哮喘是一种常见病,尤其是在儿童中发病率甚高。据世界卫生组织(WHO)统计,目前全球约有2.35亿哮喘患者,并呈现逐年增加的态势。哮喘的临床表现主要为呼吸道的慢性炎症、呼吸困难和喘息反复发作等。哮喘不但严重影响患者的生活质量,在发作严重的情况下还会威胁到生命。由于患病人群庞大,哮喘已成为一大世界性的公共卫生负担。研究哮喘的发病机制、寻找新的治疗方法无疑具有重大的社会意义。哮喘发作是由于呼吸道平滑肌剧烈收缩,导致气道狭窄、呼吸阻力增加,造成患者的呼吸窘迫,因此平滑肌的是产生哮喘症状的最终效应器组织。在生理状态下,呼吸道平滑肌受迷走神经支配,迷走神经激动时能释放乙酰胆碱激活平滑肌上的M型受体诱发收缩;在哮喘状态下,呼吸道平滑肌中有炎性细胞(如肥大细胞)浸润,对神经冲动的反应性显著增高,表现为气道高反应性(AHR)。虽然业已清楚,呼吸道高反应性的形成与过敏性炎症密切相关,但其机制目前还不清楚。呼吸道过敏性炎症细胞能分泌多种炎性介质因子和细胞因子。这些因子的功能主要为介导炎症免疫反应。有意思的是,某些炎性介质(如:组胺、五羟色胺、部分前列腺素、内皮素以及半胱氨酰白三烯等)能够直接介导平滑肌的收缩(在此后我们称之为炎性收缩剂),但这种收缩作用的调节机制和病理意义目前还不很清楚。根据现有文献报导和我们以前的结果,我们设想这些炎性介质的平滑肌收缩效应可能存在有其独特的调节机制,有可能参与了呼吸道高反应的形成。已知的平滑肌收缩的方式大体上分为两种。一种是细胞膜去极化打开电压门控钙离子通道(VDCCs),引起胞外钙离子内流,激活钙离子依赖的肌球蛋白轻链激酶(MLCK)造成收缩,称为电收缩偶联;另一种主要是激动剂激活其对应的G蛋白偶联受体(GPCRs),通过复杂的下游信号通路,包括钙离子-MLCK轴以及钙敏机制,引起收缩,亦称为药理收缩偶联。根据现有理论,GPCRs介导的收缩主要是通过诱导肌浆网钙库释放来提高胞内钙离子水平。然而,在上个世纪90年代就有人观测到GPCR激动剂还可以同时诱发电位的去极化,但这种去极化效应的意义和机制不清楚。我们发现:乙酰胆碱和多种炎性收缩剂均可诱导平滑肌膜去极化。由此提出:这种去极化效应可能是平滑肌高反应性形成的基础。根据文献报道,Ca2+激活的Cl-(ClCa)通道介导平滑肌中的去极化电流,而TMEM16A形成这种通道,我们进一步提出激动剂诱导去极化的分子机制可能依赖于Clca通道TMEM16A。为证实这一假设,我们分别测定了各种炎性收缩剂诱导的去极化电流及收缩力。还建立了 TMEM16A的条件性敲除小鼠,系统研究炎性收缩剂介导平滑肌收缩的信号通路和收缩特征、以及在高反应性中的作用。我们的结果显示:5-HT、U46619、内皮素1等炎症介质可诱发平滑肌细胞去极化电流和支气管平滑肌收缩,当平滑肌缺失TMEM16A时或使用其抑制剂T16Ainh-A01时电流随之消失,张力受到抑制。此外,当TMEM16A缺失时,5-HT诱导的胞内钙升高明显减少。我们还发现,L-type Ca2+通道抑制剂在抑制支气管平滑肌收缩方面表现出与敲除TMEM16A相似的抑制效应,但其并不进一步抑制敲除平滑肌的收缩。由此表明,炎症性收缩剂通过TMEM6A诱导平滑肌去极化、激活VDCCs、促进钙内流进而平滑肌收缩。我们认为,该机制是炎性收缩剂诱导收缩的主要机制之一,是甲酰胆碱诱导收缩的伴随机制,但该伴随机制可能与弱神经活动时哮喘发生有关。通过体外气道平滑肌收缩实验研究我们还观察到,炎性激动剂与低剂量甲酰胆碱具有极为明显的协同效应,并且这种协同放大效应部分依赖于TMEM16A的功能。通过哮喘小鼠模型研究发现,敲除TMEM16A能显著抑制呼吸道阻力的增加。由此,我们提出TMEM16A信号调节通路可能是哮喘性呼吸道高反应性形成的基础,炎症介质可以通过激活该通路诱发哮喘。综上所述,我们的研究证明了 TMEM16A是介导呼吸道平滑肌中GPCR激动剂诱导去极化电流的Clca通道,其通过激活VDCC联系了药理收缩偶联与兴奋收缩偶联,并参与介导多种炎性平滑肌收缩剂以及低浓度M受体激动剂介导的支气管平滑肌收缩。TMEM16A可能贡献于哮喘中的呼吸道高反应性,特别是对刺激的高敏感性,参与哮喘性的呼吸阻力增加。我们的研究结果也提示,TMEM16A可能是一个非常重要的控制哮喘的药物靶点。