水通道蛋白5钠泵α1亚单位在慢性阻塞性肺疾病患者气道表达的改变及临床意义

石志红 张慧峰

[摘要] 目的：通过测定慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者肺组织中水通道蛋白5（AQP）、钠泵α1亚单位蛋白的表达及与肺功能变化的关系，明确AQP5、钠泵α1亚单位在COPD发生发展中的作用。方法：选取肺叶切除术患者肺组织标本52例，其中，对照组25例，COPD组27例；免疫组化法检测AQP5、钠泵α1亚单位蛋白表达。结果：与对照组相比，AQP5蛋白在COPD组表达降低（P＜0.05），在COPD中度组较轻度组表达亦降低，两组比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。AQP5表达改变与FEV1/FVC、FEV1预计值呈正相关关系（Rs=0.717，P＜0.05；Rs=0.500，P＜0.01）。钠泵α1亚单位在COPD组患者的表达与对照组相比差异无统计学意义（P>0.05）。结论：AQP5参与了COPD患者气道黏液分泌的病理过程并与COPD气流受限有关，钠泵α1亚单位在COPD的发病机制中可能起辅助作用。

[关键词] 慢性阻塞性肺疾病；水通道蛋白5；钠泵；黏液纤毛功能障碍

[中图分类号] R563[文献标识码]A [文章编号]1673-7210（2011）11（c）-031-03

Changes and clinical significance of the expression of Aquaporin 5 and sodium pump α1 subunit in the airway of patients with chronic obstructive pulmonary disease

SHI Zhihong1, ZHANG Huifeng2

1.Department of Respiration Medicine, the First Affiliated Hospital of Medical College in Xi′an Jiaotong University, Shaanxi Province, Xi′an 710061, China; 2.Department of Intensive Medicine (ICU), He′nan Provincal People′s Hospital, Zhengzhou 450003, China

[Abstract] Objective: To study the role of AQP5 and sodium pump α1 subunit in development of COPD by measuring AQP5 and sodium pump α1 subunit protein expression and their relationships with pulmonary function changes in COPD patients. Methods: The sample from 52 cases of pulmonary lobectomy patients, including 25 cases of control group and 27 cases of COPD group, each sample was stained by immunohistochemical staining to detect AQP5 and sodium pump α1 subunit protein expression. Results: Compared with the control group, AQP5 protein expression decreased in the COPD group (P<0.05); moreover, compared with mild group, AQP5 also decreased in moderate COPD group (P<0.05). Change of AQP5 expression was positively correlated with predicted values of FEV1/FVC and FEV1 (Rs=0.717, P<0.05; Rs=0.500, P<0.01); sodium pump α1 subunit expression in COPD patients showed no significant difference compared with the control group (P>0.05). Conclusion: AQP5 participates in pathological process of airway mucus secretion in COPD patients and has the relationgship with airway obstruction of COPD; sodium pump α1 subunit may play a minor role in the pathogenesis of COPD.

[Key words] Chronic obstructive pulmonary disease; Aquaporin 5; Sodium pump; Mucociliary dysfunction

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary diseases，COPD）是常见的慢性呼吸系统疾病，COPD的气道炎症、结构改变和黏液纤毛功能障碍等可引起气流受限导致肺功能下降，临床症状加重和健康状态恶化[1]。气道黏液纤毛清除功能障碍是COPD的一个重要病理生理改变，促进了COPD的发生、发展。水通道蛋白5（Aquaporin 5，AQP5）、钠泵是气道上皮主要的离子转运通道，与气道表面液体（aairway surface liquid，ASL）的分泌和调节有密切关系，本研究以COPD患者手术标本为研究对象，探讨肺组织中AQP5、钠泵α1亚单位蛋白的表达及与肺功能变化的关系，明确两者在COPD发生发展中的作用机制。

1 材料与方法

1.1 材料

肺组织标本来源于我院胸外科和肿瘤外科2005年4月～2006年4月因肺部肿瘤行肺叶切除术的患者。所取肺组织均距离肿瘤病变3 cm以上；依据术前1周的肺功能检查分为COPD组和对照组，COPD诊断标准参考2008年全球慢性阻塞性肺疾病防治倡议（Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease，GOLD）。对照组为肺癌患者未合并慢性呼吸系统疾病且行肺功能测试正常者。

1.2 实验方法

将所取肺组织经10%甲醛固定、常规石蜡包埋、切片，烤片过夜。分别按照AQP5及钠泵α1免疫组化试剂盒说明进行操作，分别设立阳性对照及阴性对照，光镜下观察，半定量积分法，即对每张切片的阳性细胞数及阳性细胞着色强度分别进行分级记分，然后根据两项之和确定其阳性强度[2]。

1.3 统计学方法

两组比较采用单因素方差分析或Wilcoxon秩和检验，相关分析采用Spearman相关检验，P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者的一般情况

COPD组男22例，女5例；平均年龄（58.41±10.37）岁；平均吸烟量566.67支/年。对照组男21例，女4例；平均年龄（54.24±10.03）岁；平均吸烟量426.00支/年。两组一般情况比较差异无统计学意义（P>0.05）。

2.2 AQP5在两组患者肺组织中的表达

免疫组化结果显示，AQP5主要分布在纤毛上皮柱状细胞的顶膜面、黏膜下腺体、肺泡上皮细胞；其在COPD组显示，低表达19例、中表达6例、无高表达，阳性表达率为92.6%；对照组低表达5例、中表达14例、高表达6例，阳性表达率为100.0％，两组阳性表达率比较，差异无统计学意义（P>0.05）。

对AQP5在两组患者组织中免疫组化染色蛋白表达强度的半定量分析结果进行秩和检验，结果显示，AQP5在COPD组表达较对照组明显减低，两组比较，差异有统计学意义（P<0.05）（表1）。

对AQP5在不同严重程度（轻度和中度）COPD中的表达强度进一步进行分层分析显示：COPD中度组AQP5表达强度较轻度组减低，两组比较，差异有统计学意义（P＜0.05）（表2）。

将AQP5在组织中的表达强度与COPD主要气流阻塞指标进行相关分析，结果显示：AQP5的表达强度与FEV1/FVC（1 s率）、FEV1预计值（1 s量占预计值的百分比）成呈相关关系（Rs=0.717，P＜0.05；Rs=0.500，P＜0.01），即AQP5蛋白表达可能与患者气流受限的严重程度呈负相关关系。气流受限程度越重，AQP5表达越少。

2.3 钠泵α1亚单位在两组患者肺组织中的表达

钠泵α1亚单位主要表达在气道纤毛上皮细胞基底膜，黏膜下腺体、肺泡上皮细胞也有少量表达。其在COPD组低表达16例，中表达5例，无高表达，阳性表达率为77.8%；对照组中低表达11例，中表达9例，低表达1例，阳性表达率为84.0％，两组阳性表达率比较，差异无统计学意义（P>0.05）。

对钠泵α1亚单位在不同严重程度（轻度和中度）COPD中的表达强度进一步进行分层分析显示：COPD中度组钠泵α1亚单位表达强度较轻度组减低，但两组比较，差异无统计学意义（P＞0.05）（表3）。进一步分析显示，钠泵α1亚单位表达强度与COPD病情严重程度比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。钠泵α1亚单位的表达强度与FEV1/FVC、FEV1预计值间的相关系数比较，差异无统计学意义（Rs= 0.167、0.015，P＞0.05）。

2.4 AQP5与钠泵α1亚单位的免疫组化表达强度的相关性

AQP5与钠泵α1亚单位的免疫组化表达强度积分进行相关性分析，其相关系数为Rs=0.186，差异无统计学意义（P＞0.05）。

3 讨论

气道黏液纤毛清除功能障碍是COPD重要的病理生理特点之一。目前对COPD黏液纤毛功能障碍的研究主要集中在杯状细胞和黏膜下腺黏液性细胞对黏蛋白的分泌和黏液素基因对黏蛋白的表达调控方面。而黏蛋白的分泌与水、电解质的分泌是相互调节的，与水、电解质密切相关的离子通道主要有钠离子通道、钠泵、AQP。其中AQP5是黏膜下腺体液体分泌的主要参与者，黏膜下腺AQP5的减少可以导致气道液体分泌的减少和黏蛋白浓度增加[3]。

本实验观察到AQP5主要分布在支气管纤毛柱状上皮细胞的顶膜面、黏膜下腺体、肺泡上皮细胞，这与既往的动物实验结果一致[4]；通过AQP5蛋白表达部位可以看出AQP5在肺内与腺体分泌、气道及肺内液体清除、正常呼吸道气道表面液体（ASL）的形成均有密切关系。同时发现COPD患者气道纤毛柱状上皮细胞、黏膜下腺体AQP5的表达较对照组均降低。说明AQP5可能参与了COPD患者气道黏液分泌的病理过程，AQP5表达下调，导致黏液分泌中水分减少，周围纤毛层减少，纤毛摆动频率、振幅降低，同时由于AQP5表达的减少可以导致分泌液中蛋白浓度增加，分泌物更黏稠，使黏液清除减少，引起病原菌在呼吸道的驻留和繁殖，诱发或加重感染，进一步刺激黏液高分泌，如此形成恶性循环，成为COPD发生、发展的重要环节。

本研究结果还显示，AQP5的表达强度与FEV1/FVC、FEV1预计值呈正相关关系，即AQP5表达可能与患者气流受限的严重程度呈负相关关系，AQP5表达越弱，引起气流受限程度越重，反之越轻，说明AQP5表达改变引起的患者气道黏液分泌异常作为重要的病理生理过程，参与了COPD特征性改变——气流受限的形成和发展，这一结果与既往研究结果一致[5]。基础研究表明，肿瘤坏死因子α（TNF-α）可通过下调AQP5 基因的转录和表达而影响小鼠慢性支气管炎气道表面液体层的水代谢[6]；盐酸氨溴索可通过抑制TNF-α的释放而上调AQP5的表达，从而达到治疗COPD的目的[7]；因此，调节AQP5的功能及表达，可作为治疗COPD新的切入点[8]。通过调节其表达，将有助于改善COPD气道分泌物组成成分，纠正COPD黏液纤毛清除功能障碍，有望缓解COPD患者的气道高分泌，减轻气流受限程度，从而延缓COPD的病程进展。

气道内液体平衡调节的另一个主要参与者钠泵基因的表达和钠泵活性与气道的许多生理、病理功能改变有关，如钠泵活性受抑与气道高反应性、气道的重建、气道平滑肌张力等有关[9-10]，且钠泵在肺囊性纤维化、哮喘急性发作时均有活性改变；而钠泵α1亚单位是钠泵的主要活性单位，其在成人气道内的分布以及在COPD状态下的改变需进一步研究。

本实验发现钠泵α1亚单位主要分布在支气管柱状纤毛上皮细胞的基底膜侧，黏膜下腺体、肺泡上皮细胞也可见表达。说明钠泵主要参与ASL的调节，对ASL的形成、肺内液体清除也起着一定的作用。与对照组相比，COPD组钠泵表达减弱，但差异无统计学意义，在轻、中度组中表达差异亦无统计学意义，与肺功能、吸烟量及AQP5的表达做相关分析，差异无统计学意义。本研究结果与钠泵在其他疾病的研究结果中不一致。COPD的常见诱因脂多糖（LPS）亦可以诱导气道钠泵亚单位的表达增加[1]，囊性纤维化（cystic fibrosis，CF）患者与正常支气管相比钠泵活性增加，认为此改变继发于钠重吸收增多[11]。据以往的研究和本实验结果，说明钠泵在COPD的发病机制中可能起着一定的辅助作用，尚需大样本、多个亚单位和多种方法的研究进一步证实。

综上所述，AQP5及钠泵均参与了气道内液体平衡的调节，其中AQP5在COPD患者中表达减低，与FEV1/FVC、FEV1预计值成正相关关系，研究提示AQP5参与了COPD患者气流受限的形成和发展过程；钠泵α1亚单位则可能仅在COPD的发病机制中起辅助推动作用。

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（收稿日期：2011-09-09）