从苦味觉受体在呼吸道疾病中的研究进展分析肺系疾病苦味药物应用的物质基础.pdf

Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology 世界科学技术-中医药现代化肺病研究从苦味觉受体在呼吸道疾病中的研究进展分析肺系疾病苦味药物应用的物质基础崔钰伟1，臧凝子2，3，战丽彬3，李品2，吕晓东4（1.辽宁中医药大学第一临床学院 沈阳 110847；2.辽宁中医药大学附属医院 沈阳 110032；3.辽宁中医药大学中医学院 沈阳 110847；4.辽宁中医药大学机关 沈阳 110847）摘要：苦味是中医“五味”理论中的重要内容之一，具有“泄、燥、坚”等作用，在呼吸系统疾病的治疗中发挥重要作用。苦味觉受体（T2Rs）是一种G蛋白偶联受体，研究表明其可以作用于人类气道平滑肌等，能够松弛平滑肌、扩张支气管，在支气管哮喘和慢性阻塞性肺疾病的治疗中起到重要作用，还能够通过减少炎症因子的释放、促进炎症细胞的凋亡，来抑制炎症反应，减少肺组织的损伤。苦味中药作用的发挥与苦味觉受体（T2Rs）具有密切的联系，苦味中药“降气、泄热、燥湿”的作用与西医苦味觉受体舒张支气管、减少气道阻力、抑制炎性因子、减少粘液分泌的认识颇相一致。因此，本研究拟基于中医传统理论对苦味的认识以及现代研究，以苦味中药对苦味觉受体（T2Rs）的作用为切入点开展讨论，从而为临床治疗肺部疾病如支气管哮喘、慢性阻塞性肺疾病等提供新的研究方向。关键词：苦味 苦味觉受体 中医 哮喘 COPDdoi:10.11842/wst.20220620002 中图分类号:R2-031 文献标识码:A苦味药是中药药性的重要特性之一，能够降泄肺气、燥湿泄热，在肺部疾病治疗中具有重要作用。苦味觉受体是一种G蛋白偶联受体，能够表达于人体包括气道平滑肌在内等多个部位，且通过苦味物质刺激作用可以舒张平滑肌、扩张支气管，还能降低炎症反应等。支气管痉挛、炎症反应是多种肺部疾病的病理表现，支气管哮喘（简称哮喘）和慢性阻塞性肺疾病（Chronic obstructive pulmonary desease，COPD）是其中的两种常见病，目前临床治疗哮喘和慢性阻塞性肺疾病的药物有受体激动剂、糖皮质激素等，但都有一定的不良反应，且有耐药性，故寻找新的有效治疗药物是现在的研究热点。通过前期对苦味中药和苦味觉受体的作用以及作用机制的认识，笔者认为苦味中药“降泄肺气、燥湿泄热”的作用与苦味觉受体舒张支气管、减少气道阻力、抑制炎性因子、减少粘液分泌的认识颇相一致，并且有研究已经表明苦味中药的提取物可以通过作用于苦味觉受体来发挥作用，可能对哮喘、COPD等肺部疾病起到治疗作用。因此，本文基于中医药在治疗慢性疾病中的优势，通过对苦味觉受体的作用机制、苦味中药对苦味觉受体的作用的研究，为临床研究肺部疾病治疗药物提供了新的研究思路。1 苦味觉受体的生物学特征 苦味，是人类最基本味觉（酸、苦、甜、咸）之一。苦味物质在生活中很常见，如植物中的生物碱、糖苷类，动物中的胆汁等等。苦味觉在生活中具有重要作用，由于一些苦味物质常存在于变质的食物或有毒物 收稿日期：2022-06-20 修回日期：2022-09-04 国家自然科学基金委员会青年科学基金项目（82004294）：清络饮调控IL-6/STAT3/Lin28B/let-7d环路平衡干预炎症刺激上皮间充质转化治疗特发性肺纤维化急性加重机制研究，负责人：臧凝子；辽宁省教育厅青年科技人才“育苗”项目（L202046）：中药复方清络饮调控miR-let-7d干预TGF-1/Smads信号通路抑制AE-IPF上皮间充质转化的机制研究，负责人：臧凝子。通讯作者：臧凝子，硕士研究生导师，博士，主要研究方向：中医药治疗肺系疾病的基础和临床研究。2105 Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology 2023 第二十五卷 第六期 Vol.25 No.6 质中，当机体摄入苦味觉物质时，会产生一种不愉快或厌恶的感觉，从而在机体形成一种防御机制，选择拒绝这些物质的摄入。苦味觉受体（Bitter taste receptors，T2Rs）是一种由一条多肽链所形成G蛋白偶联受体，经过7次跨膜，由大约30个高度分化的G蛋白偶联受体家族（G-protein coupled receptors，GPCRs）基因所介导1，在其细胞外具有一个短的N-末端结构域，可以通过结合很多苦味化合物从而对其做出反应。T2Rs在不同的组织中可以表现出不同的生物学特征，其最先被发现可以选择性表达于舌和腭上皮细胞2-3，后来研究陆续发现 T2Rs还可以表达于中枢神经系统、生殖系统以及呼吸系统等多个部位4-5，且不同部位的苦味受体具有其特殊的作用。尽管苦味觉受体在多种系统的具体作用机制还未明确，但目前研究已经证实T2Rs可以作用于气道平滑肌细胞和纤毛上皮细胞6，对缓解气道阻塞，治疗慢性阻塞性肺疾病、哮喘等肺部疾病具有重要指导意义。2 苦味觉受体的信号传导 苦味物质在苦味觉受体细胞中的传导通路共有两条（图1），分别由-亚基和-亚基来介导，其中味导素以及Ca2+和三磷酸肌醇（Inositol triphosphate，IP3）也在传导过程中发挥了关键作用7-8。第一条通路是当苦味物质作用于T2Rs时，能够激活G-蛋白味导素中的-亚基，进而激活磷酸二酯酶，通过水解作用降低了细胞内环腺苷酸（Cyclic adenosine monophosphates，cAMP）的水平，而cAMP对离子通道具有调节作用，故离子通道的抑制作用解除，Ca2+大量释放浓度增高，从而引起细胞膜去极化、神经递质释放9。第二条通路是通过苦味物质的作用激活G-蛋白味导素中的-亚基，刺激磷脂酶（Phospholipase C isoform 2，PLC2）的合成，使三磷酸肌醇（IP3）升高，IP3能够与内质网上的受体结合从而引起Ca2+从内质网释放，开放细胞内的一种瞬时感应通道 TRPM5（Transient receptor potential cation channel subfamily M member 5），进而引起苦味受体细胞去极化，刺激释放神经递质8。由于苦味物质的化学结构有很多，所以其传导通路可能不局限于这两条，已经有研究发现苦味物质也可以被不存在G-蛋白味导素基因的小鼠所感受，说明苦味物质可以直接作用于T2Rs来开放离子通道发生进一步的反应。但无论信号传导的通路有几条，都不会是独立的通路，彼此之间一定是有联系的。3 苦味觉受体在呼吸系统疾病中的研究进展 支气管哮喘和慢性阻塞性肺疾病是呼吸系统常见的两种疾病，发病率和死亡率均在逐年上升，世界卫生组织所发布的疾病中的四大顽疾，哮喘就是其中一个，并且在所有肺部疾病中，慢性阻塞性肺疾病被称为是最为“不动声色”的杀手。图1T2Rs信号传导图2106 Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology 世界科学技术-中医药现代化肺病研究3.1支气管哮喘支气管哮喘是一种以炎性细胞浸润为主要病理特征的慢性气道炎症。哮喘可由气道平滑肌的收缩、气道炎症和重塑、粘液高分泌等引起管腔狭窄、气流阻塞，主要的临床表现包括喘息、胸闷、咳嗽等。目前全球哮喘患者已经达到了三亿人，且数量在持续增加，而超过一半的哮喘患者病情无法通过目前已有的药物得到有效地控制，同时治疗药物成本高，无法使所有患者受益，故寻找新的有效治疗药物意义重大。研究已经证明苦味受体激动剂具有舒张气道平滑肌、扩张支气管的作用，GPCRs是调节气道平滑肌（Airway smooth muscle，ASM）收缩和舒张的主要受体信号家族，当苦味受体激动剂奎宁等作用于 ASM 的T2Rs时，可以激活产生PLC的G蛋白以及BK离子通道，使细胞内的Ca2+瞬变，从而引起细胞膜的超极化，起到松弛ASM的作用，并且其作用的强度是受体激动剂的三倍10。ASM质量的显著增加可以在哮喘样本中被观察到，同时ASM的质量变化也被认为是COPD的致病机制，苦味受体激动剂能够上调线粒体中BNIP3、DLP1 的表达，从而引起线粒体的断裂以及ASM细胞的死亡，进而抑制如胎牛血清、血小板源性生长因子（Platelet derived growth factor，PDGF）、表皮生长因子（Epidermal growth factor，EGF）等有丝分裂原所诱导的ASM增殖，减少ASM质量的增加11。不仅如此，表达于气道上皮细胞的T2Rs还可以检测出分泌的细菌产物等有害的化合物12，并且具有增加纤毛摆动频率的作用，可以有效地防御有害物质的侵袭13，还可以加快粘液的清除。哮喘是一种炎症性疾病，IL-13、IL-4、IL-5、IL-1、TNF-、IFN-等炎性因子在哮喘中发挥重要作用，苦味受体激动剂可以有效地抑制这些炎性因子的释放，从而改善哮喘14。粘液的高分泌在哮喘和COPD中也充当了重要的角色，会引起气道阻塞，而Muc5ac是气道分泌的主要的黏蛋白，研究表明，苦味物质可以通过激活苦味信号传导机制来抑制Muc5ac黏蛋白的转录和翻译，减少粘液的分泌，还可以促进炎症细胞的凋亡，从而降低炎症反应，减少肺组织的损伤15。3.2慢性阻塞性肺疾病慢性气道炎症在慢性阻塞性肺疾病的发生和发展中具有重要意义，临床常会出现咳嗽、咳痰、呼吸困难等表现，其发病率在逐年升高，并且预计到2030年会成为人类第三大死亡原因。上文所述苦味受体激动剂对ASM的舒张作用在缓解COPD气道痉挛引起的气流受限中也具有重要意义，同时，还有研究表明苦味受体激动剂也可以减少炎症因子的释放。COPD的急性加重期会伴有大量炎性因子的释放，如TNF-、IL-1、IL-8、IL-13等，且与COPD 的病情发展和预后密切相关，研究表明肺部T2Rs的激活可以明显减少TNF-和IL-13等炎性因子的释放，减少白细胞的聚集，从而减轻COPD患者的炎症反应，抑制炎症应答，缓解病情16。运动纤毛的丧失是慢性阻塞性肺病的特征之一，苦味受体激动剂可以作用于气道中的纤毛，增加其跳动的频率并杀死细菌17-18。目前临床对苦味受体与慢性阻塞性肺疾病的相关研究较少，但COPD的发病机理与支气管哮喘具有很多相似的地方，故上文论述苦味受体对哮喘的作用也可以联想到 COPD，这同时也为临床研究治疗COPD提供了一个新思路和方向。4 中医苦味的研究 中医将药物的药味分为五种：“酸、苦、甘、辛、咸”，统称为“五味”。“五味”的理论首见于 神农本草经：“药有酸咸甘苦辛五味，又有寒热温凉四气。”之后这一理论在 黄帝内经 中得到了进一步的完善和发展。据统计，黄帝内经 中共有 33 章涉及到“五味”，而论述到苦味的篇章有10章；在 神农本草经 中收录的365种中药中，苦味药占比高达131种；2020版中华人民共和国药典 所收载的中药总数中，苦味药共占了37.44%19；可见苦味是中药的重要属性之一。除了苦味药物在临床应用广泛外，苦味的相关理论在临床治疗中也发挥重要指导作用。苦味的功效最早见于 素问：“苦坚”，后在 黄帝内经 中提出“肺苦气上逆，急食苦以泄之”，之后吴仪洛在 本草从新 中记载：“苦者能泻能燥能坚此五味之用也”，随着对苦味的不断研究和发展，后世医家的补充，总结苦味具有“能燥、能泄、能坚”的作用，能够燥湿、泄火、坚阴和降气。鉴于苦味的上述各种特性，故其被广泛配伍应用于临床各种疾病治疗中。简而言之，苦味药物以及苦味相关理论在中医临床治疗中意义重大。肺主气且为娇脏，“气常则顺，气变则逆”，故肺脏多易感受邪气导致肺气宣降失调从而引发咳、喘等问题，而苦味具有降泄的作用，善降肺气，故能够转逆为2107 Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology 2023 第二十五卷 第六期 Vol.25 No.6 顺。支气管痉挛、气道狭窄等也会引起咳嗽、喘息、呼吸困难等表现，苦味中药能够通过其降泄肺气的作用缓解治疗咳喘等病症，减少气道阻力，故认为“降气”这一作用特点与“苦味觉受体能够解痉、松弛平滑肌、扩张支气管”的生物学作用相一致。炎性因子在肺部疾病中也充当了重要角色，通过炎症反应能够引起气道水肿进而使气道狭窄，常会出现红、肿、热等表现，而苦味药具有泄热、泻火的的功效，能够消炎，故其符合“苦味觉受体抑制炎性因子”的作用特点。除此之外，苦味觉受体还可以减少粘液的分泌，由于脏腑功能失调常会引起水湿内聚为痰，并藏于肺，故肺部疾病中常会出现痰湿，苦味中药能燥，具有燥湿化痰的作用，故其作用结果与“苦味觉受体减少粘液高分泌”高度相关。同时根据药物的归经以及五行的生克制化关系，辛味入肺，能够宣散肺气，酸主收敛固涩，能够收敛肺气，苦味降肺、辛味宣肺、酸味敛肺，三种性味的药物根据病情变化来组方配伍，使治疗疾病的效果达到最佳。5 苦味中药对苦味觉受体的作用 人们对苦味物质的感知，主要是通过分布于口腔中的苦味觉受体所介导20。并且随着对中医药的不断研究和发展，已经证明了很多苦味中药（如苦丁茶、黄芩、陈皮、黄连、苦参、白果、苦杏仁等）的提取物可以作用于T2Rs来发挥其作用（见表1）。苦丁皂苷是从苦丁茶中分离出来的一种高效苦味觉受体激动剂，研究发现其能够有效地缓解哮喘以及 COPD 的气道阻力，并且能够改善肺部炎症以及气道重塑的问题21。黄芩苷是中药黄芩的主要苦味成分，能够通过激活T2Rs的作用通路来减少炎症因子、黏蛋白Muc5ac的释放和表达，从而降低炎症反应，缓解哮喘15。苦味中药陈皮的主要成分柠檬苦素可以激活肺内T2Rs的蛋白表达，减少TNF-、IL-13等炎症因子的水平，从而对COPD的气道慢性炎症起到干预作用16。黄连的有效成分小檗碱可以与T2Rs结合来对胃肠道起到调节作用22。苦参碱是从苦参中提取出来的有效成分，可以结合苦味觉受体，激活其信号传导通路，升高 Ca2+水平，引起细胞去极化，从而对疾病的治疗起到相应的作用23。中药白果提取出的单体化合物奎宁和芦丁能够激动苦味觉受体细胞，扩张支气管、舒张气道平滑肌24。除此之外，苦杏仁中的主要成分苦杏仁苷也能够作用于 T2Rs，引起细胞内 Ca2+水平发生变化25。总结来说，苦味中药对 T2Rs 具体的作用机制可能还有待研究，但不可否认的是，苦味中药可以作用于苦味觉受体，并且对哮喘、COPD 等肺部疾病起到治疗作用。6 小结 综上，苦味觉受体T2Rs在肺部疾病治疗的作用机制中具有重要作用，尽管目前国内外对此的研究还不是很多，但目前已有的研究均揭示了中医苦味药可以通过对苦味觉受体T2Rs的作用来发挥其药效，苦味觉受体T2Rs可以作为肺部疾病如支气管哮喘、慢性阻塞性肺疾病等新的治疗靶点。同时中药治疗疾病的研究和发展是现在备受关注的热点以及难点课题，苦味药在中药总数中比例很高，在临床治疗中意义重大，因此苦味药通过作用于T2Rs来治疗肺系疾病将会成为一个新的研究热点。总之，全文通过介绍苦味觉受体的生理、病理，挖掘苦味觉受体在肺病中的中医应用，综述苦味中药在肺病治疗中的作用，基于苦味中药与苦味觉受体作用的相关性，为未来苦味药治疗肺病提供更加广泛的研究思路，有助于推动中医药现代化研究的步伐，同时也会为肺部疾病患者的治疗带来新的曙光。表1苦味中药药物成分作用于T2Rs的位置、疾病和作用机制中药苦丁茶黄芩陈皮黄连苦参白果苦杏仁药物成分苦丁皂苷黄芩苷柠檬苦素小檗碱苦参碱奎宁、芦丁苦杏仁苷苦味觉受体表达位置呼吸道呼吸道呼吸道胃肠道肠道呼吸道舌、腭上皮疾病哮喘、COPD哮喘COPD胃肠道疾病2型糖尿病哮喘-作用机制松弛平滑肌，缓解气道阻力、改善肺部炎症以及气道重塑减少炎症因子、黏蛋白Muc5ac的释放和表达减少TNF-、IL-13等炎症因子的水平增加TAS2R38 mRNA水平升高Ca2+水平，引起细胞去极化扩张支气管、舒张气道平滑肌引起细胞内Ca2+水平发生变化2108 Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology 世界科学技术-中医药现代化肺病研究参考文献 21Chandrashekar J,Hoon M A,Ryba N J P,et al.The receptors and cells for mammalian taste.Nature,2006,444(7117):288-294.2Chandrashekar J,Mueller K L,Hoon M A,et al.T2Rs function as bitter taste receptors.Cell,2000,100(6):703-711.3Mueller K L,Hoon M A,Erlenbach 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receptors,studies have shown that it can act on human airway smooth muscle,relax smooth muscle and dilate bronchus,and play a vital role in the treatment of bronchial asthma and chronic obstructive pulmonary disease.It can also inhibit the inflammatory reaction and reduce the damage of lung tissue by reducing the release of inflammatory factors and promoting the apoptosis of inflammatory cells.The therapeutic mechanism of bitter Chinese herbs action may depend on the effect of T2Rs,the effects of bitter Chinese herbs such as“lowering qi”,“releasing heat”,“eliminating dampness”are quite consistent with the cognitions of western medicine that bitter taste receptors could“relaxe bronchus”,“reduce airway resistance”,“inhibits inflammatory factors”and“reduces mucus secretion”.Based on the understanding of bitter taste in TCM theory and modern research,this study aims to discuss the effect of bitter Chinese herbs depend on T2Rs as the starting point,so as to provide a new research direction for clinical treatment of pulmonary diseases such as bronchial asthma and chronic obstructive pulmonary disease.Keywords:Bitter taste,Bitter taste receptors,Chinese herbs,Asthma,COPD（责任编辑：刘玥辰）2110