VIP-cAMP-PKA-AQP3信號通路與肺腸合治法治療支氣管哮喘的研究進展*

惠 毅，閆曙光，鄭旭銳，史 捷，李京濤，單宇鵬

(1. 陜西中醫藥大學,陜西 咸陽 712046； 2. 陜西中醫藥大學附屬醫院，陜西 咸陽 712000；3. 空軍軍醫大學唐都醫院腫瘤科， 西安 710038)

支氣管哮喘(bronchial asthma)是由多種炎性細胞、細胞因子參與的氣道慢性炎癥性疾病。中醫藥論治支氣管哮喘歷史悠久、療效確切，以肺合大腸理論為指導的“肺腸合治法”是臨床治療支氣管哮喘的常用治法，但其作用機制尚不完全清楚。中醫理論認為，肺與大腸之間有著相互表里的關系，肺與大腸通過經絡絡屬，手太陰經屬肺絡大腸，手陽明經屬大腸絡肺，二者互為絡屬，稱之為“肺合大腸”，具體表現為肺與大腸在生理上相互聯系，在病理上相互影響。從現代醫學角度認為，兩者之間應當有著共同的物質基礎。文獻研究表明，血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)和水通道蛋白-3(aquaporins, AQP3)，不但是肺合大腸的物質基礎，而且是抑制氣道炎癥和高反應性、控制氣道重塑、修復氣道上皮屏障的重要靶點。VIP可通過腺苷酸環化酶(cAMP)-環腺苷酸依賴性蛋白激酶(PKA)的經典途徑調節AQP3、發揮生物學效應。由此可見，VIP-cAMP-PKA-AQP3信號通路與肺腸合治法支氣管哮喘治療作用機制密切相關。

1 VIP是抑制氣道炎癥和高反應性、控制氣道重塑、修復氣道上皮屏障的重要靶點

VIP是由非腎上腺能非膽堿能抑制性神經末梢釋放的神經遞質之一，在胃腸道廣泛分布，具有舒張平滑肌、調節固有免疫和獲得性免疫、抗炎等多種生物學作用[1]。VIP在抑制氣道炎癥、控制氣道重塑、修復氣道上皮屏障方面發揮了重要作用。在支氣管哮喘的發病過程中，氣道炎癥會引起大量的炎癥因子如組胺、前列腺素F2α和內皮素等釋放，這些因子會引起氣道平滑肌的強烈收縮和黏液的大量分泌，導致氣管痙攣、誘發呼吸困難和氣道阻塞。VIP的這種舒張氣道平滑肌的功效能有效緩解支氣管哮喘患者的呼吸困難癥狀，其調節黏液分泌功能對緩解支氣管哮喘患者因氣道黏液分泌過多所致的氣道阻塞作用顯著[2]。當氣道上皮屏障損傷時，損傷區域邊緣的上皮細胞激活，上皮下迷走神經末梢興奮，通過軸突反射使肺內非腎上腺素能非膽堿能神經興奮，神經末梢釋放大量VIP，啟動氣道上皮屏障的損傷修復。此外，VIP還能通過調節支氣管哮喘小鼠體內的抗氧化基因和蛋白，維持抗氧化系統平衡，對氣道上皮屏障起保護作用[3]。氣道慢性炎癥的免疫反應貫穿于支氣管哮喘發病的始終，肺內炎癥或免疫反應時，VIP能抑制肥大細胞釋放炎癥介質，與T淋巴細胞相互作用，使肺組織免受黃嘌呤氧化酶的損傷，起到自由基清除劑的作用。此外，還具有抗炎、抑制T淋巴細胞、肥大細胞、自然殺傷細胞和血小板釋放細胞因子。臨床研究證實，VIP能有效抑制慢阻肺患者單核細胞TNF-α和IL-8的分泌，并存在一定的量效關系[4]。氣道平滑肌細胞增殖是導致氣道重塑的主要原因，VIP可以激活腺苷酸活化酶，使平滑肌細胞內cAMP濃度增加，抑制平滑肌細胞增殖[5]。VIP還能降低氣道平滑肌TGF-β1的表達，而后者可以誘導氣道平滑肌增生和膠原沉積，從而導致氣道重塑[6]。

臨床研究表明，支氣管哮喘發作期患者血液中VIP明顯降低，其機制是由于氣道炎癥破壞了NANC神經，使VIP的合成、分泌與釋放減少，或因激活了肥大細胞，促使胰蛋白酶和糜蛋白酶釋放增加，加速了VIP的酵解[7]。敲除大鼠VIP基因后，會出現顯著的氣道炎癥并最終發展為支氣管哮喘[8]。外源性的給予VIP吸入能有效地控制慢性氣道炎癥、支氣管肌肉痙攣、抑制氣道重塑和杯狀細胞分泌過多黏液[9]。目前已有多個評價VIP治療支氣管哮喘有效性和安全性的實驗方案，因此可以推斷，VIP作為一種潛在的藥物將被用于控制和治療支氣管哮喘[10]。但外源性VIP進入機體后的半衰期極短，生物利用度低，這是因為在肺組織中，VIP的酶促降解和半衰期短，導致其不能完全發揮作用，使臨床應用受到限制。因此，探討尋找長效VIP 類似物或有效的給藥途徑、方式，可能是治療支氣管哮喘和慢阻肺、慢性氣道炎癥的有效方法[11]。

2 AQP3通過炎癥細胞聚集、黏液高分泌、氣道重塑等參與支氣管哮喘發生的病理過程

水通道蛋白(aquaporins, AQPs)是一組與水的轉運相關的細胞膜轉運蛋白，主要介導水的被動跨膜轉運，能顯著增加細胞膜對的水通透性，保持細胞內外水的平衡。AQPs廣泛分布于肺、胃腸道、腎臟、腦等臟器中，肺中主要有6種AQPs，分別是AQP1、AQP3、AQP4、AQP5、AQP8、AQP9，其中AQP3與支氣管哮喘的發生關系密切，主要通過促進炎癥細胞聚集、增強黏液高分泌、加重氣道重塑等過程參與支氣管哮喘的發生發展。AQP3在維持氣道濕度平衡、防止細菌入侵和維護氣道黏膜屏障中起著非常重要的作用。氣道濕度正常為氣道上皮發揮屏障功能提供了穩定的環境，濕度降低導致屏障功能減弱，有害因子入侵引起上皮損害、局部炎細胞聚集和浸潤，炎性介質釋放，氣道炎癥產生；氣道濕度減低還可導致黏液生成減少，纖毛擺動功能進行性破壞，有害因子清除能力降低，病變部位產生的稠厚黏液不能被纖毛及時清除，進一步降低上皮屏障功能[12]。AQP3是氣道炎癥進行性加重的主要原因，AQP3基因敲除小鼠對卵蛋白的敏感性顯著降低，其支氣管哮喘的患病率也顯著低于野生型小鼠[13]。同時氣道炎癥減輕，肺泡巨噬細胞釋放的細胞因子減少，CD4+T細胞轉運減弱。機制學研究證實，AQP3可以通過調節H2O2的攝取，影響下游細胞間信號的傳遞和T細胞的遷移[14-15]，H2O2是氣道炎癥反應的始動因子和放大因子，可誘導巨噬細胞、肺泡和氣道上皮細胞IL-1、TNF-α等炎癥介質的基因表達[16]。這些炎癥介質可活化NADPH氧化酶誘導反應活性氧生成，從而激活多種信號傳導通路，包括c-Src、PKC、PI3K/Akt以及MAPKs，或轉錄因子如NF-κB、AP-1以及HIF-1α，最終誘導炎性靶蛋白的表達，使氣道炎癥進行性加重[17]。AQP3參與了氣道上皮細胞的損傷修復過程，敲除小鼠的AQP3基因和抑制人類氣道上皮細胞AQP3基因的表達后，受損部位氣道上皮細胞的自我修復能力明顯減弱[18]。AQP3還能促進纖維組織的生成，當人體皮膚出現損傷時，表達于人體皮膚肌纖維母細胞上的AQP3，加速肌纖維母細胞從傷口周圍向傷口遷移，促進修復傷口，這表明AQP3有可能與氣道重塑相關[19]。

3 VIP-cAMP-PKA-AQP3信號通路是肺腸合治法治療支氣管哮喘的可能機制之一

VIP、AQP3不但是治療支氣管哮喘的重要靶點，而且是肺與大腸相互聯系的物質基礎。楊宇[20]等在研究肺與大腸相表里的分子機制時發現，VIP是維持肺與大腸在生理功能相互聯系、病理相互影響的物質基礎之一。而AQP3在呼吸道、胃腸道上皮細胞中呈連續、不間斷的分布特點以及在支氣管哮喘(肺病)和便秘(腸病)發病中的關鍵作用，提示AQP3也是“肺合大腸”的物質基礎之一[21]。VIP、AQP3既參與支氣管哮喘(肺病)的發生發展，又在便秘(腸病)的發病機制中發揮了關鍵作用。周永學[22]等在研究通腸瀉下法治療便秘的作用機制時發現，便秘發生時血清、結腸VIP含量顯著降低，結腸AQP3表達顯著增強，腸道動力和水液代謝明顯紊亂，采用通腸瀉下法治療后血清和腸道VIP含量逐漸升高，AQP3逐漸表達降低，便秘癥狀逐漸消失。而后的機制學研究證實，通腸瀉下法可通過VIP-cAMP-PKA-AQP3信號通路發揮作用。腺苷酸環化酶(cAMP)-環腺苷酸依賴性蛋白激酶(PKA)是細胞內經典的途徑之一，cAMP決定PKA的活性，PKA負責多個蛋白的磷酸化，由此調節細胞內的生物活性反應與平衡。

通腸瀉下法是肺腸合治法的組成之一，是臨床治療支氣管哮喘的常用治法。實驗研究表明，通腸瀉下法能有效提高支氣管哮喘大鼠肺腸組織中VIP的含量，減輕卵蛋白誘導的支氣管哮喘小鼠肺部炎癥[23-24]。VIP、AQP3是肺與大腸相表里的物質基礎，在腸道中VIP可通過cAMP-PKA調節AQP3，通腸瀉下法可以刺激腸道分泌VIP，還可通過VIP-cAMP-PKA-AQP3信號通路治療便秘；在肺組織，VIP和AQP3之間是否也存在這樣的調節機制，肺腸合治法是否也能通過VIP-cAMP-PKA-AQP3信號通路治療支氣管哮喘，目前尚無相關報道，值得深入研究。