毒蕈碱样胆碱能受体在慢性阻塞性肺疾病中的作用

赖 乾 张 毅 李金田 李 娟 袁振洁 (甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000)

毒蕈碱样胆碱能受体在慢性阻塞性肺疾病中的作用

赖 乾 张 毅 李金田 李 娟 袁振洁 (甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000)

慢性阻塞性肺疾病；毒蕈碱样胆碱能受体

慢性阻塞性肺疾病(COPD)以中央气道黏液分泌增加，小气道壁损伤和修复反复发生导致气道重塑，引起固定性气道阻塞及不可逆性肺泡结构丧失为主要的病理特征〔1〕。毒蕈碱样胆碱能受体(mAchR，简称M受体)是气道中主要的副交感神经递质，通过胆碱能神经释放的乙酰胆碱(Ach)调节气道平滑肌张力和黏液的分泌，是COPD 患者气道最主要的可逆性成分。M受体在改善哮喘和COPD等呼吸系统疾病的气道炎症和气道重塑方面具有重要作用〔2〕。本文综述总结近年来关于M受体在COPD中的作用。

1 M受体概述

M受体为鸟苷酸调节蛋白(G蛋白)耦联、由第二信使受体介导的受体家族〔3〕，主要分布于副交感神经节后纤维所支配的效应细胞，通过与不同的G 蛋白结合，引起不同的生理生化效应，其作用的不同与它存在多种亚型和分布部位不同有关。且M 受体是一种位于细胞膜上的糖蛋白，分子量约为50 000 kD，由一条肽链组成，肽链N端位于膜外，有1个或多个羰基化位点，C 端伸入细胞质内，具有特异的空间结构及立体选择性。M受体氨基酸顺序形成 7个跨膜区(TMⅠ～Ⅶ)、3 个胞内环(i1～i3)和3个胞外环(o1～o3)，其中7个跨膜区在细胞膜上呈轮辐状排列，形成一个朝向细胞外的跨膜“凹穴”，这是M受体与激动剂或拮抗剂结合的部位；配基识别位点位于跨膜区外侧，其中第三跨膜区的Asp残基是M受体激动剂Ach和拮抗剂苯丙胆碱烷基化的特异性位点H。另有相关研究表明，M 受体第六跨膜区的Asn残基是与拮抗剂尤其是阿托品类结合的重要基团〔4〕。M受体细胞外环的第一和第三环间的半胱氨酸残基形成二硫键；而第二细胞内环与细胞质膜之间的氨基酸三联体(Asp、Arg、Tyr)对于受体的表达及功能具有重要意义〔4〕。

目前确定的M受体有5 种亚型，即M1～M5，其中M1、M2和M3 受体存在于人类肺脏〔5〕，与COPD 的发生发展密切相关。M受体各亚型的基因染色体分别定位于11q12-13、7q35-36、1q43-44、11p12-11.2 和 15q26，并且发现脊椎动物与哺乳类M受体基因的编码区极其相近。M受体各亚型具有高度的同源性，与配体结合的“凹穴”空间结构也很相似，共享有约145个氨基酸残基，而各亚型结构上的差异主要在介于TM5和TM6之间的i3环，M1～M5的i3环长度分别为156，181，241，184，230个氨基酸，这也是各受体亚型与G蛋白耦联特异性的原因之一。i3 环上邻近TM5、TM6的部分残基延续该两跨膜区的柱状α螺旋结构，其中几个关键氨基酸残基与G蛋白结合并介导一系列生理效应。定位突变实验表明，i3 环N端16～17个氨基酸决定M受体亚型与G蛋白间的选择性耦联，其中关键残基有如M1亚型的Tyr202(等同于M3中的Tyr255，M5中的Tyr207)等〔6〕。

M受体被激活后通过与其耦联的G蛋白转导后续信号，引起细胞内多种生理生化作用。Ml、M3、M5受体与Gq/11耦联，受体的激活引起G蛋白三聚体解离，α亚单位与三磷酸鸟苷(GTP)结合，激活磷脂酶(PL)Cβ，三磷酸肌醇(IP3)和二酯酰甘(DAG)合成增多，引起细胞内钙库释放，细胞内钙浓度增加，进而引起蛋白激酶(PK)C、腺苷酸环化酶(AC)、磷酸二酯酶(PDE)、钙调(Ca M)等活性的改变。M2、M4受体与Gi和Go耦联，解聚后的α亚单位引起AC抑制，第二信使环磷酸腺苷(cAMP)的合成减少，而β、γ亚单位可使PLC和AC的活性增强〔7〕。上述两种信号传导机制不同，但在组织器官功能调节中的作用相辅相成。

2 M受体各亚型在COPD中的作用

2.1M1受体 M1占M受体总量的50%～60%，主要存在于副交感神经节，气道交感神经末端。在人体肺脏主要表达于支气管成纤维细胞和上皮细胞，肺组织中的交感神经上有兴奋型M1，其不直接调节气道平滑肌，而是增加去甲肾上腺素的释放，阻止胆碱引起的支气管收缩；也在黏膜下腺体表达，调节水和电解质的分泌的功能；也分布在肺动脉平滑肌，扩张肺动脉〔8〕。

2.2M2受体 M2受体是自身受体 主要存在于Ach节后神经，其次为呼吸道平滑肌和交感神经。在人体肺脏主要表达于支气管成纤维细胞、上皮细胞和平滑肌细胞，其作用是间接的，表现为阻止β-肾上腺素引起的支气管舒张，使支气管平滑肌收缩。突触前的M2可以自身激活，关闭电压门控的Ca2+通道，负反馈调节Ach的释放，M2与迷走神经末端释放Ach结合，减少Ach的释放，抑制平滑肌收缩；另外气道平滑肌细胞膜上的M2可通过抑制腺苷酸环化酶和依赖Ca2+的K+通道来阻止β-肾上腺素引起的支气管舒张，使支气管收缩。总之，M2起负反馈性保护作用，抑制神经系统的功能过度亢进〔9〕。

2.3M3受体 M3主要表达于气道平滑肌细胞、黏膜下腺体、肺血管中。M3在肺部呼吸道平滑肌的量虽然很少，但 M3可联合M1主要通过Gq蛋白作用于磷脂酸肌醇系统激活磷脂酶C，生成IP3和DAG，增加细胞质中的Ca2+水平，导致支气管平滑肌收缩。气道平滑肌细胞上分布有高密度的KCA通道。平滑肌细胞收缩时，胞质内Ca2+浓度升高可激活该通道，K+外流使细胞复极化，平滑肌舒张。该通道是舒张的重要环节。M3在黏膜下腺体，调控气道水、黏液和电解质的分泌；也能开放肺泡上皮钠通道，增加肺泡上皮液体转运。在肺血管，当迷走神经受到刺激后，M3可能调节胆碱产生血管的舒张反应，其机制是由于激动血管内皮细胞M3亚型，导致内皮依赖性舒张因子(EDRF)即一氧化氮(NO)释放，从而引起邻近平滑肌细胞松弛〔10〕。

2.4M4和M5受体 M4和M5是最后被克隆出的受体亚型，不仅在体内的表达水平很低，而且又缺乏高选择性的配体和特异性的抗体。目前，了解到M4存在兔的肺脏中；M5受体影响一些神经递质(NO和DA)的作用而在体内发挥着重要的生理作用，如认知、记忆、精神活动、中枢血液运行及行为习惯的产生等；M5受体可激活HEK293细胞上重组表达的抑制性M电流(Im)，表明M5受体可通过Im来调控神经系统的兴奋性传导〔11〕。

3 M受体各亚型在COPD中的应用

Kistemaker等〔12〕研究显示Ach的支气管扩张药具有抗感染和气道重塑作用。Sales〔13〕也验证了M受体的抗感染作用。Kistemaker等〔12〕证实Ach通过诱导机械张力或自分泌/旁分泌机制调节COPD患者气道上皮细胞增殖和促纤维化反应。Ach 刺激M受体可增强转化生长因子(TGF)-β1诱导的收缩蛋白的表达，而M受体阻断剂可明显抑制气道平滑肌重构和肥厚、收缩蛋白的表达及TGF-β1 的表达〔14〕。M受体激活增强气道平滑肌细胞血小板衍生生长因子(PDGF)和表皮生长因子(EGF)的促有丝分裂效应〔15〕；刺激M受体可增强TGF-β1 诱导的收缩蛋白表达〔14〕。

有研究证明通过激活M受体1从而降低磷酸肌醇脂质，并提高细胞内Ca2+水平的过程对COPD的治疗提供了很大的帮助〔16〕。M2受体影响气道平滑肌增殖〔17〕。M受体阻断剂可明显抑制气道平滑肌重构和收缩蛋白的表达〔18〕，抑制气道平滑肌的肥厚和TGF-β1 的表达〔19〕。选择性M受体3拮抗剂可抑制卵蛋白诱导的白细胞介素(IL)-5 mRNA、IL-4 mRNA、基质金属蛋白(MMP)-9 mRNA 的表达，气道黏蛋白分泌及肺组织胶原的沉积〔20〕，如吸入乙酰甲胆碱可促进TGF-β和Ⅰ型胶原的表达诱导气道重塑〔21〕，M受体阻断剂可抑制支气管的胶原沉积〔22〕。肿瘤坏死因子(TNF)-α和IL-1β还可以通过增加 Gi 和 Gqα 蛋白在呼吸道平滑肌上的表达引起Ca2+释放增加和呼吸道收缩。此外，CD38/环化腺苷二磷酸核糖(cADPR)可显著增加M受体引起的肺顺应性改变，该现象可在缺乏CD38的基因剔除鼠中观察到。从缺乏M3受体和M3、M2受体的基因剔除鼠实验中发现，缺乏M3 受体的小鼠肺中，支气管的收缩下降了60%〔23〕。

4 代表药物

抗胆碱药物是用于COPD患者最有效的支气管舒张药物之一，包括长效抗胆碱药物和短效抗胆碱药物，长效抗胆碱药物以选择性阻断M受体2或M受体3的噻托溴铵为代表，短效抗胆碱药物以非选择性M受体阻断剂的异丙托溴铵为代表。噻托溴铵是一种新型、高效、长效的季铵类吸入型抗胆碱药，目前已被广泛应用于COPD的临床治疗中，具有舒张支气管、抑制气道重塑和抗感染作用，能够高选择性作用于胆碱能M受体1和M受体3，从而抑制Ach的释放，具有强大而持久的支气管舒张作用；对M受体2选择性较低，可避免唾液分泌、瞳孔散大等不良反应，同时也避免了M受体2阻断后可能导致的部分患者支气管反常收缩，因此安全性较好〔24〕。噻托溴铵还可以抑制支气管上皮细胞气道黏液中黏蛋白 MUC5AC 的高表达及黏液腺的过度肥大〔25〕。噻托溴铵粉吸入剂是能够解除气道痉挛、舒张气道、抑制黏膜内腺体分泌的新型抗胆碱能支气管舒张剂，是目前治疗COPD的理想抗胆碱能药物。临床药理学研究表明〔26〕，噻托溴铵对COPD患者的临床症状有明显的改善作用，特别是在夜间其缓解支气管收缩的作用更为明显。同时，COPD患者连续使用噻托溴铵1年以上，患者的肺功能依旧保持良好反应，提示噻托溴铵对慢阻肺患者不会产生快速耐药。异丙托溴铵是一种含有正四价氮原子的吸入型季铵类抗胆碱药，临床较常用。异丙托溴铵对M受体型无选择性，雾化吸入后产生抗胆碱能作用，可阻止Ach和支气管平滑肌上M受体结合，从而引起细胞内环磷酸鸟苷(cGMP)浓度的升高及大、中气道的舒张，同时也可调节黏液腺体的分泌，改善纤毛运动，减少气道的分泌物，从而减轻对支气管的刺激。研究证实异丙托溴铵能明显改善COPD患者的肺功能和运动耐量，缓解患者呼吸困难症状〔27〕。

5 结 语

M受体的激活在COPD的发生发展及疾病严重程度方面起着重要作用，阻断这些受体或抑制其活性可引起呼吸道平滑肌松弛、呼吸道舒张及黏液分泌减少，从而减轻气道增殖、呼吸道阻塞，缓解COPD患者的症状。因此，M受体对研究COPD的防治方面具有重要的意义。

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R692

A

1005-9202(2017)24-6256-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.24.109

国家自然科学基金项目(No.81460709)

李金田(1964-)，男，硕士，教授，博士生导师，主要从事经方防治肺系疾病的研究。

赖 乾(1990-)，女，硕士，主要从事经方防治肺系疾病的研究。

〔2017-07-11修回〕

(编辑 袁左鸣/滕欣航)