基于“肺與大腸相表里”闡述水通道蛋白在慢性阻塞性肺疾病與腹瀉中的研究進(jìn)展

軒銀霜 卞晴晴 李亞 李素云

(1河南中醫(yī)藥大學(xué)，河南 鄭州 450000；2河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院)

“肺與大腸相表里”首載于《黃帝內(nèi)經(jīng)》，是中醫(yī)學(xué)重要的基礎(chǔ)理論之一，廣泛指導(dǎo)著中醫(yī)臨床實(shí)踐。肺與大腸在經(jīng)絡(luò)上相通，氣機(jī)上相合，在生理、病理及治療中相互影響，共同參與機(jī)體的水液代謝〔1,2〕。為了探索這一理論的現(xiàn)代科學(xué)依據(jù)，不少學(xué)者從組織胚胎發(fā)育領(lǐng)域〔2〕、公共黏膜免疫系統(tǒng)〔3,4〕、炎癥介導(dǎo)路徑〔5,6〕及肺腸菌群的互相影響〔7〕等方面進(jìn)行研究，并提出了“腸-肺”軸〔8〕這一概念，極大地豐富了“肺與大腸相表里”的內(nèi)涵。這一理論在水液代謝方面的應(yīng)用也被不斷提及，肺主通調(diào)水道，通過肅降作用將津液輸送至大腸；大腸主津，將重吸收的津液通過胃氣的作用上輸心肺，二者在水液代謝中密切關(guān)聯(lián)，共同維持體內(nèi)水液平衡。水通道蛋白(AQPs)作為膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，主要參與水的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，是研究肺與腸道水液代謝的重要定量指標(biāo)。本文通過闡述AQPs在慢性阻塞性肺疾病(COPD)與腹瀉中的異常表達(dá)及其相關(guān)性，對(duì)肺與大腸水液代謝的同步性進(jìn)行探討，以期進(jìn)一步闡釋“肺與大腸相表里”這一理論。

1 AQPs

AQPs是一種廣泛分布于細(xì)胞膜上的小而完整的膜蛋白，在細(xì)胞膜上形成孔隙，參與水和小溶質(zhì)(包括甘油、尿素等)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)〔9,10〕。第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的AQPs最初被稱為CHIP28(后來更名為AQP1)，當(dāng)在爪蟾卵母細(xì)胞中表達(dá)時(shí)，它增加了細(xì)胞膜滲透驅(qū)動(dòng)的水滲透性〔11〕。目前發(fā)現(xiàn)的AQPs共有13種，從AQP0到AQP12，在哺乳動(dòng)物中根據(jù)其功能特點(diǎn)被分為三個(gè)亞類：①AQPs：AQP0、AQP1、AQP2、AQP4、AQP5和AQP8對(duì)水具有選擇性滲透性；②水甘油通道蛋白：AQP3、AQP6、AQP7、AQP9和AQP10對(duì)水、甘油和尿素具有選擇性滲透性；③超級(jí)AQPs：AQP11和AQP12由于與其他AQPs的序列同源性低而不同，功能還沒有完全被發(fā)掘〔11,12〕。AQPs作為一類膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其特殊結(jié)構(gòu)使它在細(xì)胞膜水平上形成孔，能高效、選擇性和雙向地幫助水和(或)其他小的不帶電溶質(zhì)穿過細(xì)胞膜〔13〕，參與細(xì)胞水的快速流動(dòng)和細(xì)胞體積調(diào)節(jié)〔14〕。

2 AQPs在肺與腸道中的表達(dá)

2.1AQPs的肺部表達(dá) 在肺部表達(dá)的AQPs主要有AQP1、AQP3、AQP4和AQP5。AQP1主要在支氣管周圍毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞中表達(dá)〔15〕。AQP3在氣管、支氣管和細(xì)支氣管的基底細(xì)胞和上皮細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞中均有表達(dá)〔16〕。AQP4位于氣管、支氣管上皮的纖毛柱狀細(xì)胞的基底外側(cè)膜。AQP5在Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞的頂膜，黏膜下腺體和大氣道上皮中的腺泡上皮細(xì)胞有表達(dá)〔17〕。也有極少數(shù)的文獻(xiàn)表明AQP8和AQP9在支氣管上皮細(xì)胞有表達(dá)。

2.2AQPs的腸道表達(dá) 腸道是水液代謝的重要場(chǎng)所，AQP1～AQP11在腸道均有表達(dá)。AQP1在結(jié)腸隱窩底部上皮細(xì)胞的頂端〔18〕、淋巴乳糜〔19〕及小腸毛細(xì)血管和中心乳糜的內(nèi)皮細(xì)胞中有表達(dá)。AQP2在大鼠遠(yuǎn)端結(jié)腸表面吸收上皮細(xì)胞的頂端膜有表達(dá)，但處于邊緣作用〔19〕。AQP3在回腸和結(jié)腸上皮細(xì)胞的頂端和基底外側(cè)膜有顯著表達(dá)。AQP4表達(dá)于遠(yuǎn)端結(jié)腸表面上皮細(xì)胞頂膜和基底外側(cè)質(zhì)膜，大鼠小腸的吸收上皮和腺上皮細(xì)胞中〔19～21〕。少數(shù)文獻(xiàn)表明AQP5在腸上皮細(xì)胞、十二指腸的Brunner腺中表達(dá)。AQP6在大鼠小腸、結(jié)腸和盲腸中表達(dá)，并且大腸中的表達(dá)高于小腸。AQP7表達(dá)于結(jié)腸上皮細(xì)胞的頂膜和基底外側(cè)部分、結(jié)腸隱窩的基底外側(cè)部分和小腸表面上皮細(xì)胞的基底外側(cè)、頂端〔22〕。AQP8在結(jié)腸上皮和結(jié)腸隱窩的頂端、基底外側(cè)和細(xì)胞質(zhì)，回腸表面上皮細(xì)胞頂端、基底外側(cè)膜中均有表達(dá)。AQP9在小鼠結(jié)腸隱窩底部的杯狀細(xì)胞和小鼠小腸分泌黏液的上皮細(xì)胞中表達(dá)。AQP10表達(dá)于大腸上皮細(xì)胞的頂膜，小腸吸收上皮細(xì)胞頂膜，并且在十二指腸和空腸中的表達(dá)明顯高于回腸。AQP11在大腸上皮細(xì)胞的頂膜，十二指腸中表達(dá)〔23〕。

3 AQPs與COPD

COPD以持續(xù)的呼吸道癥狀和氣流受限為特征，主要表現(xiàn)為呼吸困難、咳嗽、咳痰，呈間歇性加重，黏液脫水和黏液清除受損是COPD的常見特征〔24,25〕。COPD的發(fā)病與AQPs關(guān)系密切，尤其是AQP5。AQP5在肺液運(yùn)輸中具有重要作用，影響氣道黏液高分泌和氣道濕化功能〔26〕。作為位于頂端的流體調(diào)節(jié)通道，AQP5與上皮性鈉通道(ENaC)、囊性纖維化跨膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)器(CFTR)可以作為COPD的生物標(biāo)志物和有效的藥物靶點(diǎn)〔27〕。

AQP5蛋白水平與COPD嚴(yán)重程度相關(guān)，具體表現(xiàn)在肺功能和氣體交換上。AQP5下降則肺功能下降，氣體交換障礙，AQP5與肺活量和第一秒用力呼氣容積(FEV1)呈正相關(guān)〔11〕。AQP5的表達(dá)還與氣道中的液體分泌有關(guān)，AQP5的缺失會(huì)導(dǎo)致小鼠上呼吸道分泌更多的濃縮蛋白和黏液。黏液主要由黏蛋白(MUC)5AC組成，COPD大鼠肺組織中MUC5AC的表達(dá)升高，AQP5表達(dá)降低，且MUC5AC與AQP5表達(dá)之間存在相關(guān)性〔17〕。AQP5主要在肺泡Ⅰ型細(xì)胞中表達(dá)，Ⅰ型肺泡細(xì)胞覆蓋了肺泡95%的表面積。AQP5表達(dá)減少可能導(dǎo)致Ⅰ型肺泡細(xì)胞的丟失和氣囊的脫水〔27〕。除AQP5下調(diào)之外，AQP1和AQP4在COPD模型組的表達(dá)也降低〔28〕。

4 AQPs與腹瀉

腹瀉是一種常見的病理學(xué)現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用于不同的動(dòng)物模型。胃腸道液體分泌過多和結(jié)腸水分吸收缺陷是腹瀉發(fā)病的重要因素，導(dǎo)致液體和電解質(zhì)的快速流失。另外，AQPs可能參與糞便內(nèi)容物的正常脫水。因此，AQPs的調(diào)控可能在腹瀉發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

AQPs在不同類型的腹瀉中通常是下調(diào)的。高酪蛋白水平飲食可以通過抑制AQP1、AQP3、AQP8和AQP10的表達(dá)，最終誘導(dǎo)仔豬腹瀉〔29〕；番瀉葉苷(SS)導(dǎo)致大鼠腹瀉，可以顯著下調(diào)結(jié)腸AQPs(AQP4、AQP5、AQP6、AQP7和AQP8)的表達(dá)〔12〕；在胃腸道暴露于汞后引起的腹瀉中，汞可抑制AQPs，顯著下調(diào)大鼠腸道AQP3和AQP7蛋白的表達(dá)〔30〕。這些不同原因引起的腹瀉都是通過AQPs的下調(diào)，阻止水分進(jìn)入細(xì)胞，使水的吸收和分泌不平衡，從而導(dǎo)致腸液積聚，糞便的含水量增加，最終導(dǎo)致腹瀉。

5 COPD與腹瀉中的AQPs

COPD是一種全身性疾病，包括慢性支氣管炎和肺氣腫等臨床亞表型〔31〕。腸道功能障礙作為COPD患者常見的肺外并發(fā)癥之一，可引起食欲減退、腹脹、腹瀉、便秘等癥狀，加重營養(yǎng)不良，導(dǎo)致呼吸肌力量下降，影響疾病的預(yù)后〔32～34〕。

5.1肺病及腸 COPD發(fā)病時(shí)，不僅肺組織AQPs下調(diào)，還會(huì)影響到結(jié)腸水液代謝，導(dǎo)致腹瀉，結(jié)腸AQPs也出現(xiàn)下調(diào)。姚銳等〔35〕采用單純煙熏法建立大鼠支氣管炎模型，使用免疫組化和Western印跡的方法檢測(cè)大鼠肺組織與腸組織中AQPs的蛋白表達(dá)。與空白組相比，模型組大鼠不僅出現(xiàn)咳嗽、喘鳴等肺部癥狀，氣道阻力增加、肺功能降低，肺組織AQP1表達(dá)下降；還表現(xiàn)出便溏、結(jié)腸腫脹、濕重指數(shù)升高等腸道病變，結(jié)腸組織AQP4表達(dá)也明顯下調(diào)。孫香蕾等〔36〕用同樣的方法制備慢性支氣管炎大鼠模型，采用免疫組化法觀察肺與結(jié)腸AQP4表達(dá)的變化，并計(jì)算其光密度值，發(fā)現(xiàn)AQP4在氣道與腸道黏膜處表達(dá)明顯。與空白組相比，模型組不僅表現(xiàn)出咳嗽癥狀，肺組織中AQP4表達(dá)明顯降低，淋巴細(xì)胞浸潤；同時(shí)出現(xiàn)了糞水含量增加、排軟便且近端結(jié)腸AQP4表達(dá)顯著下降，炎細(xì)胞浸潤的腸道病理表現(xiàn)，驗(yàn)證了AQPs可能是“肺病及腸”中“水濕”的生物學(xué)基礎(chǔ)。

5.2腸病及肺 潰瘍性結(jié)腸炎所致泄瀉中，結(jié)腸AQPs水平下降，呼吸功能也出現(xiàn)障礙，肺組織AQPs水平隨之下降。為了進(jìn)一步驗(yàn)證“肺與大腸相表里”中肺與大腸在疾病傳變中的相互影響，姚銳等〔37〕采用三硝基苯磺酸聯(lián)合乙醇法制備潰瘍性結(jié)腸炎大鼠模型，同樣使用Western印跡法定量檢測(cè)肺與結(jié)腸組織中的AQPs蛋白表達(dá)。與空白組相比，潰瘍性結(jié)腸炎模型組大鼠便溏，結(jié)腸組織AQP4蛋白下降；還出現(xiàn)鼻出血、咳嗽等肺部表現(xiàn)，氣道阻力增加，肺功能降低，肺組織AQP1表達(dá)也降低，腸道疾病影響到了肺功能的正常發(fā)揮。

5.3肺病治腸，腸病治肺，肺腸同治 治療肺部疾病時(shí)，使用/加用治腸的方藥(以小承氣湯為代表)，可下調(diào)結(jié)腸AQPs，也可以改善肺部癥狀，上調(diào)肺部AQPs。姚銳等〔35〕在肺與大腸治療上也有研究，小承氣湯“瀉腸清肺”灌胃治療大鼠支氣管炎后，重瀉腑的小承氣湯明顯改善了肺功能和低氧高酸狀態(tài)，驗(yàn)證了“瀉腸”所具的清肺效應(yīng)，不僅下調(diào)了結(jié)腸組織AQP4表達(dá)，導(dǎo)致腹瀉的暫時(shí)加??；還上調(diào)了肺組織AQP1表達(dá)，緩解了咳喘癥狀，通因通用，“瀉腸水”以“清肺痰濕”。對(duì)潰瘍性結(jié)腸炎大鼠進(jìn)行具有“宣肺”功能的三拗湯灌胃給藥后，不僅改善了呼吸功能，促使肺組織AQP1表達(dá)升高；“宣肺”的同時(shí)又“調(diào)腸”，可觀察到大鼠糞便含水量下降，泄瀉好轉(zhuǎn)，結(jié)腸組織AQP4蛋白含量升高〔37〕。祝小惠等〔38,39〕、鐘相根等〔40〕采用氣管注脂多糖(LPS)加熏香煙法聯(lián)合建立COPD大鼠模型，使用鏈轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)法檢測(cè)肺組織AQPs表達(dá)水平。發(fā)現(xiàn)模型組大鼠MUC5AC表達(dá)增加，氣道黏液高分泌；氣道AQP1、AQP3、AQP5 mRNA表達(dá)減少，氣道濕化功能和氣道表面液體調(diào)節(jié)功能減弱；核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB表達(dá)增強(qiáng)，氣道炎癥加重，并且AQPs與NF-κB的mRNA水平呈負(fù)相關(guān)；使用生大黃的治腸組或灌胃宣白承氣湯的肺腸同治組上述癥狀均明顯改善，氣道AQP1、AQP3、AQP5表達(dá)增強(qiáng)，氣道濕化功能改善，且肺腸同治組療效明顯優(yōu)于單純治肺組。

從上述動(dòng)物實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，AQPs作為水液代謝相關(guān)定量指標(biāo)，在COPD與腹瀉的病理傳變中具有同步性，肺部病變時(shí)AQPs下調(diào)，腸道AQPs也隨之下調(diào)，治療時(shí)二者也有相關(guān)性，初步得出AQPs可以作為肺與大腸水液代謝相關(guān)物質(zhì)基礎(chǔ)這一結(jié)論，豐富了“肺與大腸相表里”這一理論。同時(shí)，在AQPs下調(diào)時(shí)，肺、腸道炎細(xì)胞浸潤增多，肺部NF-κB表達(dá)增強(qiáng)且與AQPs水平呈負(fù)相關(guān)，由此可以推斷，AQPs在肺與腸道疾病中的調(diào)節(jié)可能與病變過程中炎癥反應(yīng)相關(guān)。

綜上，關(guān)于“肺與大腸相表里”的研究不斷增加，有學(xué)者從“津液相關(guān)”角度出發(fā)，希望能更全面地揭示這一理論的深刻內(nèi)涵。目前有關(guān)于AQPs在肺與腸道相關(guān)性方面的研究局限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，臨床中少有報(bào)道，并且在驗(yàn)證時(shí)也多是在趨勢(shì)上分析肺與腸道AQPs的變化，并沒有進(jìn)一步的相關(guān)性分析作為依據(jù)。因此，圍繞肺部和腸道AQPs的表達(dá)及相關(guān)性進(jìn)行探索，將有利于揭示水液代謝在肺與大腸疾病與治療中的動(dòng)態(tài)變化，更加科學(xué)、全面地揭示“肺與大腸相表里”的理論內(nèi)涵，這對(duì)于指導(dǎo)臨床肺與腸道疾病的治療具有重要意義。