酸敏感离子通道与消化系统疾病关系的研究进展

叶宇龙 综述 梁坚，周宇 审校

广东医科大学附属医院消化内科，广东 湛江 524000

酸敏感离子通道(acid-sensing ion channels，ASICs)是一类由细胞外环境pH的下降(H+含量的增多)而激活的同质(由相同的亚单位组成)或异构的三聚体蛋白复合物。ASICs家族属于退化蛋白/上皮钠通道超家族(DEG/ENaC)中七个亚家族之一，其活化的通道主要通过Na+，也可通过Ca2+、K+。研究表明，ASICs与消化系统疾病关系密切，参与多种疾病的发生、发展。因此，本文就近年来ASICs与消化系统疾病关系的研究进展予以综述。

1 ASICs的结构与功能

ASICs由三个亚基围绕中心离子孔排列形成通道，有2个跨膜段及2个高度保守的疏水性结构域(TM1、TM2)嵌入磷脂双分子层。膜外侧由一个含有半胱氨酸片段的胞外环连接结构域，而膜内侧有氨基末端(N-)及羧基末端(C-)分别连接TM1和TM2[1]。在哺乳动物上已发现4种ASICs蛋白基因，其编码6个不同的亚基ASIC(1a、1b、2a、2b、3、4)[2]，亚基间组成同质或异构的三聚体通道，且有不同的通道特性[3]。ASICs主要由H+激活，但也发现神经毒素[4]、小分子激活剂[5]、脂类[6]可直接激活ASIC，锌离子(Zn2+)可间接激活[7]，另外，胆红素[8]也可间接调节ASIC的活性。

ASICs亚基在神经系统中广泛表达。在哺乳动物的中枢及外周神经组织中ASIC1a、ASIC2a、ASIC2b和ASIC4均有表达分布，ASIC1b和ASIC3仅在周围神经系统表达，但在人类中枢神经系统ASIC3亦有较低的表达量[2]。除神经系统以外ASICs在人类的心血管[9]、骨[10]、膀胱[11]和胃肠道[12]等组织均有表达，参与多种疾病的发病机制。另外，ASICs亚基亦参与学习及记忆[13]、视觉[14]、味觉[15]和听觉[16]等过程，与恐惧[17]和焦虑情感的产生以及疼痛的感受也有关[18]。

2 ASICs与消化系统疾病的关系

2.1 ASICs与胃食管反流病(gastroesophageal reflux disease，GERD) 胃食管反流病是指胃十二指肠内容物反流至食管，烧心感是其典型的症状之一，其包括非糜烂性反流病(non-erosive reflux disease，NERD)及反流性食管炎。ASICs在食管的酸性感觉及机械传导中发挥着重要作用。有研究发现，ASICs不仅在食管传入神经中有较多的表达[19]，还发现ASIC3在NERD患者的食管黏膜上皮细胞中亦有较多的表达[20]。目前有观点认为，NERD烧心感的产生与食管的高敏感性有关[21]。在人食管上皮细胞中表达的蛋白酶激活受体-2(PAR-2)参与炎症和烧灼感的形成，PAR-2可能通过三磷酸腺苷(ATP)调节疼痛及烧灼感的产生，而作为酸性刺激感受器的瞬时受体电位香草醛受体1(TRPV1)以及ASICs可能在烧心感机制中发挥作用。有实验发现，弱酸(pH5)可刺激原代人食管上皮细胞(HEECs)释放ATP，这一效应可被TRPV1特异性拮抗剂(IRTX)或非选择性ASICs阻断剂(阿米洛利)减弱[22]。与此一致的，被转染TRPV1和ASIC3小干扰RNA(siRNA)的HEECs也减少了对ATP的释放。这说明在弱酸环境下，TRPV1和ASICs参与调节HEECs释放ATP的过程。实验进一步发现，通过PAR-2激动剂预处理的HEECs可增加在弱酸条件诱导下ATP的释放，而这一效应可被IRTX、阿米洛利减弱，说明激活的PAR-2可能通过增加TRPV1和ASICs对酸的敏感性来使ATP释放增加。这提示了食管的高敏感性、烧心感的产生可能与PAR-2、TRPV1和ASICs的激活有着密切的关系。NERD烧心感与酸敏感离子通道的表达有密切关系，酸敏感离子通道拮抗剂可能在未来会作为局部治疗的一个选择。

2.2 ASICs与肠易激综合征(irritable bowel syndrome，IBS)肠易激综合征是一种无器质性病变的功能性胃肠病，可能与结肠感觉过敏有关。在用丁酸酯直肠灌肠诱导的IBS的大鼠模型中发现，ASIC1a在腰椎脊髓感觉神经元中表达上调，在腰椎脊髓鞘内注射特异性ASIC1a拮抗剂PcTx1可以阻止丁酸酯诱导的结肠超敏反应(CHS)的发生，提示ASIC1a与IBS的发生、发展有着密切的关系[23]。另有研究也发现，在IBS的大鼠模型中，神经生长因子(NGF)和ASIC1a共同促进丁酸酯诱导CHS的发生，注射抗NGF抗体或ASICs抑制剂阿米洛利均可阻止CHS的发生[24]。同时也发现，NGF抗体可阻止丁酸酯诱导的感觉神经元中ASIC1a的过表达，说明NGF与ASIC1a可能在结肠感觉神经元的致敏中有重要的作用。以上结果表明，ASICs可能参与IBS的发生、发展过程，将为IBS的治疗提供新的靶点。

2.3 ASICs与肝硬化 肝纤维化是肝硬化的主要组织学特征，而肝星形细胞(HSC)是肝纤维化过程的主要细胞[25]。ASICs可能通过多种途径在肝纤维化的过程中发挥着重要的作用。有研究发现，ASIC1a在肝纤维化的肝组织中的呈现出高表达，当抑制ASIC1a的表达后，HSC的激活也受到抑制，肝纤维化程度也降低[26]。也有研究发现，ASIC1a参与HSC的激活，抑制或沉默ASIC1a可使活化的HSC发生炎性凋亡[27]。这提示ASIC1a可能通过作用于HSC参与肝纤维化过程，且可能与其抑制HSC的炎性凋亡的作用有关。也有研究发现，ASIC1a可能通过内质网应激(ERS)参与肝纤维化的进展[28]。内质网应激是指内质网腔内错误/未折叠蛋白的大量积累、Ca2+稳态失衡的状态。在四氯化碳诱导肝纤维化模型的肝组织中ASIC1a及ERS相关蛋白表达均上调。沉默ASIC1a可降低ERS相关的标记物(GRP78、Caspase12和IREI-XBP1)的表达，而抑制ERS可下调血小板源性生长因子(PDGF)诱导的ASIC1a的表达。结果表明PDGF可激活ASIC1a，诱导ERS的发生，加重肝纤维化的程度。在体外实验中发现，高糖可刺激HSC的增殖，并增强PDGF对HSC活化和增殖，使用ASIC1a抑制剂(PcTx1)可以减弱高糖的刺激效应[29]。而在糖尿病合并肝纤维化双模型的大鼠肝脏中发现，ASIC1a可通过诱导自噬促进HSC的激活[30]。以上说明，ASICs在激活HSC，促进肝纤维化的过程存在多种途径，ASIC1a可能是肝纤维化过程的一个重要节点，通过抑制ASIC1a可减弱肝纤维化的程度，这为针对肝纤维化研制新的靶向药物提供新的方向。

2.4 ASICs与肝癌 乙型肝炎后肝硬化患者随着病情的进一步恶化可发展至肝癌阶段。肝癌的侵袭、转移与肿瘤的酸性微环境有关。有研究表明，中度酸性微环境可促进肝癌细胞ASIC1a的表达，而沉默ASIC1a抑制了肝癌细胞的迁移和侵袭能力，说明ASIC1a参与了肝癌细胞的侵袭、转移[31]。肝癌细胞可能通过自噬来适应肿瘤酸性微环境。在酸性微环境的实验中发现，肝癌细胞(HepG2)中ASIC1a的表达及自噬体均增加[32]。当使用ASIC1a的拮抗剂(PcTx-1)或ASIC1a的干扰RNA后，肝癌细胞中的自噬体有所下降，肝癌细胞的迁移和侵袭能力亦下降。这说明，在酸性环境诱导下，ASIC1a可能通过诱导自噬来促进的肝癌细胞的迁移和侵袭。ASIC1a除了通过诱导自噬来促进肝癌细胞的迁移和侵袭外，还可能通过激活β-catenin/LEF-TCF轴促进肝癌细胞的生长。实验显示，酸性微环境中，ASIC1a可抑制泛素化调节因子GSK3β的表达，使肝癌细胞β-catenin降解减少，LEF-TCF靶基因(c-Myc、Cyclin、Osx、Runx2)表达增强，从而使肝癌细胞的增殖能力上升[33]。说明ASIC1a可通过激活β-catenin/LEF-TCF轴促进肝癌细胞的增殖。ASIC1a的过表达不仅促进了肝癌细胞的增殖、侵袭、迁移，还使肝癌细胞对化疗药物产生了耐药性。研究表明，ASIC1a的过度表达导致了肝癌细胞(Bel7402/FU、HepG2/ADM)的耐药性，抑制ASIC1a活性则增加对化疗药物的敏感性，ASIC1a可能通过介导钙内流导致PI3K/AKT信号通路激活，这为肝癌化疗药物的增敏剂提供了新的思路[34]。ASIC1a在肝硬化、肝癌中发挥着重要的作用，这为打破慢性乙型肝炎-肝硬化-肝癌三部曲以及治疗肝癌提供了一个新的可能，同时ASIC1a也可能作为肝脏疾病新的生物学标志物来指导临床的诊治。

2.5 ASICs与胰腺癌 胰腺癌发病机制尚不明确，上皮细胞间充质转化(EMT)在胰腺癌的发生、发展过程中可能起重要作用。有研究发现，在胰腺癌中EMT与胰腺癌之间有着密不可分的关系，胞外酸性微环境可调节细胞内信号通路参与到EMT的过程中，从而诱导胰腺癌的发生增殖[35]。有研究发现，在胰腺癌细胞系中ASIC1和ASIC3的mRNA、蛋白质产物与正常胰腺导管细胞(HPDE)相比显著增加；在酸性环境下，ASIC1和ASIC3的激活及表达可导致胰腺癌细胞内钙离子的上升，激活G蛋白家族成员RhoA，诱导EMT的过程，使癌细胞侵袭和迁移的能力增强[36]。因此说明，ASICs可能通过EMT参与胰腺的发生、发展过程。另外，活化的胰腺星状细胞(PSC)可能增强了胰腺癌细胞的生物学行为。在胰腺癌细胞(Panc-1)与PSC共同培养的实验中发现，ASIC1在PSC中的表达增高，通过抑制ASIC1可减弱PSC的增殖和迁移，说明胰腺癌可能通过ASIC1诱导PSC的激活，从而使活化的PSC加强癌细胞的增殖、侵袭、迁移的能力[37]。ASIC1在其中发挥着不可或缺的作用。ASICs以多种途径参与了胰腺癌的发生发展，抑制ASICs可能有助于胰腺癌的治疗。

2.6 ASICs与胃肠道癌 ASICs也参与胃癌、肠癌的发生、发展过程。采用免疫组织化学方法检测发现胃癌组织比邻近正常组织中的ASIC1a的表达水平明显增高，通过抑制ASIC1a可显著下调ASIC1a的表达，减少胃癌细胞的侵袭、迁移[38]。另有研究也发现，沉默胃癌细胞(SGC-7901)中的ASIC1，可使自噬蛋白相关5(ATG5)表达水平下调，抑制胃癌细胞的生长[39]。而通过降低微环境的pH值对沉默ASIC1进行补救处理，能使ATG5的表达水平再次上升。这表明在胃癌细胞中，ASIC1可通过激活ATG5促使自噬上调。在大肠癌(CRC)方面，有研究发现，ASIC2在酸性微环境下的CRC细胞中上调，ASIC2的过度表达促进CRC细胞的增殖、侵袭，同时在酸中毒时可能激活calcineurin/NFAT1信号通路[40]。通过对calcineurin/NFAT1通路的抑制，可减弱酸中毒时ASIC2诱导的侵袭作用。说明ASICs与CRC有关。

3 结语

ASICs作为酸感受离子通道，是细胞外H+的关键受体，其在人体内分布甚广，在大多数生理及病理过程中均有影响。ASICs在消化系统功能性病变(胃食管反流病、肠易激综合征)及器质性病变(消化道肿瘤)中均发挥着重要的作用，其生理病理学作用正得到越来越多的关注及研究。ASICs在消化道疾病中具有相对特异性的表达，有望在分子层面上作为一种新的生物学标志物为疾病的诊断、治疗以及预后评估等领域做出贡献。目前，ASICs在消化系统疾病中的研究仍处于初始阶段，未来仍需大量研究继续完善ASICs在消化系统疾病发生、发展中的作用。