急性肺损伤肺泡液转运障碍的发生机制和中医治疗进展

苏子珊，刘佳欣，张文凤，林琳，2，刁换胜，2，陈远彬，2

（1.广州中医药大学第二临床医学院，广东广州 510006；2.广东省中医院，广东广州 510120）

急性肺损伤（acute lung injury，ALI）是指除心源性因素之外的各种直接和间接致伤因素导致的肺泡上皮细胞及毛细血管内皮细胞损伤，可表现为呼吸衰竭，具有进行性、急性、缺氧性的特点，主要病理改变为肺容积降低、肺顺应性下降以及严重的通气与血流的比例失常等[1]。ALI与肺泡-毛细血管屏障病理生理状态的改变密切相关。ALI具有炎症瀑布反应，表现为肺毛细血管微血管通透性提高，具有大量蛋白质的水液进入肺泡腔，并损伤包括钠离子通道在内的一系列离子通道，引发肺泡液的转运障碍，导致液体异常积聚于肺血管外层和肺泡内，从而发生急性肺水肿，并可进一步恶化为急性呼吸窘迫综合征或多器官功能障碍综合征。肺水肿为ALI的主要病理特征之一，其严重程度也与ALI的预后呈正相关[1]，因此促进肺泡液的转运进而改善肺水肿对ALI的预后具有重要的临床意义。

1 ALI肺泡液转运障碍的发生机制

1.1 被动转运肺泡液的被动转运不需要消耗能量，而是依靠各方面的压力和张力从而达到肺水转运和重吸收的效果[2]。发生ALI时，炎症、缺氧等各种因素，可影响肺泡膜通透性、肺组织间隙与肺毛细血管内静水压、通透性与胶体渗透压等，导致肺泡液异常积聚。肺间隙组织内存在两个间质压力区，一个是位于支气管血管周围、小叶间隔以及胸膜脏层下的疏松结缔组织间隔区（Pct），另一个是肺泡壁间隔区（Ppmv），其中Pct压力低于肺泡压，在肺膨胀时低于胸膜压，而Ppmv压力与肺泡压基本相等。当提高肺泡压使其超过稳定状态时，液体滤过率降低。肺间质中存在一个自Pct到Ppmv的压力梯度。ALI发生时，液体首先积聚于肺泡壁以外的支气管血管间隙，形成间质性肺水肿。随着间质水肿液的积聚，支气管血管周围压力升高，当间质压超过肺泡腔有效压时，液体沿末梢小支气管管壁的通道直接流入肺泡腔，造成肺泡液的异常积聚[1-3]。

1.2 主动转运肺泡液的主动转运涉及钠离子通道、钠钾泵、水通道蛋白、紧密连接蛋白、缝隙连接蛋白等。

1.2.1 钠离子通道 钠离子（Na+）在肺泡上皮细胞等诸多呼吸道细胞中均有表达，钠离子通道（ENaC）主要在肺泡Ⅱ型上皮细胞分布，可以维持Na+平衡、促进维持肺脏液体平衡和血压稳定[4]。Liu Y等[5]的研究发现，ENaC主要分布于血管内皮细胞，能够起到调节血管内皮屏障完整性的作用，因此，肺泡水肿液的清除能力受损与ENaC的表达改变相关。肺泡上皮液体的重吸收依赖于Na+的转运驱动以及肺上皮跨膜离子通道的协同作用。在正常生理情况下，Na+主动转运可以推动肺部的水分从肺泡腔重新吸收到肺间质和肺循环：分布于肺泡上皮细胞顶面的Na+被钠通道拾取，随后被底膜处的钠钾泵“泵”出基底膜侧，此过程涉及氯离子囊性纤维化跨膜传导调节因子的协同作用[6]。以上过程产生了一定的跨上皮离子渗透梯度，从而推动肺泡液通过位于肺泡上皮细胞的水通道蛋白5（aquaporin-5）从肺上皮顶膜向基底侧被动运输，此环节异常时可导致肺泡液积聚[7]。通过药物等方式抑制上皮细胞ENaC活性，可以影响肺泡液清除转运[8]。发生ALI时，如果肺泡液无法正常转运清除，可造成肺泡上皮细胞缺氧，进一步影响肺换气功能，进而危害生命。

低氧、炎症等均为影响ENaC的病理因素。低氧主要通过诱导ENaC的α、β、γ亚基和mRNA的α、β亚基表达下降，造成ENaC表达抑制，且低氧状态下的肺泡上皮细胞内的线粒体呼吸链也会被抑制，大量的活性氧产生，促进PKC-δ的激活，从而激活细胞外调节蛋白激酶1/2（ERK1/2），并且通过抑制丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）造成ERK1/2去磷酸化减少。以上几方面共同作用，可导致ENaC内化增加，引起肺泡顶膜的ENaC表达下降、开放概率降低[9]。炎症反应产生的转化生长因子β（TGF-β）可通过激活ERK1/2通路，抑制ENaC亚基启动子的活性，进而使ENaC表达被抑制、ENaC内化增加，从而抑制肺泡上皮细胞的ENaC活性，加重肺泡液转运障碍发生。Gonzales J N等[10]的研究表明，ALI病程的发展与机体内白细胞介素（IL）浓度的改变相关。ALI早期，中性粒细胞浸润肺部，产生IL-1，而IL-1β可通过p38/MARK信号通路抑制ENaC亚基启动子的活性，从而降低肺泡上皮细胞ENaC的活性。

1.2.2 钠钾泵 钠钾泵活性和数量同样影响肺泡液的重吸收。低氧可促使钠钾泵蛋白表达下降，加速钠钾泵内吞，导致肺泡基底膜的钠钾泵数量下降[11]。短期的缺氧对细胞中钠钾泵蛋白总量的影响可以忽略不计，但是在长期缺氧时，肺泡上皮细胞的钠钾泵mRNA及蛋白水平均有所下降；严重缺氧时，甚至出现钠钾泵降解，促使肺泡上皮细胞凋亡增快，进一步导致ALI病情恶化。ALI常伴有强烈的肺组织凝血现象，该现象导致凝血酶浓度升高，凝血酶通过活性氧和PKC信号通路的介导，促进钠钾泵的内吞，而Na+转运和肺泡液重吸收被抑制，可加重肺泡液转运功能障碍。

1.2.3 水通道蛋白 水通道蛋白（AQP）的功能或数量异常是ALI肺泡液转运障碍发生的重要原因之一。人体内的13种水通道蛋白（AQP0～AQP12）中，有6种（AQP1、AQP3、AQP4、AQP5、AQP8、AQP9）表达于呼吸道及肺组织[12]。ALI发生时，位于Ⅱ型肺泡上皮细胞的AQP1表达下降，故而肺内通过水通道蛋白途径重吸收的水量降低，导致水液集中于肺泡和肺间质内，引起肺水肿[13]。Li J等[14]的研究显示，在吸入海水诱导的ALI模型中，AQP5与AQP1的表达抑制，提示在渗透梯度的驱动下，AQP1和AQP5的抑制使大量的水液从血管和（或）细胞内顺渗透梯度转移到肺泡腔，从而加重肺水肿。内毒素诱导ALI的动物实验研究结果显示，内毒素可使AQP1与AQP5的表达抑制，从而破坏肺毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞屏障，诱发ALI[15]。在Na+转运障碍时，AQP4 mRNA在Ⅱ型肺泡上皮细胞的表达增加，可以部分代偿肺泡液的清除，调节肺泡腔和肺泡上皮屏障的液体交换[16]。

1.2.4 紧密连接蛋白 肺组织通透性增高时，缺血、缺氧、炎性浸润等多种因素是ALI的关键病理过程，通过损伤肺血管内皮屏障功能，引发ALI。肺气道上皮细胞间跨膜紧密连接蛋白claudin家族可以有效保证肺上皮细胞的完整性，其中尤为重要的是claudin-2和闭锁连接蛋白1（ZO-1）的互动协同作用[17]。claudin-2蛋白表达于支气管上皮细胞膜，其作用是保护上皮细胞孔道形状、介导肺泡液转运、增进渗透性转运和保持细胞间稳态。ZO-1蛋白表达于支气管上皮细胞胞质，作用于细胞信号转导和claudin-2的开合功能，与claudin-2共同维持肺屏障功能稳定。研究[18-20]显示，ZO-1及claudin-2的表达异常可引起气道屏障瓦解，增高组织通透性，引发肺泡液转运障碍。

此外，ZO-1可促进内皮间的紧密连接。在肺血管内皮细胞紧密连接断裂引起的内皮屏障受损的实验中，ZO-1表达下降，肺血管通透性增加[21-22]，说明ZO-1的表达可调控屏障通透性以及内皮细胞的紧密连接蛋白。

1.2.5 缝隙连接蛋白 肺血管通透性的改变在ALI导致肺泡液转运障碍的病理机制中起到了重要的作用，而内皮细胞屏障的完整性可以影响血管通透性。由于各种原因导致肺组织内皮细胞屏障破坏可以使血管通透性升高，从而使肺泡液在肺组织中异常积聚，形成肺泡液转运障碍[23]。Parthasarathi K[24]的研究证实，存在于内皮细胞间的缝隙连接蛋白CX40与CX43，参与了维持细胞内皮屏障、调控血管通透性的过程。小鼠腹腔注射内毒素诱导的ALI动物实验研究[25]表明，由内毒素引起的ALI过程中，CX40在小鼠肺中的表达受到抑制，且通过调控CX40表达可缓解血小板激活因子对肺的损伤，由此证实CX40对肺血管内皮通透性起调控作用。尽管缝隙连接蛋白与调控肺泡液转运存在一定的相关性，但目前此方向的研究仍较少。

2 肺泡液的转运与肺水肿

肺水肿是ALI发生发展过程中最重要的病理特征[26]。肺泡液的重吸收有助于清除进入肺泡腔的过多水液，其过程主要依赖于肺泡上皮细胞ENaC、AQPs和Na+-K+-ATP酶的协调控制[27]。Na+在上皮细胞间的转运是通过上皮细胞基底外侧表面的Na+-K+-ATP酶作用下驱动的，由Na+转运产生的经上皮渗透梯度进一步加速了Na+从肺泡腔向肺间质和毛细血管的转运。肺泡上皮细胞顶端表面的ENaC和AQPs是上皮细胞和内皮细胞Na+和肺泡水液的主要通道。据报道，ENaC在大鼠肺中的Na+转运率为40%～60%，在小鼠肺中高达90%[28]。因此，ENaCs、AQPs和Na+-K+-ATP酶在减轻肺泡水肿方面发挥着关键作用[29]。

ALI的另一个特征是炎症细胞因子风暴。炎症因子同样也是影响ALI肺泡液重吸收的主要因素之一。据报道[30]，促炎细胞因子如TNF-α的过度释放会破坏肺泡上皮屏障上的Na+和Cl-的转运，是抑制肺泡液重吸收的原因之一。另有研究[31-32]表明，TNF-α可通过p55相关死亡途径诱导肺泡上皮细胞发生凋亡，还可通过前列腺素E2下调大鼠结肠中的Na+-K+-ATP酶。此外，IL-6可上调血管紧张素和醛固酮或其受体的表达，可间接增加ENaC的活性[33]。

近年来，一些研究进一步阐述了促炎细胞因子与肺泡液主动转运之间的关系。如TNF-α可调节支气管上皮细胞AQP1和AQP5的蛋白表达水平，而IL-1β可逆转AQP1和AQP5蛋白表达的降低[34-35]。研究[36-37]还证实，TNF-α和IL-1β能直接下调肺泡上皮细胞中的ENaC水平和蛋白表达，影响肺泡上皮细胞转运Na+的能力。由此可推测，ALI发生时，大量炎性细胞因子的释放可能抑制肺泡上皮细胞中AQPs、ENaC和Na+-K+-ATP酶的表达和活性，导致肺泡液重吸收障碍，从而导致肺水肿。

3 中医药疗法干预ALI肺泡液转运障碍的进展

中医学认为，人体水液的正常运行与肺、脾、肾、三焦密切相关。肺为“五脏之华盖”，为“水之上源”，主气而司呼吸，有通调水道之功。气行则水行，肺气宣畅则水道通畅。尹硕淼等[38]认为，肺水通道蛋白是中医“肺主行水”理论的一大佐证，两者紧密相关。肺水通道蛋白表达异常是肺泡液转运障碍的主要环节。因此，邪犯于肺，肺气痹阻，宣肃失常，则肺不能通调水道，导致水液内停积聚在肺，这与ALI发生时出现肺泡液转运障碍进而引起急性肺水肿的表现不谋而合。近年来，中医药疗法干预ALI肺泡液转运障碍方面的基础研究涉及单味中药、中药复方以及电针治疗等。

3.1 大黄大黄的主要功效为清热解毒、凉血泻火。从大黄中提取的大黄素，是大黄成分中主要的有效单体，属于一种蒽醌类衍生物，具有免疫调节、抗炎、抗氧化等药理作用。研究[39]表明，大黄素主要通过抑制炎症反应、调节肺水代谢、抗氧化作用、调节肺表面相关蛋白，从而促进肺泡液转运。刘军等[40]通过多组动物实验证实了大黄素的功效，认为大黄素可有效降低大鼠肺组织干湿比（W/D）值、肺通透性指数（LPI），从而降低ALI大鼠肺组织水肿的严重性。而大黄素使用剂量的大小对下调炎症因子、APQ4分子的表达水平以及NF-κB信号通路等作用有显著的差异性，大剂量大黄素的药理作用更明显[41]。

3.2 姜黄姜黄在临床应用中具有破血通经、行气止痛的功效。从姜黄中提取出的姜黄素，是一类酸性多酚类化合物，具有抗炎、抗氧化等药理作用。动物实验研究[42-43]表明姜黄素的水溶性成分可以有效减少肺组织中炎症因子的表达、降低肺水肿程度以及减轻肺组织的氧化应激反应。

3.3 青天葵青天葵具有清热解毒、散瘀消肿的作用。药理学研究证实青天葵具有促进肺通调水道的功效。研究[44]显示，对于经舌底静脉注射内毒素诱导的ALI模型，青天葵不仅可通过降低TNF-α、IL-6的过量表达，调控炎症反应，维持机体自身调节，对ALI产生一定的保护作用，还能通过提升AQP1、AQP5蛋白表达水平，清除肺间质和肺泡腔内过多液体，调节肺内水液代谢平衡，使肺水肿状态明显改善。

3.4 葶苈子葶苈子入肺、膀胱、大肠经，具有泻肺行水、破坚消肿、祛痰平喘的功效。网络药理学研究[45]表明，葶苈子水提液可能通过上调AQP5蛋白的表达来改善ALI。而AQP5表达的增加，可以代偿清除部分肺泡液，调节肺泡腔和肺泡上皮屏障的液体交换[15-16]。

3.5 丹参从中药丹参根中可以提取出一种菲醌成分，即丹参酮ⅡA。在运用丹参酮ⅡA治疗海水所诱导的急性肺损伤实验模型中，发现丹参酮ⅡA能够降低ALI模型中的AQP1与AQP5的表达水平，明显改善肺水肿状态[14]。

3.6 海风藤中药海风藤应用于ALI，可以改善血流动力和微循环，增加肺血管对肺水肿液的吸收，抑制自由基生成，对调节Ⅰ型及Ⅱ型肺泡上皮细胞通透性起主导作用；其机制可能与海风藤可上调分布于Ⅰ型肺泡上皮细胞膜APQ5表达、促进肺水肿吸收等有关[46]。

3.7 中药复方在补肺化痰中药复方（主要由人参、制天南星、制半夏、枳实、橘红、茯苓、石菖蒲、竹茹、炙甘草等组成）[47]干预肺虚痰阻证模型大鼠的实验中，发现补肺化痰方能够增强ALI大鼠AQP1和αENaC的表达，从而促进其肺部的水液代谢功能，并改善肺水肿状态。另外，阳和平喘颗粒也可通过上调AQP1和AQP5的表达来调控水液代谢的平衡以及呼吸道黏液分泌[38]。

在研究芪冬活血饮（主要由黄芪、麦冬、虎杖、当归、大黄等组成）对急性肺损伤小鼠肺泡巨噬细胞信号通路作用的实验中，发现肺泡巨噬细胞iRhom2和TACE的mRNA和蛋白的表达被抑制，ENaC和AQP1的表达增加，肺血管的通透性得到改善，肺上皮细胞的凋亡率降低[48]。由此可见，此中药复方可明显减轻ALI小鼠的肺泡间水肿、出血和肺泡结构的破坏，对机体起保护作用。

3.8 电针观察电针足三里、肺俞、内关穴位对脓毒症小鼠急性损伤和Sting蛋白的影响的实验研究[49]显示，电针刺激可通过调控水液代谢的相关蛋白，治疗血管内皮通透性障碍引起的肺水肿，降低肺W/D比值，减轻肺组织病理学改变。同时，电针通过抑制JAK1/STAT3信号通路的传导，降低TNF-α与IL-6的表达，对ALI的损伤起间接保护作用[50]。

4 小结

综上，急性肺损伤肺泡液转运障碍的主要机制包括肺泡毛细血管屏障通透性增加和肺泡上皮清除水肿能力下降两个环节。ALI发生时，肺的内皮细胞和上皮细胞直接受损，肺泡毛细血管屏障完整性被破坏，通透性增加，上皮间渗透梯度改变，Na+主动转运活性降低，水再吸收的驱动力丧失，这是导致肺水肿发生的基础。ALI的另一个特征是大量中性粒细胞浸润，产生的大量促炎因子和活性氧可破坏毛细血管屏障，改变上皮紧密连接，同时使ENaC、Na+-K+-ATP酶表达减少，抑制其活性，诱导水通道蛋白的减少，AQP1、AQP5表现出肺损伤靶点特异性基因和蛋白的表达，加重肺水肿程度。单味中药影响肺泡液转运主要通过两条路径实现：一是降低炎症因子的表达而具有明显的抗炎作用，减轻炎性细胞因子对ENaC、AQPs的抑制，从而保护肺组织；二是调控ENaC、AQPs、紧密连接蛋白的表达，促进肺泡液转运，从而改善肺水肿状态。中药复方和电针则通过多路径协同改善ALI，其具体作用取决于选药与配穴。研究证明中药具有作为多靶点药物来源的潜力，可能为中医药在ALI的预防和治疗中的应用提供新的思路。