中医药介导水通道蛋白治疗腹泻型肠易激综合征的机制研究

白婷婷，杨 欣，孙宏文

(1.南京中医药大学，江苏 南京 210023；2.南京中医药大学附属苏州市中医医院，江苏 苏州 215000)

肠易激综合征(irritable bowel syndrome,IBS)是临床上屡见不鲜的无器质性病变的肠病，发病率高达10%～20%[1]。目前国内外普遍认可IBS分为四种亚型：腹泻型(IBS-D)、便秘型(IBS-C)、混合型(IBS-M)和不定型(IBS-U)，我国以IBS-D为主。IBS-D的病因及发病机制比较复杂并且尚未论述完全，就目前研究报道，不外乎内脏高敏感性、胃肠运动障碍、脑肠轴调节异常、肠道菌群失调、肠道屏障破坏等因素[2]，而且经过神经-内分泌-免疫网络导致水液代谢动态平衡紊乱和肠道平滑肌运动障碍，从而出现两大主症腹泻及腹痛。水通道蛋白(aquaporins,AQPs)是一类有着相似结构和功能的膜蛋白，能介导水分子被动快速的跨生物膜转运，迄今为止，在哺乳动物组织中已经发现13种水通道蛋白(AQP0-12)[3]。研究表明，AQPs许多家族成员在肠道与水运输密切相关，以AQP1、AQP3、AQP4、AQP8较为常见[4-6]。近年来普遍认同，AQPs表达发生变化可以影响肠道水液代谢，进而改善或加重IBS-D腹泻症状。通过调节AQPs的表达是诸多中医药方治疗IBS-D的机制之一，然而这是一个相对研究不足的课题，现就中医药调节AQPs治疗IBS-D机制相关的研究作一综述。

1 AQPs在肠道对水液代谢的影响

现代医学认为当肠黏膜的AQPs受到不同因子刺激时，AQPs的表达可升高抑或降低，起到促进或者抑制肠道水液代谢的作用。有研究利用不同浓度脂多糖刺激在体外培养的人肠黏膜微血管内皮细胞，发现AQP1蛋白表达量及其mRNA水平降低，进而引起肠黏膜细胞水转运障碍，导致肠组织水肿的发生，可见AQP1能调节肠道水液代谢[7]。京大戟峻下逐水效用强，易造成肠道水肿及水液聚集现象的发生，有研究进一步探讨此现象与AQP1的相关性，发现高剂量京大戟可致AQP1表达降低，而它表达的降低导致了肠道中的水液不能及时输送，故而导致粪便含水量增加，进而阐释了AQP1可能为肠道水液代谢的分子机制[8]。

AQP3是在结肠上皮细胞基底外侧膜表达的转运水的蛋白，故也有许多研究以AQP3为切入点。实验予硫酸右旋糖酐饲喂正常大鼠或者结肠内注射乙酸研究大鼠结肠上皮细胞中AQP3的表达和功能，发现AQP3的表达下降，肠细胞水肿严重，AQP3是治疗与肠细胞水肿相关的肠道疾病的潜在靶标。有研究发现予HgCl2或CuSO4抑制正常大鼠结肠AQP3后，大鼠粪便含水量明显增加，显示了AQP3可调节大鼠的粪便含水量，即证实了AQP3参与肠道水液代谢[9]。

AQP4也表达于结肠上皮细胞的基底外侧膜，同样具有转运水的功能。杨彬等[10]在探讨蓝花参止泻的作用机制时发现蓝花参之所以对硫酸钠导致的小鼠渗透性腹泻有抑制作用，是因为蓝花参增加了AQP4的表达，而AQP4的表达增加可以提高肠道对水和电解质的吸收，证明AQP4调控肠道水液代谢。徐雯等[11]研究结果提示广藿香提取液可通过上调结肠AQP4的表达，达到调节水液转运，改善水液代谢紊乱引起的稀便症状的目的，也揭示了AQP4调节水液代谢的作用。

AQP8在人结肠黏膜广泛表达，亦是肠道水液代谢常用的检测指标。Escudero等[12]研究确定了AQP8表达的丧失是活动性结肠炎的标志，在活动性结肠炎患者的肠黏膜中观察到AQP8 mRNA和蛋白水平降低，此外，发现结肠炎患者中低APQ8表达与大便次数增加密切相关，肠黏膜AQP8的下调可能会损害活性结肠炎中的水分吸收，从而导致水样腹泻，说明AQP8调节了肠道水液代谢。彪雅宁等[13]采用番泻叶灌胃制备腹泻大鼠模型探究车前子的止泻机制，发现各剂量车前子均能使原本湿软的大便成形，其作用机制可能是与使AQP8蛋白表达上调，促进了水液代谢有关。

2 AQPs与IBS-D的关联性

IBS-D以腹泻症状为突出表现，腹泻症状的发生现多认为是肠道水液代谢平衡被破坏的结果。AQPs在肠道广泛存在，具有调节水平衡的作用。许多实验在研究IBS-D腹泻症状发生的分子机制时发现在IBS-D患者或者动物血清中，AQPs的表达下降，粪便含水量增加，给予相应的治疗后，IBS-D患者或者模型动物腹泻症状好转，总是基于AQPs表达的上调。故而得出结论上调AQPs表达可调节水液代谢，进而改善IBS-D的腹泻症状。刘慧慧等[14]在探讨匹维溴胺对IBS-D的显效机制时发现，匹维溴胺上调了结肠中AQP3的表达，促进肠道水液代谢，从而减轻IBS-D的腹泻症状。由《茯神汤》加减而来的敦煌固本方临床治疗IBS-D确有疗效，杜娟等[15]在探讨其理论基础时也证实了升高AQP3的表达可以促进肠道对水的重吸收，从而使IBS-D腹泻症状好转。

对IBS患者结肠黏膜AQP8表达的研究显示，在IBS-D患者结肠黏膜中，AQP8的表达较正常人明显下降，且粪便含水量增多趋势与AQP8表达水平下降趋势呈正相关，说明AQP8表达下降，其转运水液的功能也随之受到限制，以致肠道对水的重吸收受损，肠内容物含水量增多，从而出现腹泻症状[16]。武志娟等[17]在临床诊治IBS-D患者时发现对辨证属于脾肾阳虚证的患者在应用附子理中汤加减治疗后，患者的排便次数明显减少、粪便性状也有明显改善，遂采用束缚应激和大黄灌胃的方法制备IBS-D模型大鼠，模型大鼠排便次数明显增多，粪便湿软，检测发现AQP8mRNA表达下调，经附子理中汤治疗干预后，AQP8mRNA表达趋于正常对照组，说明附子理中汤可能通过上调AQP8的表达使水代谢恢复正常而起到治疗作用。再者，周次利等[18]以肠道水液代谢为出发点研究艾灸对IBS-D的治疗作用时发现，与正常对照组相比较，IBS-D组AQP8表达下降显著，粪便稀软，予艾灸干预治疗后，AQP8表达升高，粪便性状趋于正常，可得出AQP8对IBS-D水液代谢有调节作用。

3 中医药通过血管活性肠肽(VIP)途径上调AQPs表达治疗IBS-D

自从在猪的小肠中分离出VIP后，VIP在肠道中的生物学作用及其信号转导途径引起广泛关注。各种研究已证实同时具备神经递质和胃肠激素作用的VIP在胃肠道的主要生理作用表现在促进肠道对水和电解质的分泌。

之后，VIP与AQPs在水转运中的相关性逐步得到了证实。针对AQPs表达调控的研究表明，VIP是调控AQPs表达的主要神经递质[19]。早期实验观察到体外运用VIP孵育的人结肠黏膜上皮细胞AQP8的表达增加，首次证实了VIP能够直接调控AQPs。随后研究表明VIP上调人结肠上皮AQP8的表达可以达到调节水转运的目的，首次肯定了VIP 与AQPs在水转运中的作用。

目前广泛接受中医药可以通过VIP途径上调AQPs表达调节水液代谢改善腹泻症状治疗IBS-D。广藿香为芳香化湿的常用中药，临床使用能有效缓解便溏症状。其有效成分提取物广藿香油正是通过调节VIP上调AQP3表达恢复肠道的吸水率，从而减轻腹泻症状[20]。针对IBS-D的防治作用取得良好成效，其作用机制便是通过VIP途径上调AQP3表达调控结肠水液代谢实现的[21]。痛泻要方为治疗IBS-D的常用方，许惠娟等[22]通过在痛泻要方治疗IBS-D过程中给予VIP受体拮抗剂，比较各组之间AQP8的表达及粪便含水量，实验结果表明，与痛泻要方组相比，药抗组大鼠AQP8的表达降低，药抗组大鼠粪便含水量与IBS-D模型组同等升高，认为痛泻要方可能通过VIP途径提高AQP8的表达发挥作用。Liu等[23]探讨针刺眼针穴区部位对IBS-D模型大鼠结肠水液代谢的调控机制时，测定大鼠粪便含水率，大鼠结肠VIP、AQP8mRNA及其蛋白表达。结果显示针刺眼针穴区部位治疗IBS-D大鼠25 d后，大鼠粪便含水率降低，结肠VIP降低，AQP8mRNA及其蛋白表达升高，提示治疗机制可能是通过VIP提高AQP8的表达实现。二神丸由补骨脂、肉豆蔻组成，也是治疗腹泻的常用方，二神丸提取物可以通过调节VIP水平增加AQP4表达水平来吸收水分，从而发挥对脾肾阳虚型IBS-D模型大鼠的止泻作用[24]。

4 中医药通过激活cAMP-PKA信号通路上调AQPs表达治疗IBS-D

经典的G蛋白偶联环腺苷酸-环腺苷酸依赖性蛋白激酶(cyclic adenosine monophosphate-protein kinase A，cAMP-PKA)信号通路是信号转导的普遍介体，其信号传递机制为细胞内的腺苷酸环化酶在细胞外信号分子的刺激下被激活，随之细胞内cAMP的水平升高，激活cAMP的主要效应物蛋白激酶A后则能参与各种细胞生理活动。

近年来大量文献证实 cAMP-PKA信号通路参与了AQPs表达的调控[25-26]。早期的动物实验研究表明，爪蟾卵母细胞内 AQP1cDNA的基因含量可以被PKA 的激动剂forskolin提高。Ikarashi等[27]研究表明，cAMP-PKA信号通路可以调节AQP3蛋白的表达。研究发现，cAMP-PKA 信号通路参与IBS的机制是通过调节水代谢异常，cAMP激活剂上调了AQP1、AQP3和AQP8的表达，从而参与肠液稳态[28]。

目前中医药通过激活cAMP-PKA 信号通路，上调AQPs表达调节水液代谢改善腹泻症状治疗IBS-D得到大多认可。研究发现大黄素可以使AQP3mRNA和AQP3的表达在人结肠上皮细胞(HT-29)和小鼠结肠组织中升高，可能是因为大黄素激活了cAMP-PKA 信号通路[29]。张慧慧等[30]发现平胃散可以增加胃黏膜层信号转导途径中cAMP、PKA这些信号分子的含量，从而增加AQPs的表达和活性，以此来增强水的跨膜转运强度，达到燥湿的目的。袁珍珍[31]在研讨导师自拟肠激宁方对IBS-D 模型大鼠的治疗成效以及对AQPs及其相关信号通路的影响时发现，肠激宁方可通过激活cAMP-PKA 信号通路，使AQP4 的表达升高，从而达成治疗IBS-D腹泻症状好转的效果。谭洁等[32]在研究九香止泻片对IBS-D湿热证模型大鼠肠道AQP4、cAMP、PKA的影响时发现，九香止泻片调控大鼠肠道中 AQP4 的表达可能伴有cAMP-PKA 信号通路的激活，进而缓解腹泻及相关症状。

5 中医药通过调整Na+，K+-ATP酶活性上调AQPs表达治疗IBS-D

Na+，K+-ATP酶以其作为离子泵的作用而闻名，是一种广泛分布在机体内的生物膜酶系统，水解ATP后可将存在于细胞内Na+移到细胞外，同时将细胞外K+移到细胞内，以维持细胞内外的离子浓度，从而控制体液的稳态。

Na+，K+-ATP酶对AQPs也有一定的调控作用。AQPs跨膜转运水的主要动力就是Na+，K+-ATP酶导致的细胞内外的渗透压梯度。Illarionova等[33]研究发现星形胶质细胞突触周膜中Na+，K+-ATP酶、AQP4的存在可能对局部水体内稳态起关键作用。湿聚为水，水聚为痰，杨志军等[34]在制备的痰浊阻肺模型大鼠的肺组织中检测发现水通道蛋白AQP1表达及Na+，K+-ATP酶活性明显下降，揭示了两者在肺组织水代谢中的相关性。González-Marrero等[35]研究发现AQPs和Na+，K+-ATP酶在控制眼房水形成的速率中有协同作用。研究发现改善肠黏膜Na+，K+-ATP酶活性及AQP1表达可以加快肠道对水的吸收速率[36]。

目前研究推测中医药可能通过调整Na+，K+-ATP酶活性，上调AQPs表达调节水液代谢改善腹泻症状治疗IBS-D。孙冬月等[37]在探讨香薷挥发油如何对湿困脾胃证模型大鼠产生治疗作用时发现，通过改善Na+，K+-ATP酶活性，调控肠道AQPs的含有量，可能是香薷发挥祛水湿的重要机制。吕妍等[38]在探讨藿香正气软胶囊的提取物对IBS-D模型大鼠水液代谢的影响时发现IBS-D模型大鼠肠黏膜Na+，K+-ATP酶活性、AQP4的表达与对照组相比较有明显降低，给予藿香正气软胶囊的提取物治疗后，Na+，K+-ATP酶活性、AQP4的表达皆明显提高，IBS-D模型大鼠腹泻症状好转。

6 其他与AQPs相关的因素

核因子κB(Nuclear factor kappa B,NF-κB)信号通路在各种细胞中广泛存在，具有多种转录调控功能，特别是对炎症过程起着关键的调控作用，能够促进炎症因子的释放，在炎症和免疫反应中起枢纽作用。而炎症的发生往往伴有组织细胞的破坏水肿等，因而许多研究发现NF-κB信号通路在多种疾病中参与调节AQPs。研究发现葛根素对低压缺氧所致急性肺和脑损伤的保护作用是通过NF-κB信号通路调节AQPs达到的[39]。研究发现给IBS模型大鼠注射NF-κB信号通路抑制剂后，AQP1、AQP3和AQP8表达上调。表明引起IBS水代谢异常改变的机制可能是通过NF-κB信号通路调节AQP1、AQP3和AQP8所致[40]。但目前鲜有涉及NF-κB信号通路在IBS-D中调节AQPs的研究。

微小核糖核酸(micro ribonucleic acid, miRNAs)是一组广泛存在于各种真核细胞中的小分子RNA，由大约2 025个核苷酸分子组成，miRNAs的表达非常保守，转录后不编码蛋白质，但能够调控基因的表达。miRNAs不仅在机体的生理变化，也在疾病的发生发展中发挥着重要的作用。研究证实miRNAs也可参与调节AQPs。Sepramaniam等[41]研究报道miR-320能导致AQP4mRNA翻译停止，对AQP4蛋白表达负向调控。最近的一项研究表明，大鼠星形胶质细胞原代培养物中的AQP4下降与miR-224和miR-19a表达的增加有关[42]。有研究发现miR-29a与AQPs在IBS-D肠黏膜通透性中的相关性[43]。但尚未发现从水液代谢角度研究miRNAs在IBS-D中对AQPs调控作用的研究。

7 小 结

腹泻型肠易激综合征以其缠绵难愈的特点对患者生活质量造成负面影响，水通道蛋白以其新兴的IBS-D药物靶标受到广泛关注，中医药以其对IBS-D疗效确切得到肯定。基于此，将中医药、AQPs、IBS-D三者加以联系，从而为中医药治疗IBS-D提供现代医学依据，以便中医药更好服务于患者。目前中医药调节AQPs治疗IBS-D的机制研究多停留于实验室，且研究多在某一中医药方、中药提取物或中医治疗技术对AQPs表达的影响，而中医药调节AQPs治疗IBS-D的具体途径研究较少，文章挖掘了已有初步研究的VIP、cAMP-PKA 信号通路、Na+，K+-ATP酶途径并且发现了具有潜在调节作用的NF-κB信号通路和miRNAs，可为临床研究选取靶点提供一点思路。然而VIP、cAMP-PKA 信号通路、Na+，K+-ATP酶等调控AQPs表达的具体机制复杂也有待进一步研究明确，尽管如此，AQPs作为IBS-D治疗的新靶点，中医药对其的干预研究将有重要的价值。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。