糖皮质激素对大鼠各组织ENaC的影响

卢 丽，叶秀枫，蔡惠宁

（广东药学院生命科学与生物制药学院，广东广州 510006）

糖皮质激素对大鼠各组织ENaC的影响

卢 丽*，叶秀枫，蔡惠宁

（广东药学院生命科学与生物制药学院，广东广州 510006）

上皮钠离子通道由α、β、γ三个亚单位组成，负责钠离子的限速重吸收，对于维持钠的自身平衡、细胞外液量和血压起重要作用。糖皮质激素可以通过影响钠离子通道的活性，进而影响许多疾病的产生和痊愈。

上皮钠离子通道；糖皮质激素；调节

糖皮质激素（glucocortieoids，GC）是肾上腺皮质分泌的类固醇激素，在各种发育、代谢和免疫调节中发挥关键的作用，是治疗感染和自身免疫疾病广泛使用的药物。ENaC负责钠离子的限速重吸收，对于维持钠的自身平衡、细胞外液量和血压起重要作用。笔者通过综述GC对大鼠体内各组织中ENaC的影响，揭示GC对生物体内Na+、Ka+等离子流动的调节所起的作用。

1 ENaC的结构与功能

上皮钠离子通道蛋白 （epithelial sodium channel，ENaC）属于ENaC/DEG超基因家族，是细胞膜上的一种糖基化大分子蛋白，主要调控跨上皮细胞的钠离子的转运[1]。ENaC负责钠离子的限速重吸收，对于维持体内钠离子的平衡、细胞外液量和血压起重要作用。钠离子通道有3类，分别是电压依赖性的钠通道、非电压依赖性的钠通道和交换体式的钠通道。ENaC通道属于非电压依赖性通道，对Na+选择性远高于K+，ENaC可被阿米诺力阻断，且开放和关闭都很缓慢[2]。ENaC每个亚基的活性和表达都受到大量激素的调节，包括β2-肾上腺素激动剂、抗利尿激素、盐皮质激素和糖皮质激素，因其对利尿剂阿米洛利敏感，故也称为阿米洛利敏感上皮钠离子通道 （amiloride sensitive sodium channel），主要分布于远侧肾单位、结肠、肺、唾液腺的上皮细胞中。

ENaC的亚基有α、β、γ和δ，其中α和δ直接参与通道空隙的形成，而α2βγ是广泛分布的ENaC组成方式[3]。目前发现ENaC呈一四聚体结构，两个α、一个β和一个γ亚基围绕孔道形成αβαγ构型，见图1。每个亚基肽链结构上含有一个较大的亲水性外袢，位于两个跨膜α-螺旋片段之间；NH2和COOH端在细胞内，而亲水区在细胞外；肽链的NH2和COOH端片段为调节片段，具有调节通道活性的能力[4]。在三个同源的亚基中，α亚基可能是主要功能单位，而β和γ亚基可能是附属亚单位；其主要作用为调节钠通道的活性，是一种组织内在调节机制，通过β和γ-mRNA或蛋白水平的变化，调节Na+的转运速率[4]。

2 GC与ENaC的关系

ENaC与许多人类疾病有关，比如食盐敏感的高血压、假性醛固酮减少症、纤维囊泡症、慢性气管炎和流感 。Liddle′s syndrome（假性醛固酮增多症）[5]目前已明确该病的基因缺陷为远端肾小管上皮钠通道β亚单位 （β-ENaC）或γ亚单位（γ-ENaC）的基因突变。

ENaC的三个亚基的表达具有组织特异性并且受到激素的调节。通过对αγENaC基因组的序列分析知道5′端的DNA具有糖皮质激素受体的结合位点。大量的文献表明，皮质类激素对ENaC的表达起作用，比如在动物模型和细胞的培养中，笔者通过DEX对αγENaC转录子产生的作用来研究。结果证实糖皮质激素效应元件的位置在αγENaC启动子报告基因核苷酸-552～-1 054。αγENaC的启动子报告基因，在短暂的转染细胞中表达了低水平的活性，其活性可以通过地塞米松（DEX）处理得到提高[6]。有文献表明，αγENaC启动子基本活性是非常低的，通过使用糖皮质激素——众所周知它是αγENaC mRNA的诱导物，大量的动物模型和组织培养系统中也证实了它可以提高启动子报告基因的活性。实验通过构建一个启动子报告基因和一个表达载体可以指示合成的人类糖皮质激素受体（glucocorticoid receptor，GR），将它们转染到COS7细胞中，用0.1 mm的地塞米松（DEX）处理24 h，开始24 h转染，发现启动子报告基因的活性成倍增加。

因此笔者猜测GC可能参与了ENaC调节钠通道的过程。为了进一步证实这个观点，笔者将综述各个ENaC亚基在组织中的作用以及糖皮质激素与ENaC的相互作用来解释这一现象。

3 GC在各组织中的作用

近来已发现，ENaC不但存在上皮组织，也发现存在于非上皮组织，如角质化细胞、淋巴细胞、软骨细胞和成骨细胞，ENaC结构示意图见图1（图 1参考：Biochemical Journal, 2003,371:1-14），笔者将分别综述如下：

3.1 GC在肾组织中与ENaC的关系

集合管上皮细胞调节Na+、K+转运主要由上皮钠通道ENaC执行。三个亚基的mRNA特定地协同表达于肾脏的远端肾曲小管（distal convoluted tubule，DCT）、连接小管（connecting tubule，CNT）、皮质的集合管（cortical collecting duct，CCD）和外侧的髓质集合管（outer medullary collecting duct，OMCD），但是并不在内侧的髓质集合管（inner medullary collecting duct，IMCD）中表达[7]。

在肾脏上皮组织中钠盐再吸收能力的极小改变都会引起液体流量的调整[8]，通过转基因模型使得GR在肾脏集合管的过表达，来鉴别在集合管（collecting duct，CD）中钠盐转运与GR调节的基因有关。GR的表达导致α-ENaC和糖皮质激素介导亮氨酸拉链的增加。有实验表明，GR可以控制ENaC和地塞米松诱导的亮氨酸拉链在CD中的表达。GR对非赖氨酸激酶-4具有负性调节作用；DCT和CNT可以补偿这些改变，保持正常的钠盐再吸收和血压。结果显示加强GR的表达可能促成病理情况中钠滞留的危险[9]。

GC可以激发集合管Na+的重吸收，增加ENaC的活性。这可能与α-ENaC基因的转录上调有关，且GC对α-ENaC的调节具有剂量依赖性[10]。cAMP-诱导ENaC活性的增加可能与附加的调控蛋白有关，在信号事件早期的诱导中，这与醛固酮在肾脏上皮细胞中的作用相似。

3.2 GC在肺部中与ENaC的关系

在肺部，ENaC主要表达于肺泡上皮细胞。肺泡上皮细胞除了参与气体交换外，还具有主动转运钠水的能力。肺泡上皮细胞转运系统由EnaC Na+-K+-ATP酶 （Na，K-adenosine triphosphatase，NKA）、水通道（aquaporin，AQP）组成，即由肺泡上皮Ⅰ型和Ⅱ型细胞的肺泡腔侧钠通道摄取Na+，然后经基底侧表面的NKA将Na+泵至肺间质；由于NKA将Na+泵至细胞外，在细胞内造成了显著的电化学梯度，利于Na+通过细胞膜。在Na+转运的同时，伴随水和Cl-的被动吸收；而水除伴随钠的主动转运外，还经肺泡上皮细胞表面的水通道排出[11]。Johnson等[12]认为，由于Ⅰ型细胞覆盖肺泡总面积的95%，在钠水主动转运系统中可能占有更重要的地位。但有实验表明在肺泡上皮Ⅱ型细胞株——人肺腺癌细胞系[13]中，GC可以诱导ENaC-α、β、γ和sgk1 mRNA的表达。

在肺部，ENaC受到来自递质和激素等因素的调节[14]。有实验表明高水平的盐皮质激素受体（mineralocorticoid，MR）的表达可以导致ENaC表达增加，对肺部液体分泌和再吸收很重要[15]。体内的研究证据表明，增加钠离子吸收产生气道表面液体（airway surface liquid，ASL）血容不足导致气道特异性过表达ENaC的转基因鼠一代可以解释肺病在体内的发病机制[16]。

有重要的证据表明糖皮质激素可以调节ENaC的表达和其功能。通过分析在培养了21 d大鼠胎儿远端肺部上皮细胞（Fetal distal lung epithelial，FDLE）中α-ENaC mRNA的表达，显示α-ENaC mRNA在0.1 mmol/L DEX处理后得到了显著的增加，实验中也加入了0.1 mmol/L T3（三碘甲腺原氨酸3，5，3′-triiodothyronine）进行增量调节。已经知道T3单独作用时对αrENaC mRNA是不产生作用的。相反的，将妊娠期的大鼠（16～22 d的妊娠年龄）用甲状腺释放激素（thyrotropinreleasing hormone，TRH）和DEX单独或是一起处理后，显示虽然DEX单独作用也可以增加远端肺部α-ENaC mRNA的表达水平，TRH单独或是与DEX一起作用都无任何影响。相似的是，用DEX处理的人类远端肺移植细胞可以诱导α-ENaC mRNA的表达水平增加2～3倍，然而T3不管在有无DEX一起作用时都对α-ENaC mRNA的表达水平没有影响。

糖皮质激素诱导在未成熟的胎儿肺部的ENaC钠离子运输并且增加成人肺部的钠离子和液体运输[9]，增加α-ENaC的表达水平和功能部分依赖于诱导SGK1早期的表达。α-ENaC的表达和活性有许多种激素调节包括β-肾上腺素激动药，通过第二信使cAMP表达[17]。胎儿远侧肺部上皮组织细胞的拮抗物-抗孕酮片（RU-486）表明GC依赖的肺部α-ENaC的增强需要GR功能的存在[18]。

3.3 GC在结肠中与ENaC的关系

ENaC主要负责Na+吸收，存在与许多盐皮质激素敏感的组织，例如末端结肠、远侧肾单位和呼吸上皮。ENaC通道由不同的多亚基蛋白组成——三个同源的亚基（α、β、γ），在结肠中通道的活性受到翻译后水平的改变而受到调节，这些改变来自于细胞内的通道的运输，膜插入，通路降解。另外，ENaC亚基转录的上调受到MC和GC的影响。盐皮质类激素调节可以增加β-ENaC mRNA和γ-ENaC mRNA的表达水平，然而，在末端结肠，不同于远侧肾单位，α-ENaC构成表达并未受到影响，α-ENaC单独表达对Na+的运输作用影响极其微小，然而，β-ENaC和γ-ENaC共同作用可以极大地提高运输效率。α、β和γ三个亚基可以制约ENaC在细胞表面有效率地表达。

电解质流失和腹泻会导致结肠中ENaC补偿性上调。然而，这种补偿性的作用在肠炎中是受损的，这是导致慢性狭窄性小肠结肠炎 （crohn′s disease，CD）和溃疡性结肠炎（uicerative colitis，UC）的主要原因。ENaC调解末端结肠的电源性钠吸收。在患有肠炎的患者中，ENaC的诱导受到损伤，主要通过致炎（炎症前）细胞因子的转录和抑制发挥作用，比如：肿瘤坏死因子（Tunmor necros factor，TNF），α-糖皮质激素疗法快速增加钠盐吸收。分子机制是由TNF，α-糖皮质激素，ENaC三者相互作用诱导的结果[19]。发现TNF-α和地塞米松的协同作用下完成的Na离子运输提高了β-ENaC和γ-ENaC的表达水平，这是非常重要的发现，因为可以证明肠内的ENaC最初的调节是通过β和γ亚基的转录控制的。此外，肠内的β-ENaC和γ-ENaC基本转录水平是很低的，这也是制约依赖ENaC通道进行钠盐吸收的原因，因为只有ENaC通道由三个亚基组成才能适当地提高钠离子的运输。

4 小结与展望

GC通过调节在各种上皮组织ENaC的表达，控制钠盐在体内分布的大小和位置，对内环境造成影响[19-20]，但是它对ENaC发挥作用的具体机制还不是十分清楚，总结GC与ENaC在各组织中的关系有助于我们更好地了解两者的作用机制。

[1]Ma HP,Chou CF,Wei SP,et al.Regulation of the epithelial sodium channel by phosphatidylinositides:experiments,implications,and speculations[J].Pflugers Arch,2007,455(1):169-180.

[2]张丽,李南方.上皮细胞钠离子通道ENaC及其基因研究现状[J].国际遗传学杂志,2007,30(1):29-33.

[3]Kellenberger S,Schild L.Epithelial sodium channel/degenerin family of ion channels:a variety of functions for a shared structure [J].Physiol Rev,2002,82(3):735-767.

[4]Alvarez Rosa D,Canessa CM,Fyfe GK,et al.Structure and regulation of amiloride-sensitive sodium channels[J].Annu Rev Physiol,2000,62: 573-594.

[5]Rotin D.Role of the UPS in Liddle syndrome[J].BMC Biochem,2008,(9 Suppl 1):S5.

[6]Otulakowski G,Rafii B,Bremner HR,et al.Structure and hormone responsiveness of the gene encoding the alpha-subunit of the rat amiloridesensitive epithelial sodium channel [J].Am J Respir Cell Mol Biol, 1999,20(5):1028-1040.

[7]Farman N,Canessa CM,Bonvalet JP,et al.Cell-specific expression of epithelial sodium channel alpha,beta,and gamma subunits in aldosterone-responsive epithelia from the rat:localization by in situ hybridization and immunocytochemistry[J].J Cell Biol,1994,127(6 Pt 2):1907-1921.

[8]Hills CE,Squires PE,Bland R.Serum and glucocorticoid regulated kinase and disturbed renal sodium transport in diabetes,J Endocrinol, 2008,199(3):343-349.

[9]Nguyen Dinh Cat A,Ouvrard-Pascaud A,Tronche F,et al.Conditional transgenic mice for studying the role of the glucocorticoid receptor in the renal collecting duct[J].Endocrinology,2009,150(5):2202-2210.

[10]Itani OA,Cornish KL,Liu KZ,et al.Cycloheximide increases glucocorticoid-stimulated alpha-ENaC mRNA in collecting duct cells by p38 MAPK-dependent pathway [J].Am J Physiol Renal Physiol, 2003,284(4):F778-F787.

[11]Matthay MA,Fukuda N,Frank J,et al.Alveolar epithelial barrier,role in lung fluid balance in clinical lung injury [J].Clin Chest Med, 2000,21(3):477-490.

[12]Johnson MD,Widdicombe JH,Allen L,et al.Alveolar epithelial type I cells contain transport proteins and transport sodium,supporting an active role for type I cells in regulation of lung liquid homeostasis[J]. Proc Natl Acad Sci U S A,2002,99(4):1966-1971.

[13]Itani OA,Auerbach SD,Husted RF,et al.Vocorticoid-stimulated lung epithelial Na(+)transport is associated with regulated ENaC and sgk1 expression[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2002,282(4):L631-L641.

[14]Eaton DC,Helms MN,Koval M,et al.The contribution of epithelial sodium channels to alveolar function in health and disease [J].Annu Rev Physiol,2009,71:403-423.

[15]Keller-Wood M,von Reitzenstein M,McCartney J.Is the fetal lung a mineralocorticoid receptor target organ Induction of cortisol-regulated genes in the ovine fetal lung,kidney and small intestine[J].Neonatology,2009,95(1):47-60.

[16]Mall MA.Role of the amiloride-sensitive epithelial Na+channel in the pathogenesis and as a therapeutic target for cystic fibrosis lung disease[J]. Exp Physiol,2009,94(2):171-174.

[17]Vasquez MM,Castro R,Seidner SR,et al.Induction of serum-and glucocorticoid-induced kinase-1(SGK1)by cAMP regulates increases in alpha-ENaC[J].J Cell Physiol,2008,217(3):632-642.

[18]Mustafa SB,DiGeronimo RJ,Petershack JA,et al.Postnatal glucocorticoids induce alpha-ENaC formation and regulate glucocorticoid receptors in the preterm rabbit lung[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2004,286(1):L73-L80.

[19]Bergann T,Zeissig S,Fromm A,et al.Glucocorticoids and tumor necrosis factor-alpha synergize to induce absorption by the epithelial sodium channel in the colon[J].Gastroenterology,2009,136(3):933-942.

[20]Mobasheri A,Martin-Vasallo P.Epithelial sodium channels in skeletal cells;a role in mechanotransduction[J].Cell Biol Int,1999,23(4):237-240.

Glucocorticoid effects on rat ENaC of organizations

LU Li*,YE Xiufeng,CAI Huining
(Guangdong Pharmaceutical University College of Life Science and Bio-pharmaceutical,Guangzhou 510006,China)

Epithelial sodium channel is composed of three subunits,α,β and γ.It′s responsible for the rate-limiting reabsorption of sodium ions.It plays an important role in the self-maintaining sodium balance,extracellular fluid volume and blood pressure.Glucocorticoids can affect the activity of sodium channels,thereby affect the production and cure of many diseases.

Epithelial sodium channel;Glucocorticoids;Regulate

R968

A

1673-7210（2011）02（c）-011－03

国家自然科学基金资助项目（项目编号：30971172）。*

2010-12-17）