水通道蛋白与脑水肿

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1、水通道蛋白与脑水肿水通道蛋白(aquaporin,AQP)是一种水的分子通道,在动物和植物细胞中已经发现有多种不同的水通道蛋白。由于水通道蛋白的存在,细胞才可以快速调节自身体积和内部渗透压，水通道蛋白对于生命活动至关重要。本文仅就水通道蛋白与脑水肿关系的研究进展进行简单介绍。一、AQP的发现与家族种类过去认为,水在细胞内外的转运只是通过脂质双分子层扩散来完成。但在某些生理现象中,如红细胞、肾近曲小管上皮细胞等对水的转运速度非常快,不能用水简单扩散来解释。Agre[1]等(1988)在鉴定人类Rh血型抗原时,偶然在红细胞膜上发现一种新的28KD的疏水

2、性跨膜蛋白,称为形成通道的整合膜蛋白28(CHIP),1991年完成其cDNA克隆,但当时并不知道该蛋白的功能。在进行功能鉴定时,将体外转录合成的CHIP28cDNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中,发现在低渗溶液中,卵母细胞迅速膨胀,并于5min内破裂。为进一步确定其功能,又将其构建于蛋白磷脂体内,通过活化能及渗透系数的测定以及后来的抑制剂敏感性等研究,证实其为水通道蛋白。从此确定了细胞膜上存在转运水的特异性通道蛋白,并称CHIP28为AQP1。以后又陆续从哺乳动物组织中鉴定出9种水通道蛋白(AQP2～AQP10),它们与先前克隆的晶体纤维中的主要内源性

3、蛋白(majorintrinsicprotEin,MIP)有20%～40%的氨基酸序列同源性,目前所发现的水通道均属MIP家族,后经证明MIP亦有弱的水通道活性,被命名为AQP0。这些相继发现的专一性运输水的通道蛋白被统称为AQPs。AQP家族，存在于不同的组织器官中,如：AQP2存在于肾髓和肾皮质收集管主细胞,它在调节水的排泄中有重要作用,约有10%的肾小球滤过液流经集合管时是在AQP2的参与下被重吸收的。AQP5大量存在于唾液腺和泪腺中,与唾液和泪液的产生有关[2]。AQP0在眼中有较高的表达,被认为与晶状体的透明度有关[3]。它们对于维持机体

4、的水平衡起着重要作用,并且与水平衡紊乱所造成的一些疾病有密切关系。AQPs除了跨膜转运水外,近来发现还能通透其它小分子。Tsukaguchi等[4]据此将其分为三类:Ⅰ类为选择性水通道,如AQP1、2、4、5；II类对某些中性溶质(尿素、甘油)有一定的选择通透性,如AQP3、7等；Ⅲ类有广泛的选择通透性(尿素、多元醇、乳酸盐、羧基丁酸、嘌呤、嘧啶等),如AQP9。后两类又称水甘油通(aquaglyceroporins)。新克隆出来的AQP10对水和中性溶质具有渗透性，却不能渗透甘油和尿素[5]。另一种分类方法就是根据AQPs功能能否被汞抑制而分为汞

5、敏感性蛋白和不敏感性蛋白[6]。AQPs家族的绝大多数成员都具有汞敏感性,即汞制剂能够抑制其对水的通透性；而只有AQP4和AQP7具有汞不敏感性。据研究AQP4与AQP1的组织构成性活性不同的是邻近NPA基序的半胱氨酸缺失,而汞离子和有机汞通过与AQP1残基C189形成硫醇键使其发生构象改变,引起水通透性下降。近来研究又证实AQP1的70-73和189残基定位于水孔或其附近，水孔的宽度也是可变的，而pCMBS(一种汞制剂)能通过71-73残基而调节水通道的功能。二、AQP4的结构水通道蛋白(aquaporin,AQP)在脑水肿病理生理学机制中到了重

6、要的作用。迄今已在脑内已发现6种AQP，别是AQP1，3，4，5，8，9。AQP3、AQP5和AQP8的生理学功能未见报道外,AQP1主要在脉络丛内皮细胞表达,参与脑脊液生成[7];AQP9主要存在于室管膜细胞以及下丘脑内侧基底部的室管膜细胞,可能调节中枢神经系统细胞外间隙与体循环之间的信号传递[8]。AQP4是脑内表达最多的AQP,因此最可能与脑水肿形成和消除相关。AQPs所有成员之间的基因序列具有一定的同源性。AQP4的基因定位在人染色体18q11.2与q12.1之间的连接处,由四个分别编码127、55、27、92位氨基酸的外显子组成,并被0.

7、8、0.3和5.2kb的内含子分隔开。AQP4的一级结构同其它AQP一样,为跨细胞膜6次的单肽链,其氨基和羟基末端均位于细胞内,含3个胞外环(A、C、E)和2个胞内环(B、D)。AQP4整个分子前后两部分在序列上相似,呈180°定位的正面对称结构,内部结构与其它AQP同源性最高的是位于B环与E环上的天冬酰氨-脯氨酸-丙氨酸(NPA)基序,NPA基序重叠位于脂质双分子层之间,产生一个使水分子单线通过的通道,可使水分子顺渗透压梯度双向转运,这是AQP家族成员共有的特征性结构[9]。AQP4的四级结构是由具有活性、分子量约34kDa亚单位组成的四聚体。四

8、聚体在膜上的组装是维持AQP的稳定和其正常功能所必须的[10]。AQP4有3个mRNA亚型,由N端外显子的差异所决定[11