水通道蛋白1與麻醉相關研究進展

田曉霞，李龍云，李 凱

(吉林大學中日聯誼醫院 麻醉科，吉林 長春130033)

水通道蛋白家族(AQPs)是一組對水有高度選擇性的膜通道蛋白，它們在哺乳動物的組織和器官中廣泛分布，至今已發現13種(AQP0-AQP12)，其中水通道蛋白1(AQP1)[1]是最早被發現且目前研究最深入的水通道。目前已發現許多麻醉藥物對機體重要器官的保護作用與AQP相關，本文就其與AQP1的研究進展進行綜述。

1 AQP1的發現

Agre等學者在1988年偶爾發現一種分子量約為28 kd的通道整合膜蛋白(CHIP28)，該蛋白在哺乳動物紅細胞和腎近端小管中廣泛分布[2]。為了明確這種通道蛋白的功能，他們在1992年進一步研究發現一種已知的水通道抑制劑氯化汞可逆地抑制其水滲透性，CHIP28就是后來被稱為AQP1的水通道蛋白[1]。

2 AQP1的結構

AQP1在細胞膜上是由4個具有獨立生物學活性的亞基構成的四聚體。每個亞基的基本結構都是6次跨膜且呈鏡像對稱的單肽鏈，其在細胞膜兩側形成5個襻環(A、C、E環在細胞外，B、D環在細胞內)。B環和E環呈顯著疏水性，且包含AQPs的標志性重復序列，即天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸(NPA)。兩個NPA序列從不同方向折疊嵌插入脂膜，形成選擇性通過單個水分子的沙漏型孔道[3]。

影響水通道選擇性的因素包括[4]:通道中點上方8?處，孔徑變窄為2.8?(水分子直徑)；在孔的最窄收縮處，保守殘基(Arg-195)通過靜電排斥作用阻止陽離子(包括H3O+)通過；“氫鍵分離機制”阻止質子滲透，兩個短孔螺旋偶極矩產生的靜電場將單水孔道中的水分子強制定向，同時水分子與NPA序列的兩個天冬酰胺殘基形成氫鍵后，無法繼續形成氫鍵。綜上所述，AQP1的晶體學和動態結構促成了其對水分子的高效運輸，即每個亞單位(2～3)×109/s。根據主要結構，AQPs分為3個亞家族，即水選擇性通道、水甘油通道、超級通道蛋白[5]。 AQP1與AQP0，AQP2，AQP4，AQP5，AQP6和AQP8同屬水選擇性通道亞家族。

3 AQP1與肺

在呼吸系統中，AQP1與胸腔內高滲液體轉運，哮喘以及肺損傷[6]有關，還可促進缺氧條件下肺動脈平滑肌細胞的增殖和遷移[7]。單肺通氣是胸科手術麻醉中的一項重要技術，術中在維持氣道通暢的同時可以避免患側肺分泌物及血液流入健側肺葉，保證術野的清晰。但這種非生理性的通氣方式會導致肺通氣血流比例失調，引發非通氣側肺水腫。近年來有學者在術者單肺通氣前給予七氟烷[8]，右美托咪定[9]或烏司他丁[10]術中維持后，發現肺組織AQP1表達升高，同時單肺通氣所致的肺損傷及肺氧合也有所改善。大鼠機械通氣時潮氣量的變化也會影響大鼠肺AQP1的表達，高潮氣量時表達降低，反之表達升高[11,12]。在脂多糖誘導的急性肺損傷中，高壓氧(HBO)[13]、右美托咪定[14]也可通過增加AQP1的表達促進肺間質水腫液的吸收減輕水腫。 據報道，富含氫的鹽水(HRS)對膿毒癥相關的肺損傷具有保護作用。HRS治療可下調AQP1的表達，并抑制LPS誘導的P38MAPK通路的激活[15]。AQP1還可通過p38-MAPK途徑增強肝肺綜合征(HPS)大鼠的肺動脈平滑肌細胞(PASMC)遷移[16]。有學者發現AQP1在脂肪栓塞綜合征(FES)誘發的肺水腫病理過程中起重要作用，游離脂肪酸(FFA)混合物在肺微血管內皮細胞(PMVECs)中，以劑量和時間依賴性增加AQP1的mRNA和蛋白質水平。此外，p38 MAPK途徑可能參與了PMFEC中FFA誘導的AQP1上調[17]。綜上AQP1可作為治療肺損傷的新治療靶點。

4 AQP1與腎臟

AQP1主要表達于腎近端小管和亨氏袢降支細段(TDLH)的頂質膜、基底外側膜及下行的直小血管。體外實驗表明，該蛋白缺失使近端小管及亨氏袢降支細段的水滲透性和液體重吸收功能障礙，進而導致逆流倍增系統受到破壞[18]。腎移植、心血管大手術及術中不可控的低血壓，大失血等都會嚴重影響腎臟功能，因此麻醉過程中腎臟缺血再灌注損傷的防治就非常關鍵。Asvapromtada等在大鼠單雙側腎缺血再灌注誘導的急性腎損傷(AKI)模型中發現尿液AQP1外泌體釋放減少[19]。同時在脂多糖誘導的AKI中，AQP1可通過抑制p38MAPK信號通路活化來減弱巨噬細胞介導的炎癥反應,該通路的藥理學靶向可以為AKI提供新的治療方法[20]。以往研究發現七氟醚預處理可上調腎臟缺血再灌注損傷后AQP2的表達，對腎臟有一定的保護作用[21]，而七氟醚對于腎臟的保護作用是否與AQP1的表達有關尚需進一步研究。

5 AQP1與神經系統

AQP1在中樞神經系統內主要分布于脈絡叢上皮細胞頂膜、腦脊髓白質和星形膠質細胞，對腦脊液的形成發揮關鍵作用，并參與了神經系統的很多病理過程[22]。對于開顱手術的病人，在麻醉過程中血壓控制不穩定，過敏，缺氧，補液過多等多種因素都會導致腦水腫進一步加重。Chen等在大鼠創傷性腦損傷(TBI)模型中發現，早期腹腔注射富氫水能夠減輕AQP1mRNA和蛋白質上調的程度，減輕腦水腫并實現其保護作用[23]。脊髓缺血再灌注損傷常見于需要阻斷腹主動脈、腰動脈等血管外科及脊柱手術等,脊髓水腫是脊髓缺血再灌注(IR)損傷后的嚴重并發癥，Li等篩選得出在脊髓IR后miR-320a可通過負調節血液-脊髓屏障(BSCB)的AQP1直接和功能性地影響脊髓水腫[24]。

在周圍神經系統中，AQP1是背根神經節(DRG)軸突再生的新決定因素，可能是加速神經元再生的潛在治療靶標[25]。在背根神經節和脊髓中顯著觀察到坐骨神經損傷后AQP1表達增加與時間有關。而在坐骨神經損傷后48 h，這種急劇增加并不明顯[26]。大量研究已證實其與外周痛覺有關，相關抑制劑也有望成為在突觸前脊髓水平實現鎮痛的新靶點。目前仍需更多研究以確定其在外周疼痛感知中的作用[18]。

6 AQP1與循環系統

AQP1在人類循環系統中，主要分布在血管，淋巴管內皮細胞，血管平滑肌細胞及心肌細胞[27]，對心血管系統有一定的保護作用。在缺乏AQP1的小鼠中，AngⅡ所誘導的動脈粥樣硬化模型的病變進展加速[28]。在體外循環(CPB)過程中，主動脈阻塞、心臟驟停和復蘇會引起心肌缺血、缺氧和再灌注損傷，嚴重影響心功能和術后恢復。臨床研究表明，在人心臟直視手術中心臟停搏和再灌注后左心室AQP1mRNA表達降低[29]。學者Song等發現富氫溶液(HRS)治療可抑制CPB治療后AQP1的表達，并通過PI3K/Akt信號通路保護心肌細胞，減輕CPB誘導的心肌損傷[30]。AQP1抑制劑可能代表心肌缺血和損傷情況下心臟功能調節的新治療靶點。

7 小結與展望

AQP1參與了許多水運輸相關性疾病，對其分子結構，功能特征，生理作用和臨床意義等方面的研究已取得了一定成果，相關抑制劑的研究也有很大進展。AQP1在疼痛信號傳導，疼痛治療方面將有很好的研究前景，但AQP1保護作用相關的p38MAPK通路是否與其他的AQP有關？如何針對性的選擇最佳麻醉方式？其在麻醉藥對機體保護作用的具體機制上仍有待進一步深入探索。未來研發以其為靶點的藥物并應用于臨床，有望成為未來的研究方向。