唾液的分泌:导管细胞电解质转运的调节

60多年以前,人们普遍认为唾液腺导管系统的电解质转运可能不受自主神经系统的调节控制。然而,多种研究表明,这种看法显然是错误的。首先,大量形态学观察证实,交感和副交感神经纤维分布到唾液腺导管系统;其次,刺激神经系统可使导管的电解质转运发生改变;第三,微灌流技术提供的直接证据表明,唾液腺导管的电解质转运是在自主神经的紧密控制之下。除此之外,内分泌系统对其也有调节作用。 自主神经系统的控制 大量研究表明,刺...

中文名称 :唾液的分泌:导管细胞电解质转运的调节
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1、自主神经系统的控制

大量研究表明,刺激副交感神经纤维或激动胆碱能受体可抑制Na+的重吸收。在家兔和大鼠下颌下腺导管基底侧给予胆碱能受体激动剂,使Na+重吸收明显抑制。这种作用仅需要10-11mol/L乙酰胆碱,而改变跨上皮电位需要10-9mol/L乙酰胆碱。与之类似,激动α1肾上腺素能受体亦可抑制Na+的重吸收。相反,激动β肾上腺素能受体却使Na+重吸收明显增加。这些研究表明,导管细胞重吸收Na+,可能也包括Cl-的过程是由β肾上腺素能受体所激活,而由胆碱能和α肾上腺素能受体所抑制的。


调节导管细胞离子转运的细胞内信号系统仍不完全清楚,但一般认为Na+和Cl-的重吸收是由cAMP信号系统所激活的。激动β肾上腺素能受体引起Na+和Cl_重吸收,这种作用是依赖cAMP的。导管细胞Cl-的重吸收是经由Cl-通道,后者受cAMP调节的囊性纤维化跨膜电导调节物(CFTR)的控制。许多单细胞或单通道膜片钳术研究证明,Cl-通道是由cAMP激活的,而激活的机制可能是CFTR或PKA。


与此相反,增加细胞内Ca2+浓度可使Na+和Cl-的重吸收明显抑制,这可能是毒蕈碱受体及α1受体的激动剂抑制NaCl重吸收的机制。例如,蟾蜍膀胱上皮细胞Na+通道可被Ca2+抑制,所需的Ca2+浓度为10-8 到10-6mol/L。大鼠肾皮质集合管细胞Na+通道亦可被Ca2+抑制。然而,当用膜片钳术取一小片细胞膜进行通道记录时,哺乳动物肾皮质集合管Na+通道对Ca2+并不呈现任何抑制反应,从而推测Ca2+可能不能直接抑制Na+通道,而需要一种蛋白质作用于通道。进一步研究发现,PKC可抑制Na+通道。用佛波脂质激活PKC使大鼠的肾皮质集合管Na+通道抑制。鞘氨醇是一种PKC抑制剂,它可使Na+通道活性恢复。其他PKC抑制剂亦可使Na+通道活性增加。然而,哪种PKC亚型有这种作用仍不清楚。因为只有经典亚型α、β1、β2和γ依赖Ca2+的存在,所以推测这四种亚型可能抑制Na+通道。如果其他亚型有抑制作用,Ca2+的作用就值得怀疑。

2、内分泌系统的调节

数种激素可调节唾液腺导管系统电解质转运过程,它们包括盐皮质激素、血管紧张素、胃肠道神经肽等。


盐皮质激素

一般认为,人及动物的唾液电解质组成可反映体内盐皮质激素的状态。已知促肾上腺皮质激素或盐皮质激素可使唾液Na+减低,K+增加。这种情况也可在高醛固酮血症及妊娠时见到。相反,肾上腺皮质功能低下时则出现相反的变化。研究表明,大鼠腮腺、家兔下颌下腺及羊腮腺的导管系统是醛固酮的靶器官,但唾液腺的分泌终端不受其调节。切除大鼠肾上腺皮质或给予大鼠螺内酯使唾液中Na+减低,HCO3-分泌增加。Knauf认为,醛固酮主要作用于导管细胞Na+转运机制,并使Na+-H+交换活性增加,也使基底膜上Na+/K+泵活性增强。后来许多研究均证明,醛固酮直接作用于Na+通道、K+通道、Na+-H+交换器、Cl--HCO3-交换器、Na+/K+泵和H+泵。

醛固酮的调节机制主要为:

①改变细胞的基因表达,引起Na+转运蛋白合成的增加。

②通过其两种受体刺激Na+转运;Ⅰ型受体为高亲和力受体,Kd为1nmol/L醛固酮;Ⅱ型受体为低亲和力受体,Kd为20~60nmol/L。Ⅰ型受体是特异性盐皮质激素受体,而Ⅱ型则为非特异性糖皮质激素受体。醛固酮的作用是通过三种途径实现的,即激活或诱导顶膜Na+通道、激活或诱导基侧膜Na+/K+泵,以及诱导线粒体合成ATP的酶类。

醛固酮的作用可分为四个阶段。

①无反应期:大约为给药后的0. 5~1小时,蛋白质合成已经开始,但Na+转运尚未改变;

②早期反应期:大约为处理后的1. 5~3小时,主要作用是使已经存在的Na+通道和Na+/K+泵激活;

③后期反应期:大约为给药后的6~24小时,诱导Na+/K+泵和ENaC已经完成,Na+转运保持在增高水平;

④慢性反应期:大约为处理后的数日,Na+转运持续增加,组织形态学也有改变。

醛固酮增加Na+转运的细胞内信号是什么,仍然不完全清楚。至少已经有三种假设被提出,但均需进一步研究证实。

依赖GTP的羧甲基化:醛固酮可能引起Na+通道蛋白质羧甲基化。80年代中期的研究证明,用醛固酮处理细胞可使顶膜的蛋白质甲基化增加。有的研究已分离出一种90kDa的膜蛋白质在醛固酮处理后羧甲基化,该过程依赖GTP。有的研究则发现,醛固酮使分离纯化的Na+通道的一个90~95kDa的亚单位甲基化,这种作用是由羧甲基转移酶催化的,需要GTPγS。将重组在脂质双层中通道羧甲基化可使其开放概率从0. 01增加到0. 98。醛固酮亦可使细胞膜上的流动性通道从14%增加到32%,用甲基化抑制剂处理可阻断这种作用。已经证明,羧甲基化过程需要GTP,因为必须有41kDa的Gα1~3蛋白参与。

胞质内碱化:醛固酮引起的Na+通道和Na+-H+交换的增加可能是由胞质内pH改变激活的。蟾蜍膀胱、青蛙皮肤及大鼠肾皮质集合管细胞顶膜Na+的通透性在胞质内碱化时增高,但也有研究未能证实这种作用。

胞质Ca2+:有人观察到,醛固酮可使胞质内Ca2+浓度增高,因而提出Ca2+可能是Na+转运增加的信号,但这种假设可能有错误,因为Ca2+抑制Na+转运已为众多的研究证实。显然,Ca2+是抑制性信号。


血管紧张素

已知许多唾液腺(大鼠下颌下腺除外)含有大量肾素,但尚无证据表明它影响全身性血管紧张素水平。然而,其局部作用却仍不能排除。而且,唾液腺血管紧张素对分泌终端亦无作用。虽然唾液腺合成分泌的血管紧张素对唾液腺细胞未必有重要影响,但血管紧张素对吸收性上皮细胞Na+/K+泵确有调节作用。血管紧张素及其异构体如催产素和加压催产素均可使Na+通道的活性增加2~5倍,并与醛固酮有协同作用。这种作用是通过增加顶膜Na+通道的密度实现的,单通道电导并无改变。作用机制是血管紧张素与基侧膜上的V2受体相结合,从而激活腺苷酸环化酶。许多研究证明,抗利尿激素可激活Na+通道,其作用以cAMP为信号。用8-溴cAMP或二丁基cAMP处理细胞,可引起Na+通道活性增加;与之相符,用茶碱抑制磷酸二酯酶或用毛喉素或霍乱毒素激活腺苷酸环化酶均可引起Na+通道的激活。因而,毫无疑问,抗利尿激素和血管紧张素的活化作用是通过增加细胞内cAMP。cAMP的作用机制可能是激活PKA,进而使Na+通道蛋白磷酸化。另一种可能性是PKA使其他蛋白质如细胞骨架蛋白磷酸化,进而使新的Na+通道融合到了顶膜上。

Na+通道磷酸化:PKA催化亚单位在ATP存在时可使一种730kDa的蛋白质(Na+通道)活化,使其开放概率明显增加,从而认为对Na+通道的控制是通过直接磷酸化。然而,这种作用在蟾蜍卵细胞中未能得到证实。有趣的是,ENaC转染的细胞对cAMP有明显反应。这些结果提示,Na+通道的调节还需要另一种蛋白质的参与。事实上,这也与ENaC的蛋白质结构相吻合。ENaC亚单位的氨基酸序列中并没有PKA的磷酸化位点。

肌动蛋白磷酸化:另一种可能机制是PKA使细胞骨架的肌动蛋白微丝磷酸化,后者改变Na+通道的密度和开放概率。已知抗利尿激素可使顶膜Na+通道密度增加、Na+通透性增大。与之类似,血管紧张素处理可使顶膜Na+通道数目增加。用膜片钳术测定发现,未处理的细胞,每个膜片仅含有2个Na+通道,但用血管紧张素处理后,Na+通道数目可达9个,增加2~3倍。这种作用可能是通过细胞骨架实现的。黏附膜片前应用血管紧张素或cAMP可使Na+通道增多,而黏附膜片后再应用这些物质则没有作用,因为细胞骨架在黏附之后已经破坏。Na+通道增加的机制是从细胞内通道储存位点转移Na+通道到膜上。用布雷非德菌素A(brefeldin A)干扰细胞内运输过程可阻断血管紧张素所引起的Na+转运增加,同时也阻滞顶膜上Na+通道的增加。


胃肠道调节肽

体内自然发生的调节肽,如VIP和泡蛙肽(physalaemin)可激活唾液腺分泌。在大鼠和家兔下颌下腺主要导管系统的基侧膜应用4×10-8mol/L泡蛙肽可刺激Na+转运。相反10-11mol/L VIP却使Na+转运抑制。已知人下颌下腺导管细胞株HSG-PA含有VIP及神经降压肽(neurotensin)受体。


胰岛素

已有报道,胰岛素可激活包括青蛙皮肤、蟾蜍膀胱、大鼠肺细胞等几种细胞的Na+通道,其机制可能与酪氨酸激酶有关。然而,唾液腺导管细胞对胰岛素有何反应,尚未见到报道。

3、离子浓度的作用

细胞内Cl-浓度的作用:Na+和Cl-电导的大小与胞质内Cl-浓度有关。当Cl-浓度增高时,Na+电导减低,50%作用浓度为50mmol/L Cl-。与此不同,胞质内Cl-浓度的增加对Cl-电导影响不大。


细胞内Na+浓度的作用:细胞内Na+浓度的增高抑制Na+通透性。用整体细胞钳术记录小鼠下颌下腺导管细胞Na+通透性,发现当细胞内Na+浓度增高时,Na+通透性减低。


综上所述,目前对唾液腺导管细胞离子转运的机制及其调节过程知之不多,加强这方面的研究将会有益于揭示唾液的修饰机制。