基于褪黑素調(diào)節(jié)水通道蛋白探討“肺應(yīng)秋、主通調(diào)水道”的物質(zhì)基礎(chǔ)

李文娜 劉雷蕾 馬淑然

“肺與秋季相通應(yīng)”是中醫(yī)“天人相應(yīng)”理論的重要內(nèi)容之一?！胺螒?yīng)秋、主通調(diào)水道”是指肺主通調(diào)水道功能存在應(yīng)秋而變的季節(jié)性變化節(jié)律。人體水液代謝的生理功能隨季節(jié)氣候的變化而有相應(yīng)的規(guī)律性調(diào)節(jié)。肺應(yīng)秋，機(jī)體適應(yīng)“秋收”之節(jié)律，可表現(xiàn)為水液代謝的四季節(jié)律，“秋冬多尿少汗，而春夏多汗少尿”。目前中國(guó)對(duì)“肺應(yīng)秋”的研究主要集中在其與局部免疫之間的關(guān)系，缺乏關(guān)于“肺通調(diào)水道，應(yīng)秋而變”的理論內(nèi)涵探討。本文將褪黑素(melatonin, Mel)-細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinase, ERK)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)-水通道蛋白(aquaporins, AQPs)與中醫(yī)“肺主通調(diào)水道”及“肺應(yīng)秋”相結(jié)合，進(jìn)行交叉研究，以闡述《內(nèi)經(jīng)》“肺藏”功能的理論內(nèi)涵。不僅有助于深化對(duì)中醫(yī)原創(chuàng)性“天人相應(yīng)”及“五臟應(yīng)時(shí)”等理論內(nèi)涵的現(xiàn)代認(rèn)識(shí)，而且也為中西醫(yī)結(jié)合防治肺系疾病的季節(jié)性發(fā)病或突發(fā)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和途徑，同時(shí)對(duì)現(xiàn)代生命科學(xué)、時(shí)間醫(yī)學(xué)及中醫(yī)藏象本質(zhì)研究提供新思路。

1 肺主通調(diào)水道，應(yīng)秋而變

1.1 “肺主通調(diào)水道”是機(jī)體水液代謝的重要環(huán)節(jié)

“肺主通調(diào)水道”指肺氣的宣發(fā)肅降運(yùn)動(dòng)推動(dòng)和調(diào)節(jié)全身水液的輸布和排泄。《黃帝內(nèi)經(jīng)素問(wèn)集注》：“肺應(yīng)天而主氣，故能通調(diào)水道，下輸膀胱”，指出肺主氣為通調(diào)水道的動(dòng)力源泉。而“肺主通調(diào)水道”的生理基礎(chǔ)是肺氣的宣發(fā)肅降，如《血證論》云“肺為水之上源，上源清則下自清”。肺氣宣發(fā)，不但發(fā)揮衛(wèi)外防御的功能，還將水谷精微和津液外輸于皮毛，以發(fā)揮其濡養(yǎng)、滋潤(rùn)的作用。肺主通調(diào)水道主要包括五個(gè)途徑：呼吸之氣排出水分、津液的輸布以及汗液、尿液、大便的排泄?！鹅`樞·本藏》曰：“三焦膀胱者,腠理毫毛其應(yīng)”，指出尿液的排泄與汗液的散發(fā)密切相關(guān)，如冬季尿畢常見(jiàn)寒戰(zhàn),腠理偏于密閉,毫毛立起。故肺氣宣發(fā)，向上向外布散水液，上至面竅，外達(dá)全身皮毛肌腠以濡潤(rùn)；肺氣肅降，向內(nèi)向下輸送水液至臟腑以濡潤(rùn)，并將臟腑代謝產(chǎn)生的濁液下輸至腎，成為尿液生成之源。肺氣肅降將水液下輸大腸，通過(guò)糞便帶走部分水液。臨床上常根據(jù)“肺主通調(diào)水道”理論治療水腫等水液運(yùn)化不利的疾病，常采用宣肺解表的治法，使肺氣得宣，毛竅得開(kāi)，三焦能利，從而調(diào)節(jié)體內(nèi)水液輸布、運(yùn)行、排泄，最終水道自通。

1.2 “肺應(yīng)秋”是“天人相應(yīng)”整體觀的重要體現(xiàn)

《素問(wèn)·經(jīng)脈別論篇》曰：“和于四時(shí)五藏陰陽(yáng)，揆度以為常也”。人體是以五藏為中心、外應(yīng)四時(shí)陰陽(yáng)、內(nèi)合六腑、五官、五體、五華等組織器官的五大功能系統(tǒng)組成的有機(jī)整體?！端貑?wèn)·六節(jié)臟象論篇》指出：“肺者，氣之本，魄之處也；其華在毛，其充在皮，為陽(yáng)中之太陰，通于秋氣”，氣候變化對(duì)人體生理產(chǎn)生重要影響。氣候是天地相互作用而產(chǎn)生的階段天氣征象。自然界的生物在春溫、夏熱、秋涼、冬寒規(guī)律性氣候變化的影響下，出現(xiàn)春生、夏長(zhǎng)、秋收、冬藏等相應(yīng)的適應(yīng)性變化，而人體生理也隨季節(jié)氣候的規(guī)律性變化而出現(xiàn)相應(yīng)的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。秋季暑去而涼生，草木皆凋，屬陽(yáng)中之陰的少陰；肺臟之氣清肅下降，同氣相求，應(yīng)秋而盛。且秋季多見(jiàn)肺系的病變，故曰“肺與秋季相通應(yīng)”。時(shí)至秋日，氣血津液運(yùn)行也隨“秋收”之氣而內(nèi)斂。故《素問(wèn)·四氣調(diào)神大論篇》曰：“秋三月，早臥早起，與雞俱興”，肺氣安寧，神氣收斂[1]。這是在“肺應(yīng)秋”整體觀念指導(dǎo)下“因時(shí)養(yǎng)生”的原則體現(xiàn)。

目前中國(guó)對(duì)“肺應(yīng)秋”研究主要集中于免疫與其關(guān)聯(lián)的研究，肺與秋季相通應(yīng)，在調(diào)整自身及自身與外界環(huán)境的相適應(yīng)方面發(fā)揮重要的作用。四季中肺護(hù)衛(wèi)肌表、抗御外邪的功能與細(xì)胞、體液免疫功能之間存在相關(guān)性。肺臟免疫狀態(tài)的季節(jié)易感性以秋季免疫力低下為主，且呈現(xiàn)春夏較高、秋冬較低的變化趨勢(shì), 符合自然界“秋斂冬藏”的特點(diǎn)[2]。

1.3 “肺主通調(diào)水道，應(yīng)秋而變”可導(dǎo)致水液代謝季節(jié)性變化

生理上，肺主通調(diào)水道有春夏多汗少尿，秋冬多尿少汗的季節(jié)性節(jié)律。如《靈樞·五癃津液別》曰：“天暑衣厚則腠理開(kāi)，故汗出……天寒則腠理閉，氣濕不行，水下留于膀胱，則為溺與氣”。指出秋冬之季天氣較寒涼，肺臟適量減少津液向體表的布散，而增加了津液向下、向內(nèi)的輸布，表現(xiàn)為從腎排出的尿液增加，從而減少了津液從皮毛汗孔的散發(fā)。故在汗尿排泄方面機(jī)體出現(xiàn)冬季多尿少汗，夏季多汗少尿的適應(yīng)性改變，這樣減少熱量散失，以維持體溫恒定和機(jī)體陰陽(yáng)平衡。其機(jī)理在于，秋冬季節(jié)，陽(yáng)氣斂藏于體內(nèi)，氣血趨向于里，表現(xiàn)為少汗多尿。

病理上，肺失通調(diào)水道引起水液代謝異常等疾病季節(jié)性發(fā)作。如《素問(wèn)六氣玄珠密語(yǔ)》云：“陽(yáng)明為金，其令燥，其性涼……其臟肺，其病喘咳鼽嚏”?，F(xiàn)代臨床流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，慢性阻塞性肺疾病、哮喘、慢性支氣管炎等慢性肺系疾病的發(fā)作往往具有明顯的季節(jié)性[3],易在氣候變冷、干燥的秋冬發(fā)作[4-5]，提示人體肺臟的功能活動(dòng)與季節(jié)變化之間存在密切的內(nèi)在聯(lián)系。

2 “肺主通調(diào)水道”與水通道蛋白密切相關(guān)

水通道蛋白(aquaporins, AQPs)是調(diào)控跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)并的跨膜糖蛋白家族，維持水液的代謝平衡，是肺主通調(diào)水道的生理基礎(chǔ)，與全身臟腑的津液疏布代謝密切相關(guān)[6-8]。中醫(yī)認(rèn)為，痰飲為水液代謝失調(diào)的病理產(chǎn)物，若肺失于通調(diào)水道，津液不能及時(shí)輸布而停留于局部，停于肺則為痰飲，引發(fā)肺部疾病。

無(wú)論在生理還是病理?xiàng)l件下，AQPs對(duì)水分子的跨膜運(yùn)輸在肺部都發(fā)揮著重要的作用，肺水通道蛋白促進(jìn)肺泡腔內(nèi)的液體運(yùn)輸、氣道濕化和清除氣道異物，其異常表達(dá)與黏液分泌、氣道高反應(yīng)性以及氣道重塑密切相關(guān)[9]。環(huán)境的改變、溫度的變化易引起大鼠機(jī)體水通道蛋白功能異常，導(dǎo)致滲透壓失衡[10]。肺水通道蛋白的表達(dá)以及功能的異常與哮喘、慢性阻塞性肺疾病等伴隨氣道表面液體容積穩(wěn)態(tài)紊亂的肺部疾病有關(guān)[11-12]。肺部水通道蛋白參與慢性阻塞性肺疾病發(fā)生發(fā)展的各個(gè)環(huán)節(jié)。若肺組織中AQPs含量降低，可以引起液體分泌量下降，氣道黏液高分泌，從而導(dǎo)致慢阻肺患病程度的增加或發(fā)病[13]。

3 褪黑素可通過(guò)ERK途徑調(diào)節(jié)肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞AQP1

3.1 褪黑素(melatonin, Mel)是“天人相應(yīng)”理論中自然與人體相通應(yīng)的物質(zhì)中介

Mel主要在松果體細(xì)胞由色氨酸合成，其作用機(jī)制通過(guò)不同的分子途徑發(fā)揮作用。最具特征性的途徑是激活膜特異性受體。褪黑素受體(melatonin receptor, MR)廣泛存在于中樞和外周組織，如腎、肺臟、肝和免疫細(xì)胞[14]。Mel最典型的作用是同步生物節(jié)律；同時(shí)還參與各種生理功能和病理機(jī)制，如自由基的解毒和抗氧化作用，誘導(dǎo)DNA修復(fù)系統(tǒng)[15-16]。

松果腺是五臟應(yīng)時(shí)的中介，受外界四時(shí)變化可相應(yīng)地分泌出不同含量的Mel。Mel可以感受外界光照溫濕變化，其合成依賴(lài)于光周期以及環(huán)境濕溫的變化，在調(diào)節(jié)季節(jié)生物節(jié)律中起主要作用，具有春夏低分泌、秋冬高分泌的季節(jié)節(jié)律性。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，中醫(yī)“肺應(yīng)秋”理論與肺組織MR的季節(jié)性變化有關(guān)[17]，表現(xiàn)為春冬季高、秋季低的四季分泌節(jié)律。且在秋季，摘除松果腺可以上調(diào)大鼠肺組織MR的含量，說(shuō)明秋季松果腺-Mel下調(diào)大鼠肺中MR的表達(dá)。課題組前期研究結(jié)果表明，長(zhǎng)夏環(huán)境中大鼠糞便含水率和腸道AQP3、AQP4、AQP8的表達(dá)相對(duì)其它四季明顯增加。且在季節(jié)變化過(guò)程中，松果腺-褪黑素可以通過(guò)不同的分子機(jī)制節(jié)律性調(diào)控水通道蛋白的表達(dá)和生理功能[18]。這為進(jìn)一步從MT介導(dǎo)氣道黏液分泌以及肺部水液代謝的角度研究“肺應(yīng)秋”的科學(xué)內(nèi)涵提供了可能。

3.2 褪黑素可通過(guò)褪黑素受體激活ERK通路

Mel可以引起濃度依賴(lài)性的ERK1/2激活，從而明確ERK1/2的磷酸化是通過(guò)人褪黑激素受體介導(dǎo)的[19]。最新研究發(fā)現(xiàn)Mel作用于MR-G蛋白-ERK通路[20]，具體機(jī)制：褪黑素與MR結(jié)合，激活細(xì)胞膜上的G蛋白，被激活的G蛋白的可以激活磷脂酰肌醇-3激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)，生成磷脂酰肌醇3磷酸[Ptd Ins(3, 4, 5)P3, PIP3]，并活化細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的3＇-磷酸肌醇依賴(lài)性蛋白激酶1(phosphoinositide dependent kinase-1, PDK1)，促使其直接磷酸化蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)?；罨腜KC可以促進(jìn)蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞存活和轉(zhuǎn)錄調(diào)控，是激活ERK1/2細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)鍵，進(jìn)而改變基因和蛋白的表達(dá)，產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。ERK包括兩種異構(gòu)體ERK1和ERK2，磷酸化激活的ERK1/2由胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到核內(nèi)，介導(dǎo)肺臟多種生長(zhǎng)因子，參與并調(diào)控平滑肌細(xì)胞的增殖，與支氣管哮喘、慢阻肺等肺系疾病密切相關(guān)[21]。

3.3 ERK1/2通路的活化能夠增加AQP1的表達(dá)，調(diào)節(jié)肺內(nèi)水液代謝

細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinase, ERK)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路屬于絲裂原活化蛋白激酶，是介導(dǎo)AQPs表達(dá)的重要通路。AQPs超家族成員中，肺組織主要的水通道蛋白是AQP1和AQP5，其中AQP1在大鼠肺臟水液轉(zhuǎn)運(yùn)起著重要的作用。AQP1主要表達(dá)于肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞(pulmonary microvascular endothelial cells, PMVECs)[22]，為氣道的濕化提供持續(xù)的水份來(lái)源，調(diào)節(jié)肺內(nèi)液體平衡。

有研究表明，肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞(PMVECs)中AQP1的表達(dá)是通過(guò)激活ERK1/2通路來(lái)介導(dǎo)的[23]。ERK1/2通路將信號(hào)傳遞到細(xì)胞核，使核內(nèi)眾多的轉(zhuǎn)錄因子如c-Fos、c-Jun、Elk-1、c-Myc和ATF-2等的某些氨基酸殘基磷酸化并形成二聚體，增加與DNA的結(jié)合能力，直接影響AQP1基因啟動(dòng)子區(qū)域，促進(jìn)和調(diào)節(jié)AQP1基因的表達(dá)[24]。若ERK信號(hào)通路的活性異常，可以導(dǎo)致肺部AQP1表達(dá)的降低，誘導(dǎo)慢阻肺等慢性肺部疾病發(fā)病。故深入討論Mel通過(guò)ERK調(diào)節(jié)AQP1的表達(dá)可以從“肺應(yīng)秋”角度為慢性肺疾病秋季季節(jié)性高發(fā)的生理病理機(jī)制提供依據(jù)。

以上多種聯(lián)系可表明，PMVECs中AQP1與“肺主通調(diào)水道”密切相關(guān)，受外界四時(shí)影響的Mel-MT可以在四季調(diào)節(jié)ERK通路，從而調(diào)控AQP1的表達(dá)。上述水液代謝調(diào)節(jié)鏈的季節(jié)性變化，很可能是“肺應(yīng)秋，主通調(diào)水道”的科學(xué)內(nèi)涵之一。此外，AQP1通過(guò)調(diào)節(jié)肺部水液代謝平衡而成為參與慢性阻塞性肺疾病等慢性肺部疾病的一個(gè)重要靶點(diǎn)[25]。若肺組織中AQPs含量降低，可以引起液體分泌量下降，氣道黏液高分泌，從而導(dǎo)致慢阻肺患病程度的增加或發(fā)病[26]。故肺組織中MR秋低而春冬高的四季性節(jié)律，很可能是秋季ERK-APQ1活性相對(duì)較低，從而導(dǎo)致秋季慢性肺部疾病高發(fā)的生理病理機(jī)制之一。然而在不同季節(jié)中，褪黑素通過(guò)ERK相關(guān)通路節(jié)律性調(diào)控肺部AQPs的具體機(jī)制有待進(jìn)一步動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。

4 小結(jié)

“肺應(yīng)秋”為《內(nèi)經(jīng)》“五臟應(yīng)時(shí)”理論的一個(gè)重要組成部分。本文將自然季節(jié)變化因素、機(jī)體的水通道蛋白及松果腺-褪黑素-MR研究成果和中醫(yī)所述的肺主通調(diào)水道功能結(jié)合起來(lái)，揭示中醫(yī)學(xué)“肺應(yīng)秋、主通調(diào)水道”的相關(guān)理論內(nèi)涵以及《內(nèi)經(jīng)》“以時(shí)測(cè)藏”認(rèn)識(shí)藏象本質(zhì)思路的科學(xué)性，隨著越來(lái)愈多的中醫(yī)基礎(chǔ)理論與現(xiàn)代生命醫(yī)學(xué)的科學(xué)研究，有望從“肺應(yīng)秋”角度探討慢阻肺等慢性肺系疾病季節(jié)性發(fā)病的生理病理基礎(chǔ)。