基于褪黑素調節水通道蛋白探討“肺應秋、主通調水道”的物質基礎

李文娜 劉雷蕾 馬淑然

“肺與秋季相通應”是中醫“天人相應”理論的重要內容之一。“肺應秋、主通調水道”是指肺主通調水道功能存在應秋而變的季節性變化節律。人體水液代謝的生理功能隨季節氣候的變化而有相應的規律性調節。肺應秋，機體適應“秋收”之節律，可表現為水液代謝的四季節律，“秋冬多尿少汗，而春夏多汗少尿”。目前中國對“肺應秋”的研究主要集中在其與局部免疫之間的關系，缺乏關于“肺通調水道，應秋而變”的理論內涵探討。本文將褪黑素(melatonin, Mel)-細胞外信號調節激酶(extracellular regulated protein kinase, ERK)細胞信號傳導-水通道蛋白(aquaporins, AQPs)與中醫“肺主通調水道”及“肺應秋”相結合，進行交叉研究，以闡述《內經》“肺藏”功能的理論內涵。不僅有助于深化對中醫原創性“天人相應”及“五臟應時”等理論內涵的現代認識，而且也為中西醫結合防治肺系疾病的季節性發病或突發提供實驗依據和途徑，同時對現代生命科學、時間醫學及中醫藏象本質研究提供新思路。

1 肺主通調水道，應秋而變

1.1 “肺主通調水道”是機體水液代謝的重要環節

“肺主通調水道”指肺氣的宣發肅降運動推動和調節全身水液的輸布和排泄。《黃帝內經素問集注》：“肺應天而主氣，故能通調水道，下輸膀胱”，指出肺主氣為通調水道的動力源泉。而“肺主通調水道”的生理基礎是肺氣的宣發肅降，如《血證論》云“肺為水之上源，上源清則下自清”。肺氣宣發，不但發揮衛外防御的功能，還將水谷精微和津液外輸于皮毛，以發揮其濡養、滋潤的作用。肺主通調水道主要包括五個途徑：呼吸之氣排出水分、津液的輸布以及汗液、尿液、大便的排泄。《靈樞·本藏》曰：“三焦膀胱者,腠理毫毛其應”，指出尿液的排泄與汗液的散發密切相關，如冬季尿畢常見寒戰,腠理偏于密閉,毫毛立起。故肺氣宣發，向上向外布散水液，上至面竅，外達全身皮毛肌腠以濡潤；肺氣肅降，向內向下輸送水液至臟腑以濡潤，并將臟腑代謝產生的濁液下輸至腎，成為尿液生成之源。肺氣肅降將水液下輸大腸，通過糞便帶走部分水液。臨床上常根據“肺主通調水道”理論治療水腫等水液運化不利的疾病，常采用宣肺解表的治法，使肺氣得宣，毛竅得開，三焦能利，從而調節體內水液輸布、運行、排泄，最終水道自通。

1.2 “肺應秋”是“天人相應”整體觀的重要體現

《素問·經脈別論篇》曰：“和于四時五藏陰陽，揆度以為常也”。人體是以五藏為中心、外應四時陰陽、內合六腑、五官、五體、五華等組織器官的五大功能系統組成的有機整體。《素問·六節臟象論篇》指出：“肺者，氣之本，魄之處也；其華在毛，其充在皮，為陽中之太陰，通于秋氣”，氣候變化對人體生理產生重要影響。氣候是天地相互作用而產生的階段天氣征象。自然界的生物在春溫、夏熱、秋涼、冬寒規律性氣候變化的影響下，出現春生、夏長、秋收、冬藏等相應的適應性變化，而人體生理也隨季節氣候的規律性變化而出現相應的適應性調節。秋季暑去而涼生，草木皆凋，屬陽中之陰的少陰；肺臟之氣清肅下降，同氣相求，應秋而盛。且秋季多見肺系的病變，故曰“肺與秋季相通應”。時至秋日，氣血津液運行也隨“秋收”之氣而內斂。故《素問·四氣調神大論篇》曰：“秋三月，早臥早起，與雞俱興”，肺氣安寧，神氣收斂[1]。這是在“肺應秋”整體觀念指導下“因時養生”的原則體現。

目前中國對“肺應秋”研究主要集中于免疫與其關聯的研究，肺與秋季相通應，在調整自身及自身與外界環境的相適應方面發揮重要的作用。四季中肺護衛肌表、抗御外邪的功能與細胞、體液免疫功能之間存在相關性。肺臟免疫狀態的季節易感性以秋季免疫力低下為主，且呈現春夏較高、秋冬較低的變化趨勢, 符合自然界“秋斂冬藏”的特點[2]。

1.3 “肺主通調水道，應秋而變”可導致水液代謝季節性變化

生理上，肺主通調水道有春夏多汗少尿，秋冬多尿少汗的季節性節律。如《靈樞·五癃津液別》曰：“天暑衣厚則腠理開，故汗出……天寒則腠理閉，氣濕不行，水下留于膀胱，則為溺與氣”。指出秋冬之季天氣較寒涼，肺臟適量減少津液向體表的布散，而增加了津液向下、向內的輸布，表現為從腎排出的尿液增加，從而減少了津液從皮毛汗孔的散發。故在汗尿排泄方面機體出現冬季多尿少汗，夏季多汗少尿的適應性改變，這樣減少熱量散失，以維持體溫恒定和機體陰陽平衡。其機理在于，秋冬季節，陽氣斂藏于體內，氣血趨向于里，表現為少汗多尿。

病理上，肺失通調水道引起水液代謝異常等疾病季節性發作。如《素問六氣玄珠密語》云：“陽明為金，其令燥，其性涼……其臟肺，其病喘咳鼽嚏”。現代臨床流行病學調查發現，慢性阻塞性肺疾病、哮喘、慢性支氣管炎等慢性肺系疾病的發作往往具有明顯的季節性[3],易在氣候變冷、干燥的秋冬發作[4-5]，提示人體肺臟的功能活動與季節變化之間存在密切的內在聯系。

2 “肺主通調水道”與水通道蛋白密切相關

水通道蛋白(aquaporins, AQPs)是調控跨膜轉運并的跨膜糖蛋白家族，維持水液的代謝平衡，是肺主通調水道的生理基礎，與全身臟腑的津液疏布代謝密切相關[6-8]。中醫認為，痰飲為水液代謝失調的病理產物，若肺失于通調水道，津液不能及時輸布而停留于局部，停于肺則為痰飲，引發肺部疾病。

無論在生理還是病理條件下，AQPs對水分子的跨膜運輸在肺部都發揮著重要的作用，肺水通道蛋白促進肺泡腔內的液體運輸、氣道濕化和清除氣道異物，其異常表達與黏液分泌、氣道高反應性以及氣道重塑密切相關[9]。環境的改變、溫度的變化易引起大鼠機體水通道蛋白功能異常，導致滲透壓失衡[10]。肺水通道蛋白的表達以及功能的異常與哮喘、慢性阻塞性肺疾病等伴隨氣道表面液體容積穩態紊亂的肺部疾病有關[11-12]。肺部水通道蛋白參與慢性阻塞性肺疾病發生發展的各個環節。若肺組織中AQPs含量降低，可以引起液體分泌量下降，氣道黏液高分泌，從而導致慢阻肺患病程度的增加或發病[13]。

3 褪黑素可通過ERK途徑調節肺微血管內皮細胞AQP1

3.1 褪黑素(melatonin, Mel)是“天人相應”理論中自然與人體相通應的物質中介

Mel主要在松果體細胞由色氨酸合成，其作用機制通過不同的分子途徑發揮作用。最具特征性的途徑是激活膜特異性受體。褪黑素受體(melatonin receptor, MR)廣泛存在于中樞和外周組織，如腎、肺臟、肝和免疫細胞[14]。Mel最典型的作用是同步生物節律；同時還參與各種生理功能和病理機制，如自由基的解毒和抗氧化作用，誘導DNA修復系統[15-16]。

松果腺是五臟應時的中介，受外界四時變化可相應地分泌出不同含量的Mel。Mel可以感受外界光照溫濕變化，其合成依賴于光周期以及環境濕溫的變化，在調節季節生物節律中起主要作用，具有春夏低分泌、秋冬高分泌的季節節律性。本課題組前期研究發現，中醫“肺應秋”理論與肺組織MR的季節性變化有關[17]，表現為春冬季高、秋季低的四季分泌節律。且在秋季，摘除松果腺可以上調大鼠肺組織MR的含量，說明秋季松果腺-Mel下調大鼠肺中MR的表達。課題組前期研究結果表明，長夏環境中大鼠糞便含水率和腸道AQP3、AQP4、AQP8的表達相對其它四季明顯增加。且在季節變化過程中，松果腺-褪黑素可以通過不同的分子機制節律性調控水通道蛋白的表達和生理功能[18]。這為進一步從MT介導氣道黏液分泌以及肺部水液代謝的角度研究“肺應秋”的科學內涵提供了可能。

3.2 褪黑素可通過褪黑素受體激活ERK通路

Mel可以引起濃度依賴性的ERK1/2激活，從而明確ERK1/2的磷酸化是通過人褪黑激素受體介導的[19]。最新研究發現Mel作用于MR-G蛋白-ERK通路[20]，具體機制：褪黑素與MR結合，激活細胞膜上的G蛋白，被激活的G蛋白的可以激活磷脂酰肌醇-3激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)，生成磷脂酰肌醇3磷酸[Ptd Ins(3, 4, 5)P3, PIP3]，并活化細胞質內的3＇-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(phosphoinositide dependent kinase-1, PDK1)，促使其直接磷酸化蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)。活化的PKC可以促進蛋白質合成、細胞存活和轉錄調控，是激活ERK1/2細胞轉導通路的關鍵，進而改變基因和蛋白的表達，產生相應的生物學效應。ERK包括兩種異構體ERK1和ERK2，磷酸化激活的ERK1/2由胞質轉位到核內，介導肺臟多種生長因子，參與并調控平滑肌細胞的增殖，與支氣管哮喘、慢阻肺等肺系疾病密切相關[21]。

3.3 ERK1/2通路的活化能夠增加AQP1的表達，調節肺內水液代謝

細胞外信號調節激酶(extracellular regulated protein kinase, ERK)細胞信號轉導通路屬于絲裂原活化蛋白激酶，是介導AQPs表達的重要通路。AQPs超家族成員中，肺組織主要的水通道蛋白是AQP1和AQP5，其中AQP1在大鼠肺臟水液轉運起著重要的作用。AQP1主要表達于肺微血管內皮細胞(pulmonary microvascular endothelial cells, PMVECs)[22]，為氣道的濕化提供持續的水份來源，調節肺內液體平衡。

有研究表明，肺微血管內皮細胞(PMVECs)中AQP1的表達是通過激活ERK1/2通路來介導的[23]。ERK1/2通路將信號傳遞到細胞核，使核內眾多的轉錄因子如c-Fos、c-Jun、Elk-1、c-Myc和ATF-2等的某些氨基酸殘基磷酸化并形成二聚體，增加與DNA的結合能力，直接影響AQP1基因啟動子區域，促進和調節AQP1基因的表達[24]。若ERK信號通路的活性異常，可以導致肺部AQP1表達的降低，誘導慢阻肺等慢性肺部疾病發病。故深入討論Mel通過ERK調節AQP1的表達可以從“肺應秋”角度為慢性肺疾病秋季季節性高發的生理病理機制提供依據。

以上多種聯系可表明，PMVECs中AQP1與“肺主通調水道”密切相關，受外界四時影響的Mel-MT可以在四季調節ERK通路，從而調控AQP1的表達。上述水液代謝調節鏈的季節性變化，很可能是“肺應秋，主通調水道”的科學內涵之一。此外，AQP1通過調節肺部水液代謝平衡而成為參與慢性阻塞性肺疾病等慢性肺部疾病的一個重要靶點[25]。若肺組織中AQPs含量降低，可以引起液體分泌量下降，氣道黏液高分泌，從而導致慢阻肺患病程度的增加或發病[26]。故肺組織中MR秋低而春冬高的四季性節律，很可能是秋季ERK-APQ1活性相對較低，從而導致秋季慢性肺部疾病高發的生理病理機制之一。然而在不同季節中，褪黑素通過ERK相關通路節律性調控肺部AQPs的具體機制有待進一步動物實驗的證實。

4 小結

“肺應秋”為《內經》“五臟應時”理論的一個重要組成部分。本文將自然季節變化因素、機體的水通道蛋白及松果腺-褪黑素-MR研究成果和中醫所述的肺主通調水道功能結合起來，揭示中醫學“肺應秋、主通調水道”的相關理論內涵以及《內經》“以時測藏”認識藏象本質思路的科學性，隨著越來愈多的中醫基礎理論與現代生命醫學的科學研究，有望從“肺應秋”角度探討慢阻肺等慢性肺系疾病季節性發病的生理病理基礎。