基于“肺与大肠相表里”阐述水通道蛋白在慢性阻塞性肺疾病与腹泻中的研究进展

轩银霜 卞晴晴 李亚 李素云

(1河南中医药大学，河南 郑州 450000；2河南中医药大学第一附属医院)

“肺与大肠相表里”首载于《黄帝内经》，是中医学重要的基础理论之一，广泛指导着中医临床实践。肺与大肠在经络上相通，气机上相合，在生理、病理及治疗中相互影响，共同参与机体的水液代谢〔1,2〕。为了探索这一理论的现代科学依据，不少学者从组织胚胎发育领域〔2〕、公共黏膜免疫系统〔3,4〕、炎症介导路径〔5,6〕及肺肠菌群的互相影响〔7〕等方面进行研究，并提出了“肠-肺”轴〔8〕这一概念，极大地丰富了“肺与大肠相表里”的内涵。这一理论在水液代谢方面的应用也被不断提及，肺主通调水道，通过肃降作用将津液输送至大肠；大肠主津，将重吸收的津液通过胃气的作用上输心肺，二者在水液代谢中密切关联，共同维持体内水液平衡。水通道蛋白(AQPs)作为膜转运蛋白，主要参与水的跨膜转运，是研究肺与肠道水液代谢的重要定量指标。本文通过阐述AQPs在慢性阻塞性肺疾病(COPD)与腹泻中的异常表达及其相关性，对肺与大肠水液代谢的同步性进行探讨，以期进一步阐释“肺与大肠相表里”这一理论。

1 AQPs

AQPs是一种广泛分布于细胞膜上的小而完整的膜蛋白，在细胞膜上形成孔隙，参与水和小溶质(包括甘油、尿素等)的跨膜转运〔9,10〕。第一个被发现的AQPs最初被称为CHIP28(后来更名为AQP1)，当在爪蟾卵母细胞中表达时，它增加了细胞膜渗透驱动的水渗透性〔11〕。目前发现的AQPs共有13种，从AQP0到AQP12，在哺乳动物中根据其功能特点被分为三个亚类：①AQPs：AQP0、AQP1、AQP2、AQP4、AQP5和AQP8对水具有选择性渗透性；②水甘油通道蛋白：AQP3、AQP6、AQP7、AQP9和AQP10对水、甘油和尿素具有选择性渗透性；③超级AQPs：AQP11和AQP12由于与其他AQPs的序列同源性低而不同，功能还没有完全被发掘〔11,12〕。AQPs作为一类膜转运蛋白，其特殊结构使它在细胞膜水平上形成孔，能高效、选择性和双向地帮助水和(或)其他小的不带电溶质穿过细胞膜〔13〕，参与细胞水的快速流动和细胞体积调节〔14〕。

2 AQPs在肺与肠道中的表达

2.1AQPs的肺部表达 在肺部表达的AQPs主要有AQP1、AQP3、AQP4和AQP5。AQP1主要在支气管周围毛细血管内皮细胞和肺泡Ⅱ型上皮细胞中表达〔15〕。AQP3在气管、支气管和细支气管的基底细胞和上皮细胞、肺泡上皮细胞、巨噬细胞中均有表达〔16〕。AQP4位于气管、支气管上皮的纤毛柱状细胞的基底外侧膜。AQP5在Ⅰ型肺泡上皮细胞的顶膜，黏膜下腺体和大气道上皮中的腺泡上皮细胞有表达〔17〕。也有极少数的文献表明AQP8和AQP9在支气管上皮细胞有表达。

2.2AQPs的肠道表达 肠道是水液代谢的重要场所，AQP1～AQP11在肠道均有表达。AQP1在结肠隐窝底部上皮细胞的顶端〔18〕、淋巴乳糜〔19〕及小肠毛细血管和中心乳糜的内皮细胞中有表达。AQP2在大鼠远端结肠表面吸收上皮细胞的顶端膜有表达，但处于边缘作用〔19〕。AQP3在回肠和结肠上皮细胞的顶端和基底外侧膜有显著表达。AQP4表达于远端结肠表面上皮细胞顶膜和基底外侧质膜，大鼠小肠的吸收上皮和腺上皮细胞中〔19～21〕。少数文献表明AQP5在肠上皮细胞、十二指肠的Brunner腺中表达。AQP6在大鼠小肠、结肠和盲肠中表达，并且大肠中的表达高于小肠。AQP7表达于结肠上皮细胞的顶膜和基底外侧部分、结肠隐窝的基底外侧部分和小肠表面上皮细胞的基底外侧、顶端〔22〕。AQP8在结肠上皮和结肠隐窝的顶端、基底外侧和细胞质，回肠表面上皮细胞顶端、基底外侧膜中均有表达。AQP9在小鼠结肠隐窝底部的杯状细胞和小鼠小肠分泌黏液的上皮细胞中表达。AQP10表达于大肠上皮细胞的顶膜，小肠吸收上皮细胞顶膜，并且在十二指肠和空肠中的表达明显高于回肠。AQP11在大肠上皮细胞的顶膜，十二指肠中表达〔23〕。

3 AQPs与COPD

COPD以持续的呼吸道症状和气流受限为特征，主要表现为呼吸困难、咳嗽、咳痰，呈间歇性加重，黏液脱水和黏液清除受损是COPD的常见特征〔24,25〕。COPD的发病与AQPs关系密切，尤其是AQP5。AQP5在肺液运输中具有重要作用，影响气道黏液高分泌和气道湿化功能〔26〕。作为位于顶端的流体调节通道，AQP5与上皮性钠通道(ENaC)、囊性纤维化跨膜电导调节器(CFTR)可以作为COPD的生物标志物和有效的药物靶点〔27〕。

AQP5蛋白水平与COPD严重程度相关，具体表现在肺功能和气体交换上。AQP5下降则肺功能下降，气体交换障碍，AQP5与肺活量和第一秒用力呼气容积(FEV1)呈正相关〔11〕。AQP5的表达还与气道中的液体分泌有关，AQP5的缺失会导致小鼠上呼吸道分泌更多的浓缩蛋白和黏液。黏液主要由黏蛋白(MUC)5AC组成，COPD大鼠肺组织中MUC5AC的表达升高，AQP5表达降低，且MUC5AC与AQP5表达之间存在相关性〔17〕。AQP5主要在肺泡Ⅰ型细胞中表达，Ⅰ型肺泡细胞覆盖了肺泡95%的表面积。AQP5表达减少可能导致Ⅰ型肺泡细胞的丢失和气囊的脱水〔27〕。除AQP5下调之外，AQP1和AQP4在COPD模型组的表达也降低〔28〕。

4 AQPs与腹泻

腹泻是一种常见的病理学现象，广泛应用于不同的动物模型。胃肠道液体分泌过多和结肠水分吸收缺陷是腹泻发病的重要因素，导致液体和电解质的快速流失。另外，AQPs可能参与粪便内容物的正常脱水。因此，AQPs的调控可能在腹泻发生发展中发挥重要作用。

AQPs在不同类型的腹泻中通常是下调的。高酪蛋白水平饮食可以通过抑制AQP1、AQP3、AQP8和AQP10的表达，最终诱导仔猪腹泻〔29〕；番泻叶苷(SS)导致大鼠腹泻，可以显著下调结肠AQPs(AQP4、AQP5、AQP6、AQP7和AQP8)的表达〔12〕；在胃肠道暴露于汞后引起的腹泻中，汞可抑制AQPs，显著下调大鼠肠道AQP3和AQP7蛋白的表达〔30〕。这些不同原因引起的腹泻都是通过AQPs的下调，阻止水分进入细胞，使水的吸收和分泌不平衡，从而导致肠液积聚，粪便的含水量增加，最终导致腹泻。

5 COPD与腹泻中的AQPs

COPD是一种全身性疾病，包括慢性支气管炎和肺气肿等临床亚表型〔31〕。肠道功能障碍作为COPD患者常见的肺外并发症之一，可引起食欲减退、腹胀、腹泻、便秘等症状，加重营养不良，导致呼吸肌力量下降，影响疾病的预后〔32～34〕。

5.1肺病及肠 COPD发病时，不仅肺组织AQPs下调，还会影响到结肠水液代谢，导致腹泻，结肠AQPs也出现下调。姚锐等〔35〕采用单纯烟熏法建立大鼠支气管炎模型，使用免疫组化和Western印迹的方法检测大鼠肺组织与肠组织中AQPs的蛋白表达。与空白组相比，模型组大鼠不仅出现咳嗽、喘鸣等肺部症状，气道阻力增加、肺功能降低，肺组织AQP1表达下降；还表现出便溏、结肠肿胀、湿重指数升高等肠道病变，结肠组织AQP4表达也明显下调。孙香蕾等〔36〕用同样的方法制备慢性支气管炎大鼠模型，采用免疫组化法观察肺与结肠AQP4表达的变化，并计算其光密度值，发现AQP4在气道与肠道黏膜处表达明显。与空白组相比，模型组不仅表现出咳嗽症状，肺组织中AQP4表达明显降低，淋巴细胞浸润；同时出现了粪水含量增加、排软便且近端结肠AQP4表达显著下降，炎细胞浸润的肠道病理表现，验证了AQPs可能是“肺病及肠”中“水湿”的生物学基础。

5.2肠病及肺 溃疡性结肠炎所致泄泻中，结肠AQPs水平下降，呼吸功能也出现障碍，肺组织AQPs水平随之下降。为了进一步验证“肺与大肠相表里”中肺与大肠在疾病传变中的相互影响，姚锐等〔37〕采用三硝基苯磺酸联合乙醇法制备溃疡性结肠炎大鼠模型，同样使用Western印迹法定量检测肺与结肠组织中的AQPs蛋白表达。与空白组相比，溃疡性结肠炎模型组大鼠便溏，结肠组织AQP4蛋白下降；还出现鼻出血、咳嗽等肺部表现，气道阻力增加，肺功能降低，肺组织AQP1表达也降低，肠道疾病影响到了肺功能的正常发挥。

5.3肺病治肠，肠病治肺，肺肠同治 治疗肺部疾病时，使用/加用治肠的方药(以小承气汤为代表)，可下调结肠AQPs，也可以改善肺部症状，上调肺部AQPs。姚锐等〔35〕在肺与大肠治疗上也有研究，小承气汤“泻肠清肺”灌胃治疗大鼠支气管炎后，重泻腑的小承气汤明显改善了肺功能和低氧高酸状态，验证了“泻肠”所具的清肺效应，不仅下调了结肠组织AQP4表达，导致腹泻的暂时加剧；还上调了肺组织AQP1表达，缓解了咳喘症状，通因通用，“泻肠水”以“清肺痰湿”。对溃疡性结肠炎大鼠进行具有“宣肺”功能的三拗汤灌胃给药后，不仅改善了呼吸功能，促使肺组织AQP1表达升高；“宣肺”的同时又“调肠”，可观察到大鼠粪便含水量下降，泄泻好转，结肠组织AQP4蛋白含量升高〔37〕。祝小惠等〔38,39〕、钟相根等〔40〕采用气管注脂多糖(LPS)加熏香烟法联合建立COPD大鼠模型，使用链转录聚合酶链反应(RT-PCR)法检测肺组织AQPs表达水平。发现模型组大鼠MUC5AC表达增加，气道黏液高分泌；气道AQP1、AQP3、AQP5 mRNA表达减少，气道湿化功能和气道表面液体调节功能减弱；核转录因子(NF)-κB表达增强，气道炎症加重，并且AQPs与NF-κB的mRNA水平呈负相关；使用生大黄的治肠组或灌胃宣白承气汤的肺肠同治组上述症状均明显改善，气道AQP1、AQP3、AQP5表达增强，气道湿化功能改善，且肺肠同治组疗效明显优于单纯治肺组。

从上述动物实验可以发现，AQPs作为水液代谢相关定量指标，在COPD与腹泻的病理传变中具有同步性，肺部病变时AQPs下调，肠道AQPs也随之下调，治疗时二者也有相关性，初步得出AQPs可以作为肺与大肠水液代谢相关物质基础这一结论，丰富了“肺与大肠相表里”这一理论。同时，在AQPs下调时，肺、肠道炎细胞浸润增多，肺部NF-κB表达增强且与AQPs水平呈负相关，由此可以推断，AQPs在肺与肠道疾病中的调节可能与病变过程中炎症反应相关。

综上，关于“肺与大肠相表里”的研究不断增加，有学者从“津液相关”角度出发，希望能更全面地揭示这一理论的深刻内涵。目前有关于AQPs在肺与肠道相关性方面的研究局限于动物实验，临床中少有报道，并且在验证时也多是在趋势上分析肺与肠道AQPs的变化，并没有进一步的相关性分析作为依据。因此，围绕肺部和肠道AQPs的表达及相关性进行探索，将有利于揭示水液代谢在肺与大肠疾病与治疗中的动态变化，更加科学、全面地揭示“肺与大肠相表里”的理论内涵，这对于指导临床肺与肠道疾病的治疗具有重要意义。