肺泡內液體清除機制研究進展

吳雙，王舒顏(1山東省腫瘤醫院，濟南250117；2濟南大學山東省醫學科學院醫學與生命科學學院； 莒縣計劃生育服務站)

肺泡內液體清除機制研究進展

吳雙1,2，王舒顏3(1山東省腫瘤醫院，濟南250117；2濟南大學山東省醫學科學院醫學與生命科學學院；3 莒縣計劃生育服務站)

摘要：肺水腫是臨床常見疾病，肺泡液的吸收和消散對于減慢肺水腫的形成速度、改善肺水腫的預后至關重要。本文從上皮鈉通道、水通道蛋白、β受體激動劑、上皮氯通道、α受體激動劑5個方面介紹了肺泡液體清除機制的研究進展，并簡要介紹酸敏感離子通道及γ-氨基丁酸受體在肺泡液體清除中的作用機制。

關鍵詞：肺泡液體清除率；肺水腫；上皮鈉通道；水通道蛋白；上皮氯通道

肺水腫是呼吸系統常見疾病，肺泡液的吸收和消散對于減慢肺水腫的形成速度、改善肺水腫的預后具有重要作用。生理狀態下，肺泡對液體的清除機制處于動態平衡，當出現肺水腫時，由于肺泡液體分泌、吸收及肺間質內液體回流的動態平衡機制被打破，液體聚集于肺泡內導致氧氣交換障礙。維持肺泡內液體的清除機制對于促進肺泡內多余液體吸收、加速肺泡內積聚液體清除、恢復肺泡的氣體交換功能具有重要意義。本文就肺泡內液體清除的機制進行綜述。

1上皮鈉通道(ENaC)

ENaC 分布于肺泡Ⅰ型上皮細胞和肺泡Ⅱ型上皮細胞的細胞膜頂端，由α、β、γ三個亞基構成，分別為鈣離子(Ca2+)激活的非選擇性鈉通道、高選擇性鈉通道及循環核普酸門控鈉通道，均參與了肺泡水腫液體的清除過程。鈉離子(Na+)可通過ENaC向肺上皮細胞內轉運，同時肺泡內的積液隨著Na+的跨上皮運輸而被轉運，進入細胞內的Na+再經過位于細胞基底膜側的鈉—鉀-ATP酶(Na+-K+-ATPase)轉移至肺間質，從而促進水的轉運。實驗研究證明，刺激肺泡上皮的α及β腎上腺素能受體、皮質激素、生長因子均能提高ENaC及其下游Na+-K+-ATPase的表達。而某些炎性因子，如IL-1β、IL-4、INF-γ、 TGF-β1、TNF-α則可抑制肺泡上皮ENaC的活性。實驗證明，在腹膜炎導致的肺水腫肺組織中，ENaC和Na+-K+-ATPase表達降低。Deng等[1]研究發現，胰島素可通過促進ENaC表達，增加肺水腫肺泡內的液體清除，而給予ENaC阻滯劑后這種保護作用消失。Wang等[2]研究發現，急性肺損傷后肺泡液體清除率明顯降低，ENaC和Na+-K+-ATPase表達降低。有實驗證明，布比卡因導致的肺泡液體清除率降低與抑制肺泡ENaC有關[3]。

2水通道蛋白(AQP)

在呼吸道及肺上皮細胞存在至少4種AQP，分別為AQP-1、AQP-3、AQP-4、AQP-5。AQP-1主要位于細支氣管周圍毛細血管、淋巴管和肺泡毛細血管內皮細胞及成纖維細胞上，可清除支氣管和微血管周圍的液體。AQP-3和AQP-4主要在氣道上皮細胞中表達，可清除氣道內液體。AQP-5主要在肺泡Ⅰ型上皮細胞、黏膜下腺腺泡表達，具有清除肺泡腔內液體的作用。在肺泡液清除過程中，水隨著Na+進入上皮細胞，Na+通過ENaC進入細胞，而水則通過AQP轉移。在高氧誘導的急性肺損傷模型中，肺組織中AQP1表達降低，AQP5也出現異常表達[4]。失血性休克肺水腫動物模型中發現，AQP1和AQP5的表達量減少，經過液體復蘇治療后AQP1和AQP5的表達均增多，肺損傷減輕[5]。故AQP中主要通過AQP-1及AQP-5清除肺泡內液體。

AQP的表達受多種因素影響，糖皮質激素能夠誘導AQP-1表達上調；AQP-5在出生時表達較少，進入成年期后逐漸表達，且受滲透壓、環磷酸腺苷(cAMP)激動劑、Vallinoid受體等調節。此外，AQP還受炎性細胞因子和炎性介質等的調節。研究表明，病毒感染致肺炎和脂多糖誘導的肺損傷中，AQP1、AQP5表達下調。離體研究表明，肺泡上皮細胞和TNF共同培養可導致AQP5表達減少。Jin等[6]研究發現，在大潮氣量機械通氣誘導明顯的肺水腫中肺泡AQP1表達減少，而環氧化酶-2(COX-2)抑制劑能夠減輕肺水腫并上調AQP1的表達。Zhao等[7]發現，AQP1和AQP3表達減少可導致肺水腫加重。實驗證明，高壓氧預處理后高海拔誘導的大鼠肺水腫可得到減輕，其機制可能與上調AQP1和AQP5有關[8]。以上研究提示，肺損傷時AQP表達降低，肺泡內液體含量增加，而上調AQP的表達能夠減輕肺水腫。

3上皮氯(Cl-)通道

肺泡上皮細胞是一種極化細胞，其腔面膜和基底膜上分布著各種各樣的載體和蛋白。至今發現肺上皮細胞腔面膜主要有三類Cl-通道。第一類是囊性纖維化跨膜傳導調節因子(CFTR)，第二類是鈣激活的Cl-通道(CaCC)，第三類是容積敏感性Cl-通道。肺泡液中的Cl-在Na+濃度梯度的驅動下進入肺上皮細胞，導致細胞內Cl-濃度升高，當腔面膜Cl-通道開放時，Cl-將從上皮細胞分泌至肺泡腔，導致細胞外滲透壓升高，形成跨上皮的滲透壓梯度。CFTR缺失或其活性抑制都會降低依賴β-腎上腺素能受體激動劑的肺泡水腫液體的清除過程。抑制CFTR的活性也會抑制cAMP介導的肺泡水腫液的清除。谷秀等[9]發現CFTR氯離子通道開放劑NS004可以提高離體人肺臟的肺泡液體清除率，應用CFTR氯離子通道和鈉離子通道的抑制劑可以完全阻斷NS004的這種提高作用，說明CFTR氯離子通道的開放劑對于肺泡液體清除能力的提高可能是通過Na+和Cl-通道共同完成的；CFTR氯離子通道抑制劑CFTR inh-172可以部分抑制β-腎上腺素能受體激動劑所致的肺泡液體清除率升高，提示肺泡液體清除與氯離子的運輸之間關系密切，CFTR也調節氣道上皮細胞膜上其他通道的活性，并決定著電解質和液體在許多上皮組織中的轉運。

4β-腎上腺素能受體激動劑

β-受體激動劑對于肺泡內液體平衡具有以下作用：①與氣道靶細胞膜上的β2受體結合，激活興奮性G蛋白，活化腺苷酸環化酶，催化細胞內ATP轉化為cAMP，細胞內的cAMP水平增加，進而作用于ENaC，增加Na+由胞外向胞內轉運從而提高肺泡液體清除率；②使上皮Cl-通道激活開放而增強Cl-的轉運。使用β受體激動劑后胞內cAMP上升，使得CFTR型Cl-通道開放，引起Cl-跨膜轉運，使得膜電位處于超級化狀態，增加Na+內流動力；③活化Na+-K+-ATPase，增強Na+逆濃度轉運的驅動力；④細胞內cAMP的升高激活cAMP依賴的蛋白激酶(PKA)，通過細胞內游離鈣濃度的下降，肌球蛋白輕鏈激酶(MCLK)失活和鉀通道開放等途徑，最終松弛平滑肌，增加氣道開放程度，增加氧氣吸入量；⑤可抑制肥大細胞與中性粒細胞釋放炎癥介質，減少對肺泡表面上皮細胞刺激，減輕炎性因子對ENaC及AQP的負性調節作用。

5α-腎上腺素能受體激動劑

苯腎上腺素可顯著提高肺泡液體的清除率，且對肺泡液體清除率的調節呈劑量依賴性。選擇性α1-腎上腺素能受體阻滯劑能顯著抑制苯腎上腺素引起的肺泡液體清除率的提高；而α2-腎上腺素能受體阻滯劑則對苯腎上腺素提高肺泡液體清除率的作用沒有影響，說明苯腎上腺素對肺泡液體清除率的影響部分是通過α1-腎上腺素能受體的活化完成的；β1和β2-腎上腺素能受體阻滯劑可以顯著抑制苯腎上腺素對肺泡液體清除率的提高作用。苯腎上腺素對于肺泡液體清除率的調節可能是通過作用于肺泡上皮的β1-腎上腺素能受體和α1-腎上腺素能受體的結果[10]。

6酸敏感離子(ASICs)通道

ASICs通道是一類由氫離子(H+)激活的配體門控陽離子通道，為ENaC /退化因子基因超家族的一個分支，在細胞外pH值降低時可激活Na+轉運。現已發現6種ASIC亞基蛋白，分別為ASICla、ASICIb、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3及ASIC4。研究發現，肺泡上皮細胞與支氣管黏膜上皮中有ASIC3表達，提示該通道可能參與肺泡液體的清除[11]。

7γ-氨基丁酸(GABA)受體

GABA是中樞系統中重要的抑制性神經遞質。研究發現，肺泡上皮存在GABA信號系統，且參與了肺泡液體的清除，該系統還參與過敏性哮喘的發生，經鼻吸入GABA受體阻斷劑可明顯抑制哮喘時黏液的過度分泌[13]。其機制可能是細胞外Cl-向胞內過度運輸，破壞了原有濃度差，影響了水分的轉運。在HEK293細胞上ASICs 和GABAA受體可形成異源復合體[14]，因此推測ASICs和GABAA在肺泡上皮表面結構上可能形成復合體，并相互調節參與肺泡液體的清除。

綜上所述，多種因素可影響肺泡液體清除機制，進一步研究肺泡液體清除率的機制及影響因素對于肺水腫的治療具有重要意義。

參考文獻：

[1] Deng W, Li CY, Tong J, et al. Regulation of ENaC-mediated alveolar fluid clearance by insulin via PI3K/Akt pathway in LPS-induced acute lung injury[J]. Respiratory research,2012,13(5): 29-33.

[2] Wang Q, Lian QQ, Li R, et al. Lipoxin A(4) activates alveolar epithelial sodium channel, Na, K-ATPase, and increases alveolar fluid clearance[J]. Am J Respir Cell Mol Biol, 2013,48(5):610-618.

[3] 于同,崔湧.布比卡因影響小鼠肺泡上皮液體清除的作用機制研究[J].山東醫藥,2012,52(39):18-20.

[4] Li J, XU M, FAN Q, et al. Tanshinone IIA ameliorates seawater exposureinduced lung injury by inhibiting aquaporins(AQP) 1 and AQPS expression in lung[J]. Respir Physiol Neurobiol, 2011,176 (1/2):39-49.

[5] Gao J, Zhou L, Ge Y, et al. Effects of different resuscitation fluids on pulmonary expression of aquaporinl and aquaporin5 in a rat model of uncontrolled hemorrhagic shock and infection [J].PLoS One,2013,8 (5):64390.

[6] Jin LD, Wang LR, Wu LQ, et al. Effects of COX-2 inhibitor on entilator-induced lung injury in rats[J]. Int Immunopharmacol,2013,16(2):288-295.

[7] Zhao S, Li XN. Expression of aquaporin-1 and aquaporin-3 in lung tissue of rat model with ischemia-reperfusion injury[J]. Chinese Medical Journal(English), 2010,123(24):3711-3713.

[8] Li Z, Gao C, Wang Y, et al. Reducing pulmonary injury by hyperbaric oxygen reconditioning during simulated high altitude exposure in rats[J]. J Trauma,2011,71(3):673-679.

[9] 谷秀，張天彪.氯離子通道在離體人肺泡上皮液體清除過程中的作用[J].山東醫藥,2010,50(16):60-62.

[10] 谷秀,李勝岐.佐久間勉.苯腎上腺素對離體大鼠肺泡液體清除率的影響[J].中國現代醫學雜志.2005.6.15(12):1786-1789.

[11] Tan ZY, Lu YJ, Whiteis CA, et al. Chemoreceptor hypersensitivity, sympathetic excitation, and over expression of ASIC and TASK channels before the onset of hypertension in SHR[J]. Circ Res, 2010,106(3):536-554.

[12] Yu Y, Chen Z, Li WG, et al. A nonproton ligand sensor in the acid-sensing ion channel[J]. Neuron, 2010,68(1):61-72.

[13] Xiang YY, Wang S, Liu M, et al. A GABAergic system in airway epithelium is essential for mucus overproduction in asthma[J]. Nat Med, 2007,13(7):862-867.

[14] Zhao D, Ning N, Lei Z, et al. Identification of a novel protein complex containing ASIC1a and GABAA receptors and their interregulation[J]. PLoS One, 2014,9(6):99735.

(收稿日期：2014-12-09)

中圖分類號：R332.2

文獻標志碼：A

文章編號：1002-266X(2015)10-0097-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.10.038