肺水通道蛋白的研究進展

檀俊濤 王喆 梁良 徐紅萌

水通道蛋白(aquaporin，AQPS)是新近發現的一組與水通透性有關的細胞膜轉運蛋白，是一種可調節進出細胞膜的水通道同源蛋白質家族的總稱，它的發現在分子水平上揭示了水跨膜轉運的調節機制。AQPS在維持肺臟的液體平衡中起著重要的作用。本文就肺AQPS的研究進展做一綜述。

1 AQPS的結構

1988年Agre發現了整合膜蛋白28(CH 1P28)后命名為水通道蛋白1(Aquaporin 1，AQP1)。目前為止在哺乳動物中已發現13種AQPS亞型，AQP 0～12。目前對于AQPS的結構研究已較為明確［1，2］，認為2個穩定的天門冬酰胺-輔氨酸-丙氨酸基序的輔氨酸殘基使長α螺旋和短α螺旋固定在水孔的中心，折疊中形成1個單水孔道。其氨基端和羧基端均位于胞內，這些研究證實了結構基礎是AQPS對水高滲透而不轉運質子的原因。

2 肺中AQPS的分布

分布于肺組織中的 AQPS有6種(AQP1、AQP3、AQP4、AQP5、AQP8、AQP9)。Kreda 等［3］用原位雜交和免疫熒光技術檢測了AQPS在人呼吸道的定位情況，結果顯示AQP5位于呼吸道上皮表層的柱狀上皮細胞頂膜和黏膜下腺腺泡細胞頂膜。AQP4位于纖毛管基底側細胞膜和腺體細胞基底側細胞膜。AQP3出現在上皮表層和腺泡的基底細胞。在終末和遠端支氣管中，其表達有從基底細胞到表層細胞遷移的趨勢。AQP5和AQP4表達于肺泡Ⅰ型上皮細胞。AQP1主要表達在呼吸道旁毛細血管、淋巴管及胸膜臟層的間皮細胞上，也有少量分布于肺泡Ⅱ型上皮細胞頂膜面上。AQP8和AQP9在肺組織定位尚不清楚。這樣的立體分布使得肺組織各個解剖層均有AQPS分布，從而參與不同部位水分子轉運。

3 肺水通道蛋白的生理功能

AQPS在肺組織液體轉運中關系緊密，它調節肺水平衡，在肺泡和肺間質及肺毛細血管間的水跨膜轉運中發揮著重要作用，尤其對清除肺泡內多余的液體起著主導作用［4］。美國加州大學心血管研究所Verkman試驗時發現AQP1或AQP5基因缺失的小鼠，肺泡毛細血管間的水通透性下降10倍，AQP1、AQP4基因敲除小鼠降低14～16倍［5］，而兩者共同敲除后水的通透能力可以下降30 倍［6，7］，說明 AQP1、AQP5 在肺組織內水轉運及肺水平衡調節起重要的作用。AQP1缺失小鼠胸膜腔內液體吸收速率是正常的25%［8］這些發現均表明AQP1及AQP5在小鼠肺的發育演變過程中液體清除方面起了重要作用。牛慧慧等［9］觀察到正常胎肺組隨孕周增加(孕28+2周～孕37+4周)AQP5 mRNA表達量有上升趨勢;異常胎肺組中局部肺不張組織(孕31+4周)AQP5 mRNA表達量最高，肺發育不全患兒(孕28+6周)AQPAQPS mRNA表達量最低，孕31周較孕27+2周的肺水腫胎肺AQP5 mRNA表達量高。提示AQP5為肺發育成熟的標志因子之一，隨胎兒逐漸發育成熟AQP5的表達量增加可增強對肺泡液的吸收，從而減輕或避免肺水腫的發生。上述研究證明AQPS具有轉運或協同水轉運的能力。

4 AQPS的調節

AQPS的調節大致可以分為兩種:第一種是通過調節AQPS的活性來調節其功能。有學者研究表明:AQPS磷酸化為cAMP依賴性，即在某些因素作用下，腺苷酸環化酶被激活，使細胞內cAMP增加，進而活化蛋白激酶A(PKA)或蛋白激酶C(PKC)，PKA或PKC催化水通道蛋白上的絲氨酸磷酸化，從而增加膜對水的通透性［10］。第二種是通過改變細胞上AQPS的含量來調節跨膜水流動。類固醇可在轉錄水平誘導大鼠胎肺和成年肺表達AQP1，皮質類固醇使胎肺AQP1mRNA表達增加6倍，并在AQP1啟動子中發現糖皮質激素反應件，提示內分泌激素可調節AQPS表達。

5 AQPS與肺部關疾病

5.1 AQPS與肺部感染 Towne等［10］利用某種呼吸道腺病毒感染小鼠造成的病毒性肺炎。發現AQP1和AQP5在鼠肺中的表達降低，提示AQPS的減少可能是肺水在肺間質聚集的重要原因。這是首次研究顯示AQPS與肺部感染、水腫有關。

5.2 AQPS與哮喘 董春玲等［11］證實了AQP5降低會導致哮喘時肺水在毛細血管與肺泡間轉運失衡，進一步提示地塞米松極可能通過提高AQP5水平以加快肺泡內液體的清除，從而減輕肺組織的水腫程度。發揮其減輕哮喘炎癥作用。唐順廣等［12］研究發現，AQP1參與了哮喘急性炎癥期的發病機制，在哮喘急性期炎癥滲出、液體異常流動中起重要作用。AQP3可能在保持氣道表面的液體平衡并且對防止細菌入侵、起到重塑作用。AQP4可能參與了哮喘條件下粘液分泌的調控，AQP5與氣道高反應性、氣流受限、調節氣道水穩態有關。

5.3 AQPS與機械性肺損傷 劉洋等［13］發現AQP5表達下調參與了機械通氣誘發大鼠肺水腫的發生。林飛等［14］認為在胸科手術單肺通氣過程中，AQP1在調節肺內液體平衡中起到明顯作用，可能參與了機械通氣至急性肺損傷的發病過程，而AQP4與其無明顯相關。

5.4 AQPS與急性肺損傷 王晴等［15］研究發現內毒素所致急性肺損傷中幼鼠肺組織AQP1表達明顯下調。杜惠妍等［16］推測通過促進肺組織中AQP1及AQP5的表達可能會減輕急性肺損傷和肺出血的發生，為預防和治療新生兒出血提供新的方法。高巨等［17］通過建立臨床二次打擊大鼠模型發現大鼠在失血性休克和內毒素打擊下，肺組織AQP1和AQP5的表達水平顯著下調，其表達水平與肺水腫和肺損傷的嚴重程度密切相關。并首次證實烏司他丁能顯著抑制二次打擊大鼠肺組織AQP1和AQP5mRNA的下調，促進肺泡腔和間質水腫液的吸收。

5.5 AQPS與肺癌 目前大量研究證實，許多腫瘤組織、細胞系及腫瘤微血管內皮細胞中高度表達AQP1［18，19］，隨著研究的深入，研究者發現水通道蛋白在某些惡性腫瘤中存在異常表達［20］。在肺腺癌組織中AQP1大量表達于腫瘤的血管內皮細胞以及腫瘤細胞膜上、胞漿內。AQP1蛋白陽性細胞表達率與肺腺癌分化程度有關，分化程度越低，陽性細胞表達率越高，但有淋巴結轉移者比無淋巴結轉移者陽性率高。劉錦源等［21］也證實了這一點，發現AQP1大量表達于肺腺癌組織中的腫瘤血管內皮細胞中，其在蛋白水平的表達量亦較正常組織明顯增多，證實AQP1可以使腫瘤血管滲透性增加，促進水在腫瘤細胞間的快速轉運，使血管內皮細胞前部偽足的頂端內部因肌動蛋白裂解和離子攝入產生局部滲透壓梯度，增加局部靜水壓引起細胞膜突伸，促進腫瘤血管生成。AQP1大量表達于腫瘤細胞膜、細胞漿，或許能夠改變腫瘤上皮內的滲透壓。有助于腫瘤細胞體積及外形的改變，向周圍基質浸潤。肺腺癌組織AQPS表達與淋巴結轉移相關.有淋巴結轉移者比無淋巴結轉移者陽性率高;同時發現AQPl表達與腫瘤分化程度呈負相關。即分化程度越低，蛋白表達水平越高。AQPS參與了促進癌細胞遷移的可能機制，體外實驗顯示，癌細胞上表達AQPS可以增強其遷移能力，在體內顯示增強其局部浸潤、外生性生長及轉移［22］。目前AQPS在腫瘤組織的表達及其與腫瘤細胞轉移的關系是研究熱點之一。

水通道的發現，使人們能夠在分子水平研究水的轉運。每種水通道在體內的特異分布預示了不同水通道的特異作用。隨著對AQPS的深入研究，不僅可對體內水轉運的生理學現象提供分子水平的解釋，而且還將促進人類對包括肺部疾病(如肺部感染、哮喘、急性肺損傷、肺部腫瘤等)在內的疾病的發病機制產生進一步認識，從而為尋找臨床治療肺部疾病的有效方法提供了新的理論依據，提示應用AQPS的抑制劑或抗AQPS抗體將會是預防或治療肺部疾病的新手段。

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