上皮鈉通道與炎癥性腸病關(guān)系的研究進(jìn)展*

王丹丹 楊貝貝 高 闖 杜曉博 耿 麗 王許平 馮百歲

鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(450014)

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一類病因和發(fā)病機(jī)制尚未完全明確的慢性非特異性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)和克羅恩病(Crohn’s disease, CD)。目前國(guó)內(nèi)外IBD的發(fā)病率均呈增加的趨勢(shì)[1]。越來(lái)越多的證據(jù)表明上皮鈉通道(epithelial sodium channel, ENaC)與IBD密切相關(guān)[2-3]。了解ENaC與IBD的關(guān)系，有利于進(jìn)一步理解IBD的發(fā)病機(jī)制并為治療提供新的方法。本文就ENaC與IBD關(guān)系的研究進(jìn)展作一簡(jiǎn)要綜述。

一、ENaC的結(jié)構(gòu)、分布和功能

ENaC是非電壓門控離子通道，屬ENaC/Degenerin家族成員[4-5]，是一種糖基化的大分子蛋白。該通道對(duì)Na+具有高度選擇性，可被阿米洛利阻斷。插入膜中的通道數(shù)量、通道開放率或通道開放時(shí)間可調(diào)節(jié)ENaC通道的活性。ENaC可在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體進(jìn)行合成和加工，成熟的ENaC以胞吐的方式融合于細(xì)胞膜，隨后被泛素化以胞吞的方式進(jìn)入細(xì)胞降解[6-7]。人ENaC是由三個(gè)具有相當(dāng)氨基酸同源性和相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的亞基α、β、γ組成，分別由SCNN1A、SCNN1B、SCNN1G基因編碼。每個(gè)亞基具有兩個(gè)跨膜螺旋(TM1和TM2)，構(gòu)成胞質(zhì)氨基和羧基末端[8]。細(xì)胞質(zhì)側(cè)結(jié)構(gòu)域包含被特定激酶磷酸化的位點(diǎn)，具有指導(dǎo)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-脂質(zhì)相互作用、影響通道門控或轉(zhuǎn)運(yùn)的特定基序，是直接影響通道門控或轉(zhuǎn)運(yùn)的位點(diǎn)，在膀胱、腎集合管、腸道、肝臟、肺臟等可見表達(dá)。結(jié)腸是鈉通道表達(dá)的重要部位。小腸鈉通道并非Na+重吸收的主要途徑，而主要通過(guò)糖或氨基酸的同向轉(zhuǎn)運(yùn)或Na+/H+交換[9]。ENaC負(fù)責(zé)Na+的限速重吸收，從而在維持鈉穩(wěn)態(tài)[10]、細(xì)胞外液總量、血壓[9]和腎臟K+分泌[11]中起重要作用。亞單位的不同組合組成的通道可能具有不同的生物物理性質(zhì)。此外，通道誘導(dǎo)對(duì)頂端Na+通透性的增加程度可能在不同組織、物種和發(fā)育階段之間有明顯差異[9]。

二、ENaC的信號(hào)通路

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPK)是最主要的促炎細(xì)胞因子激活信號(hào)通路，包括細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)、JNK和p38MAPK。ERK和p38MAPK在轉(zhuǎn)錄、翻譯和翻譯后修飾的不同階段以各種方式調(diào)節(jié)ENaC。研究[12]證實(shí)，ERK參與細(xì)胞因子誘導(dǎo)的ENaC抑制和表皮生長(zhǎng)因子(EGF)介導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠模型中Na+轉(zhuǎn)運(yùn)的恢復(fù)。泛素連接酶Nedd4負(fù)責(zé)ENaC的泛素化和降解[6,13]。Nedd4-2可在表達(dá)ENaC的組織中表達(dá)，并在調(diào)節(jié)通道活性中具有關(guān)鍵作用[11]。Nedd4-2 WW結(jié)構(gòu)域在體外與ENaC亞基的羧基末端富含脯氨酸的脯氨酸-酪氨酸(PY)基序相互作用[6,14]。與WW1相比，PY基序可更好地與WW2和WW3結(jié)合。ERK可直接磷酸化βT613和γT623，緊鄰Nedd4-2結(jié)合必需的PY基序[14]，促進(jìn)通道與Nedd4之間的相互作用，從而下調(diào)ENaC，抑制ENaC活性。因此，ERK可抑制ENaC亞基的轉(zhuǎn)錄，使ENaC mRNA不穩(wěn)定，并增強(qiáng)ENaC亞基的泛素化和蛋白酶體降解[13-14]。ERK可能還可與其他激酶共同對(duì)βT613和γT623進(jìn)行磷酸化，有利于ENaC與Nedd4相互作用并下調(diào)通道。Nedd4-2、SGK1、GILZ1以及Raf-MAP激酶信號(hào)通路成員存在于與ENaC相關(guān)的復(fù)合物中，稱為ENaC調(diào)節(jié)復(fù)合物[7,15]。但Nedd4-2與Nedd4-1功能存在差異[14]，故ENaC調(diào)節(jié)復(fù)合物的功能需進(jìn)一步研究進(jìn)行評(píng)估。

Zeissig等[16]的研究將大鼠遠(yuǎn)端結(jié)腸暴露于大量腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor alpha, TNF-α)中，成功模擬了CD患者的變化；TNF-α可呈時(shí)間依賴性地磷酸化ERK1/2、p38MAPK和JNK，激活MAPK。MAPK/ERK選擇性抑制劑U0126可阻斷TNF-α對(duì)ENaC依賴性電Na+吸收的抑制，無(wú)TNF-α存在時(shí)，電Na+的吸收未受影響。而p38MAPK和JNK抑制劑對(duì)TNF-α介導(dǎo)的ENaC抑制并無(wú)影響。

已知調(diào)節(jié)ENaC的其他一些細(xì)胞外或細(xì)胞內(nèi)信號(hào)原則上可激活ERK[14]。低血壓休克是一種ERK激活因子，其在極度滲透壓的上皮細(xì)胞中起重要作用。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)可抑制醛固酮誘導(dǎo)的Na+電導(dǎo)。ERK參與Ca2+誘導(dǎo)的Na+轉(zhuǎn)運(yùn)抑制。與激活ERK相關(guān)的其他因素有待進(jìn)一步研究。

總之，目前研究已證實(shí)ERK通過(guò)增強(qiáng)ENaC與Nedd4的通道關(guān)聯(lián)來(lái)降低ENaC活性。Na+轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中生理調(diào)節(jié)的確切作用有待進(jìn)一步研究。

三、ENaC與IBD的關(guān)系

IBD是一種自身免疫相關(guān)疾病，可導(dǎo)致嚴(yán)重的腹瀉、腹痛、直腸出血等癥狀。IBD患者腹瀉的精確機(jī)制尚不清楚，在葡聚糖硫酸鈉(dextran sulphate sodium, DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型中發(fā)現(xiàn)，腹瀉的發(fā)生與活性Na+吸收減少密切相關(guān)[3]。因此推測(cè)，在IBD患者體內(nèi)炎癥可能導(dǎo)致離子轉(zhuǎn)運(yùn)和上皮屏障功能受損，影響ENaC介導(dǎo)的Na+轉(zhuǎn)運(yùn)并改變緊密連接功能，導(dǎo)致吸收不良和滲出性腹瀉。在正常人類遠(yuǎn)端結(jié)腸和直腸中，電Na+吸收(由ENaC介導(dǎo))是主要的Na+吸收過(guò)程，造成管腔負(fù)性透壁黏膜電勢(shì)差[17]。電勢(shì)差丟失是活動(dòng)性UC患者黏膜炎癥的特征，與電Na+吸收受損呈正相關(guān)，可反映頂端ENaC的明顯功能障礙[2]。而在回腸末端受累的活動(dòng)性CD患者非炎癥性乙狀結(jié)腸段中，ENaC介導(dǎo)的電Na+吸收亦明顯受損[16]。推測(cè)ENaC下調(diào)，Na+吸收減少，導(dǎo)致IBD相關(guān)腹瀉。CD患者非炎癥性腸段由于γ-ENaC轉(zhuǎn)錄減少，通過(guò)ENaC吸收的電Na+顯著受損[16]。在UC患者中，升高的促炎細(xì)胞因子選擇性地降低β-和γ-ENaC表達(dá)，通過(guò)降低結(jié)腸Na+吸收而導(dǎo)致腹瀉[2]。由此可見，ENaC與IBD密切相關(guān)，誘導(dǎo)ENaC轉(zhuǎn)錄表達(dá)可能是治療IBD患者腹瀉的潛在治療靶點(diǎn)[2,16]。

1. ENaC與TNF-α：TNF-α作為重要的促炎因子和免疫調(diào)節(jié)因子，在IBD的發(fā)病過(guò)程中參與炎癥的發(fā)生以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。Barmeyer等[18]對(duì)CD患者的研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α可抑制醛固酮誘導(dǎo)的電Na+轉(zhuǎn)運(yùn)。結(jié)果顯示，TNF-α培養(yǎng)6 h后，上皮電阻僅略微降低了20%。以往研究已證實(shí)，早期醛固酮對(duì)β和γ亞基mRNA表達(dá)的影響與電Na+轉(zhuǎn)運(yùn)的增加之間存在直接相關(guān)性。其可能的原因是β-和γ-ENaC轉(zhuǎn)錄受到抑制，而非α-ENaC，TNF-α可降低電Na+轉(zhuǎn)運(yùn)。該研究在含有γ-ENaC啟動(dòng)子區(qū)γ亞基的編碼區(qū)上游擴(kuò)增并克隆了一個(gè)片段，在TNF-α存在的情況下測(cè)定HT-29/B6細(xì)胞中的報(bào)道基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)TNF-α可下調(diào)基礎(chǔ)γ-ENaC啟動(dòng)子活性。因此，TNF-α通過(guò)影響啟動(dòng)子調(diào)節(jié)水平的基因表達(dá)而抑制ENaC介導(dǎo)的Na+吸收。然而，白細(xì)胞介素1β(interleukin 1β, IL-1β)亦可抑制電Na+吸收，故認(rèn)為CD患者非炎癥性腸段中ENaC的抑制是多種促炎細(xì)胞因子協(xié)同作用的結(jié)果。Amasheh等[2]對(duì)UC患者的研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α在體外選擇性地降低人類遠(yuǎn)端結(jié)腸β-和γ-ENaC表達(dá)，TNF-α對(duì)ENaC表達(dá)具有直接影響，可能與UC黏膜屏障功能有關(guān)。需進(jìn)一步研究促炎細(xì)胞因子與ENaC相互作用的機(jī)制，為IBD的治療提供新方向。

2. ENaC與腸黏膜屏障：目前普遍認(rèn)為腸黏膜屏障功能異常是IBD發(fā)病的分子基礎(chǔ)。腸黏膜在分子和離子跨上皮轉(zhuǎn)運(yùn)中起關(guān)鍵作用。當(dāng)炎癥導(dǎo)致上皮損傷時(shí)，黏膜失去其屏障功能，水分隨糞便流失以及離子和其他分子轉(zhuǎn)運(yùn)受損。Zeissig等[16]發(fā)現(xiàn)，CD患者炎癥性腸段上皮屏障功能嚴(yán)重?fù)p傷，非炎癥性腸段上皮屏障功能未發(fā)生改變，而ENaC均受到損害。其機(jī)制可能是：①上皮轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程對(duì)促炎細(xì)胞因子的敏感性較緊密連接增高；②炎癥部位與非炎癥部位的細(xì)胞因子模式不同。Amasheh等[2]在IL-2缺陷小鼠中發(fā)現(xiàn)，在炎癥早期，上皮屏障功能障礙發(fā)生前，就已發(fā)生電Na+吸收損傷。無(wú)屏障功能障礙時(shí)亦可發(fā)生主動(dòng)運(yùn)輸下調(diào)，進(jìn)一步證實(shí)炎癥介質(zhì)對(duì)ENaC表達(dá)的特定干擾。今后應(yīng)進(jìn)一步研究腸黏膜屏障不一致時(shí)ENaC的表達(dá)，以探討IBD的發(fā)病機(jī)制。

3. ENaC與藥物

①ENaC與糖皮質(zhì)激素(glucocorticoid, GC)：GC可通過(guò)多種形式影響ENaC表達(dá)。在細(xì)胞內(nèi)，GC可通過(guò)與特定的糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor, GR)結(jié)合，使GR復(fù)合物解離，GR轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核中，與DNA上糖皮質(zhì)激素反應(yīng)原件結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄、翻譯和翻譯后修飾水平調(diào)節(jié)ENaC的表達(dá)[19]。Bergann等[20]發(fā)現(xiàn)，地塞米松不僅可阻止TNF-α介導(dǎo)的ENaC抑制，而且還可協(xié)同TNF-α誘導(dǎo)HT-29/B6-GR細(xì)胞和大鼠遠(yuǎn)端結(jié)腸中ENaC依賴性的Na+吸收。這一發(fā)現(xiàn)與以往認(rèn)為的TNF-α通過(guò)抑制ENaC而影響Na+吸收的結(jié)果不同。產(chǎn)生這種協(xié)同作用的原因可能是TNF-α可延長(zhǎng)GR mRNA半衰期，導(dǎo)致TNF-α介導(dǎo)的GR蛋白水平增加。然而，具體機(jī)制有待進(jìn)一步探索。

②ENaC與生物制劑：生物制劑抗TNF-α制劑是對(duì)傳統(tǒng)GC治療無(wú)效者的有效替代治療選擇。TNF-α是重要的促炎因子，通過(guò)ERK1/2信號(hào)通路抑制ENaC依賴性Na+吸收。ERK1/2抑制劑可顯著改善TNF-α對(duì)ENaC依賴性電Na+吸收的抑制，而在缺乏TNF-α的情況下，其對(duì)電Na+吸收無(wú)影響[16]?？筎NF-α制劑能顯著改善IBD患者腹瀉、腹痛等臨床癥狀，并促進(jìn)黏膜愈合，進(jìn)一步改善ENaC功能，達(dá)到臨床緩解。然而ENaC受TNF-α的影響較黏膜屏障更大[21]，抑制TNF-α可增加ENaC表達(dá)，目前有關(guān)抗TNF-α制劑與ENaC關(guān)系的報(bào)道較少見，需行進(jìn)一步研究。需指出的是，使用抗TNF-α制劑治療達(dá)到臨床緩解后，黏膜異?；虮磉_(dá)仍存在，成為IBD復(fù)發(fā)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，而ERK1/2抑制劑能促進(jìn)腸上皮細(xì)胞分化和成熟以及增強(qiáng)上皮屏障的功能，故ERK1/2抑制劑有望成為IBD新型的治療藥物[22-23]。

③ENaC與鹽皮質(zhì)激素：鹽皮質(zhì)激素醛固酮是負(fù)責(zé)維持所有陸生脊椎動(dòng)物中鹽與水平衡的主要激素[24-25]。其主要作用是刺激胃腸道遠(yuǎn)端和腎臟的Na+吸收。甲基化反應(yīng)參與醛固酮對(duì)ENaC的激活[26-28]。醛固酮刺激蛋白質(zhì)和磷脂的羧基甲基化，而抑制這些反應(yīng)會(huì)削弱ENaC對(duì)類固醇刺激的反應(yīng)[29-30]。

④ENaC與其他藥物：隨著研究的不斷深入，其他藥物如雌孕激素、胰島素、丁酸鹽等均能影響ENaC的表達(dá)，但機(jī)制尚不明確，仍需繼續(xù)探索。

4. ENaC與治療：一方面，抑制促炎因子介導(dǎo)的ENaC抑制可增加ENaC的表達(dá)。TNF-α制劑是目前治療UC的重要手段[31]。臨床亦對(duì)促炎因子IL-6和IL-12的靶向抗體和藥物進(jìn)行了研究[32]。另一方面，誘導(dǎo)ENaC轉(zhuǎn)錄可增加ENaC的表達(dá)。ERK的局部抑制劑可能是治療IBD患者腹瀉的潛在治療靶點(diǎn)[2,16]。GC治療可抑制ERK活化而非p38MAPK和JNK活化，通過(guò)增加Na+吸收可改善IBD患者的腹瀉癥狀[33]。Zeissig等[34]的研究表明，用于治療IBD的短鏈脂肪酸丁酸鹽可激活ENaC的轉(zhuǎn)錄。因此，抑制TNF-α介導(dǎo)的ENaC抑制聯(lián)合誘導(dǎo)ENaC轉(zhuǎn)錄，有望成為恢復(fù)IBD患者Na+吸收最有潛力的治療策略。

四、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)ENaC的結(jié)構(gòu)、分布和功能進(jìn)行了深入地研究，ENaC及其信號(hào)通路正日益成為研究熱點(diǎn)，越來(lái)越多的證據(jù)表明ENaC在IBD中發(fā)揮重要作用。進(jìn)一步探索ENaC與IBD的關(guān)系，將為IBD的治療提供新思路。