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1、.上皮钠通道与疾病和药物机制的研究进展*崔梓豪 李青南 陆幸妍*广东药学院生命科学与生物制药学院上皮钠通道（epithelial sodium channel，ENaC）是由 、 三种亚单位组成的异聚体蛋白，在肾脏、结肠、肺脏、大脑、卵巢、睾丸和胰腺等组织均发现 ENaC 的分布。其生理功能就是跨越紧密连接上皮单向转运钠离子,调节水和离子的转运。上皮钠通道（ENaC）最初是由 Canessa1等从鼠结肠上皮细胞中克隆出来的，随着研究的深入，人们对上皮钠蛋白的结构及其功能也有了进一步的认识。本文将从 ENaC 在各组织的分布及其功能研究状况展开综述。1.ENaC 的结构、分布及其功能研究通过分子
2、克隆已经证实人类上皮钠通道是有 、3 个亚单位组成，主要分布在远肾单位、结肠上端、肺上皮细胞。三种亚单位可以构成不同的异聚体，异聚体的结构与机体所处的生理及病理状态有关。通道仅由 -ENaC 亚单位组成时，将形成传导率为 2128Ps 的非选择性离子通道（NSC ） ，对细胞内 Ca2+敏感， cAMP 可增加单通道开放率（Po ） 。相反，-ENaC 、-ENaC、-ENaC 聚集在一起，则可形成高选择性的钠离子通道（HSC） ，传导率为 46Ps，对细胞内 Ca2+不敏感，cAMP 可以增加通道数目，但不能增加单通道开放率 2。ENaC 属于非电压依赖性的离子通道，在适合条件下具有高度的选
3、择性，其中对Na+、Li+ 的选择性远高于 K+。这种选择性可以使 Na+通过下调自身化学梯度的方式进入细胞，同时又不会使 K+渗漏到胞外。ENaC 在机体内广泛分布于各系统，对生物体的生长发育、新陈代谢和能量转换有着不可替代的作用。2.ENaC 与疾病机制研究2.1 ENaC 与呼吸系统 目前对于 ENaC 分布及疾病中研究最广泛的是呼吸系统的疾病。肺泡 II 型上皮细胞 ENaC 属于 ENaC/Deg 家族，是一个由 、 、 三个同源亚基组成的多聚体，这三个亚基的分子量分别为 79KD、72KD、75KD 。肺水清除是一个自动转运的过程，该机制由 Matthay3,4提出，即首先由肺泡
4、II 上皮细胞顶膜的钠通道（ ENaC）摄取Na+进入肺泡上皮细胞，然后由基底膜的钠泵（Na+-K+-ATPase）排出到肺循环中。这个过程伴随着水的被动吸收，是一个单向的过程。在该过程中，顶膜的 ENaC 承担了 90%的跨膜钠转运阻力 ,可推论在肺水吸收过程中，ENaC 起着关键作用 5。Dobbs 等 6关于肺水肿的研究表明，ENaC- 基因敲除小鼠由于肺内积液过多导致呼吸窘迫而短时间内死亡。ENaC- 基因敲除小鼠肺内液清除的速度较正常小鼠慢，且未见死于呼吸系统并发症，但ENaC- 、ENaC 基因敲除小鼠会患上假性醛固酮减少症，并因失钠和高钾血症而死亡。大量研究 7,8表明，若将肺泡
5、细胞的 亚单位敲除，新生小鼠则不能清除肺部多余的液体，并在出生后 48h 内死亡。由此推测， 亚单位是肺液清除必不可少的部分。联合应用雌孕激素可以上调 ENaC- 的基因表达，因而对减轻肺水肿可能起到一定作用 9。除肺水肿外，在慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者中，ENaC 的 、 亚单位 mRNA水平升高 10，由此可见， E1NaC 对 COPD 的发病进程也有重要影响。2.2 ENaC 与循 环系统 近年来，Drumnond 等 11在分离的脑动脉血管中发现 ENaC，而分离的鼠动脉肌源性收缩可通过使用阿米诺力或阿米诺力类似物阻断，推测 ENaC 是血*本文由国家自然科学基金资助项目（30
6、971172） ，广东省科技计划（2010B050700022）资助。*通讯作者。Email: .压调节血管反应所必须的物质。此外，ENaC 可能通过合成或者修饰特异性蛋白及改变皮脂分泌方式而参与上皮组织分化 12。相关研究表明 13，ENaC 基因是导致原发性高血压的重要候选基因。2.3 ENaC 与生殖系统 哺乳动物的精子只有在经历获能之后，才能与成熟的卵子结合，使卵子受精。其中，ENaC 的 亚基定位于小鼠精子鞭毛中段，而 亚基则定位于小鼠精子顶体的胞膜上 14。在生精细胞中可发现 ENaC- 构成的离子通道，但局限于成熟精子的鞭毛中段的质膜 15。而在大脑、卵巢、睾丸组织未能检测到 E
7、NaC 的 和 ，免疫荧光试验发现 ENaC- 亚基局限分布于人精子的鞭毛中段 16。精子的活性受环境中的 pH 值所影响，在偏碱性的条件下，精子处于高活性状态，而在酸性条件下则处于被抑制的状态。这是由于与碱性条件相比，ENaC 在酸性条件下的表达量更高，高表达量的 ENaC 使精子维持静息状态，进而防止精子的过早活动。在排卵时，宫颈黏液的 pH 值将上升至 8.5，这种偏碱性的环境可抑制 ENaC 活性，从而使精子活性提高。综上所述，可知精子的活力的调节活动需要具有 亚基的 ENaC 参与 16。2.4 ENaC 与泌尿系统 在泌尿系统中，ENaC 主要分布在肾小管的远端小管处，对 Na+的
8、转运起重要作用。ENaC 的异常可诱发泌尿系统的疾病。如 ENaC 表达过度，则使 Na+重吸收增加，并反向偶联 K+的过度排泄，从而引起低钾高钠血症，并形成高血压，此症状即为 Liddle 综合症（假性醛固酮增多症） 。目前研究 17已证实 Liddle 综合症的分子基础是ENaC 基因（SCNN1B 和 SCNN1G）功能性突变，而最常见的是 和 ENaC 发生断裂、缺失，导致移码突变。与此相反的是假性醛固酮减少症，Thomas 18等通过研究表明SCNN1B 基因的 5启动子区域纯合突变会使外显子的一段 1300bp 缺失，从而引起假性醛固酮减少症。另外，DeFronzo 等人 19指出
9、，胰岛素可调节肾脏对 Na+离子的重吸收，使肾脏吸收更多的钠，并使集合管上的 ENaC 的活性增加。2.5 ENaC 与听 觉、神经系统 在生理学上，内耳的正常功能必须建立在内、外淋巴离子能够保持动态平衡的基础上。基于对肺泡细胞的研究可知，ENaC 是调节 Na+的关键分子。钟时勋等 20对耳内前庭 ENaC 的研究表明，ENaC 的各个亚基分布于前庭的各个区域，并且通过形成功能性通道的方式参与内耳内淋巴的调节，从而达到保持内耳环境稳定的效果。另外，Dunnebier 等 21-23给豚鼠腹腔注射醛固酮（1mg/kg 5 天） ，发现部分动物出现内淋巴积水，但耳蜗和内淋巴囊的形态结构并无明显的
10、改变。这些研究结果直接说明了，体内醛固酮水平的升高确实可以导致内淋巴液生成过多，导致内淋巴液的吸收和分泌失衡，引起内淋巴积水。ENaC 和 ASIC 分子（ENaC 超家族）在特定的背部感觉神经元束、三叉神经和传入神经中均有分布，并通过这些神经达到支配躯体和内脏感受器的效果 24,25。Heather 26通过研究表明 ENaC / ASIC 蛋白质在机械力依赖的反应中发挥着显著作用，但并不完全清楚ENaC/ ASIC 蛋白质传感器传导机械刺激的作用机制。Kellenberger 27提出了“机械力传感器”假说，在这种假说中，机械传感器是一个复杂的异源多聚通道，由五个基本部分组成：细胞外基质蛋
11、白；外连接蛋白；空隙通道；细胞内连接蛋白； 细胞骨架蛋白。在此通道中，DEG/ENaC/ASIC 家族形成复杂的离子传导单位，机械刺激通过细胞外基质的门控通道传导，细胞骨架也可能参与作用力的传导。当受到刺激时，门控通道开放，Na +和 Ca2+，进入导致膜去极化，随后激活下游信号，导致平滑肌细胞收缩或神经元产生动作电位。3. ENaC 与相关药物机制研究3.1ENaC 与糖皮质激素 糖皮质激素（GC）可通过多种形式影响 ENaC 的表达。在胞内，GC 可通过与特定的糖皮质激素受体（GR）结合，使糖皮质激素受体复合物解离， GR转移到细胞核中，与 DNA 上的 GRB（糖皮质激素反应元件）结合，
12、在转录、转录后翻译.及蛋白水平调节 ENaC 的表达 3。另外，有研究表明 28，在未受刺激的心肌细胞中，Na+通透性由于 ENaC 不断被内化而受抑制，这个过程是由 Nedd-4/2 介导的。Nedd-4/2 是一种泛素连接酶，可结合 、-ENaC。SGK-1 是一种针对 Nedd-4/2 的泛素磷酸化酶，糖皮质激素可诱导 SGK-1 的表达，调节 SGK-1 磷酸化 Nedd-4/2，从而阻止其与 ENaC 的相互作用，结果使 ENaC 得以在顶膜保留，导致 Na+的通透性增加、刺激 Na+的吸收。对肾上皮细胞的研究 29表明 SGK-1 还有一个作用，即控制 ENaC- 的转录，从而达到
13、增强 ENaC 表达的目的。3.2 ENaC 与盐皮质激素 研究证明 30-32，远端肾单位的钠转运调节中，其中一种重要的因素是肾上腺类固醇激素，ENaC 在肾脏的表达受体内醛固酮的调节，低浓度的醛固酮可以促进细胞膜表达 ENaC，但具体机制尚不明确。ENaC 的三个亚基中，以 ENaC- 对血浆影响最为明显，有研究表明 33，若给予高盐饮食，则大鼠血浆的醛固酮水平会下降，肾脏的 ENaC- 表达量降低； 给予高盐饮食同时加醛固酮的大鼠 ENaC- 的表达量上升。由此可知，ENaC- 参与生理条件下机体对盐负荷调节的是醛固酮。李琦等 34通过实验首次发现在使用醛固酮后，早期 ENaC 表达量上
14、升，但在此基础上，Na-K-ATPase 的亚单位表达量不发生改变，并推测醛固酮作用的早期仅出现 ENaC 基因的表达上升，但 Na+、K +转运蛋白的基因表达水平并没有发生变化。罗芳 35详细阐述了醛固酮通过基因组效应对ENaC 影响的过程。在体内，醛固酮、皮质醇与相应的盐皮质类固醇受体结合，通过基因组效应调控促使血清糖皮质类固醇激酶（SGK）表达量增加， SGK 使泛素连接酶 Nedd4 磷酸化，磷酸化的 Nedd4 将呈失活状态，使 ENaC 不能通过胞饮被分解，最终使 ENaC 持续发挥功效。醛固酮的基因组效应现今已被广泛研究。另一方面，醛固酮存在非基因组效应的发现多时 36，但其机制
15、依然未被人们充分认识，仍然有待人们继续探索。3.3ENaC 与其它药物 ENaC 不仅受皮质醇、cAMP、醛固酮、胰岛素等多种因素影响37,38，随着研究的不断深入，越来越多的药物被发现能影响 ENaC 的表达。在患有急性肺损伤的大鼠中联合使用雌孕激素可使 ENaC- 和 ENaC- 的 mRNA 在肺部表达量显著增高而 ENaC- 的表达量不变，从而在一定程度上清除由急性肺损伤所引起的肺水肿 39。ENaC 对水钠的转运是个耗能的过程，若发生缺氧，则会促使细胞内活性氧含量升高，供能的不足将使 ENaC 作用下降。乌司他丁能够逆转由于缺氧对 ENaC-mRNA 和蛋白质表达的抑制，并与浓度呈相
16、关性 40。在调节 ENaC 功能的药物中， 受体激动剂可以使上皮钠通道基因表达量上升、促进蛋白的磷酸化，抑制 ENaC 的降解作用 41，但临床效果不明显。4.小结与展望近年来，国内外对 ENaC 在不同组织的分布状况、作用机制及临床影响进行了广泛的研究，试图说明 ENaC 在这些组织器官及其疾病中的作用，从而为深入认识相关生理活动的机制和对相应疾病的治疗奠定理论基础。在生理状态下，ENaC 基因的表达受多种因素的影响，包括皮质醇、cAMP 、醛固酮、胰岛素等。而在一系列水盐代谢相关疾病与药物机制研究中，ENaC 及其信号转导通路的作用正日益成为研究热点，因此，进一步探索ENaC 的生物学功能及其与疾病和药物作用机制的关系，将为相
