毒蕈堿樣膽堿能受體在慢性阻塞性肺疾病中的作用

賴 乾 張 毅 李金田 李 娟 袁振潔 (甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000)

毒蕈堿樣膽堿能受體在慢性阻塞性肺疾病中的作用

賴 乾 張 毅 李金田 李 娟 袁振潔 (甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000)

慢性阻塞性肺疾??；毒蕈堿樣膽堿能受體

慢性阻塞性肺疾病(COPD)以中央氣道黏液分泌增加，小氣道壁損傷和修復(fù)反復(fù)發(fā)生導(dǎo)致氣道重塑，引起固定性氣道阻塞及不可逆性肺泡結(jié)構(gòu)喪失為主要的病理特征〔1〕。毒蕈堿樣膽堿能受體(mAchR，簡稱M受體)是氣道中主要的副交感神經(jīng)遞質(zhì)，通過膽堿能神經(jīng)釋放的乙酰膽堿(Ach)調(diào)節(jié)氣道平滑肌張力和黏液的分泌，是COPD 患者氣道最主要的可逆性成分。M受體在改善哮喘和COPD等呼吸系統(tǒng)疾病的氣道炎癥和氣道重塑方面具有重要作用〔2〕。本文綜述總結(jié)近年來關(guān)于M受體在COPD中的作用。

1 M受體概述

M受體為鳥苷酸調(diào)節(jié)蛋白(G蛋白)耦聯(lián)、由第二信使受體介導(dǎo)的受體家族〔3〕，主要分布于副交感神經(jīng)節(jié)后纖維所支配的效應(yīng)細(xì)胞，通過與不同的G 蛋白結(jié)合，引起不同的生理生化效應(yīng)，其作用的不同與它存在多種亞型和分布部位不同有關(guān)。且M 受體是一種位于細(xì)胞膜上的糖蛋白，分子量約為50 000 kD，由一條肽鏈組成，肽鏈N端位于膜外，有1個或多個羰基化位點，C 端伸入細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，具有特異的空間結(jié)構(gòu)及立體選擇性。M受體氨基酸順序形成 7個跨膜區(qū)(TMⅠ～Ⅶ)、3 個胞內(nèi)環(huán)(i1～i3)和3個胞外環(huán)(o1～o3)，其中7個跨膜區(qū)在細(xì)胞膜上呈輪輻狀排列，形成一個朝向細(xì)胞外的跨膜“凹穴”，這是M受體與激動劑或拮抗劑結(jié)合的部位；配基識別位點位于跨膜區(qū)外側(cè)，其中第三跨膜區(qū)的Asp殘基是M受體激動劑Ach和拮抗劑苯丙膽堿烷基化的特異性位點H。另有相關(guān)研究表明，M 受體第六跨膜區(qū)的Asn殘基是與拮抗劑尤其是阿托品類結(jié)合的重要基團(tuán)〔4〕。M受體細(xì)胞外環(huán)的第一和第三環(huán)間的半胱氨酸殘基形成二硫鍵；而第二細(xì)胞內(nèi)環(huán)與細(xì)胞質(zhì)膜之間的氨基酸三聯(lián)體(Asp、Arg、Tyr)對于受體的表達(dá)及功能具有重要意義〔4〕。

目前確定的M受體有5 種亞型，即M1～M5，其中M1、M2和M3 受體存在于人類肺臟〔5〕，與COPD 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。M受體各亞型的基因染色體分別定位于11q12-13、7q35-36、1q43-44、11p12-11.2 和 15q26，并且發(fā)現(xiàn)脊椎動物與哺乳類M受體基因的編碼區(qū)極其相近。M受體各亞型具有高度的同源性，與配體結(jié)合的“凹穴”空間結(jié)構(gòu)也很相似，共享有約145個氨基酸殘基，而各亞型結(jié)構(gòu)上的差異主要在介于TM5和TM6之間的i3環(huán)，M1～M5的i3環(huán)長度分別為156，181，241，184，230個氨基酸，這也是各受體亞型與G蛋白耦聯(lián)特異性的原因之一。i3 環(huán)上鄰近TM5、TM6的部分殘基延續(xù)該兩跨膜區(qū)的柱狀α螺旋結(jié)構(gòu)，其中幾個關(guān)鍵氨基酸殘基與G蛋白結(jié)合并介導(dǎo)一系列生理效應(yīng)。定位突變實驗表明，i3 環(huán)N端16～17個氨基酸決定M受體亞型與G蛋白間的選擇性耦聯(lián)，其中關(guān)鍵殘基有如M1亞型的Tyr202(等同于M3中的Tyr255，M5中的Tyr207)等〔6〕。

M受體被激活后通過與其耦聯(lián)的G蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)后續(xù)信號，引起細(xì)胞內(nèi)多種生理生化作用。Ml、M3、M5受體與Gq/11耦聯(lián)，受體的激活引起G蛋白三聚體解離，α亞單位與三磷酸鳥苷(GTP)結(jié)合，激活磷脂酶(PL)Cβ，三磷酸肌醇(IP3)和二酯酰甘(DAG)合成增多，引起細(xì)胞內(nèi)鈣庫釋放，細(xì)胞內(nèi)鈣濃度增加，進(jìn)而引起蛋白激酶(PK)C、腺苷酸環(huán)化酶(AC)、磷酸二酯酶(PDE)、鈣調(diào)(Ca M)等活性的改變。M2、M4受體與Gi和Go耦聯(lián)，解聚后的α亞單位引起AC抑制，第二信使環(huán)磷酸腺苷(cAMP)的合成減少，而β、γ亞單位可使PLC和AC的活性增強〔7〕。上述兩種信號傳導(dǎo)機(jī)制不同，但在組織器官功能調(diào)節(jié)中的作用相輔相成。

2 M受體各亞型在COPD中的作用

2.1M1受體 M1占M受體總量的50%～60%，主要存在于副交感神經(jīng)節(jié)，氣道交感神經(jīng)末端。在人體肺臟主要表達(dá)于支氣管成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞，肺組織中的交感神經(jīng)上有興奮型M1，其不直接調(diào)節(jié)氣道平滑肌，而是增加去甲腎上腺素的釋放，阻止膽堿引起的支氣管收縮；也在黏膜下腺體表達(dá)，調(diào)節(jié)水和電解質(zhì)的分泌的功能；也分布在肺動脈平滑肌，擴(kuò)張肺動脈〔8〕。

2.2M2受體 M2受體是自身受體 主要存在于Ach節(jié)后神經(jīng)，其次為呼吸道平滑肌和交感神經(jīng)。在人體肺臟主要表達(dá)于支氣管成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，其作用是間接的，表現(xiàn)為阻止β-腎上腺素引起的支氣管舒張，使支氣管平滑肌收縮。突觸前的M2可以自身激活，關(guān)閉電壓門控的Ca2+通道，負(fù)反饋調(diào)節(jié)Ach的釋放，M2與迷走神經(jīng)末端釋放Ach結(jié)合，減少Ach的釋放，抑制平滑肌收縮；另外氣道平滑肌細(xì)胞膜上的M2可通過抑制腺苷酸環(huán)化酶和依賴Ca2+的K+通道來阻止β-腎上腺素引起的支氣管舒張，使支氣管收縮?？傊?，M2起負(fù)反饋性保護(hù)作用，抑制神經(jīng)系統(tǒng)的功能過度亢進(jìn)〔9〕。

2.3M3受體 M3主要表達(dá)于氣道平滑肌細(xì)胞、黏膜下腺體、肺血管中。M3在肺部呼吸道平滑肌的量雖然很少，但 M3可聯(lián)合M1主要通過Gq蛋白作用于磷脂酸肌醇系統(tǒng)激活磷脂酶C，生成IP3和DAG，增加細(xì)胞質(zhì)中的Ca2+水平，導(dǎo)致支氣管平滑肌收縮。氣道平滑肌細(xì)胞上分布有高密度的KCA通道。平滑肌細(xì)胞收縮時，胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度升高可激活該通道，K+外流使細(xì)胞復(fù)極化，平滑肌舒張。該通道是舒張的重要環(huán)節(jié)。M3在黏膜下腺體，調(diào)控氣道水、黏液和電解質(zhì)的分泌；也能開放肺泡上皮鈉通道，增加肺泡上皮液體轉(zhuǎn)運。在肺血管，當(dāng)迷走神經(jīng)受到刺激后，M3可能調(diào)節(jié)膽堿產(chǎn)生血管的舒張反應(yīng)，其機(jī)制是由于激動血管內(nèi)皮細(xì)胞M3亞型，導(dǎo)致內(nèi)皮依賴性舒張因子(EDRF)即一氧化氮(NO)釋放，從而引起鄰近平滑肌細(xì)胞松弛〔10〕。

2.4M4和M5受體 M4和M5是最后被克隆出的受體亞型，不僅在體內(nèi)的表達(dá)水平很低，而且又缺乏高選擇性的配體和特異性的抗體。目前，了解到M4存在兔的肺臟中；M5受體影響一些神經(jīng)遞質(zhì)(NO和DA)的作用而在體內(nèi)發(fā)揮著重要的生理作用，如認(rèn)知、記憶、精神活動、中樞血液運行及行為習(xí)慣的產(chǎn)生等；M5受體可激活HEK293細(xì)胞上重組表達(dá)的抑制性M電流(Im)，表明M5受體可通過Im來調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性傳導(dǎo)〔11〕。

3 M受體各亞型在COPD中的應(yīng)用

Kistemaker等〔12〕研究顯示Ach的支氣管擴(kuò)張藥具有抗感染和氣道重塑作用。Sales〔13〕也驗證了M受體的抗感染作用。Kistemaker等〔12〕證實Ach通過誘導(dǎo)機(jī)械張力或自分泌/旁分泌機(jī)制調(diào)節(jié)COPD患者氣道上皮細(xì)胞增殖和促纖維化反應(yīng)。Ach 刺激M受體可增強轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β1誘導(dǎo)的收縮蛋白的表達(dá)，而M受體阻斷劑可明顯抑制氣道平滑肌重構(gòu)和肥厚、收縮蛋白的表達(dá)及TGF-β1 的表達(dá)〔14〕。M受體激活增強氣道平滑肌細(xì)胞血小板衍生生長因子(PDGF)和表皮生長因子(EGF)的促有絲分裂效應(yīng)〔15〕；刺激M受體可增強TGF-β1 誘導(dǎo)的收縮蛋白表達(dá)〔14〕。

有研究證明通過激活M受體1從而降低磷酸肌醇脂質(zhì)，并提高細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平的過程對COPD的治療提供了很大的幫助〔16〕。M2受體影響氣道平滑肌增殖〔17〕。M受體阻斷劑可明顯抑制氣道平滑肌重構(gòu)和收縮蛋白的表達(dá)〔18〕，抑制氣道平滑肌的肥厚和TGF-β1 的表達(dá)〔19〕。選擇性M受體3拮抗劑可抑制卵蛋白誘導(dǎo)的白細(xì)胞介素(IL)-5 mRNA、IL-4 mRNA、基質(zhì)金屬蛋白(MMP)-9 mRNA 的表達(dá)，氣道黏蛋白分泌及肺組織膠原的沉積〔20〕，如吸入乙酰甲膽堿可促進(jìn)TGF-β和Ⅰ型膠原的表達(dá)誘導(dǎo)氣道重塑〔21〕，M受體阻斷劑可抑制支氣管的膠原沉積〔22〕。腫瘤壞死因子(TNF)-α和IL-1β還可以通過增加 Gi 和 Gqα 蛋白在呼吸道平滑肌上的表達(dá)引起Ca2+釋放增加和呼吸道收縮。此外，CD38/環(huán)化腺苷二磷酸核糖(cADPR)可顯著增加M受體引起的肺順應(yīng)性改變，該現(xiàn)象可在缺乏CD38的基因剔除鼠中觀察到。從缺乏M3受體和M3、M2受體的基因剔除鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，缺乏M3 受體的小鼠肺中，支氣管的收縮下降了60%〔23〕。

4 代表藥物

抗膽堿藥物是用于COPD患者最有效的支氣管舒張藥物之一，包括長效抗膽堿藥物和短效抗膽堿藥物，長效抗膽堿藥物以選擇性阻斷M受體2或M受體3的噻托溴銨為代表，短效抗膽堿藥物以非選擇性M受體阻斷劑的異丙托溴銨為代表。噻托溴銨是一種新型、高效、長效的季銨類吸入型抗膽堿藥，目前已被廣泛應(yīng)用于COPD的臨床治療中，具有舒張支氣管、抑制氣道重塑和抗感染作用，能夠高選擇性作用于膽堿能M受體1和M受體3，從而抑制Ach的釋放，具有強大而持久的支氣管舒張作用；對M受體2選擇性較低，可避免唾液分泌、瞳孔散大等不良反應(yīng)，同時也避免了M受體2阻斷后可能導(dǎo)致的部分患者支氣管反常收縮，因此安全性較好〔24〕。噻托溴銨還可以抑制支氣管上皮細(xì)胞氣道黏液中黏蛋白 MUC5AC 的高表達(dá)及黏液腺的過度肥大〔25〕。噻托溴銨粉吸入劑是能夠解除氣道痙攣、舒張氣道、抑制黏膜內(nèi)腺體分泌的新型抗膽堿能支氣管舒張劑，是目前治療COPD的理想抗膽堿能藥物。臨床藥理學(xué)研究表明〔26〕，噻托溴銨對COPD患者的臨床癥狀有明顯的改善作用，特別是在夜間其緩解支氣管收縮的作用更為明顯。同時，COPD患者連續(xù)使用噻托溴銨1年以上，患者的肺功能依舊保持良好反應(yīng)，提示噻托溴銨對慢阻肺患者不會產(chǎn)生快速耐藥。異丙托溴銨是一種含有正四價氮原子的吸入型季銨類抗膽堿藥，臨床較常用。異丙托溴銨對M受體型無選擇性，霧化吸入后產(chǎn)生抗膽堿能作用，可阻止Ach和支氣管平滑肌上M受體結(jié)合，從而引起細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)濃度的升高及大、中氣道的舒張，同時也可調(diào)節(jié)黏液腺體的分泌，改善纖毛運動，減少氣道的分泌物，從而減輕對支氣管的刺激。研究證實異丙托溴銨能明顯改善COPD患者的肺功能和運動耐量，緩解患者呼吸困難癥狀〔27〕。

5 結(jié) 語

M受體的激活在COPD的發(fā)生發(fā)展及疾病嚴(yán)重程度方面起著重要作用，阻斷這些受體或抑制其活性可引起呼吸道平滑肌松弛、呼吸道舒張及黏液分泌減少，從而減輕氣道增殖、呼吸道阻塞，緩解COPD患者的癥狀。因此，M受體對研究COPD的防治方面具有重要的意義。

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R692

A

1005-9202(2017)24-6256-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.24.109

國家自然科學(xué)基金項目(No.81460709)

李金田(1964-)，男，碩士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事經(jīng)方防治肺系疾病的研究。

賴 乾(1990-)，女，碩士，主要從事經(jīng)方防治肺系疾病的研究。

〔2017-07-11修回〕

(編輯 袁左鳴/滕欣航)