糖皮質激素對大鼠各組織ENaC的影響

盧 麗，葉秀楓，蔡惠寧

（廣東藥學院生命科學與生物制藥學院，廣東廣州 510006）

糖皮質激素對大鼠各組織ENaC的影響

盧 麗*，葉秀楓，蔡惠寧

（廣東藥學院生命科學與生物制藥學院，廣東廣州 510006）

上皮鈉離子通道由α、β、γ三個亞單位組成，負責鈉離子的限速重吸收，對于維持鈉的自身平衡、細胞外液量和血壓起重要作用。糖皮質激素可以通過影響鈉離子通道的活性，進而影響許多疾病的產生和痊愈。

上皮鈉離子通道；糖皮質激素；調節(jié)

糖皮質激素（glucocortieoids，GC）是腎上腺皮質分泌的類固醇激素，在各種發(fā)育、代謝和免疫調節(jié)中發(fā)揮關鍵的作用，是治療感染和自身免疫疾病廣泛使用的藥物。ENaC負責鈉離子的限速重吸收，對于維持鈉的自身平衡、細胞外液量和血壓起重要作用。筆者通過綜述GC對大鼠體內各組織中ENaC的影響，揭示GC對生物體內Na+、Ka+等離子流動的調節(jié)所起的作用。

1 ENaC的結構與功能

上皮鈉離子通道蛋白 （epithelial sodium channel，ENaC）屬于ENaC/DEG超基因家族，是細胞膜上的一種糖基化大分子蛋白，主要調控跨上皮細胞的鈉離子的轉運[1]。ENaC負責鈉離子的限速重吸收，對于維持體內鈉離子的平衡、細胞外液量和血壓起重要作用。鈉離子通道有3類，分別是電壓依賴性的鈉通道、非電壓依賴性的鈉通道和交換體式的鈉通道。ENaC通道屬于非電壓依賴性通道，對Na+選擇性遠高于K+，ENaC可被阿米諾力阻斷，且開放和關閉都很緩慢[2]。ENaC每個亞基的活性和表達都受到大量激素的調節(jié)，包括β2-腎上腺素激動劑、抗利尿激素、鹽皮質激素和糖皮質激素，因其對利尿劑阿米洛利敏感，故也稱為阿米洛利敏感上皮鈉離子通道 （amiloride sensitive sodium channel），主要分布于遠側腎單位、結腸、肺、唾液腺的上皮細胞中。

ENaC的亞基有α、β、γ和δ，其中α和δ直接參與通道空隙的形成，而α2βγ是廣泛分布的ENaC組成方式[3]。目前發(fā)現(xiàn)ENaC呈一四聚體結構，兩個α、一個β和一個γ亞基圍繞孔道形成αβαγ構型，見圖1。每個亞基肽鏈結構上含有一個較大的親水性外袢，位于兩個跨膜α-螺旋片段之間；NH2和COOH端在細胞內，而親水區(qū)在細胞外；肽鏈的NH2和COOH端片段為調節(jié)片段，具有調節(jié)通道活性的能力[4]。在三個同源的亞基中，α亞基可能是主要功能單位，而β和γ亞基可能是附屬亞單位；其主要作用為調節(jié)鈉通道的活性，是一種組織內在調節(jié)機制，通過β和γ-mRNA或蛋白水平的變化，調節(jié)Na+的轉運速率[4]。

2 GC與ENaC的關系

ENaC與許多人類疾病有關，比如食鹽敏感的高血壓、假性醛固酮減少癥、纖維囊泡癥、慢性氣管炎和流感 。Liddle′s syndrome（假性醛固酮增多癥）[5]目前已明確該病的基因缺陷為遠端腎小管上皮鈉通道β亞單位 （β-ENaC）或γ亞單位（γ-ENaC）的基因突變。

ENaC的三個亞基的表達具有組織特異性并且受到激素的調節(jié)。通過對αγENaC基因組的序列分析知道5′端的DNA具有糖皮質激素受體的結合位點。大量的文獻表明，皮質類激素對ENaC的表達起作用，比如在動物模型和細胞的培養(yǎng)中，筆者通過DEX對αγENaC轉錄子產生的作用來研究。結果證實糖皮質激素效應元件的位置在αγENaC啟動子報告基因核苷酸-552～-1 054。αγENaC的啟動子報告基因，在短暫的轉染細胞中表達了低水平的活性，其活性可以通過地塞米松（DEX）處理得到提高[6]。有文獻表明，αγENaC啟動子基本活性是非常低的，通過使用糖皮質激素——眾所周知它是αγENaC mRNA的誘導物，大量的動物模型和組織培養(yǎng)系統(tǒng)中也證實了它可以提高啟動子報告基因的活性。實驗通過構建一個啟動子報告基因和一個表達載體可以指示合成的人類糖皮質激素受體（glucocorticoid receptor，GR），將它們轉染到COS7細胞中，用0.1 mm的地塞米松（DEX）處理24 h，開始24 h轉染，發(fā)現(xiàn)啟動子報告基因的活性成倍增加。

因此筆者猜測GC可能參與了ENaC調節(jié)鈉通道的過程。為了進一步證實這個觀點，筆者將綜述各個ENaC亞基在組織中的作用以及糖皮質激素與ENaC的相互作用來解釋這一現(xiàn)象。

3 GC在各組織中的作用

近來已發(fā)現(xiàn)，ENaC不但存在上皮組織，也發(fā)現(xiàn)存在于非上皮組織，如角質化細胞、淋巴細胞、軟骨細胞和成骨細胞，ENaC結構示意圖見圖1（圖 1參考：Biochemical Journal, 2003,371:1-14），筆者將分別綜述如下：

3.1 GC在腎組織中與ENaC的關系

集合管上皮細胞調節(jié)Na+、K+轉運主要由上皮鈉通道ENaC執(zhí)行。三個亞基的mRNA特定地協(xié)同表達于腎臟的遠端腎曲小管（distal convoluted tubule，DCT）、連接小管（connecting tubule，CNT）、皮質的集合管（cortical collecting duct，CCD）和外側的髓質集合管（outer medullary collecting duct，OMCD），但是并不在內側的髓質集合管（inner medullary collecting duct，IMCD）中表達[7]。

在腎臟上皮組織中鈉鹽再吸收能力的極小改變都會引起液體流量的調整[8]，通過轉基因模型使得GR在腎臟集合管的過表達，來鑒別在集合管（collecting duct，CD）中鈉鹽轉運與GR調節(jié)的基因有關。GR的表達導致α-ENaC和糖皮質激素介導亮氨酸拉鏈的增加。有實驗表明，GR可以控制ENaC和地塞米松誘導的亮氨酸拉鏈在CD中的表達。GR對非賴氨酸激酶-4具有負性調節(jié)作用；DCT和CNT可以補償這些改變，保持正常的鈉鹽再吸收和血壓。結果顯示加強GR的表達可能促成病理情況中鈉滯留的危險[9]。

GC可以激發(fā)集合管Na+的重吸收，增加ENaC的活性。這可能與α-ENaC基因的轉錄上調有關，且GC對α-ENaC的調節(jié)具有劑量依賴性[10]。cAMP-誘導ENaC活性的增加可能與附加的調控蛋白有關，在信號事件早期的誘導中，這與醛固酮在腎臟上皮細胞中的作用相似。

3.2 GC在肺部中與ENaC的關系

在肺部，ENaC主要表達于肺泡上皮細胞。肺泡上皮細胞除了參與氣體交換外，還具有主動轉運鈉水的能力。肺泡上皮細胞轉運系統(tǒng)由EnaC Na+-K+-ATP酶 （Na，K-adenosine triphosphatase，NKA）、水通道（aquaporin，AQP）組成，即由肺泡上皮Ⅰ型和Ⅱ型細胞的肺泡腔側鈉通道攝取Na+，然后經基底側表面的NKA將Na+泵至肺間質；由于NKA將Na+泵至細胞外，在細胞內造成了顯著的電化學梯度，利于Na+通過細胞膜。在Na+轉運的同時，伴隨水和Cl-的被動吸收；而水除伴隨鈉的主動轉運外，還經肺泡上皮細胞表面的水通道排出[11]。Johnson等[12]認為，由于Ⅰ型細胞覆蓋肺泡總面積的95%，在鈉水主動轉運系統(tǒng)中可能占有更重要的地位。但有實驗表明在肺泡上皮Ⅱ型細胞株——人肺腺癌細胞系[13]中，GC可以誘導ENaC-α、β、γ和sgk1 mRNA的表達。

在肺部，ENaC受到來自遞質和激素等因素的調節(jié)[14]。有實驗表明高水平的鹽皮質激素受體（mineralocorticoid，MR）的表達可以導致ENaC表達增加，對肺部液體分泌和再吸收很重要[15]。體內的研究證據表明，增加鈉離子吸收產生氣道表面液體（airway surface liquid，ASL）血容不足導致氣道特異性過表達ENaC的轉基因鼠一代可以解釋肺病在體內的發(fā)病機制[16]。

有重要的證據表明糖皮質激素可以調節(jié)ENaC的表達和其功能。通過分析在培養(yǎng)了21 d大鼠胎兒遠端肺部上皮細胞（Fetal distal lung epithelial，F(xiàn)DLE）中α-ENaC mRNA的表達，顯示α-ENaC mRNA在0.1 mmol/L DEX處理后得到了顯著的增加，實驗中也加入了0.1 mmol/L T3（三碘甲腺原氨酸3，5，3′-triiodothyronine）進行增量調節(jié)。已經知道T3單獨作用時對αrENaC mRNA是不產生作用的。相反的，將妊娠期的大鼠（16～22 d的妊娠年齡）用甲狀腺釋放激素（thyrotropinreleasing hormone，TRH）和DEX單獨或是一起處理后，顯示雖然DEX單獨作用也可以增加遠端肺部α-ENaC mRNA的表達水平，TRH單獨或是與DEX一起作用都無任何影響。相似的是，用DEX處理的人類遠端肺移植細胞可以誘導α-ENaC mRNA的表達水平增加2～3倍，然而T3不管在有無DEX一起作用時都對α-ENaC mRNA的表達水平沒有影響。

糖皮質激素誘導在未成熟的胎兒肺部的ENaC鈉離子運輸并且增加成人肺部的鈉離子和液體運輸[9]，增加α-ENaC的表達水平和功能部分依賴于誘導SGK1早期的表達。α-ENaC的表達和活性有許多種激素調節(jié)包括β-腎上腺素激動藥，通過第二信使cAMP表達[17]。胎兒遠側肺部上皮組織細胞的拮抗物-抗孕酮片（RU-486）表明GC依賴的肺部α-ENaC的增強需要GR功能的存在[18]。

3.3 GC在結腸中與ENaC的關系

ENaC主要負責Na+吸收，存在與許多鹽皮質激素敏感的組織，例如末端結腸、遠側腎單位和呼吸上皮。ENaC通道由不同的多亞基蛋白組成——三個同源的亞基（α、β、γ），在結腸中通道的活性受到翻譯后水平的改變而受到調節(jié)，這些改變來自于細胞內的通道的運輸，膜插入，通路降解。另外，ENaC亞基轉錄的上調受到MC和GC的影響。鹽皮質類激素調節(jié)可以增加β-ENaC mRNA和γ-ENaC mRNA的表達水平，然而，在末端結腸，不同于遠側腎單位，α-ENaC構成表達并未受到影響，α-ENaC單獨表達對Na+的運輸作用影響極其微小，然而，β-ENaC和γ-ENaC共同作用可以極大地提高運輸效率。α、β和γ三個亞基可以制約ENaC在細胞表面有效率地表達。

電解質流失和腹瀉會導致結腸中ENaC補償性上調。然而，這種補償性的作用在腸炎中是受損的，這是導致慢性狹窄性小腸結腸炎 （crohn′s disease，CD）和潰瘍性結腸炎（uicerative colitis，UC）的主要原因。ENaC調解末端結腸的電源性鈉吸收。在患有腸炎的患者中，ENaC的誘導受到損傷，主要通過致炎（炎癥前）細胞因子的轉錄和抑制發(fā)揮作用，比如：腫瘤壞死因子（Tunmor necros factor，TNF），α-糖皮質激素療法快速增加鈉鹽吸收。分子機制是由TNF，α-糖皮質激素，ENaC三者相互作用誘導的結果[19]。發(fā)現(xiàn)TNF-α和地塞米松的協(xié)同作用下完成的Na離子運輸提高了β-ENaC和γ-ENaC的表達水平，這是非常重要的發(fā)現(xiàn)，因為可以證明腸內的ENaC最初的調節(jié)是通過β和γ亞基的轉錄控制的。此外，腸內的β-ENaC和γ-ENaC基本轉錄水平是很低的，這也是制約依賴ENaC通道進行鈉鹽吸收的原因，因為只有ENaC通道由三個亞基組成才能適當?shù)靥岣哜c離子的運輸。

4 小結與展望

GC通過調節(jié)在各種上皮組織ENaC的表達，控制鈉鹽在體內分布的大小和位置，對內環(huán)境造成影響[19-20]，但是它對ENaC發(fā)揮作用的具體機制還不是十分清楚，總結GC與ENaC在各組織中的關系有助于我們更好地了解兩者的作用機制。

[1]Ma HP,Chou CF,Wei SP,et al.Regulation of the epithelial sodium channel by phosphatidylinositides:experiments,implications,and speculations[J].Pflugers Arch,2007,455(1):169-180.

[2]張麗,李南方.上皮細胞鈉離子通道ENaC及其基因研究現(xiàn)狀[J].國際遺傳學雜志,2007,30(1):29-33.

[3]Kellenberger S,Schild L.Epithelial sodium channel/degenerin family of ion channels:a variety of functions for a shared structure [J].Physiol Rev,2002,82(3):735-767.

[4]Alvarez Rosa D,Canessa CM,Fyfe GK,et al.Structure and regulation of amiloride-sensitive sodium channels[J].Annu Rev Physiol,2000,62: 573-594.

[5]Rotin D.Role of the UPS in Liddle syndrome[J].BMC Biochem,2008,(9 Suppl 1):S5.

[6]Otulakowski G,Rafii B,Bremner HR,et al.Structure and hormone responsiveness of the gene encoding the alpha-subunit of the rat amiloridesensitive epithelial sodium channel [J].Am J Respir Cell Mol Biol, 1999,20(5):1028-1040.

[7]Farman N,Canessa CM,Bonvalet JP,et al.Cell-specific expression of epithelial sodium channel alpha,beta,and gamma subunits in aldosterone-responsive epithelia from the rat:localization by in situ hybridization and immunocytochemistry[J].J Cell Biol,1994,127(6 Pt 2):1907-1921.

[8]Hills CE,Squires PE,Bland R.Serum and glucocorticoid regulated kinase and disturbed renal sodium transport in diabetes,J Endocrinol, 2008,199(3):343-349.

[9]Nguyen Dinh Cat A,Ouvrard-Pascaud A,Tronche F,et al.Conditional transgenic mice for studying the role of the glucocorticoid receptor in the renal collecting duct[J].Endocrinology,2009,150(5):2202-2210.

[10]Itani OA,Cornish KL,Liu KZ,et al.Cycloheximide increases glucocorticoid-stimulated alpha-ENaC mRNA in collecting duct cells by p38 MAPK-dependent pathway [J].Am J Physiol Renal Physiol, 2003,284(4):F778-F787.

[11]Matthay MA,Fukuda N,Frank J,et al.Alveolar epithelial barrier,role in lung fluid balance in clinical lung injury [J].Clin Chest Med, 2000,21(3):477-490.

[12]Johnson MD,Widdicombe JH,Allen L,et al.Alveolar epithelial type I cells contain transport proteins and transport sodium,supporting an active role for type I cells in regulation of lung liquid homeostasis[J]. Proc Natl Acad Sci U S A,2002,99(4):1966-1971.

[13]Itani OA,Auerbach SD,Husted RF,et al.Vocorticoid-stimulated lung epithelial Na(+)transport is associated with regulated ENaC and sgk1 expression[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2002,282(4):L631-L641.

[14]Eaton DC,Helms MN,Koval M,et al.The contribution of epithelial sodium channels to alveolar function in health and disease [J].Annu Rev Physiol,2009,71:403-423.

[15]Keller-Wood M,von Reitzenstein M,McCartney J.Is the fetal lung a mineralocorticoid receptor target organ Induction of cortisol-regulated genes in the ovine fetal lung,kidney and small intestine[J].Neonatology,2009,95(1):47-60.

[16]Mall MA.Role of the amiloride-sensitive epithelial Na+channel in the pathogenesis and as a therapeutic target for cystic fibrosis lung disease[J]. Exp Physiol,2009,94(2):171-174.

[17]Vasquez MM,Castro R,Seidner SR,et al.Induction of serum-and glucocorticoid-induced kinase-1(SGK1)by cAMP regulates increases in alpha-ENaC[J].J Cell Physiol,2008,217(3):632-642.

[18]Mustafa SB,DiGeronimo RJ,Petershack JA,et al.Postnatal glucocorticoids induce alpha-ENaC formation and regulate glucocorticoid receptors in the preterm rabbit lung[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2004,286(1):L73-L80.

[19]Bergann T,Zeissig S,Fromm A,et al.Glucocorticoids and tumor necrosis factor-alpha synergize to induce absorption by the epithelial sodium channel in the colon[J].Gastroenterology,2009,136(3):933-942.

[20]Mobasheri A,Martin-Vasallo P.Epithelial sodium channels in skeletal cells;a role in mechanotransduction[J].Cell Biol Int,1999,23(4):237-240.

Glucocorticoid effects on rat ENaC of organizations

LU Li*,YE Xiufeng,CAI Huining
(Guangdong Pharmaceutical University College of Life Science and Bio-pharmaceutical,Guangzhou 510006,China)

Epithelial sodium channel is composed of three subunits,α,β and γ.It′s responsible for the rate-limiting reabsorption of sodium ions.It plays an important role in the self-maintaining sodium balance,extracellular fluid volume and blood pressure.Glucocorticoids can affect the activity of sodium channels,thereby affect the production and cure of many diseases.

Epithelial sodium channel;Glucocorticoids;Regulate

R968

A

1673-7210（2011）02（c）-011－03

國家自然科學基金資助項目（項目編號：30971172）。*

2010-12-17）