張 穎， 李 敏， 高力揚(yáng)

（寧夏大學(xué)西部特色生物資源保護(hù)與利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，寧夏銀川750021）

上皮鈉通道（epithelial sodium channel，ENaC）是一種非電壓依賴性的離子通道，是上皮細(xì)胞主要的Na+轉(zhuǎn)運(yùn)通道之一，屬于 ENaC/退化蛋白（degenerin）超家族［1-2］。ENaC對阿米洛利敏感，主要分布于人體肺部［3］、腎臟［4］、結(jié)腸、生殖道［5］及中樞神經(jīng)系統(tǒng)［6］等多種組織的上皮細(xì)胞，能夠控制Na+進(jìn)入上皮細(xì)胞，對穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)Na+濃度及維持細(xì)胞滲透平衡具有重要作用［7］。

細(xì)胞內(nèi)外液體滲透平衡是維持細(xì)胞正常生理功能的基礎(chǔ)，這種平衡取決于細(xì)胞內(nèi)外的相對滲透壓和膜的滲透性［8］，而人體細(xì)胞內(nèi)液和細(xì)胞外液的滲透壓主要取決于電解質(zhì)如Na+、K+、Cl-及HCO3-等的濃度，其中Na+是細(xì)胞外液滲透壓的主要決定因素［9］，一旦Na+在細(xì)胞內(nèi)外轉(zhuǎn)運(yùn)失衡，機(jī)體會出現(xiàn)一系列的病變。ENaC作為重要的Na+通道，其與各類疾病的相關(guān)性引起了人們的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有研究表明ENaC與心血管系統(tǒng)（如原發(fā)性高血壓）［10-12］、呼吸系統(tǒng)（如囊性纖維化）［13-14］、泌尿系統(tǒng)（如假性低醛固酮癥）［15-16］及生殖系統(tǒng)（如早產(chǎn)）［5，17］等相關(guān)多種疾病的發(fā)生發(fā)展具有重要聯(lián)系。ENaC與呼吸系統(tǒng)相關(guān)疾病如囊性纖維化、哮喘及慢性阻塞性肺病等的關(guān)系尤為密切。本文從ENaC的結(jié)構(gòu)和功能、在呼吸系統(tǒng)相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制及以ENaC為靶點(diǎn)的治療藥物和新方法等方面對近年來國內(nèi)外的相關(guān)研究進(jìn)行綜述，旨在系統(tǒng)認(rèn)識ENaC在呼吸系統(tǒng)疾病中的調(diào)控機(jī)制，從而為開發(fā)相關(guān)疾病的治療藥物及手段提供參考資料。

1 ENaC概述

1.1 ENaC種類及分布 ENaC是ENaC/degenerin超家族的成員之一［2］，在肺魚目（肺魚）、四足類（青蛙和蟾蜍）等多個(gè)物種里均有表達(dá)［18］，其中人ENaC有α、β、γ及δ共4種亞基，分別由SCNN1A、SCNN1B、SCNN1G及SCNN1D基因所編碼［19］。ENaC的4種亞基都具有保守結(jié)構(gòu)，這種保守結(jié)構(gòu)有2個(gè)嵌入細(xì)胞膜的跨膜片段（transmembrane segments，TM），分別稱為TM1和TM2［20］。各亞基的氨基（―NH2）和羧基（―COOH）末端位于細(xì)胞內(nèi)，分別與TM1和TM2連接，胞外含有每個(gè)亞基大約70%氨基酸的片段［21］（圖1）。ENaC的α亞基具有多種亞型，是構(gòu)成ENaC的功能性單位［21］；β亞基是一類高度糖基化的蛋白，是構(gòu)成ENaC的輔助單位［20］；γ亞基的作用在于對ENaC的特定位點(diǎn)進(jìn)行剪切，從而調(diào)節(jié)其活性［7］。大規(guī)模芯片和高通量RNA測序結(jié)果顯示：α、β及γ亞基不僅在腎、肺和結(jié)腸有高水平的表達(dá)，在生殖道、食道、皮膚、甲狀腺和舌頭等部位也有不同程度的表達(dá)（詳細(xì)表達(dá)圖譜可在https：//www.ebi.ac.uk/gxa/home獲取）［22］。δ亞基在人腦、胰腺、睪丸和卵巢中的表達(dá)水平較高，而在腎臟和肺中的表達(dá)水平很低，其具體功能尚不明確，需要進(jìn)一步的研究［18］。一個(gè)具有完整功能性的ENaC通道通常由α、β和γ亞基或者δ、β和γ亞基組成異源三聚體結(jié)構(gòu)［23-24］（除此之外也存在其它組合方式［25-26］）。不同亞基聚集形成的通道呈現(xiàn)出不同的功能，例如：由α、β和γ亞基聚集形成的通道大量分布在腎臟、肺及結(jié)腸等部位，能夠高效吸收轉(zhuǎn)運(yùn)Na+［27］；而δ、β 和γ亞基組成的通道在神經(jīng)組織有較多分布［18］，其具體生理病理功能尚未被闡明。

Figure 1.Schematic diagram of the transmembrane structure of the ENaCsubunit.圖1 ENaC亞基跨膜結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 ENaC的功能及調(diào)節(jié)機(jī)制 ENaC的基本功能是控制細(xì)胞內(nèi)Na+濃度，維持細(xì)胞內(nèi)外滲透壓平衡。ENaC所在的組織部位不同，其發(fā)揮的生理作用不同。例如：遠(yuǎn)端腎單位處的ENaC能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞外液量和腎臟中K+的分泌［28］；在女性生殖道中，ENaC在生殖周期調(diào)節(jié)子宮液的吸收［29-30］；分布于血管內(nèi)皮細(xì)胞中的ENaC可以參與血壓的調(diào)節(jié)［12］。除此之外，ENaC對呼吸系統(tǒng)微環(huán)境的穩(wěn)定具有極其重要的影響。肺部微環(huán)境中，肺泡薄液層的水鹽平衡是維持肺部正常氣體交換的先決條件［31］。如果未能及時(shí)吸收足夠的鹽和水會使得肺內(nèi)液體從間質(zhì)過度移動到肺泡腔，引起肺部水腫，從而引發(fā)一系列肺部疾病。目前，已報(bào)道的肺泡上皮細(xì)胞跨膜離子通道主要有ENaC、鈉鉀泵（Na+/K+ATPase）、水通道蛋白（aquaporins，AQPs）和囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR）。其中，Na+通過 ENaC 頂端進(jìn)入上皮細(xì)胞中［7］，通過Na+/K+ATPase從基底外側(cè)泵出肺泡上皮細(xì)胞［32］，AQPs和CFTR主要調(diào)節(jié)細(xì)胞中H2O和Cl-的平衡［33-35］。肺泡上皮細(xì)胞水鹽平衡調(diào)節(jié)的示意圖如圖2所示。作為重要的Na+轉(zhuǎn)運(yùn)通道，ENaC與Na+/K+ATPase等其它離子通道協(xié)同維持著肺部微環(huán)境的穩(wěn)定。

Figure 2.Schematic diagram of regulation of water-salt balance in alveolar epithelial cells.ENaC：epithelial sodium channel；AQP5：aquaporin 5；CFTR：cystic fibrosis transmembrane conductance regulator.圖2 肺泡上皮細(xì)胞水鹽平衡調(diào)節(jié)的示意圖

ENaC的功能受諸多因素的影響，如ENaC蛋白磷酸化、泛素化或改變ENaC在細(xì)胞膜上的數(shù)量等都可以調(diào)控ENaC的鈉轉(zhuǎn)運(yùn)效率。細(xì)胞內(nèi)活性氧升高會使ENaC內(nèi)化增加導(dǎo)致轉(zhuǎn)運(yùn)效率降低［36］。大量研究表明，呈革蘭氏陽性的胞內(nèi)菌單增李斯特菌可以通過增加PKC-α表達(dá)的方式抑制H441細(xì)胞中ENaC-α 的表達(dá)及功能［37］。促炎消退介質(zhì)maresin 1可以通過增強(qiáng)ENaC和鈉鉀ATP酶活性的方式調(diào)節(jié)肺水清除，緩解LPS引起的急性肺損傷［38］。肺炎鏈球菌溶血素可以通過募集TNF來源的TIP肽來調(diào)控ENaC蛋白磷酸化狀態(tài)，從而抑制肺水清除，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的肺泡-毛細(xì)血管屏障功能損傷［39］。高碳酸血癥會通過促進(jìn)ENaC-β的磷酸化、多泛素化和ENaC蛋白內(nèi)吞，影響ENaC在細(xì)胞表面的穩(wěn)定性［40］。而且，ENaC亞基的胞外結(jié)構(gòu)域可受多種調(diào)節(jié)因子調(diào)節(jié)，例如泛素蛋白連接酶 Nedd4L［41］、血清/糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶1（serum/glucocorticoid regulated kinase 1，SGK1）［42］等。另有研究顯示細(xì)胞可以通過內(nèi)吞作用減少ENaC在細(xì)胞膜上的分布［43］，從而降低其功能。綜上所述，通常情況下ENaC的鈉轉(zhuǎn)運(yùn)效率主要從以下水平進(jìn)行調(diào)節(jié)：（1）調(diào)節(jié)ENaC亞基基因表達(dá)量；（2）通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)從細(xì)胞信號方面對通道活性進(jìn)行調(diào)控；（3）調(diào)節(jié)ENaC蛋白在細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)中的分布。這些調(diào)控方式涉及通道蛋白的合成、運(yùn)輸、插入細(xì)胞質(zhì)膜、降解等過程［44］。

2 ENaC與相關(guān)呼吸系統(tǒng)疾病

2.1 囊性纖維化（cystic fibrosis，CF） CF是一種常見的肺部疾病，由CFTR突變引起［45］，其癥狀為氣道表面液體（airway surface liquid，ASL）脫水，黏液在氣道中積聚，成為病原菌反復(fù)感染的場所以及產(chǎn)生長期的呼吸道炎癥［45］。有研究顯示在小鼠體內(nèi)過表達(dá)ENaC，小鼠氣道上皮會加速ASL脫水，導(dǎo)致黏液清除功能受損［46］，而抑制CF肺病模型中ENaC的活性可恢復(fù)ASL的水合作用并增強(qiáng)黏膜纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)速率，緩解CF癥狀［47］。

ENaC可以被泛素連接酶Nedd4L泛素化并被快速內(nèi)化和降解［41］。Butterworth等［48］研究表明，抑制去泛素化酶（deubiquitinases，DUBs）會減少細(xì)胞表面的ENaC。Kimura等［41］發(fā)現(xiàn)敲除 Nedd4L后的小鼠，其肺上皮中的ENaC蛋白水平升高，且該小鼠肺部表現(xiàn)出CF的特征，以上結(jié)果提示CF發(fā)病機(jī)制與ENaC蛋白表達(dá)量有重要聯(lián)系。有研究證明cAMP/PKA復(fù)合物可以通過Nedd4L來調(diào)節(jié)ENaC［49］，而CFTR會影響ENaC對cAMP/PKA的敏感性，CFTR存在時(shí)cAMP/PKA抑制ENaC，CFTR不存在時(shí)激活ENaC［50-51］。短腭肺鼻上皮克隆 1（short palate lung and nasal epithelial clone 1，SPLUNC1）是一種約25 kD的分泌蛋白，可在細(xì)胞外與ENaC結(jié)合抑制ENaC活性防止ASL脫水［52］，當(dāng)SPLUNC1表達(dá)降低時(shí)，CF患者病情加重［53］。此外，ENaC通過改變離子穩(wěn)態(tài)在驅(qū)動CF炎癥過程中也發(fā)揮著作用。Scambler等［54］檢測到具有CF突變的人支氣管上皮細(xì)胞和單核細(xì)胞中NLRP3依賴性IL-1β或IL-18分泌增加，進(jìn)一步研究顯示ENaC介導(dǎo)的Na+轉(zhuǎn)運(yùn)失調(diào)會改變Na+/K+濃度梯度，從而增強(qiáng)K+外排和下游NLRP3炎性體激活，并且ENaC的β亞基在細(xì)胞中的過度表達(dá)增加了NLRP3依賴性的IL-18分泌，使用ENaC抑制劑處理CF突變細(xì)胞后抑制了CF中的炎癥因子的表達(dá)，所有結(jié)果提示了存在ENaC影響CF炎癥的特定ENaCNLRP3信號軸。

基于ENaC在CF中的重要作用，已有大量研究將ENaC作為治療CF的靶標(biāo)。通過使用反義寡核苷酸（antisense oligonucleotide，ASO）［55］、靶向 siRNA［56］及其它干擾ENaC亞基基因表達(dá)或ENaC活性的分子［32］，均可顯著緩解CF的癥狀，這也從另一方面顯示出ENaC在CF發(fā)病機(jī)制中的重要性。除此之外，還可通過增強(qiáng)Nedd4L活性、開發(fā)SPLUNC1分子模擬物等方法為治療囊性纖維化提供新方向。

2.2 哮喘（asthma） 哮喘是一種慢性炎癥性氣道疾病，通常由于氣道受過敏原、感染等異質(zhì)性刺激引起。常出現(xiàn)氣道阻塞、黏液分泌過多及氣道高反應(yīng)性（airway hyperresponsiveness，AHR）等癥狀［57］。哮喘患者病情加重時(shí)，上皮細(xì)胞黏液分泌增多會導(dǎo)致氣道堵塞，嚴(yán)重時(shí)甚至危及生命［58-59］。位于氣道上皮的ENaC可以通過向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)Na+來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的相對滲透壓，創(chuàng)造一個(gè)滲透梯度以促進(jìn)氣道液體的吸收［60］。Mall等［46］觀察到，在轉(zhuǎn)基因過表達(dá)ENaC的小鼠體內(nèi)會出現(xiàn)ASL脫水，黏液清除功能受損的現(xiàn)象，并且還伴隨氣道阻塞和炎癥［61］等癥狀。Anagnostopoulou等［62］研究表明，過敏性炎癥會抑制ENaC介導(dǎo)的Na+轉(zhuǎn)運(yùn)，降低上皮細(xì)胞對氣道液體的吸收。ENaC的亞細(xì)胞定位結(jié)果顯示其定位于氣道上皮細(xì)胞的纖毛上，在維持纖毛的清除功能方面具有重要作用［63-64］。Fritzsching等［65］以黏液纖毛清除受損的ENaC-β轉(zhuǎn)基因（Scnn1b-Tg）小鼠為動物模型，使用過敏原處理小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Scnn1b-Tg幼鼠呼吸道對過敏原的清除能力顯著降低，氣道嗜酸性粒細(xì)胞增多，并且小鼠氣道上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、2型先天淋巴樣細(xì)胞和Th2細(xì)胞中IL-13表達(dá)水平升高，AHR增強(qiáng)。AHR會導(dǎo)致患者反復(fù)出現(xiàn)呼吸短促、咳嗽和喘息癥狀。這說明ENaC在維持黏液纖毛清除功能及在哮喘的發(fā)病機(jī)制中扮演了重要角色。由此可見，在哮喘的發(fā)病機(jī)制中ENaC能夠影響氣道上皮對ASL的分泌和吸收，能夠維持上皮纖毛對過敏原的清除功能，具有成為治療哮喘靶標(biāo)的潛在意義。

2.3 急性肺損傷（acute lung injury，ALI）/急性呼吸窘 迫 綜 合 征（acute respiratory distress syndrome，ARDS） ALI/ARDS是指由非心源性原因?qū)е路蚊?xì)血管內(nèi)皮和肺泡上皮損傷，血管通透性增加的臨床綜合征，表現(xiàn)為急性進(jìn)行性加重的呼吸困難、低氧血癥及肺水腫，早期為ALI，發(fā)展嚴(yán)重時(shí)即為ARDS［66］。目前已有多項(xiàng)研究表明 ENaC與 ALI/ARDS的發(fā)病過程密切相關(guān)，且ENaC被認(rèn)為是限制肺水腫期間肺泡液清除率（alveolar fluid clearance，AFC）的關(guān)鍵因素。SGK1可促進(jìn)ENaC的α、β和γ亞基表達(dá)，對減輕肺水腫具有重要意義。有研究證明，羅格列酮可以通過PPARγ/SGK1依賴性信號通路降低支氣管肺泡灌洗液中的TNF-α和IL-1β的水平，促進(jìn)ALI模型小鼠中ENaC的表達(dá)并增強(qiáng)AFC，顯著減輕肺水腫的癥狀［42］。Zhu等［67］研究發(fā)現(xiàn)胰島素可以通過促進(jìn)ALI模型大鼠中SGK1磷酸化，激活并上調(diào)ENaC的表達(dá)，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)胰島素是通過PI3K/SGK1 途 徑［68］和 mTORC2/SGK1［69］途 徑 上 調(diào)ENaC表達(dá)從而改善肺水腫癥狀。隨后，Deng等［70］觀察到胰島素還可以通過抑制Nedd4L，增加依賴于PI3K/Akt途徑的ENaC表達(dá)，減輕肺水腫并增強(qiáng)AFC。而 Qi等［71］實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，17β-雌二醇通過PI3K/Akt/SGK1信號傳導(dǎo)途徑升高ENaC-α表達(dá)和抑制炎癥，在一定程度上緩解肺水腫。這說明SGK1有望成為改善ENaC功能的間接靶點(diǎn)。此外，在急性肺損傷期間產(chǎn)生的缺氧癥狀及過度分泌的炎癥因子如TNF-α、IL-1β等會抑制ENaC的離子轉(zhuǎn)運(yùn)效率從而加重ALI/ARDS的癥狀［72］。

2.4 慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD） COPD是氣道長期受刺激物如香煙煙霧［73］等刺激，出現(xiàn)上皮細(xì)胞損傷，肺毛細(xì)血管破壞，上皮細(xì)胞加速衰老，氣道重塑等現(xiàn)象并最終導(dǎo)致肺功能喪失的疾病［74］，氣道黏液阻塞和持續(xù)的炎癥是該病的重要特征［75-76］。在COPD患者氣道中，ENaC異常導(dǎo)致氣道表面脫水，ASL量減少，并損害黏液淤積和清除。李雯等［77］探究了ENaC在COPD發(fā)病機(jī)理中的作用，通過檢測從患者體內(nèi)分離的支氣管上皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)COPD患者上皮細(xì)胞中α和γ亞基顯著升高，表明ENaC可能在COPD的發(fā)病中起關(guān)鍵作用。Rab等［13］將成年SCNN1B敲除小鼠和野生型同窩幼仔長期暴露于香煙煙霧中，顯示SCNN1B敲除小鼠肺中黏液過度分泌，產(chǎn)生了COPD的癥狀，進(jìn)一步證實(shí)了ENaC與COPD肺病的相關(guān)性，但ENaC在COPD發(fā)生過程中所發(fā)揮的具體作用仍在探究中。

2.5 ENaC與其它呼吸系統(tǒng)疾病 除上述疾病外，還有研究顯示ENaC與支氣管擴(kuò)張癥和慢性支氣管炎相關(guān)。支氣管擴(kuò)張癥是指由慢性支氣管炎癥或感染引起的氣道永久性擴(kuò)張，F(xiàn)ajac等［78］分析了55例特發(fā)性支氣管擴(kuò)患者的基因，結(jié)果表明ENaC-β和ENaC-γ基因的變異可能是導(dǎo)致支氣管擴(kuò)張的主要原因。Astrand等［79］顯示ENaC可以促進(jìn)慢性支氣管炎患者氣道的黏液水合作用及轉(zhuǎn)運(yùn)。已有研究證明ENaC在癌細(xì)胞的遷移、增殖和凋亡等生物學(xué)過程中發(fā)揮效應(yīng)［80］。另外，關(guān)于ENaC在肺部癌癥的相關(guān)研究也逐漸成為了近年來研究的熱點(diǎn)。He等［81］通過對一系列肺癌細(xì)胞株進(jìn)行了全基因組RNA測序和染色質(zhì)免疫沉淀測序分析，發(fā)現(xiàn)編碼ENaC-α亞基的基因SCNN1A與小細(xì)胞肺癌（small-cell lung cancer，SCLC）發(fā)生過程中的重要轉(zhuǎn)錄因子ASCL1（achaetescute complex-like 1）表達(dá)高度相關(guān)。體外研究證明，阿米洛利能顯著抑制ASCL1依賴性SCLC的生長，因此得出結(jié)論SCNN1A（ENaC-α）基因是神經(jīng)內(nèi)分泌肺癌譜系癌基因ASCL1的直接轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)，可以將其作為這種癌癥的候選靶標(biāo)［81］。

3 ENaC在相關(guān)呼吸系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用

綜上所述，ENaC與多種呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展具有密切聯(lián)系，有充足的研究證明其是治療相關(guān)呼吸系統(tǒng)疾病的優(yōu)選靶點(diǎn)。近年來以其作為直接或間接靶點(diǎn)，開發(fā)相關(guān)疾病的治療藥物和方法的研究也日益增多。目前為止的研究主要集中在兩方面，一是開發(fā)調(diào)節(jié)ENaC的藥物和新型分子。這些藥物或分子可以直接靶向作用于ENaC或通過相應(yīng)的信號途徑間接調(diào)控ENaC的表達(dá)和活性，如臨床藥物特布他林通過cAMP、PKA等途徑激活ENaC的表達(dá)［82］，對支氣管哮喘、COPD等疾病的緩解及治愈有重要意義。SPX-101是一種新型的ENaC靶向藥物，它是一種吸入性治療性多肽，可抵抗蛋白水解降解，并在低pH下穩(wěn)定，通過促進(jìn)通道內(nèi)化來降低ENaC活性，從而達(dá)到治療CF疾病的作用［43］。另一方面是通過siRNA［56］或ASO［47］靶向作用于ENaC 各亞基的編碼基因，直接干擾ENaC的表達(dá)進(jìn)而緩解病癥，然而這些新的藥物或分子的治療效果和副作用等則需要進(jìn)一步的臨床研究來證明。

4 展望

本文總結(jié)了近年來國內(nèi)外ENaC在相關(guān)呼吸系統(tǒng)疾病中作用的研究進(jìn)展，并對ENaC在相關(guān)疾病中治療的應(yīng)用進(jìn)行了小結(jié)，但這些治療藥物或治療方法仍需要進(jìn)一步的臨床驗(yàn)證。離子通道是細(xì)胞間相互通訊和傳送信號的基本途徑之一。隨著國內(nèi)外對ENaC廣泛深入的研究，人們對ENaC在各種疾病中的作用也有了更加深刻的認(rèn)識，以ENaC為靶點(diǎn)治療各種相關(guān)疾病的思路也越來越受關(guān)注。但是ENaC在這些疾病和生理活動的調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明，如ENaC中δ亞基的功能尚未得到確切闡釋。因此進(jìn)一步探索ENaC的生物學(xué)功能，將為相關(guān)疾病的治療和藥物的開發(fā)開辟新的方向。