VIP-cAMP-PKA-AQP3信號(hào)通路與肺腸合治法治療支氣管哮喘的研究進(jìn)展*

惠 毅，閆曙光，鄭旭銳，史 捷，李京濤，單宇鵬

(1. 陜西中醫(yī)藥大學(xué),陜西 咸陽 712046； 2. 陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，陜西 咸陽 712000；3. 空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院腫瘤科， 西安 710038)

支氣管哮喘(bronchial asthma)是由多種炎性細(xì)胞、細(xì)胞因子參與的氣道慢性炎癥性疾病。中醫(yī)藥論治支氣管哮喘歷史悠久、療效確切，以肺合大腸理論為指導(dǎo)的“肺腸合治法”是臨床治療支氣管哮喘的常用治法，但其作用機(jī)制尚不完全清楚。中醫(yī)理論認(rèn)為，肺與大腸之間有著相互表里的關(guān)系，肺與大腸通過經(jīng)絡(luò)絡(luò)屬，手太陰經(jīng)屬肺絡(luò)大腸，手陽明經(jīng)屬大腸絡(luò)肺，二者互為絡(luò)屬，稱之為“肺合大腸”，具體表現(xiàn)為肺與大腸在生理上相互聯(lián)系，在病理上相互影響。從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)角度認(rèn)為，兩者之間應(yīng)當(dāng)有著共同的物質(zhì)基礎(chǔ)。文獻(xiàn)研究表明，血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)和水通道蛋白-3(aquaporins, AQP3)，不但是肺合大腸的物質(zhì)基礎(chǔ)，而且是抑制氣道炎癥和高反應(yīng)性、控制氣道重塑、修復(fù)氣道上皮屏障的重要靶點(diǎn)。VIP可通過腺苷酸環(huán)化酶(cAMP)-環(huán)腺苷酸依賴性蛋白激酶(PKA)的經(jīng)典途徑調(diào)節(jié)AQP3、發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。由此可見，VIP-cAMP-PKA-AQP3信號(hào)通路與肺腸合治法支氣管哮喘治療作用機(jī)制密切相關(guān)。

1 VIP是抑制氣道炎癥和高反應(yīng)性、控制氣道重塑、修復(fù)氣道上皮屏障的重要靶點(diǎn)

VIP是由非腎上腺能非膽堿能抑制性神經(jīng)末梢釋放的神經(jīng)遞質(zhì)之一，在胃腸道廣泛分布，具有舒張平滑肌、調(diào)節(jié)固有免疫和獲得性免疫、抗炎等多種生物學(xué)作用[1]。VIP在抑制氣道炎癥、控制氣道重塑、修復(fù)氣道上皮屏障方面發(fā)揮了重要作用。在支氣管哮喘的發(fā)病過程中，氣道炎癥會(huì)引起大量的炎癥因子如組胺、前列腺素F2α和內(nèi)皮素等釋放，這些因子會(huì)引起氣道平滑肌的強(qiáng)烈收縮和黏液的大量分泌，導(dǎo)致氣管痙攣、誘發(fā)呼吸困難和氣道阻塞。VIP的這種舒張氣道平滑肌的功效能有效緩解支氣管哮喘患者的呼吸困難癥狀，其調(diào)節(jié)黏液分泌功能對緩解支氣管哮喘患者因氣道黏液分泌過多所致的氣道阻塞作用顯著[2]。當(dāng)氣道上皮屏障損傷時(shí)，損傷區(qū)域邊緣的上皮細(xì)胞激活，上皮下迷走神經(jīng)末梢興奮，通過軸突反射使肺內(nèi)非腎上腺素能非膽堿能神經(jīng)興奮，神經(jīng)末梢釋放大量VIP，啟動(dòng)氣道上皮屏障的損傷修復(fù)。此外，VIP還能通過調(diào)節(jié)支氣管哮喘小鼠體內(nèi)的抗氧化基因和蛋白，維持抗氧化系統(tǒng)平衡，對氣道上皮屏障起保護(hù)作用[3]。氣道慢性炎癥的免疫反應(yīng)貫穿于支氣管哮喘發(fā)病的始終，肺內(nèi)炎癥或免疫反應(yīng)時(shí)，VIP能抑制肥大細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì)，與T淋巴細(xì)胞相互作用，使肺組織免受黃嘌呤氧化酶的損傷，起到自由基清除劑的作用。此外，還具有抗炎、抑制T淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和血小板釋放細(xì)胞因子。臨床研究證實(shí)，VIP能有效抑制慢阻肺患者單核細(xì)胞TNF-α和IL-8的分泌，并存在一定的量效關(guān)系[4]。氣道平滑肌細(xì)胞增殖是導(dǎo)致氣道重塑的主要原因，VIP可以激活腺苷酸活化酶，使平滑肌細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度增加，抑制平滑肌細(xì)胞增殖[5]。VIP還能降低氣道平滑肌TGF-β1的表達(dá)，而后者可以誘導(dǎo)氣道平滑肌增生和膠原沉積，從而導(dǎo)致氣道重塑[6]。

臨床研究表明，支氣管哮喘發(fā)作期患者血液中VIP明顯降低，其機(jī)制是由于氣道炎癥破壞了NANC神經(jīng)，使VIP的合成、分泌與釋放減少，或因激活了肥大細(xì)胞，促使胰蛋白酶和糜蛋白酶釋放增加，加速了VIP的酵解[7]。敲除大鼠VIP基因后，會(huì)出現(xiàn)顯著的氣道炎癥并最終發(fā)展為支氣管哮喘[8]。外源性的給予VIP吸入能有效地控制慢性氣道炎癥、支氣管肌肉痙攣、抑制氣道重塑和杯狀細(xì)胞分泌過多黏液[9]。目前已有多個(gè)評價(jià)VIP治療支氣管哮喘有效性和安全性的實(shí)驗(yàn)方案，因此可以推斷，VIP作為一種潛在的藥物將被用于控制和治療支氣管哮喘[10]。但外源性VIP進(jìn)入機(jī)體后的半衰期極短，生物利用度低，這是因?yàn)樵诜谓M織中，VIP的酶促降解和半衰期短，導(dǎo)致其不能完全發(fā)揮作用，使臨床應(yīng)用受到限制。因此，探討尋找長效VIP 類似物或有效的給藥途徑、方式，可能是治療支氣管哮喘和慢阻肺、慢性氣道炎癥的有效方法[11]。

2 AQP3通過炎癥細(xì)胞聚集、黏液高分泌、氣道重塑等參與支氣管哮喘發(fā)生的病理過程

水通道蛋白(aquaporins, AQPs)是一組與水的轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，主要介導(dǎo)水的被動(dòng)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，能顯著增加細(xì)胞膜對的水通透性，保持細(xì)胞內(nèi)外水的平衡。AQPs廣泛分布于肺、胃腸道、腎臟、腦等臟器中，肺中主要有6種AQPs，分別是AQP1、AQP3、AQP4、AQP5、AQP8、AQP9，其中AQP3與支氣管哮喘的發(fā)生關(guān)系密切，主要通過促進(jìn)炎癥細(xì)胞聚集、增強(qiáng)黏液高分泌、加重氣道重塑等過程參與支氣管哮喘的發(fā)生發(fā)展。AQP3在維持氣道濕度平衡、防止細(xì)菌入侵和維護(hù)氣道黏膜屏障中起著非常重要的作用。氣道濕度正常為氣道上皮發(fā)揮屏障功能提供了穩(wěn)定的環(huán)境，濕度降低導(dǎo)致屏障功能減弱，有害因子入侵引起上皮損害、局部炎細(xì)胞聚集和浸潤，炎性介質(zhì)釋放，氣道炎癥產(chǎn)生；氣道濕度減低還可導(dǎo)致黏液生成減少，纖毛擺動(dòng)功能進(jìn)行性破壞，有害因子清除能力降低，病變部位產(chǎn)生的稠厚黏液不能被纖毛及時(shí)清除，進(jìn)一步降低上皮屏障功能[12]。AQP3是氣道炎癥進(jìn)行性加重的主要原因，AQP3基因敲除小鼠對卵蛋白的敏感性顯著降低，其支氣管哮喘的患病率也顯著低于野生型小鼠[13]。同時(shí)氣道炎癥減輕，肺泡巨噬細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子減少，CD4+T細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)減弱。機(jī)制學(xué)研究證實(shí)，AQP3可以通過調(diào)節(jié)H2O2的攝取，影響下游細(xì)胞間信號(hào)的傳遞和T細(xì)胞的遷移[14-15]，H2O2是氣道炎癥反應(yīng)的始動(dòng)因子和放大因子，可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞、肺泡和氣道上皮細(xì)胞IL-1、TNF-α等炎癥介質(zhì)的基因表達(dá)[16]。這些炎癥介質(zhì)可活化NADPH氧化酶誘導(dǎo)反應(yīng)活性氧生成，從而激活多種信號(hào)傳導(dǎo)通路，包括c-Src、PKC、PI3K/Akt以及MAPKs，或轉(zhuǎn)錄因子如NF-κB、AP-1以及HIF-1α，最終誘導(dǎo)炎性靶蛋白的表達(dá)，使氣道炎癥進(jìn)行性加重[17]。AQP3參與了氣道上皮細(xì)胞的損傷修復(fù)過程，敲除小鼠的AQP3基因和抑制人類氣道上皮細(xì)胞AQP3基因的表達(dá)后，受損部位氣道上皮細(xì)胞的自我修復(fù)能力明顯減弱[18]。AQP3還能促進(jìn)纖維組織的生成，當(dāng)人體皮膚出現(xiàn)損傷時(shí)，表達(dá)于人體皮膚肌纖維母細(xì)胞上的AQP3，加速肌纖維母細(xì)胞從傷口周圍向傷口遷移，促進(jìn)修復(fù)傷口，這表明AQP3有可能與氣道重塑相關(guān)[19]。

3 VIP-cAMP-PKA-AQP3信號(hào)通路是肺腸合治法治療支氣管哮喘的可能機(jī)制之一

VIP、AQP3不但是治療支氣管哮喘的重要靶點(diǎn)，而且是肺與大腸相互聯(lián)系的物質(zhì)基礎(chǔ)。楊宇[20]等在研究肺與大腸相表里的分子機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，VIP是維持肺與大腸在生理功能相互聯(lián)系、病理相互影響的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。而AQP3在呼吸道、胃腸道上皮細(xì)胞中呈連續(xù)、不間斷的分布特點(diǎn)以及在支氣管哮喘(肺病)和便秘(腸病)發(fā)病中的關(guān)鍵作用，提示AQP3也是“肺合大腸”的物質(zhì)基礎(chǔ)之一[21]。VIP、AQP3既參與支氣管哮喘(肺病)的發(fā)生發(fā)展，又在便秘(腸病)的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。周永學(xué)[22]等在研究通腸瀉下法治療便秘的作用機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，便秘發(fā)生時(shí)血清、結(jié)腸VIP含量顯著降低，結(jié)腸AQP3表達(dá)顯著增強(qiáng)，腸道動(dòng)力和水液代謝明顯紊亂，采用通腸瀉下法治療后血清和腸道VIP含量逐漸升高，AQP3逐漸表達(dá)降低，便秘癥狀逐漸消失。而后的機(jī)制學(xué)研究證實(shí)，通腸瀉下法可通過VIP-cAMP-PKA-AQP3信號(hào)通路發(fā)揮作用。腺苷酸環(huán)化酶(cAMP)-環(huán)腺苷酸依賴性蛋白激酶(PKA)是細(xì)胞內(nèi)經(jīng)典的途徑之一，cAMP決定PKA的活性，PKA負(fù)責(zé)多個(gè)蛋白的磷酸化，由此調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的生物活性反應(yīng)與平衡。

通腸瀉下法是肺腸合治法的組成之一，是臨床治療支氣管哮喘的常用治法。實(shí)驗(yàn)研究表明，通腸瀉下法能有效提高支氣管哮喘大鼠肺腸組織中VIP的含量，減輕卵蛋白誘導(dǎo)的支氣管哮喘小鼠肺部炎癥[23-24]。VIP、AQP3是肺與大腸相表里的物質(zhì)基礎(chǔ)，在腸道中VIP可通過cAMP-PKA調(diào)節(jié)AQP3，通腸瀉下法可以刺激腸道分泌VIP，還可通過VIP-cAMP-PKA-AQP3信號(hào)通路治療便秘；在肺組織，VIP和AQP3之間是否也存在這樣的調(diào)節(jié)機(jī)制，肺腸合治法是否也能通過VIP-cAMP-PKA-AQP3信號(hào)通路治療支氣管哮喘，目前尚無相關(guān)報(bào)道，值得深入研究。