酸敏感離子通道與消化系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

葉宇龍 綜述 梁堅(jiān)，周宇 審校

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，廣東 湛江 524000

酸敏感離子通道(acid-sensing ion channels，ASICs)是一類由細(xì)胞外環(huán)境pH的下降(H+含量的增多)而激活的同質(zhì)(由相同的亞單位組成)或異構(gòu)的三聚體蛋白復(fù)合物。ASICs家族屬于退化蛋白/上皮鈉通道超家族(DEG/ENaC)中七個(gè)亞家族之一，其活化的通道主要通過Na+，也可通過Ca2+、K+。研究表明，ASICs與消化系統(tǒng)疾病關(guān)系密切，參與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展。因此，本文就近年來ASICs與消化系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究進(jìn)展予以綜述。

1 ASICs的結(jié)構(gòu)與功能

ASICs由三個(gè)亞基圍繞中心離子孔排列形成通道，有2個(gè)跨膜段及2個(gè)高度保守的疏水性結(jié)構(gòu)域(TM1、TM2)嵌入磷脂雙分子層。膜外側(cè)由一個(gè)含有半胱氨酸片段的胞外環(huán)連接結(jié)構(gòu)域，而膜內(nèi)側(cè)有氨基末端(N-)及羧基末端(C-)分別連接TM1和TM2[1]。在哺乳動(dòng)物上已發(fā)現(xiàn)4種ASICs蛋白基因，其編碼6個(gè)不同的亞基ASIC(1a、1b、2a、2b、3、4)[2]，亞基間組成同質(zhì)或異構(gòu)的三聚體通道，且有不同的通道特性[3]。ASICs主要由H+激活，但也發(fā)現(xiàn)神經(jīng)毒素[4]、小分子激活劑[5]、脂類[6]可直接激活A(yù)SIC，鋅離子(Zn2+)可間接激活[7]，另外，膽紅素[8]也可間接調(diào)節(jié)ASIC的活性。

ASICs亞基在神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)。在哺乳動(dòng)物的中樞及外周神經(jīng)組織中ASIC1a、ASIC2a、ASIC2b和ASIC4均有表達(dá)分布，ASIC1b和ASIC3僅在周圍神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)，但在人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)ASIC3亦有較低的表達(dá)量[2]。除神經(jīng)系統(tǒng)以外ASICs在人類的心血管[9]、骨[10]、膀胱[11]和胃腸道[12]等組織均有表達(dá)，參與多種疾病的發(fā)病機(jī)制。另外，ASICs亞基亦參與學(xué)習(xí)及記憶[13]、視覺[14]、味覺[15]和聽覺[16]等過程，與恐懼[17]和焦慮情感的產(chǎn)生以及疼痛的感受也有關(guān)[18]。

2 ASICs與消化系統(tǒng)疾病的關(guān)系

2.1 ASICs與胃食管反流病(gastroesophageal reflux disease，GERD) 胃食管反流病是指胃十二指腸內(nèi)容物反流至食管，燒心感是其典型的癥狀之一，其包括非糜爛性反流病(non-erosive reflux disease，NERD)及反流性食管炎。ASICs在食管的酸性感覺及機(jī)械傳導(dǎo)中發(fā)揮著重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，ASICs不僅在食管傳入神經(jīng)中有較多的表達(dá)[19]，還發(fā)現(xiàn)ASIC3在NERD患者的食管黏膜上皮細(xì)胞中亦有較多的表達(dá)[20]。目前有觀點(diǎn)認(rèn)為，NERD燒心感的產(chǎn)生與食管的高敏感性有關(guān)[21]。在人食管上皮細(xì)胞中表達(dá)的蛋白酶激活受體-2(PAR-2)參與炎癥和燒灼感的形成，PAR-2可能通過三磷酸腺苷(ATP)調(diào)節(jié)疼痛及燒灼感的產(chǎn)生，而作為酸性刺激感受器的瞬時(shí)受體電位香草醛受體1(TRPV1)以及ASICs可能在燒心感機(jī)制中發(fā)揮作用。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，弱酸(pH5)可刺激原代人食管上皮細(xì)胞(HEECs)釋放ATP，這一效應(yīng)可被TRPV1特異性拮抗劑(IRTX)或非選擇性ASICs阻斷劑(阿米洛利)減弱[22]。與此一致的，被轉(zhuǎn)染TRPV1和ASIC3小干擾RNA(siRNA)的HEECs也減少了對ATP的釋放。這說明在弱酸環(huán)境下，TRPV1和ASICs參與調(diào)節(jié)HEECs釋放ATP的過程。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，通過PAR-2激動(dòng)劑預(yù)處理的HEECs可增加在弱酸條件誘導(dǎo)下ATP的釋放，而這一效應(yīng)可被IRTX、阿米洛利減弱，說明激活的PAR-2可能通過增加TRPV1和ASICs對酸的敏感性來使ATP釋放增加。這提示了食管的高敏感性、燒心感的產(chǎn)生可能與PAR-2、TRPV1和ASICs的激活有著密切的關(guān)系。NERD燒心感與酸敏感離子通道的表達(dá)有密切關(guān)系，酸敏感離子通道拮抗劑可能在未來會(huì)作為局部治療的一個(gè)選擇。

2.2 ASICs與腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)腸易激綜合征是一種無器質(zhì)性病變的功能性胃腸病，可能與結(jié)腸感覺過敏有關(guān)。在用丁酸酯直腸灌腸誘導(dǎo)的IBS的大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，ASIC1a在腰椎脊髓感覺神經(jīng)元中表達(dá)上調(diào)，在腰椎脊髓鞘內(nèi)注射特異性ASIC1a拮抗劑PcTx1可以阻止丁酸酯誘導(dǎo)的結(jié)腸超敏反應(yīng)(CHS)的發(fā)生，提示ASIC1a與IBS的發(fā)生、發(fā)展有著密切的關(guān)系[23]。另有研究也發(fā)現(xiàn)，在IBS的大鼠模型中，神經(jīng)生長因子(NGF)和ASIC1a共同促進(jìn)丁酸酯誘導(dǎo)CHS的發(fā)生，注射抗NGF抗體或ASICs抑制劑阿米洛利均可阻止CHS的發(fā)生[24]。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，NGF抗體可阻止丁酸酯誘導(dǎo)的感覺神經(jīng)元中ASIC1a的過表達(dá)，說明NGF與ASIC1a可能在結(jié)腸感覺神經(jīng)元的致敏中有重要的作用。以上結(jié)果表明，ASICs可能參與IBS的發(fā)生、發(fā)展過程，將為IBS的治療提供新的靶點(diǎn)。

2.3 ASICs與肝硬化 肝纖維化是肝硬化的主要組織學(xué)特征，而肝星形細(xì)胞(HSC)是肝纖維化過程的主要細(xì)胞[25]。ASICs可能通過多種途徑在肝纖維化的過程中發(fā)揮著重要的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，ASIC1a在肝纖維化的肝組織中的呈現(xiàn)出高表達(dá)，當(dāng)抑制ASIC1a的表達(dá)后，HSC的激活也受到抑制，肝纖維化程度也降低[26]。也有研究發(fā)現(xiàn)，ASIC1a參與HSC的激活，抑制或沉默ASIC1a可使活化的HSC發(fā)生炎性凋亡[27]。這提示ASIC1a可能通過作用于HSC參與肝纖維化過程，且可能與其抑制HSC的炎性凋亡的作用有關(guān)。也有研究發(fā)現(xiàn)，ASIC1a可能通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)參與肝纖維化的進(jìn)展[28]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是指內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)錯(cuò)誤/未折疊蛋白的大量積累、Ca2+穩(wěn)態(tài)失衡的狀態(tài)。在四氯化碳誘導(dǎo)肝纖維化模型的肝組織中ASIC1a及ERS相關(guān)蛋白表達(dá)均上調(diào)。沉默ASIC1a可降低ERS相關(guān)的標(biāo)記物(GRP78、Caspase12和IREI-XBP1)的表達(dá)，而抑制ERS可下調(diào)血小板源性生長因子(PDGF)誘導(dǎo)的ASIC1a的表達(dá)。結(jié)果表明PDGF可激活A(yù)SIC1a，誘導(dǎo)ERS的發(fā)生，加重肝纖維化的程度。在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，高糖可刺激HSC的增殖，并增強(qiáng)PDGF對HSC活化和增殖，使用ASIC1a抑制劑(PcTx1)可以減弱高糖的刺激效應(yīng)[29]。而在糖尿病合并肝纖維化雙模型的大鼠肝臟中發(fā)現(xiàn)，ASIC1a可通過誘導(dǎo)自噬促進(jìn)HSC的激活[30]。以上說明，ASICs在激活HSC，促進(jìn)肝纖維化的過程存在多種途徑，ASIC1a可能是肝纖維化過程的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，通過抑制ASIC1a可減弱肝纖維化的程度，這為針對肝纖維化研制新的靶向藥物提供新的方向。

2.4 ASICs與肝癌 乙型肝炎后肝硬化患者隨著病情的進(jìn)一步惡化可發(fā)展至肝癌階段。肝癌的侵襲、轉(zhuǎn)移與腫瘤的酸性微環(huán)境有關(guān)。有研究表明，中度酸性微環(huán)境可促進(jìn)肝癌細(xì)胞ASIC1a的表達(dá)，而沉默ASIC1a抑制了肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力，說明ASIC1a參與了肝癌細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移[31]。肝癌細(xì)胞可能通過自噬來適應(yīng)腫瘤酸性微環(huán)境。在酸性微環(huán)境的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，肝癌細(xì)胞(HepG2)中ASIC1a的表達(dá)及自噬體均增加[32]。當(dāng)使用ASIC1a的拮抗劑(PcTx-1)或ASIC1a的干擾RNA后，肝癌細(xì)胞中的自噬體有所下降，肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力亦下降。這說明，在酸性環(huán)境誘導(dǎo)下，ASIC1a可能通過誘導(dǎo)自噬來促進(jìn)的肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲。ASIC1a除了通過誘導(dǎo)自噬來促進(jìn)肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲外，還可能通過激活β-catenin/LEF-TCF軸促進(jìn)肝癌細(xì)胞的生長。實(shí)驗(yàn)顯示，酸性微環(huán)境中，ASIC1a可抑制泛素化調(diào)節(jié)因子GSK3β的表達(dá)，使肝癌細(xì)胞β-catenin降解減少，LEF-TCF靶基因(c-Myc、Cyclin、Osx、Runx2)表達(dá)增強(qiáng)，從而使肝癌細(xì)胞的增殖能力上升[33]。說明ASIC1a可通過激活β-catenin/LEF-TCF軸促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖。ASIC1a的過表達(dá)不僅促進(jìn)了肝癌細(xì)胞的增殖、侵襲、遷移，還使肝癌細(xì)胞對化療藥物產(chǎn)生了耐藥性。研究表明，ASIC1a的過度表達(dá)導(dǎo)致了肝癌細(xì)胞(Bel7402/FU、HepG2/ADM)的耐藥性，抑制ASIC1a活性則增加對化療藥物的敏感性，ASIC1a可能通過介導(dǎo)鈣內(nèi)流導(dǎo)致PI3K/AKT信號(hào)通路激活，這為肝癌化療藥物的增敏劑提供了新的思路[34]。ASIC1a在肝硬化、肝癌中發(fā)揮著重要的作用，這為打破慢性乙型肝炎-肝硬化-肝癌三部曲以及治療肝癌提供了一個(gè)新的可能，同時(shí)ASIC1a也可能作為肝臟疾病新的生物學(xué)標(biāo)志物來指導(dǎo)臨床的診治。

2.5 ASICs與胰腺癌 胰腺癌發(fā)病機(jī)制尚不明確，上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)在胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展過程中可能起重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌中EMT與胰腺癌之間有著密不可分的關(guān)系，胞外酸性微環(huán)境可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路參與到EMT的過程中，從而誘導(dǎo)胰腺癌的發(fā)生增殖[35]。有研究發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌細(xì)胞系中ASIC1和ASIC3的mRNA、蛋白質(zhì)產(chǎn)物與正常胰腺導(dǎo)管細(xì)胞(HPDE)相比顯著增加；在酸性環(huán)境下，ASIC1和ASIC3的激活及表達(dá)可導(dǎo)致胰腺癌細(xì)胞內(nèi)鈣離子的上升，激活G蛋白家族成員RhoA，誘導(dǎo)EMT的過程，使癌細(xì)胞侵襲和遷移的能力增強(qiáng)[36]。因此說明，ASICs可能通過EMT參與胰腺的發(fā)生、發(fā)展過程。另外，活化的胰腺星狀細(xì)胞(PSC)可能增強(qiáng)了胰腺癌細(xì)胞的生物學(xué)行為。在胰腺癌細(xì)胞(Panc-1)與PSC共同培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，ASIC1在PSC中的表達(dá)增高，通過抑制ASIC1可減弱PSC的增殖和遷移，說明胰腺癌可能通過ASIC1誘導(dǎo)PSC的激活，從而使活化的PSC加強(qiáng)癌細(xì)胞的增殖、侵襲、遷移的能力[37]。ASIC1在其中發(fā)揮著不可或缺的作用。ASICs以多種途徑參與了胰腺癌的發(fā)生發(fā)展，抑制ASICs可能有助于胰腺癌的治療。

2.6 ASICs與胃腸道癌 ASICs也參與胃癌、腸癌的發(fā)生、發(fā)展過程。采用免疫組織化學(xué)方法檢測發(fā)現(xiàn)胃癌組織比鄰近正常組織中的ASIC1a的表達(dá)水平明顯增高，通過抑制ASIC1a可顯著下調(diào)ASIC1a的表達(dá)，減少胃癌細(xì)胞的侵襲、遷移[38]。另有研究也發(fā)現(xiàn)，沉默胃癌細(xì)胞(SGC-7901)中的ASIC1，可使自噬蛋白相關(guān)5(ATG5)表達(dá)水平下調(diào)，抑制胃癌細(xì)胞的生長[39]。而通過降低微環(huán)境的pH值對沉默ASIC1進(jìn)行補(bǔ)救處理，能使ATG5的表達(dá)水平再次上升。這表明在胃癌細(xì)胞中，ASIC1可通過激活A(yù)TG5促使自噬上調(diào)。在大腸癌(CRC)方面，有研究發(fā)現(xiàn)，ASIC2在酸性微環(huán)境下的CRC細(xì)胞中上調(diào)，ASIC2的過度表達(dá)促進(jìn)CRC細(xì)胞的增殖、侵襲，同時(shí)在酸中毒時(shí)可能激活calcineurin/NFAT1信號(hào)通路[40]。通過對calcineurin/NFAT1通路的抑制，可減弱酸中毒時(shí)ASIC2誘導(dǎo)的侵襲作用。說明ASICs與CRC有關(guān)。

3 結(jié)語

ASICs作為酸感受離子通道，是細(xì)胞外H+的關(guān)鍵受體，其在人體內(nèi)分布甚廣，在大多數(shù)生理及病理過程中均有影響。ASICs在消化系統(tǒng)功能性病變(胃食管反流病、腸易激綜合征)及器質(zhì)性病變(消化道腫瘤)中均發(fā)揮著重要的作用，其生理病理學(xué)作用正得到越來越多的關(guān)注及研究。ASICs在消化道疾病中具有相對特異性的表達(dá)，有望在分子層面上作為一種新的生物學(xué)標(biāo)志物為疾病的診斷、治療以及預(yù)后評估等領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。目前，ASICs在消化系統(tǒng)疾病中的研究仍處于初始階段，未來仍需大量研究繼續(xù)完善ASICs在消化系統(tǒng)疾病發(fā)生、發(fā)展中的作用。