AQP3介導的過氧化氫轉運在皮膚病發病機制中的研究進展

柯國琳，范婷，劉雯蓓

（皖南醫學院弋磯山醫院皮膚性病科，安徽 蕪湖241001）

水通道蛋白家族（aquaporins，AQPs）是一類高度保守的小型疏水性跨膜水通道蛋白，為同源四聚體，每個單體由六個跨膜域組成，N－末端和C－末端向細胞質突出。目前已經確定了13種AQP亞型，分別為AQP0~12。根據AQPs氨基酸序列的同源性可將其分為三組：經典的水選擇通道亞家族（CAQP），其對水分子的通透性具有高度選擇性，包括AQP0、1、2、4、5、6、8和9；水－甘油通道亞家族（AQGP），這類通道對水分子、甘油和尿素等中性小分子均具有通透性，包括AQP3、7和10［1］；AQP超級通道即超AQP家族（SAQP），包括AQP11和12，其生理功能尚不清楚［2］。AQPs在調節多種組織和器官的生理功能中發揮重要作用，而與人類皮膚關系最密切的水通道蛋白亞型為AQP3。

1 AQP3在皮膚中的功能

人AQP3基因定位于9p13，由6個外顯子和5個內含子組成。AQP3含有279個氨基酸，相對分子質量約為29×103［1］，是一種與多種細胞功能有關的水、甘油及H2O2轉運蛋白［3］，主要表達于表皮的基底層及棘層。

1.1 促進角質形成細胞的增殖及分化 應用核酸酶保護試驗表明，AQP3mRNA在生長和分化的人角質細胞中均有表達［4］。研究報道證實AQP3有促進角質形成細胞增殖及分化的作用［5－6］。促分化劑激素核受體可以使AQP3表達水平上調［7］。利用小干擾RNA敲除人角質形成細胞中AQP3基因，可以降低由于細胞外鈣離子濃度升高導致的角蛋白10的上調［6］。以上均說明AQP3可以促進角質形成細胞的增殖及分化。AQP3將甘油輸送到磷脂酶D2（PLD2）中，用于合成脂質第二信使甘油磷脂（PG），從而介導AQP3／PLD2信號通路，對角質細胞增殖和分化的起調控作用［8］。

1.2 促進皮膚傷口愈合 甘油是皮膚重要的代謝物，參與ATP的產生及膜脂的生物合成，AQP3介導的甘油轉運可促進角質形成細胞的增殖及遷移［9］，在皮膚的水合、彈性、屏障功能恢復、傷口愈合中均起重要作用［10］。Sebastian等［11］研究發現，AQP3在燒傷的創面中表達增加，提示AQP3對燒傷皮膚的愈合有潛在作用。Hamed等［12］研究發現，促紅細胞生成素治療糖尿病豬皮膚的燒傷傷口時，通過AQP3依賴機制刺激血管生成和細胞外基質產生從而加速傷口愈合。Martinotti等［13］研究發現蜂蜜可以促進傷口的愈合，其機制主要是通過AQP3轉運細胞外的H2O2穿入細胞膜，進而誘導細胞外的Ca2＋通過Melastatin瞬態受體電位2和Orai1通道進入細胞內，從而促進傷口愈合。AQP3還可表達于培養的人皮膚成纖維細胞，通過調節成纖維細胞的遷移來促進皮膚傷口的愈合［14］。

1.3 參與皮膚的水合作用 通過對AQP3基因缺陷小鼠的研究發現了AQP3可維持皮膚水合的作用，減少水和甘油的滲透性可使角質層保持水分的能力下降［15］。通過膠帶剝離使小鼠皮膚發生急性屏障障礙，AQP3基因缺陷小鼠滲透屏障功能的恢復要遲于正常小鼠［10］。相反，過表達AQP3的轉基因小鼠，可加速皮膚屏障的恢復。Ikarashi等［16］將3個月和20個月的小鼠分別指定為幼齡鼠組和老齡鼠組，幼齡鼠與老齡鼠的經皮水分流失無明顯差異；然而，老齡鼠的皮膚水分含量明顯低于幼齡鼠，顯示皮膚干燥；在小鼠皮膚上有AQP1、AQP3、AQP4、AQP7和AQP9的表達，老齡鼠組AQPs的mRNA表達水平均顯著降低，老齡鼠AQP3蛋白水平明顯低于幼齡鼠。上述研究結果表明，隨著年齡的增長，皮膚中AQPs的表達水平呈下降趨勢，提示這是導致年齡相關性皮膚干燥的原因之一。Ikarashi等［17］研究糖尿病皮膚干燥的機制發現，糖尿病患者皮膚AQP3表達下降，AQP3表達下降可能會限制水從血管側到皮膚角質層的運輸，從而導致皮膚干燥，而AQP3表達下降的機制可能與氧化應激增加有關。Agha－Hosseini等［18］選擇30例扁平苔蘚患者及30例健康對照者，發現扁平苔蘚患者口腔上皮中AQP3mRNA表達水平較正常患者高，提示AQP3表達與扁平苔蘚口腔干燥和唾液腺功能低下的發病有關。

2 AQP3介導的H2O2轉運在皮膚病發病機制中的作用

Miller等［19］使用顯微成像技術研究發現，在人胚腎細胞中AQP3可介導H2O2的轉運。內源性AQP3的表達可調節細胞內的H2O2水平，進而影響下游的細胞信號級聯放大。表達于皮膚T細胞和巨噬細胞的AQP3介導的H2O2轉運，可以促進T細胞向趨化因子的遷移，從而可以調控皮膚的免疫反應［20］。因此AQP3介導的H2O2的轉運可參與T細胞介導疾病的發病，如銀屑病、硬皮病及接觸性皮炎等。AQP3參與腫瘤的發病已早有報道。

2.1 硬皮病 硬皮病是一種以皮膚和內臟纖維化為特征的疾病。Luo等［21］用博來霉素誘導建立硬皮病小鼠模型，發現硬皮病小鼠真皮成纖維細胞AQP3表達較正常小鼠高，沉默AQP3基因可阻斷博來霉素誘導的小鼠真皮成纖維細胞H2O2、TGFβ1、Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原的增多，并可以使H2O2水平、TGF－β1表達及纖維化程度降低。研究說明AQP3可介導H2O2轉運至小鼠成纖維細胞中，從而激活下游TGF－β1，導致膠原合成增加，參與硬皮病發病。

2.2 銀屑病 銀屑病的發病機制至今尚不明確。Lizzul等［22］研究發現，銀屑病患者皮損有NF－κB表達而正常皮損則不表達。Dou等［23］用PAMs抑制NF－κB信號通路可減輕小鼠銀屑病的皮損處的炎癥反應，提示NF－κB信號通路在銀屑病發病機制中起重要作用。研究發現IL－23誘導的銀屑病小鼠模型敲除AQP3基因可導致NF－κB信號削弱和細胞內H2O2減少；在原代培養的角質形成細胞，AQP3可促進細胞膜NADPH氧化酶2產生的H2O2轉運至細胞內，進而激活TNF－α誘導的NFκB信號通路［24］。由此可見AQP3介導的H2O2向角質形成細胞中轉運從而激活TNF－α誘導的NFκB信號通路在銀屑病發病機制中起重要作用。

2.3 接觸性皮炎AQP3缺陷可以削弱水／H2O2的滲透能力及T細胞的遷移，并伴隨趨化因子介導的肌動蛋白動力學功能及Cdc42激活能力受損，導致AQP3基因敲除小鼠不能發生皮膚接觸性超敏反應，然而在半抗原激發皮膚部位注射T細胞后可以重建接觸超敏反應，因此僅僅是由于致敏T細胞趨化致半抗原激發的皮膚部位能力受損才導致的接觸超敏反應不能發生。再次敲除AQP3基因，T細胞內H2O2水平的降低可抑制趨化因子誘導的Cdc42的激活、F－機動蛋白動力學過程及細胞的遷移。外源性補充T細胞內的H2O2可以改善上述功能［20］。以上研究表明，在皮膚接觸性超敏反應中，AQP3介導的H2O2的轉運可調節T細胞的趨化并對Cdc42的激活及趨化因子依賴的T細胞的遷移至關重要。

2.4 皮膚腫瘤 王小勇等［25］研究發現，AQP3在光化性角化病、Bowen病和浸潤性鱗狀細胞癌中表達顯著增高。Lekshmy等［26］發現，與正常口腔黏膜相比，口腔上皮異常增生和口腔鱗狀細胞癌中AQP3的表達顯著增加。以上提示了AQP3參與了皮膚腫瘤的發病。AQP3通過轉運H2O2至表皮生長因子（EGF）受體陽性的人鱗狀細胞癌A431細胞株，調節EGF誘導的細胞信號轉導；AQP3基因敲除的A431細胞株EGF依賴的細胞信號削弱，胞外信號調節激酶（ERK）和絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶（Akt）的激活受影響，EGF誘導的腫瘤細胞的增殖和遷移減低；SCID小鼠異種移植敲除AQP3基因的A431細胞株后，腫瘤細胞停止增殖，小鼠存活率大大增加［27］。研究結果說明，AQP3通過轉運H2O2下調EGF依賴細胞信號從而抑制腫瘤的增殖和存活。麥盧卡蜂蜜的抗腫瘤機制就是使AQP3保持高的H2O2滲透性，從而誘導細胞內活性氧自由基的改變和細胞內鈣濃度的平衡導致上皮癌細胞的凋亡［28］。

3 小結

AQP3介導的水、甘油及H2O2轉運與皮膚的許多生理功能如皮膚水合、皮膚屏障功能恢復、傷口的愈合、T細胞免疫等有關，且對多種皮膚病的發病機制起重要作用。這使得AQP3可能成為多種皮膚疾病的治療及護膚產品研發的新靶點。