痰液分泌的细胞与分子机制及中医药防治研究进展*

钟 琦 谢 斌 姚凤云 聂建华

(江西中医药大学中医学院，江西 南昌 330004)

痰液增多可导致气道阻塞、气流受限等，加重慢性阻塞性肺疾病(COPD)、哮喘等呼吸系统疾病患者的病情，甚至引起死亡。了解痰液分泌的细胞与分子机制对于呼吸系统疾病的治疗具有重要意义。痰液具有高液体和大分子两大特性，高液体成因于细胞对水和离子的转运，大分子成因于血管漏出或局部细胞的分泌[1]。通过研究中医药防治呼吸系统疾病的相关文献，发现中药对痰液的分泌有较好的抑制作用。因此，本文从痰液的特性入手，对参与痰液分泌的细胞、分子机制及中医药抑制痰液分泌的相关研究进行综述，以期为中医药有效防治痰液分泌提供更多理论依据。

1 痰液量增加的机制

痰液的高液体成因于肺泡和气道上皮细胞对水、离子的转运障碍。肺泡上皮细胞对液体转运包括Na+的主动转运和水通道转移2类，气道上皮细胞对液体转运为Na+和Cl-转运。

1.1Na+的主动转运 Na+的主动转运主要由上皮钠通道(ENaC)、Na+-K+-ATP酶(NKA)等组成，是肺泡内液体清除的主要方式。Na+通过ENaC进入Ⅱ型上皮细胞内，之后被基底膜的NKA泵出，主动摄取K+，形成Na+细胞内、外浓度差，水分子依此随渗透压发生主动转运，肺泡内的液体最终得到清除。黄斌等[2]研究发现，丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号途径参与肺泡上皮Na+的主动转运机制，但具体作用途径还需进一步研究。

1.1.1 钠通道(ENaC) ENaC位于肺泡上皮细胞顶膜中，通常由α、β、γ 3种同源亚基构成一个完整的功能性 ENaC成孔通道，以控制离子流动。ENaC活性与细胞肿胀程度呈正相关，在低渗环境中细胞体积增大，ENaC活性也增加，反之。在ENaC通道中，α-ENaC基因作用尤为重要。人类α-ENaC基因某些碱基的突变，可导致肺泡液体清除率下降，引起呼吸窘迫综合征[3]。

在发生炎症反应时，肿瘤坏死因子(TNF)、转化生长因子(TGF)-β1、白介素(IL)等炎症因子会减少ENaC表达并降低其活性，导致肺泡水肿。如：TNF-α能够降低肺泡α-ENaC、γ-ENaC基因水平和蛋白质表达，同时减少Na+的转运数量，使肺泡液体清除率下降；TGF-β1通过细胞外调节蛋白激酶(ERK)1/2，降低急性肺损伤(ALI)动物模型α-ENaC基因和蛋白表达；IL-1β通过激活p38MAPK信号通路，降低ENaCmRNA表达。近期研究发现，在小鼠肺上皮细胞中，IL-1通过介导核转录因子κB(NF-κB)通路可诱导α-ENaC的升高，部分涉及ERK 1/2和p38 MAPK信号通路刺激[4]。

1.1.2Na+-K+-ATP酶(NKA) Na+-K+-ATP酶，简称钠泵，是一个由α、β及FXYD亚基组成的三聚体，FXYD与催化亚基α相互作用以调节Na+、K+、ATP与NKA亲和力。FXYD5是FXYD亚基的1种，在肺中表达丰富，可以增加NKA活性和修饰β1亚基的糖基化状态，但其胞外的O-糖基化结构域会减弱细胞间的黏附，致使上皮组织容易遭受损害，引发疾病。

药物、炎症均能影响NKA表达，刘焕淼等[5]研究发现胰岛素可以通过调控PI3K/AKT及PI3K/ERK通路部分解除脂多糖(LPS)对肺泡Ⅱ型上皮细胞NKAα1亚基表达的抑制，上调NKA水平。在囊性纤维化小鼠鼻、肺上皮细胞中，FXYD5增加有助于增强NKA的活性。最近研究发现，向小鼠气管内滴入LPS会增加肺中FXYD5的水平，FXYD5通过NF-κB增加炎症细胞向肺部聚集，促进炎症反应，但FXYD5的表达会损伤肺泡上皮屏障[6]。

1.2 水通道蛋白(AQPs) AQPs是一系列运输水的膜通道蛋白，它所介导的高效、被动转运是水分子跨膜运输的主要途径，是细胞生命活动重要的基础条件之一。众多研究显示，AQP1和AQP5对维持肺水平衡具有重要作用。AQP1主要位于细支气管与肺毛细血管内皮，参与肺间质液体转运；AQP5主要位于Ⅰ型肺泡细胞(ATⅠ)顶膜面及腺泡细胞黏膜下层，参与ATⅠ水分子转运，清除肺泡腔内多余的液体。

在病理情况下，AQP5表达降低可引起COPD患者的水代谢失衡，同时影响气道黏液的黏稠度与纤毛清除功能。研究发现，调控AQP5的表达主要由MAPK途径实现，包括ERK、p38MAPK、氨基端激酶(JIN)3条MAPKs信号通路，p38MAPK的活化可降低AQP5基因和蛋白表达。BA等[7]实验表明，在用LPS制备的ALI模型中，脂蛋白A4可以通过抑制p38MAPK和JNK的磷酸化而上调肺组织中AQP5的表达，对ALI肺泡液运输障碍的治疗提供新思路。

1.3Na+和Cl-的转运 肺水平衡通过阳、阴离子通道共同实现，阳离子通道主要为钠通道、环核苷酸门控离子通道和钾通道，而阴离子通道主要为氯通道。囊性纤维化跨膜电导调节体蛋白(CFTR)和Na-K-2CI协同转运蛋白(NKCC)是主要的Cl-转运蛋白：NKCC给上皮细胞提供Cl-；CFTR双向转运气道内的Cl-，控制Cl-通道和蛋白质转运，参与调节水盐代谢、黏液分泌和电解质平衡，维持组织稳态，同时增加肺水重吸收。

在急性肺损伤中，抑制CFTR表达能使小鼠肺泡清除率下降。CFTR过度表达可以减弱COPD小鼠模型中氧化应激和炎症反应对肺组织的伤害，其机制或与抑制MAPK /NF-κBp65信号通路相关。实验研究发现，CFTR通过增强PI3K/AKT/mTOR信号通路抑制LPS诱导的ALI小鼠细胞自噬[8]。

2 痰液黏度增加的机制

痰液黏度增加，成因于血管漏出或局部细胞分泌的大分子聚集于肺组织。机体受到刺激，血管通透性增加，血液内大分子物质渗漏到肺组织间隙，如血浆蛋白、炎性细胞等，同时气道细胞分泌黏蛋白、抗菌分子等大分子物质。

2.1 血管通透性增加 血管通透性主要由血管内皮细胞(VEC)调节，其形成的内皮屏障，参与调节血液和肺间质之间的液体交换。内皮细胞间连接分为紧密连接和黏附连接，紧密连接通过紧密连接蛋白claudin-5、occludin、闭锁小带(ZO-1)介导，黏附连接通过果胶和血管钙黏蛋白(VE-cadherin)介导。VE-cadherin参与维持血管完整性，其改变能够间接量化内皮损伤程度，提示血管通透性改变。李志鹏[9]发现，中暑引起的热打击在早期引起p38磷酸化，并经由p38 MAPK通路调节控制VE-Cadherin移位，破坏内皮细胞间的黏附连接，增高人脐静脉通透性。

LPS刺激气道，p38MAPK/MAPK激酶(MKK)信号通路被激活，活化中性粒细胞和VEC产生炎症因子，如TNF-α、IL-6等，上调血管内皮细胞黏附分子的表达，如ICAM-1、VCAM-1，促进白细胞黏附，介导白细胞迀移和趋化，参与炎症反应；而TNF-α等又能反过来激活p38MAPK/MKK通路，进一步放大炎症反应。活化的中性粒细胞还可生成大量组织胺、缓激肽等介质，这些介质直接或间接作用于VEC，破坏细胞膜，致使其损伤、凋亡，促进血管通透性增加。此外，血管中的VEGF、凝血酶和组胺等能引起VEC连接蛋白磷酸化，致使细胞连接分离甚至断裂，血管通透性增加，血管中的大分子进入组织间隙，组织间隙胶体渗透压升高，引起组织水肿。宋珺等[10]研究发现，烟曲霉可能通过调控p38MAPK等通路增加肺微血管VEC的通透性。

2.2 气道高分泌 除了血管漏出的大分子物质，痰液还包括由气道分泌细胞分泌的黏蛋白、抗菌分子(如防御素、溶菌酶)、免疫调节分子(如分泌球蛋白)和保护性分子(如三叶蛋白)等，其中黏蛋白(MUC)是痰液黏度增加的重要因素。在气道黏液中，MUC5AC、MUC5B是主要的黏蛋白，同时含有微量的MUC2。MUC5AC由杯状细胞分泌，MUC5B由大气道黏膜下腺的黏液细胞分泌，而MUC2仅在黏膜下腺少量表达。

气道表面黏液在生理情况下由水、电解质和少量黏蛋白组成，参与清除呼吸道异物、维持气道微环境和调节通气功能等。当气道受到空气污染物、细菌等直接刺激时，上皮杯状细胞增生，黏膜下腺增生肥大，气道中MUC5AC、MUC5B表达升高，痰量增加，痰液变酸黏稠。

MUC5AC的分泌受多种蛋白酶和信号通路的调节，中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)是其最有效的促分泌诱导剂。NE可通过表皮生长因子受体(EGFR)/ERK/NF-κB信号通路诱导MUC5AC分泌。ZHANG等人[11]研究指出，氨溴索能够通过活化MAPK/ERK信号通路明显抑制LPS诱导的人类气道上皮细胞中MUC5AC的表达水平。研究表明，MUC5B与巨噬细胞的吞噬功能相关，敲除MUC5B基因，导致机体发生非正常炎症反应，巨噬细胞凋亡，吞噬功能受损，最终降低呼吸道异物清除率。CHOI等[12]体外实验表明，亚洲沙尘可通过TLR4/ERK2和TLR4/p38 MAPK信号通路诱导人气道上皮细胞中MUC8和MUC5B蛋白的表达。

3 中医药对痰液分泌的影响

中医药对抑制痰液分泌具有较好的疗效，其研究方向主要集中于水通道蛋白和气道黏液高分泌2个方面。曾伟等[13]发现二冬膏可降低ALI大鼠模型肺中IL-6、TNF-α炎症因子的释放，上调肺组织AQP1、AQP5蛋白和mRNA水平，抑制炎症反应，减轻肺水肿，改善ALI。川芎嗪也可通过上调肺组织AQP1、AQP5水平，减少急性呼吸窘迫综合征动物模型肺泡腔中的水肿液，改善肺水肿[14]。尹硕淼[15]研究发现青天葵总黄酮能够促进ALI小鼠肺组织紧密连接蛋白Occludin表达，降低肺湿干重比，缓解小鼠肺水肿，还能减少肺泡灌洗液中的炎症细胞数量，改善肺组织病理。姚楠等[16]研究发现剂量为4、8 g·kg-1当归能缓解阴虚证哮喘小鼠的阴虚表征，降低IL-13、TNF-α水平，抑制气道杯状细胞增生及MUC5AC高表达，进而改善哮喘气道黏液高分泌。周勇等[17]实验表明，麻杏二三汤能够下调MUC5AC mRNA的表达，有效抑制哮喘小鼠气道黏液高分泌。清金化痰汤可通过抑制COPD大鼠模型MAPK信号通路，降低肺组织EGFR、P-ERK、P-p38、MUC5AC蛋白表达，抑制气道黏液分泌，修复炎症损伤[18]。

4 结语与展望

痰液的分泌与细胞内水和离子的转运、血管通透性的改变和气道中黏蛋白的分泌有着密切联系。钠的主动转运和水通道蛋白转移主要与痰量有关，而血管通透性和气道黏液分泌则与痰质相关。其中，MAPK相关信号通路参与调控痰液的生成过程，即MAPK通过参与肺泡上皮Na+的主动转运和降低AQP5的表达，增加痰液的量；通过增强血管内皮细胞通透性和促进MUC5AC、MUC5B分泌，增加痰液黏度。目前，中医药抑制痰液分泌的研究主要致力于上调AQP表达和抑制MUC5AC分泌2个方面，对钠的主动转运和血管通透性方面研究较少，且部分中药是通过MAPK信号通路参与抑制痰液的分泌。MAPK相关信号通路可能是今后研究中医药防治痰液分泌机制的关键点。