VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路与肺肠合治法治疗支气管哮喘的研究进展*

惠 毅，闫曙光，郑旭锐，史 捷，李京涛，单宇鹏

(1. 陕西中医药大学,陕西 咸阳 712046； 2. 陕西中医药大学附属医院，陕西 咸阳 712000；3. 空军军医大学唐都医院肿瘤科， 西安 710038)

支气管哮喘(bronchial asthma)是由多种炎性细胞、细胞因子参与的气道慢性炎症性疾病。中医药论治支气管哮喘历史悠久、疗效确切，以肺合大肠理论为指导的“肺肠合治法”是临床治疗支气管哮喘的常用治法，但其作用机制尚不完全清楚。中医理论认为，肺与大肠之间有着相互表里的关系，肺与大肠通过经络络属，手太阴经属肺络大肠，手阳明经属大肠络肺，二者互为络属，称之为“肺合大肠”，具体表现为肺与大肠在生理上相互联系，在病理上相互影响。从现代医学角度认为，两者之间应当有着共同的物质基础。文献研究表明，血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)和水通道蛋白-3(aquaporins, AQP3)，不但是肺合大肠的物质基础，而且是抑制气道炎症和高反应性、控制气道重塑、修复气道上皮屏障的重要靶点。VIP可通过腺苷酸环化酶(cAMP)-环腺苷酸依赖性蛋白激酶(PKA)的经典途径调节AQP3、发挥生物学效应。由此可见，VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路与肺肠合治法支气管哮喘治疗作用机制密切相关。

1 VIP是抑制气道炎症和高反应性、控制气道重塑、修复气道上皮屏障的重要靶点

VIP是由非肾上腺能非胆碱能抑制性神经末梢释放的神经递质之一，在胃肠道广泛分布，具有舒张平滑肌、调节固有免疫和获得性免疫、抗炎等多种生物学作用[1]。VIP在抑制气道炎症、控制气道重塑、修复气道上皮屏障方面发挥了重要作用。在支气管哮喘的发病过程中，气道炎症会引起大量的炎症因子如组胺、前列腺素F2α和内皮素等释放，这些因子会引起气道平滑肌的强烈收缩和黏液的大量分泌，导致气管痉挛、诱发呼吸困难和气道阻塞。VIP的这种舒张气道平滑肌的功效能有效缓解支气管哮喘患者的呼吸困难症状，其调节黏液分泌功能对缓解支气管哮喘患者因气道黏液分泌过多所致的气道阻塞作用显著[2]。当气道上皮屏障损伤时，损伤区域边缘的上皮细胞激活，上皮下迷走神经末梢兴奋，通过轴突反射使肺内非肾上腺素能非胆碱能神经兴奋，神经末梢释放大量VIP，启动气道上皮屏障的损伤修复。此外，VIP还能通过调节支气管哮喘小鼠体内的抗氧化基因和蛋白，维持抗氧化系统平衡，对气道上皮屏障起保护作用[3]。气道慢性炎症的免疫反应贯穿于支气管哮喘发病的始终，肺内炎症或免疫反应时，VIP能抑制肥大细胞释放炎症介质，与T淋巴细胞相互作用，使肺组织免受黄嘌呤氧化酶的损伤，起到自由基清除剂的作用。此外，还具有抗炎、抑制T淋巴细胞、肥大细胞、自然杀伤细胞和血小板释放细胞因子。临床研究证实，VIP能有效抑制慢阻肺患者单核细胞TNF-α和IL-8的分泌，并存在一定的量效关系[4]。气道平滑肌细胞增殖是导致气道重塑的主要原因，VIP可以激活腺苷酸活化酶，使平滑肌细胞内cAMP浓度增加，抑制平滑肌细胞增殖[5]。VIP还能降低气道平滑肌TGF-β1的表达，而后者可以诱导气道平滑肌增生和胶原沉积，从而导致气道重塑[6]。

临床研究表明，支气管哮喘发作期患者血液中VIP明显降低，其机制是由于气道炎症破坏了NANC神经，使VIP的合成、分泌与释放减少，或因激活了肥大细胞，促使胰蛋白酶和糜蛋白酶释放增加，加速了VIP的酵解[7]。敲除大鼠VIP基因后，会出现显著的气道炎症并最终发展为支气管哮喘[8]。外源性的给予VIP吸入能有效地控制慢性气道炎症、支气管肌肉痉挛、抑制气道重塑和杯状细胞分泌过多黏液[9]。目前已有多个评价VIP治疗支气管哮喘有效性和安全性的实验方案，因此可以推断，VIP作为一种潜在的药物将被用于控制和治疗支气管哮喘[10]。但外源性VIP进入机体后的半衰期极短，生物利用度低，这是因为在肺组织中，VIP的酶促降解和半衰期短，导致其不能完全发挥作用，使临床应用受到限制。因此，探讨寻找长效VIP 类似物或有效的给药途径、方式，可能是治疗支气管哮喘和慢阻肺、慢性气道炎症的有效方法[11]。

2 AQP3通过炎症细胞聚集、黏液高分泌、气道重塑等参与支气管哮喘发生的病理过程

水通道蛋白(aquaporins, AQPs)是一组与水的转运相关的细胞膜转运蛋白，主要介导水的被动跨膜转运，能显著增加细胞膜对的水通透性，保持细胞内外水的平衡。AQPs广泛分布于肺、胃肠道、肾脏、脑等脏器中，肺中主要有6种AQPs，分别是AQP1、AQP3、AQP4、AQP5、AQP8、AQP9，其中AQP3与支气管哮喘的发生关系密切，主要通过促进炎症细胞聚集、增强黏液高分泌、加重气道重塑等过程参与支气管哮喘的发生发展。AQP3在维持气道湿度平衡、防止细菌入侵和维护气道黏膜屏障中起着非常重要的作用。气道湿度正常为气道上皮发挥屏障功能提供了稳定的环境，湿度降低导致屏障功能减弱，有害因子入侵引起上皮损害、局部炎细胞聚集和浸润，炎性介质释放，气道炎症产生；气道湿度减低还可导致黏液生成减少，纤毛摆动功能进行性破坏，有害因子清除能力降低，病变部位产生的稠厚黏液不能被纤毛及时清除，进一步降低上皮屏障功能[12]。AQP3是气道炎症进行性加重的主要原因，AQP3基因敲除小鼠对卵蛋白的敏感性显著降低，其支气管哮喘的患病率也显著低于野生型小鼠[13]。同时气道炎症减轻，肺泡巨噬细胞释放的细胞因子减少，CD4+T细胞转运减弱。机制学研究证实，AQP3可以通过调节H2O2的摄取，影响下游细胞间信号的传递和T细胞的迁移[14-15]，H2O2是气道炎症反应的始动因子和放大因子，可诱导巨噬细胞、肺泡和气道上皮细胞IL-1、TNF-α等炎症介质的基因表达[16]。这些炎症介质可活化NADPH氧化酶诱导反应活性氧生成，从而激活多种信号传导通路，包括c-Src、PKC、PI3K/Akt以及MAPKs，或转录因子如NF-κB、AP-1以及HIF-1α，最终诱导炎性靶蛋白的表达，使气道炎症进行性加重[17]。AQP3参与了气道上皮细胞的损伤修复过程，敲除小鼠的AQP3基因和抑制人类气道上皮细胞AQP3基因的表达后，受损部位气道上皮细胞的自我修复能力明显减弱[18]。AQP3还能促进纤维组织的生成，当人体皮肤出现损伤时，表达于人体皮肤肌纤维母细胞上的AQP3，加速肌纤维母细胞从伤口周围向伤口迁移，促进修复伤口，这表明AQP3有可能与气道重塑相关[19]。

3 VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路是肺肠合治法治疗支气管哮喘的可能机制之一

VIP、AQP3不但是治疗支气管哮喘的重要靶点，而且是肺与大肠相互联系的物质基础。杨宇[20]等在研究肺与大肠相表里的分子机制时发现，VIP是维持肺与大肠在生理功能相互联系、病理相互影响的物质基础之一。而AQP3在呼吸道、胃肠道上皮细胞中呈连续、不间断的分布特点以及在支气管哮喘(肺病)和便秘(肠病)发病中的关键作用，提示AQP3也是“肺合大肠”的物质基础之一[21]。VIP、AQP3既参与支气管哮喘(肺病)的发生发展，又在便秘(肠病)的发病机制中发挥了关键作用。周永学[22]等在研究通肠泻下法治疗便秘的作用机制时发现，便秘发生时血清、结肠VIP含量显著降低，结肠AQP3表达显著增强，肠道动力和水液代谢明显紊乱，采用通肠泻下法治疗后血清和肠道VIP含量逐渐升高，AQP3逐渐表达降低，便秘症状逐渐消失。而后的机制学研究证实，通肠泻下法可通过VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路发挥作用。腺苷酸环化酶(cAMP)-环腺苷酸依赖性蛋白激酶(PKA)是细胞内经典的途径之一，cAMP决定PKA的活性，PKA负责多个蛋白的磷酸化，由此调节细胞内的生物活性反应与平衡。

通肠泻下法是肺肠合治法的组成之一，是临床治疗支气管哮喘的常用治法。实验研究表明，通肠泻下法能有效提高支气管哮喘大鼠肺肠组织中VIP的含量，减轻卵蛋白诱导的支气管哮喘小鼠肺部炎症[23-24]。VIP、AQP3是肺与大肠相表里的物质基础，在肠道中VIP可通过cAMP-PKA调节AQP3，通肠泻下法可以刺激肠道分泌VIP，还可通过VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路治疗便秘；在肺组织，VIP和AQP3之间是否也存在这样的调节机制，肺肠合治法是否也能通过VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路治疗支气管哮喘，目前尚无相关报道，值得深入研究。