上皮钠通道与疾病和药物机制的研究进展

....上皮钠通道与疾病和药物机制的研究进展*崔梓豪李青南陆幸妍**广东药学院生命科学与生物制药学院上皮钠通道（epithelialsodiumchannel，ENaC）是由α、β、γ三种亚单位组成的异聚体蛋白，在肾脏、结肠、肺脏、大脑、卵巢、睾丸和胰腺等组织均发现ENaC的分布。其生理功能就是跨越紧密连接上皮单向转运钠离子,调节水和离子的转运。上皮钠通道（ENaC）最初是由Canessa[1]等从鼠结肠上皮细胞中克隆出来的，随着研究的深入，人们对上皮钠蛋白的结构及其功能也有了进一步的认识。本文将从ENaC在各组织的分布及其功能研究状况展开综述。1.ENaC的结构、分布及其功能研究通过分子克隆已经证实人类上皮钠通道是有α、β、γ3个亚单位组成，主要分布在远肾单位、结肠上端、肺上皮细胞。三种亚单位可以构成不同的异聚体，异聚体的结构与机体所处的生理及病理状态有关。通道仅由α-ENaC亚单位组成时，将形成传导率为21—28Ps的非选择性离子通道（NSC），对细胞内Ca2+敏感，cAMP可增加单通道开放率（Po）。相反，α-ENaC、β-ENaC、γ-ENaC聚集在一起，则可形成高选择性的钠离子通道（HSC），传导率为4—6Ps，对细胞内Ca2+不敏感，cAMP可以增加通道数目，但不能增加单通道开放率[2]。ENaC属于非电压依赖性的离子通道，在适合条件下具有高度的选择性，其中对Na+、Li+的选择性远高于K+。这种选择性可以使Na+通过下调自身化学梯度的方式进入细胞，同时又不会使K+渗漏到胞外。ENaC在机体内广泛分布于各系统，对生物体的生长发育、新陈代谢和能量转换有着不可替代的作用。2..ENaC与疾病机制研究2.1ENaC与呼吸系统目前对于ENaC分布及疾病中研究最广泛的是呼吸系统的疾病。肺泡II型上皮细胞ENaC属于ENaC/Deg家族，是一个由α、β、γ三个同源亚基组成的多聚体，这三个亚基的分子量分别为79KD、72KD、75KD。肺水清除是一个自动转运的过程，该机制由Matthay[3,4]提出，即首先由肺泡II上皮细胞顶膜的钠通道（ENaC）摄取Na+进入肺泡上皮细胞，然后由基底膜的钠泵（Na+-K+-ATPase）排出到肺循环中。这个过程伴随着水的被动吸收，是一个单向的过程。在该过程中，顶膜的ENaC承担了90%的跨膜钠转运阻力,可推论在肺水吸收过程中，ENaC起着关键作用[5]。Dobbs等[6]关于肺水肿的研究表明，ENaC-α基因敲除小鼠由于肺内积液过多导致呼吸窘迫而短时间内死亡。ENaC-γ基因敲除小鼠肺内液清除的速度较正常小鼠慢，且未见死于呼吸系统并发症，但ENaC-β、γENaC基因敲除小鼠会患上假性醛固酮减少症，并因失钠和高钾血症而死亡。大量研究[7,8]表明，若将肺泡细胞的α亚单位敲除，新生小鼠则不能清除肺部多余的液体，并在出生后48h内死亡。由此推测，α亚单位是肺液清除必不可少的部分。联合应用雌孕激素可以上调ENaC-α的基因表达，因而对减轻肺水肿可能起到一定作用[9]。除肺水肿外，在慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者中，ENaC的α、γ亚单位mRNA水平升高[10]，由此可见，E1NaC对COPD的发病进程也有重要影响。2.2ENaC与循环系统近年来，Drumnond等[11]在分离的脑动脉血管中发现ENaC，*本文由国家自然科学基金资助项目（30971172），广东省科技计划（2010B050700022）资助。**通讯作者。Email:[e-mail]....而分离的鼠动脉肌源性收缩可通过使用阿米诺力或阿米诺力类似物阻断，推测ENaC是血压调节血管反应所必须的物质。此外，ENaC可能通过合成或者修饰特异性蛋白及改变皮脂分泌方式而参与上皮组织分化[12]。相关研究表明[13]，ENaC基因是导致原发性高血压的重要候选基因。2.3ENaC与生殖系统哺乳动物的精子只有在经历获能之后，才能与成熟的卵子结合，使卵子受精。其中，ENaC的α亚基定位于小鼠精子鞭毛中段，而δ亚基则定位于小鼠精子顶体的胞膜上[14]。在生精细胞中可发现ENaC-α构成的离子通道，但局限于成熟精子的鞭毛中段的质膜[15]。而在大脑、卵巢、睾丸组织未能检测到ENaC的α和δ，免疫荧光试验发现ENaC-α亚基局限分布于人精子的鞭毛中段[16]。精子的活性受环境中的pH值所影响，在偏碱性的条件下，精子处于高活性状态，而在酸性条件下则处于被抑制的状态。这是由于与碱性条件相比，ENaC在酸性条件下的表达量更高，高表达量的ENaC使精子维持静息状态，进而防止精子的过早活动。在排卵时，宫颈黏液的pH值将上升至8.5，这种偏碱性的环境可抑制ENaC活性，从而使精子活性提高。综上所述，可知精子的活力的调节活动需要具有α亚基的ENaC参与[16]。2.4ENaC与泌尿系统在泌尿系统中，ENaC主要分布在肾小管的远端小管处，对Na+的转运起重要作用。ENaC的异常可诱发泌尿系统的疾病。如ENaC表达过度，则使Na+重吸收增加，并反向偶联K+的过度排泄，从而引起低钾高钠血症，并形成高血压，此症状即为Liddle综合症（假性醛固酮增多症）。目前研究[17]已证实Liddle综合症的分子基础是ENaC基因（SCNN1B和SCNN1G）功能性突变，而最常见的是β和γENaC发生断裂、缺失，导致移码突变。与此相反的是假性醛固酮减少症，Thomas[18]等通过研究表明SCNN1B基因的5’启动子区域纯合突变会使外显子的一段1300bp缺失，从而引起假性醛固酮减少症。另外，DeFronzo等人[19]指出，胰岛素可调节肾脏对Na+离子的重吸收，使肾脏吸收更多的钠，并使集合管上的ENaC的活性增加。2.5ENaC与听觉、神经系统在生理学上，内耳的正常功能必须建立在内、外淋巴离子能够保持动态平衡的基础上。基于对肺泡细胞的研究可知，ENaC是调节Na+的关键分子。钟时勋等[20]对耳内前庭ENaC的研究表明，ENaC的各个亚基分布于前庭的各个区域，并且通过形成功能性通道的方式参与内耳内淋巴的调节，从而达到保持内耳环境稳定的效果。另外，Dunnebier等[21-23]给豚鼠腹腔注射醛固酮（1mg/kg×5天），发现部分动物出现内淋巴积水，但耳蜗和内淋巴囊的形态结构并无明显的改变。这些研究结果直接说明了，体内醛固酮水平的升高确实可以导致内淋巴液生成过多，导致内淋巴液的吸收和分泌失衡，引起内淋巴积水。ENaC和ASIC分子（ENaC超家族）在特定的背部感觉神经元束、三叉神经和传入神经中均有分布，并通过这些神经达到支配躯体和内脏感受器的效果[24,25]。Heather[26]通过研究表明ENaC/ASIC蛋白质在机械力依赖的反应中发挥着显著作用，但并不完全清楚ENaC/ASIC蛋白质传感器传导机械刺激的作用机制。Kellenberger[27]提出了“机械力传感器”假说，在这种假说中，机械传感器是一个复杂的异源多聚通道，由五个基本部分组成：①细胞外基质蛋白；②外连接蛋白；③空隙通道；④细胞内连接蛋白；⑤细胞骨架蛋白。在此通道中，DEG/ENaC/ASIC家族形成复杂的离子传导单位，机械刺激通过细胞外基质的门控通道传导，细胞骨架也可能参与作用力的传导。当受到刺激时，门控通道开放，Na+和Ca2+，进入导致膜去极化，随后激活下游信号，导致平滑肌细胞收缩或神经元产生动作电位。3.ENaC与相关药物机制研究3.1ENaC与糖皮质激素糖皮质激素（GC）可通过多种形式影响ENaC的表达。在胞内，GC可通过与特定的糖皮质激素受体（GR）结合，使糖皮质激素受体复合物解离，GR转移到细胞核中，与DNA上的GRB（糖皮质激素反应元件）结合，在转录、转录后翻译及蛋白....水平调节ENaC的表达[3]。另外，有研究表明[28]，在未受刺激的心肌细胞中，Na+通透性由于ENaC不断被内化而受抑制，这个过程是由Nedd-4/2介导的。Nedd-4/2是一种泛素连接酶，可结合β、γ-ENaC。SGK-1是一种针对Nedd-4/2的泛素磷酸化酶，糖皮质激素可诱导SGK-1的表达，调节SGK-1磷酸化Nedd-4/2，从而阻止其与ENaC的相互作用，结果使ENaC得以在顶膜保留，导致Na+的通透性增加、刺激Na+的吸收。对肾上皮细胞的研究[29]表明SGK-1还有一个作用，即控制ENaC-α的转录，从而达到增强ENaC表达的目的。3.2ENaC与盐皮质激素研究证明[30-32]，远端肾单位的钠转运调节中，其中一种重要的因素是肾上腺类固醇激素，ENaC在肾脏的表达受体内醛固酮的调节，低浓度的醛固酮可以促进细胞膜表达ENaC，但具体机制尚不明确。ENaC的三个亚基中，以ENaC-γ对血浆影响最为明显，有研究表明[33]，若给予高盐饮食，则大鼠血浆的醛固酮水平会下降，肾脏的ENaC-γ表达量降低；给予高盐饮食同时加醛固酮的大鼠ENaC-γ的表达量上升。由此可知，ENaC-γ参与生理条件下机体对盐负荷调节的是醛固酮。李琦等[34]通过实验首次发现在使用醛固酮后，早期ENaC表达量上升，但在此基础上，Na-K-ATPase的亚单位表达量不发生改变，并推测醛固酮作用的早期仅出现ENaC基因的表达上升，但Na+、K+转运蛋白的基因表达水平并没有发生变化。罗芳[35]详细阐述了醛固酮通过基因组效应对ENaC影响的过程。在体内，醛固酮、皮质醇与相应的盐皮质类固醇受体结合，通过基因组效应调控促使血清糖皮质类固醇激酶（SGK）表达量增加，SGK使泛素连接酶Nedd4磷酸化，磷酸化的Nedd4将呈失活状态，使ENaC不能通过胞饮被分解，最终使ENaC持续发挥功效。醛固酮的基因组效应现今已被广泛研究。另一方面，醛固酮存在非基因组效应的发现多时[36]，但其机制依然未被人们充分认识，仍然有待人们继续探索。3.3ENaC与其它药物ENaC不仅受皮质醇、cAMP、醛固酮、胰岛素等多种因素影响[37,38]，随着研究的不断深入，越来越多的药物被发现能影响ENaC的表达。在患有急性肺损伤的大鼠中联合使用雌孕激素可使ENaC-γ和ENaC-α的mRNA在肺部表达量显著增高而ENaC-β的表达量不变，从而在一定程度上清除由急性肺损伤所引起的肺水肿[39]。ENaC对水钠的转运是个耗能的过程，若发生缺氧，则会促使细胞内活性氧含量升高，供能的不足将使ENaC作用下降。乌司他丁能够逆转由于缺氧对ENaC-αmRNA和蛋白质表达的抑制，并与浓度呈相关性[40]。在调节ENaC功能的药物中，β受体激动剂可以使上皮钠通道基因表达量上升、促进蛋白的磷酸化，抑制ENaC的降解作用[41]，但临床效果不明显。4.小结与展望近年来，国内外对ENaC在不同组织的分布状况、作用机制及临床影响进行了广泛的研究，试图说明ENaC在这些组织器官及其疾病中的作用，从而为深入认识相关生理活动的机制和对相应疾病的治疗奠定理论基础。在生理状态下，ENaC基因的表达受多种因素的影响，包括皮质醇、cAMP、醛固酮、胰岛素等。而在一系列水盐代谢相关疾病与药物机制研究中，ENaC及其信号转导通路的作用正日益成为研究热点，因此，进一步探索ENaC的生物学功能及其与疾病和药物作用机制的关系，将为相关疾病的基础和临床治疗研究开辟新的方向。【参考文献】[1]CanessaCM,SchildL,BuellG.Amiloride-sensitiveepithelialMa+channelismadeofthreehomoloussubunits[J],Nature,1994,367(2):463-466[2]樊毫军，张健鹏，刘又宁.钠离子通道与急性肺损伤关系研究进展[J].国际呼吸杂志.2006,26(3).203-205[3]MatthayMA,Wiener-KronishJP.AmRevRespirDis,1990,142:1250-1257[4]沈菊芳，邱海波.糖皮质激素调节急性呼吸窘迫综合征血管外肺水生成和清除的研究进展[J].国外医学呼吸系统分册,2