痰液分泌的細(xì)胞與分子機(jī)制及中醫(yī)藥防治研究進(jìn)展*

鐘 琦 謝 斌 姚鳳云 聶建華

(江西中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，江西 南昌 330004)

痰液增多可導(dǎo)致氣道阻塞、氣流受限等，加重慢性阻塞性肺疾病(COPD)、哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病患者的病情，甚至引起死亡。了解痰液分泌的細(xì)胞與分子機(jī)制對于呼吸系統(tǒng)疾病的治療具有重要意義。痰液具有高液體和大分子兩大特性，高液體成因于細(xì)胞對水和離子的轉(zhuǎn)運(yùn)，大分子成因于血管漏出或局部細(xì)胞的分泌[1]。通過研究中醫(yī)藥防治呼吸系統(tǒng)疾病的相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)中藥對痰液的分泌有較好的抑制作用。因此，本文從痰液的特性入手，對參與痰液分泌的細(xì)胞、分子機(jī)制及中醫(yī)藥抑制痰液分泌的相關(guān)研究進(jìn)行綜述，以期為中醫(yī)藥有效防治痰液分泌提供更多理論依據(jù)。

1 痰液量增加的機(jī)制

痰液的高液體成因于肺泡和氣道上皮細(xì)胞對水、離子的轉(zhuǎn)運(yùn)障礙。肺泡上皮細(xì)胞對液體轉(zhuǎn)運(yùn)包括Na+的主動轉(zhuǎn)運(yùn)和水通道轉(zhuǎn)移2類，氣道上皮細(xì)胞對液體轉(zhuǎn)運(yùn)為Na+和Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)。

1.1Na+的主動轉(zhuǎn)運(yùn) Na+的主動轉(zhuǎn)運(yùn)主要由上皮鈉通道(ENaC)、Na+-K+-ATP酶(NKA)等組成，是肺泡內(nèi)液體清除的主要方式。Na+通過ENaC進(jìn)入Ⅱ型上皮細(xì)胞內(nèi)，之后被基底膜的NKA泵出，主動攝取K+，形成Na+細(xì)胞內(nèi)、外濃度差，水分子依此隨滲透壓發(fā)生主動轉(zhuǎn)運(yùn)，肺泡內(nèi)的液體最終得到清除。黃斌等[2]研究發(fā)現(xiàn)，絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號途徑參與肺泡上皮Na+的主動轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，但具體作用途徑還需進(jìn)一步研究。

1.1.1 鈉通道(ENaC) ENaC位于肺泡上皮細(xì)胞頂膜中，通常由α、β、γ 3種同源亞基構(gòu)成一個完整的功能性 ENaC成孔通道，以控制離子流動。ENaC活性與細(xì)胞腫脹程度呈正相關(guān)，在低滲環(huán)境中細(xì)胞體積增大，ENaC活性也增加，反之。在ENaC通道中，α-ENaC基因作用尤為重要。人類α-ENaC基因某些堿基的突變，可導(dǎo)致肺泡液體清除率下降，引起呼吸窘迫綜合征[3]。

在發(fā)生炎癥反應(yīng)時，腫瘤壞死因子(TNF)、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β1、白介素(IL)等炎癥因子會減少ENaC表達(dá)并降低其活性，導(dǎo)致肺泡水腫。如：TNF-α能夠降低肺泡α-ENaC、γ-ENaC基因水平和蛋白質(zhì)表達(dá)，同時減少Na+的轉(zhuǎn)運(yùn)數(shù)量，使肺泡液體清除率下降；TGF-β1通過細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2，降低急性肺損傷(ALI)動物模型α-ENaC基因和蛋白表達(dá)；IL-1β通過激活p38MAPK信號通路，降低ENaCmRNA表達(dá)。近期研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠肺上皮細(xì)胞中，IL-1通過介導(dǎo)核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)通路可誘導(dǎo)α-ENaC的升高，部分涉及ERK 1/2和p38 MAPK信號通路刺激[4]。

1.1.2Na+-K+-ATP酶(NKA) Na+-K+-ATP酶，簡稱鈉泵，是一個由α、β及FXYD亞基組成的三聚體，F(xiàn)XYD與催化亞基α相互作用以調(diào)節(jié)Na+、K+、ATP與NKA親和力。FXYD5是FXYD亞基的1種，在肺中表達(dá)豐富，可以增加NKA活性和修飾β1亞基的糖基化狀態(tài)，但其胞外的O-糖基化結(jié)構(gòu)域會減弱細(xì)胞間的黏附，致使上皮組織容易遭受損害，引發(fā)疾病。

藥物、炎癥均能影響NKA表達(dá)，劉煥淼等[5]研究發(fā)現(xiàn)胰島素可以通過調(diào)控PI3K/AKT及PI3K/ERK通路部分解除脂多糖(LPS)對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞NKAα1亞基表達(dá)的抑制，上調(diào)NKA水平。在囊性纖維化小鼠鼻、肺上皮細(xì)胞中，F(xiàn)XYD5增加有助于增強(qiáng)NKA的活性。最近研究發(fā)現(xiàn)，向小鼠氣管內(nèi)滴入LPS會增加肺中FXYD5的水平，F(xiàn)XYD5通過NF-κB增加炎癥細(xì)胞向肺部聚集，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，但FXYD5的表達(dá)會損傷肺泡上皮屏障[6]。

1.2 水通道蛋白(AQPs) AQPs是一系列運(yùn)輸水的膜通道蛋白，它所介導(dǎo)的高效、被動轉(zhuǎn)運(yùn)是水分子跨膜運(yùn)輸?shù)闹饕緩?，是?xì)胞生命活動重要的基礎(chǔ)條件之一。眾多研究顯示，AQP1和AQP5對維持肺水平衡具有重要作用。AQP1主要位于細(xì)支氣管與肺毛細(xì)血管內(nèi)皮，參與肺間質(zhì)液體轉(zhuǎn)運(yùn)；AQP5主要位于Ⅰ型肺泡細(xì)胞(ATⅠ)頂膜面及腺泡細(xì)胞黏膜下層，參與ATⅠ水分子轉(zhuǎn)運(yùn)，清除肺泡腔內(nèi)多余的液體。

在病理情況下，AQP5表達(dá)降低可引起COPD患者的水代謝失衡，同時影響氣道黏液的黏稠度與纖毛清除功能。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)控AQP5的表達(dá)主要由MAPK途徑實(shí)現(xiàn)，包括ERK、p38MAPK、氨基端激酶(JIN)3條MAPKs信號通路，p38MAPK的活化可降低AQP5基因和蛋白表達(dá)。BA等[7]實(shí)驗(yàn)表明，在用LPS制備的ALI模型中，脂蛋白A4可以通過抑制p38MAPK和JNK的磷酸化而上調(diào)肺組織中AQP5的表達(dá)，對ALI肺泡液運(yùn)輸障礙的治療提供新思路。

1.3Na+和Cl-的轉(zhuǎn)運(yùn) 肺水平衡通過陽、陰離子通道共同實(shí)現(xiàn)，陽離子通道主要為鈉通道、環(huán)核苷酸門控離子通道和鉀通道，而陰離子通道主要為氯通道。囊性纖維化跨膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)體蛋白(CFTR)和Na-K-2CI協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(NKCC)是主要的Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：NKCC給上皮細(xì)胞提供Cl-；CFTR雙向轉(zhuǎn)運(yùn)氣道內(nèi)的Cl-，控制Cl-通道和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，參與調(diào)節(jié)水鹽代謝、黏液分泌和電解質(zhì)平衡，維持組織穩(wěn)態(tài)，同時增加肺水重吸收。

在急性肺損傷中，抑制CFTR表達(dá)能使小鼠肺泡清除率下降。CFTR過度表達(dá)可以減弱COPD小鼠模型中氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)對肺組織的傷害，其機(jī)制或與抑制MAPK /NF-κBp65信號通路相關(guān)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，CFTR通過增強(qiáng)PI3K/AKT/mTOR信號通路抑制LPS誘導(dǎo)的ALI小鼠細(xì)胞自噬[8]。

2 痰液黏度增加的機(jī)制

痰液黏度增加，成因于血管漏出或局部細(xì)胞分泌的大分子聚集于肺組織。機(jī)體受到刺激，血管通透性增加，血液內(nèi)大分子物質(zhì)滲漏到肺組織間隙，如血漿蛋白、炎性細(xì)胞等，同時氣道細(xì)胞分泌黏蛋白、抗菌分子等大分子物質(zhì)。

2.1 血管通透性增加 血管通透性主要由血管內(nèi)皮細(xì)胞(VEC)調(diào)節(jié)，其形成的內(nèi)皮屏障，參與調(diào)節(jié)血液和肺間質(zhì)之間的液體交換。內(nèi)皮細(xì)胞間連接分為緊密連接和黏附連接，緊密連接通過緊密連接蛋白claudin-5、occludin、閉鎖小帶(ZO-1)介導(dǎo)，黏附連接通過果膠和血管鈣黏蛋白(VE-cadherin)介導(dǎo)。VE-cadherin參與維持血管完整性，其改變能夠間接量化內(nèi)皮損傷程度，提示血管通透性改變。李志鵬[9]發(fā)現(xiàn)，中暑引起的熱打擊在早期引起p38磷酸化，并經(jīng)由p38 MAPK通路調(diào)節(jié)控制VE-Cadherin移位，破壞內(nèi)皮細(xì)胞間的黏附連接，增高人臍靜脈通透性。

LPS刺激氣道，p38MAPK/MAPK激酶(MKK)信號通路被激活，活化中性粒細(xì)胞和VEC產(chǎn)生炎癥因子，如TNF-α、IL-6等，上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達(dá)，如ICAM-1、VCAM-1，促進(jìn)白細(xì)胞黏附，介導(dǎo)白細(xì)胞迀移和趨化，參與炎癥反應(yīng)；而TNF-α等又能反過來激活p38MAPK/MKK通路，進(jìn)一步放大炎癥反應(yīng)?；罨闹行粤＜?xì)胞還可生成大量組織胺、緩激肽等介質(zhì)，這些介質(zhì)直接或間接作用于VEC，破壞細(xì)胞膜，致使其損傷、凋亡，促進(jìn)血管通透性增加。此外，血管中的VEGF、凝血酶和組胺等能引起VEC連接蛋白磷酸化，致使細(xì)胞連接分離甚至斷裂，血管通透性增加，血管中的大分子進(jìn)入組織間隙，組織間隙膠體滲透壓升高，引起組織水腫。宋珺等[10]研究發(fā)現(xiàn)，煙曲霉可能通過調(diào)控p38MAPK等通路增加肺微血管VEC的通透性。

2.2 氣道高分泌 除了血管漏出的大分子物質(zhì)，痰液還包括由氣道分泌細(xì)胞分泌的黏蛋白、抗菌分子(如防御素、溶菌酶)、免疫調(diào)節(jié)分子(如分泌球蛋白)和保護(hù)性分子(如三葉蛋白)等，其中黏蛋白(MUC)是痰液黏度增加的重要因素。在氣道黏液中，MUC5AC、MUC5B是主要的黏蛋白，同時含有微量的MUC2。MUC5AC由杯狀細(xì)胞分泌，MUC5B由大氣道黏膜下腺的黏液細(xì)胞分泌，而MUC2僅在黏膜下腺少量表達(dá)。

氣道表面黏液在生理情況下由水、電解質(zhì)和少量黏蛋白組成，參與清除呼吸道異物、維持氣道微環(huán)境和調(diào)節(jié)通氣功能等。當(dāng)氣道受到空氣污染物、細(xì)菌等直接刺激時，上皮杯狀細(xì)胞增生，黏膜下腺增生肥大，氣道中MUC5AC、MUC5B表達(dá)升高，痰量增加，痰液變酸黏稠。

MUC5AC的分泌受多種蛋白酶和信號通路的調(diào)節(jié)，中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶(NE)是其最有效的促分泌誘導(dǎo)劑。NE可通過表皮生長因子受體(EGFR)/ERK/NF-κB信號通路誘導(dǎo)MUC5AC分泌。ZHANG等人[11]研究指出，氨溴索能夠通過活化MAPK/ERK信號通路明顯抑制LPS誘導(dǎo)的人類氣道上皮細(xì)胞中MUC5AC的表達(dá)水平。研究表明，MUC5B與巨噬細(xì)胞的吞噬功能相關(guān)，敲除MUC5B基因，導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生非正常炎癥反應(yīng)，巨噬細(xì)胞凋亡，吞噬功能受損，最終降低呼吸道異物清除率。CHOI等[12]體外實(shí)驗(yàn)表明，亞洲沙塵可通過TLR4/ERK2和TLR4/p38 MAPK信號通路誘導(dǎo)人氣道上皮細(xì)胞中MUC8和MUC5B蛋白的表達(dá)。

3 中醫(yī)藥對痰液分泌的影響

中醫(yī)藥對抑制痰液分泌具有較好的療效，其研究方向主要集中于水通道蛋白和氣道黏液高分泌2個方面。曾偉等[13]發(fā)現(xiàn)二冬膏可降低ALI大鼠模型肺中IL-6、TNF-α炎癥因子的釋放，上調(diào)肺組織AQP1、AQP5蛋白和mRNA水平，抑制炎癥反應(yīng)，減輕肺水腫，改善ALI。川芎嗪也可通過上調(diào)肺組織AQP1、AQP5水平，減少急性呼吸窘迫綜合征動物模型肺泡腔中的水腫液，改善肺水腫[14]。尹碩淼[15]研究發(fā)現(xiàn)青天葵總黃酮能夠促進(jìn)ALI小鼠肺組織緊密連接蛋白Occludin表達(dá)，降低肺濕干重比，緩解小鼠肺水腫，還能減少肺泡灌洗液中的炎癥細(xì)胞數(shù)量，改善肺組織病理。姚楠等[16]研究發(fā)現(xiàn)劑量為4、8 g·kg-1當(dāng)歸能緩解陰虛證哮喘小鼠的陰虛表征，降低IL-13、TNF-α水平，抑制氣道杯狀細(xì)胞增生及MUC5AC高表達(dá)，進(jìn)而改善哮喘氣道黏液高分泌。周勇等[17]實(shí)驗(yàn)表明，麻杏二三湯能夠下調(diào)MUC5AC mRNA的表達(dá)，有效抑制哮喘小鼠氣道黏液高分泌。清金化痰湯可通過抑制COPD大鼠模型MAPK信號通路，降低肺組織EGFR、P-ERK、P-p38、MUC5AC蛋白表達(dá)，抑制氣道黏液分泌，修復(fù)炎癥損傷[18]。

4 結(jié)語與展望

痰液的分泌與細(xì)胞內(nèi)水和離子的轉(zhuǎn)運(yùn)、血管通透性的改變和氣道中黏蛋白的分泌有著密切聯(lián)系。鈉的主動轉(zhuǎn)運(yùn)和水通道蛋白轉(zhuǎn)移主要與痰量有關(guān)，而血管通透性和氣道黏液分泌則與痰質(zhì)相關(guān)。其中，MAPK相關(guān)信號通路參與調(diào)控痰液的生成過程，即MAPK通過參與肺泡上皮Na+的主動轉(zhuǎn)運(yùn)和降低AQP5的表達(dá)，增加痰液的量；通過增強(qiáng)血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性和促進(jìn)MUC5AC、MUC5B分泌，增加痰液黏度。目前，中醫(yī)藥抑制痰液分泌的研究主要致力于上調(diào)AQP表達(dá)和抑制MUC5AC分泌2個方面，對鈉的主動轉(zhuǎn)運(yùn)和血管通透性方面研究較少，且部分中藥是通過MAPK信號通路參與抑制痰液的分泌。MAPK相關(guān)信號通路可能是今后研究中醫(yī)藥防治痰液分泌機(jī)制的關(guān)鍵點(diǎn)。