察到的关键慢性炎症过程。ta-VNS可能纠正IBD中观察到的菌群失调；早期数据表明，迷走神经调节可能富集保护性菌群和代谢物。此外，本研究描述了神经免疫串扰的作用，包括肠胶质细胞和驻留巨噬细胞。传入迷走神经纤维通常位于黏膜肥大细胞附近，而具有胆碱能输出的肠神经元位于α7阳性巨噬细胞附近。这种解剖结构为胃肠道炎症的快速神经调节提供了基础。ta-VNS被提议（a）增强副交感神经输出，从而重新平衡自主神经系统（ANS）稳态；（b）激活CAIP和HPA机制，可能减轻全身性TNF-α、IL-1β和其他促炎细胞因子；（c）改善肠道上皮完整性，降低通透性；（d）调节肠道微生物组-脑轴，可能促进产生SCFA的细菌增殖。由此产生的全身炎症减轻，加上肠道屏障功能增强，有助于ta-VNS在减轻IBD症状和进展中的整体治疗功效。最近一项研究阐明了新的机制通路：Ulloa等人表明，小鼠模型中颈椎VNS抑制小泛素样修饰因子（SUMO）化（一种翻译后修饰），以不依赖白介素-10（IL-10）/α7通路的方式减轻结肠炎；此外，SUMO抑制剂复制了VNS效应，表现为通透性降低和脓毒症进展减轻。这一开创性发现阐明了额外的细胞内信号机制，特别是迷走神经介导的SUMO化抑制，可能重新编程应激适应反应，并在不依赖经典IL-10/α7烟碱能通路的情况下限制结肠炎进展。因此，SUMO激活酶抑制剂（如TAK-981）成为增强VNS在IBD模型中疗效的有前景的辅助靶点。因此，ta-VNS可能还利用新兴的免疫编程机制。具体而言，迷走神经刺激可能通过互补的神经免疫和神经内分泌机制减轻全身炎症，包括激活胆碱能抗炎通路和调节HPA轴。在迷走神经传入检测到这些信号后，它们将信号传递至中枢神经系统，随后中枢神经系统协调传出反应，可能抑制巨噬细胞释放促炎细胞因子并调节肠道屏障。这种复杂的神经免疫相互作用涉及特定的免疫细胞表型，如β2-肾上腺素能受体阳性CD4+ T淋巴细胞和表达α7nAChR的巨噬细胞，这些被认为在CAIP抑制促炎细胞因子的能力中起关键作用。通过胆碱能介导的乙酰胆碱释放，迷走神经直接抑制单核细胞浸润和巨噬细胞激活，从而可能减轻肠道内TNF-α和IL-1β等炎症因子的释放。这种肠道环境中的神经调节作用由肠神经元介导，在迷走神经激活后，肠神经元释放乙酰胆碱以刺激巨噬细胞上的α7nAChR，从而诱导抑制TNF-α释放。除了这种直接的胆碱能抑制外，VNS还调节脾脏去甲肾上腺素能信号，进而调节脾脏T细胞分泌乙酰胆碱，从而放大抗炎级联反应。这种复杂的相互作用似乎强调了迷走神经激活的多方面免疫调节作用，其范围超越直接神经通路，涵盖全身性神经免疫回路。此外，实证研究表明，自主神经副交感张力降低似乎增加IBD易感性和死亡率，而迷走神经刺激可能通过不依赖经典IL-10/α7烟碱能通路的机制抑制SUMO化来改善结肠炎。因此，这强调了VNS机制的内在复杂性，表明存在直接胆碱能抗炎效应（归因于巨噬细胞调节）和更广泛的神经免疫轴调节，后者可能涉及新的细胞内通路。
克罗恩病（CD）病例示例：CD特有的透壁性、常累及小肠的炎症以及以Th1/Th17为主的免疫反应共同构成了独特挑战。CD患者常表现出交感神经活动过度和迷走神经活动不足。这一观察结果提示增强迷走神经张力可能有益；然而，CD固有的深层组织定位和由此产生的纤维化可能减弱这种效应。值得注意的是，动物和人类中的迷走神经切断术与后续CD发病相关，强调了迷走神经（VN）的保护作用。在儿童ta-VNS试验中，CD患者达到缓解（50%），但其中位钙卫蛋白降低幅度小于UC患者。在实验模型中，ta-VNS对DNBS结肠炎疗效甚微。如果ta-VNS主要减轻细胞因子负担（如TNF-α、IL-1β）和生理应激，它可能改善CD的全身症状（如疲劳、疼痛），即使未能完全解决深层溃疡。因此，这一观察表明ta-VNS在CD中作为辅助治疗手段的前瞻性作用，旨在解决全身炎症并提高生活质量，尽管黏膜愈合仍存在持续困难。未来研究应按照部位和表型（炎症型 vs. 狭窄型）对CD患者进行分层以进行检验。
溃疡性结肠炎（UC）病例示例：UC以结肠连续性黏膜炎症为特征。UC患者常表现出明显低的迷走神经张力，并对胆碱能机制具有独特反应性。全身尼古丁治疗和乙酰胆碱酯酶抑制剂在减轻结肠炎方面的疗效进一步支持了胆碱能调节在UC发病机制中的治疗潜力。鉴于α7nAChR是胆碱能抗炎通路的关键介质，通过迷走神经刺激激活它们可显著抑制结肠黏膜中巨噬细胞介导的炎症（UC的标志）。这种机制涉及以巨噬细胞依赖性方式抑制促炎细胞因子表达并刺激抗炎细胞因子产生，可能使迷走神经激活成为IBD治疗的有前景策略。事实上，迷走神经活动在影响黏膜免疫反应、促进上皮增殖和控制结肠单核细胞浸润方面起重要作用。在儿童ta-VNS试验中，UC患者表现出显著的钙卫蛋白降低和临床改善。在小鼠中，ta-VNS显著改善DSS结肠炎指数，而相同治疗在DNBS结肠炎中疗效有限。这表明ta-VNS可能通过增强迷走神经制动作用对UC特别有用；ta-VNS可对抗UC中观察到的自主神经系统失衡。UC患者接受VNS治疗可能与临床和内镜缓解、迷走神经张力恢复和消化疼痛减轻相关。这暗示ta-VNS可能通过直接针对疾病固有的神经免疫失调为UC提供靶向治疗方法。鉴于其在调节炎症反应方面的确凿疗效，ta-VNS可能为管理UC症状和潜在诱导持续缓解提供一种有吸引力的非药物策略。CD与UC之间疗效差异的机制可能与不同的免疫学特征有关，UC具有更明显的胆碱能抗炎通路依赖性。因此，针对UC患者优化ta-VNS参数可利用这种依赖性，可能比其他IBD表型产生更强大的抗炎效果。ta-VNS在IBD中的疗效也可能受心理共病存在的影响，因为应激可抑制迷走神经抗炎效应并加剧IBD发作。因此，将心理支持与ta-VNS整合可能通过减轻应激诱导的迷走神经抑制并改善患者结局来进一步放大其治疗潜力。此外，由迷走神经介导的中枢神经系统与肠道微生物群之间的相互作用提示，ta-VNS不仅可能通过直接神经通路产生治疗效应，还可能通过影响微生物组成和功能来发挥作用；这可能增强黏膜完整性并减少炎症。这种复杂的神经-微生物群相互作用凸显了个性化治疗策略的潜在途径，其中特定微生物特征可预测对ta-VNS的反应性。这一观点强调了基于生物标志物的方法对定制ta-VNS干预的必要性，从一刀切模式转向考虑患者个体内表型的分层治疗。
4. 局限性与知识空白
当前ta-VNS在IBD中的证据受限于研究队列数量少和持续时间短。例如，一项儿童IBD试验仅纳入22名活动性疾病受试者（10名CD，12名UC）。目前，尚未观察到在成人IBD人群中开展大规模、长期ta-VNS试验。治疗效果的持久性仍不明确，长期刺激可能出现的疗效递减也尚不清楚。此外，ta-VNS的治疗结局可能因个体解剖差异（例如，耳朵的迷走神经支配模式）或特定疾病表型而异。此外，人类IBD中确切神经回路尚未完全阐明；例如，直接肠神经元通路与脾脏通路之间的平衡仍有争议。神经调控试验中可能存在显著安慰剂效应，因此需要实施严格的对照方法学。最后，虽然可能强调副交感神经机制，但其他神经通路（如内脏交感神经反射）可能同时发挥贡献作用，因此值得进一步研究。
5. 结论
经皮耳廓迷走神经刺激通过其对神经免疫调节和肠道稳态的潜在影响，代表了一种有前景的炎症性肠病非侵入性辅助策略。然而，当前临床证据仍有限且属初步，尚不能就疗效或疾病特异性反应得出确切结论。未来的良好设计的随机对照试验应建立标准化刺激参数，识别预测性生物标志物，并确定最可能从该策略中获益的患者亚组。
