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急性肺損傷與肺AQP5 的相關(guān)性研究
急性肺損傷與肺AQP5 的相關(guān)性研究 急性肺損傷(acute lung injury,ALI)與急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distres syndrome,ARDS)是由嚴(yán)重感染、創(chuàng)傷、休克和誤吸等多種原因?qū)е碌募毙苑尾繐p傷。主要病理生理改變?yōu)閺浡�、非均勻性的肺泡、肺泡毛�?xì)血管膜損傷,肺泡腔內(nèi)富含蛋白質(zhì)的炎性滲出,導(dǎo)致的肺水腫以及肺內(nèi)微血栓形成,臨床表現(xiàn)為呼吸窘迫和頑固低氧血癥的綜合征。炎性細(xì)胞、炎性介質(zhì)及相聯(lián)系的細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路,與急性肺損傷密切相關(guān)。水通道蛋白(aquaporin,AQP)是一種只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)水,而不允許其他的溶質(zhì)和分子通過,在肺泡液體的吸收中有重要作用的跨膜蛋白,作為肺泡Ⅰ型上皮細(xì)胞分化的標(biāo)志,該通道的功能至少參與水轉(zhuǎn)運(yùn),參與腺體分泌,參與氣道高反應(yīng)性等。
同時,我們能在與功能相對應(yīng)的文獻(xiàn)中查閱到在多種類型的急性肺損傷中:內(nèi)毒素導(dǎo)致急性肺損傷、病毒感染導(dǎo)致急性肺損傷、高氧導(dǎo)致肺損傷、以及AQPS對呼吸道氣道表面液體 (airway surface liquid,ASL)的作用和調(diào)節(jié)上,都與AQP5 有重要作用。
水通道蛋白的發(fā)現(xiàn)使ALI的研究躍入了一個全新的階段,它的發(fā)現(xiàn)使我們能夠在分子水平認(rèn)識ALI發(fā)生、發(fā)展的全過程。但目前主要是應(yīng)用轉(zhuǎn)基因小鼠對AQPS進(jìn)行功能研究,而轉(zhuǎn)基因小鼠可能產(chǎn)生器官功能補(bǔ)償改變及種系差異。并且對肺水通道的認(rèn)識基本上是實驗性研究,對于肺AQPs在肺內(nèi)分布、調(diào)節(jié)、生理和病理狀態(tài)下的作用都還有待進(jìn)一步探索。但我們相信隨著AQP的深入研究,逐漸對AQP在肺生理、病理狀態(tài)下的作用,AQP與相關(guān)肺部疾病的發(fā)病機(jī)制取得了進(jìn)一步認(rèn)識,可以預(yù)測利用AQP阻滯劑和水通道蛋白基因置換將在急性肺損傷以及肺疾病的治療中發(fā)揮重要作用。
現(xiàn)將急性肺損傷和肺AQP5 的研究進(jìn)展闡述如下:
1.急性肺損傷研究
(1)炎性細(xì)胞及炎性介質(zhì)
炎性細(xì)胞主要包括多形核白細(xì)胞(PMN)、單核巨噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞等,被激活后釋放出多種介質(zhì),這些炎性介質(zhì)形成“瀑布”效應(yīng)參與肺損傷的整個病理過程。形成的炎性介質(zhì)主要包括:①脂類介質(zhì):如花生四烯酸代謝產(chǎn)物(前列腺素、白三烯)、血小板活化因子(PAF);② 活性氧:有超氧離子(O2 -)、過氧化氫(H2O2)等;③肽類物質(zhì):有PMNs/AMs蛋白酶、補(bǔ)體底物、參與凝血與纖溶過程的各種成分、細(xì)胞因子等。
在參與ARDS發(fā)病的眾多炎性介質(zhì)中,最有影響的是腫瘤壞死因子(TNF)和白細(xì)胞介素(IL)。研究表明TNF-a能誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞活化、白細(xì)胞遷移、粒細(xì)胞脫顆粒和毛細(xì)血管滲漏等。更重要的是TNF-a還是炎性反應(yīng)級聯(lián)中至關(guān)重要的始動因子。在致炎的IL中,IL-1、IL-6和IL-8在ARDS 的發(fā)病中起十分重要的作用,分別具有誘導(dǎo)PMN等炎性細(xì)胞趨化、釋放炎性介質(zhì)及致熱原作用等�？寡仔訧Ls(如IL-4、IL-10和IL-13)在機(jī)體急性炎性反應(yīng)中具有正向保護(hù)作用,而在ARDS時這種保護(hù)機(jī)制被明顯削弱是發(fā)病的另一重要因素。
(2)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
上述炎性細(xì)胞和炎性介質(zhì)構(gòu)成了ALI/ARDS炎性反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)“細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)”和“細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)”。其通過不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,調(diào)控著機(jī)體的炎性反應(yīng)。新近研究發(fā)現(xiàn)一些細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與ARDS發(fā)病密切相關(guān),如Toll樣受體(To11 like receptor,TLRs)、G蛋白、腎上腺素受體、核轉(zhuǎn)錄因子KB(NF-KB)、各種蛋白激酶家族(MAPK等)、JAR激酶,信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄激活子(JAK /STAT)等,特別是TLRs(尤其是TLR4、TLR2),在機(jī)體的免疫應(yīng)答和防御過程中可能起十分重要的作用,但其在ARDS發(fā)病中的確切機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。
2.AQP5的結(jié)構(gòu)與功能
水通道蛋白(AQP)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種能介導(dǎo)大量水分子順滲透壓梯度跨細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn),促進(jìn)細(xì)胞膜水通透性增加的跨膜蛋白,并且只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)水,而不允許其他的溶質(zhì)和分子通過,在肺泡液體的吸收中有重要作用。
目前發(fā)現(xiàn)分布于肺組織中的水通道蛋白至少有6種(AQP-1、AQP-3、AQP4、AQP-5、AQP-8、 AQP 9),AQP5 蛋白由265 個氨基酸組成,分子量為27kD。該蛋白前后兩部分氨基酸序列相似,呈串聯(lián)樣排列,氨基端和羧基端均位于細(xì)胞內(nèi)。其中A,C,E 環(huán)位于細(xì)胞外,B,F 環(huán)在胞漿中,B環(huán)和E環(huán)處于相對位置并顯著疏水,B 環(huán)和E環(huán)在NPA處向細(xì)胞膜內(nèi)凹陷折疊成一個單孔通道,最窄處直徑為0.3nm,與一個單水分子大小相當(dāng),整個蛋白呈“沙漏樣”結(jié)構(gòu)鑲嵌在細(xì)胞膜上。
作為肺泡Ⅰ型上皮細(xì)胞分化的標(biāo)志,該通道的功能至少參與水轉(zhuǎn)運(yùn),參與腺體分泌,參與氣道高反應(yīng)性等。
3.相關(guān)性研究
(1)內(nèi)毒素導(dǎo)致急性肺損傷
焦光宇等發(fā)現(xiàn)AQP5的表達(dá)均明顯降低,但表達(dá)部位沒有改變;4-48h肺泡Ⅰ型上皮細(xì)胞 AQP5表達(dá)明顯下降,24h以后未見恢復(fù);謝艷萍等發(fā)現(xiàn)AQP1、5表達(dá)下調(diào),肺泡-毛細(xì)血管間水轉(zhuǎn)運(yùn)障礙,導(dǎo)致液體在泡腔、肺間質(zhì)的積聚,從而使肺泡腔、肺間質(zhì)水腫加重,推測AQP1、5 參與了肺水腫時液體的異常轉(zhuǎn)運(yùn)。
(2)病毒感染導(dǎo)致急性肺損傷
Towne 發(fā)現(xiàn),小鼠在腺病毒感染后第7 天和第14 天,AQP1 和AQP5 均下降。但在第14 天時AQP1 下降較第7 天時少。表明AQP1 正在恢復(fù),同時與炎性反應(yīng)的減輕相一致。此外免疫組化顯示,AQP1 和AQP5 的下降不是僅局限于肺部感染部位,而是見于全肺,顯示AQPS 與肺部感染、水腫有關(guān),AQPS 參與肺部感染時異常液體流動。
(3)高氧導(dǎo)致肺損傷
病理生理是一個組織彌散性肺泡炎和損傷后修復(fù)重建的復(fù)雜過程,但其肺損傷早期特征性改變是肺泡炎性水腫。譚利平等發(fā)現(xiàn)在氧毒性大鼠實驗,肺AQP1在肺水腫時表達(dá)下調(diào)。而AQP5 在肺水腫形成過程中不同時間表達(dá)上調(diào)或下調(diào)。推測AQP1、AQP5在急性肺損傷時水的清除中起調(diào)節(jié)作用,且AQP1和AQP5的作用環(huán)節(jié)不完全一致;岳冬梅等發(fā)現(xiàn)肺損傷后AQP5表達(dá)下調(diào)與肺泡上皮液體轉(zhuǎn)運(yùn)功能降低有關(guān),提示可能是導(dǎo)致肺泡水腫形成的重要因素之一。
(4)AQPS 對呼吸道氣道表面液體 (airway surface liquid,ASL)的作用和調(diào)節(jié)
Song 等的研究,該研究結(jié)果表明AQP4 和AQP5 定位于小鼠鼻咽部和上呼吸道黏膜下腺漿液性上皮細(xì)胞的基底側(cè)面和內(nèi)膜面,測定AQP4 和AQP5 基因剔除小鼠黏膜下腺的液體分泌量和成分,表明AQP5 在黏膜下腺液體分泌中有重要作用。AQP5 是一道黏膜下腺液體分泌限制性屏障。調(diào)節(jié)AQP5 的活性,可改變肺囊性纖維化和其他肺部疾患腺體分泌。
4.前景
水通道蛋白的發(fā)現(xiàn)使ALI 的研究躍入了一個全新的階段,它的發(fā)現(xiàn)使我們能夠在分子水平認(rèn)識ALI發(fā)生、發(fā)展的全過程。但目前主要是應(yīng)用轉(zhuǎn)基因小鼠對AQPS 進(jìn)行功能研究,而轉(zhuǎn)基因小鼠可能產(chǎn)生器官功能補(bǔ)償改變及種系差異。并且對肺水通道的認(rèn)識基本上是實驗性研究,對于肺AQPs 在肺內(nèi)分布、調(diào)節(jié)、生理和病理狀態(tài)下的作用都還有待進(jìn)一步探索。但我們相信隨著AQP 的深入研究,逐漸對AQP 在肺生理、病理狀態(tài)下的作用,AQP 與相關(guān)肺部疾病的發(fā)病機(jī)制取得了進(jìn)一步認(rèn)識,可以預(yù)測利用AQP 阻滯劑和水通道蛋白基因置換將在急性肺損傷以及肺疾病的治療中發(fā)揮重要作用。
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