水通道蛋白在肾脏纤维化中作用研究进展

文章引用: 张旻澄, 李霁, 于锋. 水通道蛋白在肾脏纤维化中作用研究进展[J]. 药物资讯, 2017, 6(2): 55-61.

The Role of Aquaporins in Renal Fibrosis

Mincheng Zhang, Ji Li, Feng Yu *

Department of Clinical Pharmacy, School of Basic Medical Sciences and Clinical Pharmacy, China Pharmaceutical University, Nanjing Jiangsu

Received: May 6th , 2017; accepted: May 23rd , 2017; published: May 26th

, 2017

Abstract Renal fibrosis is a common pathological characteristic that usually appears during the process of chronic kidney diseases (CKD), which is a kind of progressive damage and almost irreversible. Renal fibrosis induces kidney dysfunction and finally causes renal failure. Epithelial Mesenchymal Transition (EMT) is a pathological process that the epithelial cells lose their original characteristic and express the feature of fibroblast. Renal epithelial mesenchymal transition plays a critical role in renal fibrosis and regulates the process of renal fibrosis. Aquaporin (AQP) is a kind of water channel protein that highly expressed in kidney, which is involved in water transport and the formation of osmotic pressure in kidney. The expression of AQPs changes when renal fibrosis oc-curs. Many renal diseases cause imbalance of water transport, so AQPs in kidney may take part in the regulation of various renal diseases, especially renal fibrosis. This article reviews the function and mechanism between various kinds of AQPs and renal fibrosis. At last, we make an outlook on AQPs as the potential target of the EMT process in renal fibrosis. Keywords

Renal Fibrosis, Epithelial Mesenchymal Transition, Aquaporin

水通道蛋白在肾脏纤维化中作用

研究进展

张旻澄，李霁，于锋*

中国药科大学基础医学与临床药学学院临床药学教研室，江苏南京

收稿日期：2017年5月6日；录用日期：2017年5月23日；发布日期：2017年5月26日

*通讯作者。

张旻澄等

摘要

肾脏纤维化是多种慢性肾病发展到一定阶段常见的病理改变，是一种进行性的几乎不可能的损伤过程，最终会引发肾脏功能损伤并引发肾衰竭。上皮间充质转分化(EMT)是一种在病理状态下上皮细胞改变表型，细胞间粘附因子表达减少，成纤维特征性细胞因子表达增加，细胞逐渐向成纤维细胞转变的进程。EMT 过程在肾间质纤维化中起到重要调控作用。水通道蛋白是肾脏中高度表达的负责水分转运的膜蛋白，当肾脏纤维化发生时，水通道蛋白的表达将发生变化，对肾脏疾病的发生与调控起到重要作用。本文综述了多种水通道蛋白在肾脏纤维化疾病中的作用及机制，并对水通道蛋白作为潜在靶点调控纤维化中的EMT 过程进行了一定展望。

关键词

肾脏纤维化，上皮间充质转分化，水通道蛋白

Copyright ? 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/2c13119740.html,/licenses/by/4.0/

1. 前言

慢性肾脏疾病一直是困扰人类健康的顽固疾病之一，多年以来患病人数都在不断增长[1]，虽然大多数患者在患病时都能够得到有效的诊断，但是因为其临床症状表现的出现存在一定的滞后，所以在纤维化早期许多人并没有去及时进行治疗。当慢性肾病进行性发展至纤维化形成期，则开始进入几乎不可逆的损伤过程。临床上暂时还没有有效的治疗方法将其完全治愈。肾脏纤维化是一种病理生理改变，是肾脏的功能由正常到损伤，直至功能丧失的渐进过程[2]。肾脏受到创伤、感染、炎症、免疫反应等多种因素刺激，其固有细胞受损，逐渐出现大量胶原异常沉积，造成肾实质逐渐损伤硬化，直至肾脏完全丧失功能。

肾脏内正常细胞纤维化、硬化的过程也就是肾脏纤维化的过程。肾脏纤维化是多种慢性肾脏疾病发展到一定阶段常见的病理改变[3] [4]，其严重程度不仅影响肾功能，而且与肾病的预后有着密切联系。肾脏纤维化将引发肾脏功能紊乱与损伤，严重的将最终引发肾衰竭[5]。目前认为肾脏纤维化形成的分子机制主要分四个阶段：第一阶段是炎症损伤引发上皮细胞的活化和受损。第二阶段是促纤维化因子的释放。包括细胞因子、生长因子、血管活性因子和趋化粘附因子等。第三阶段是纤维化的形成。主要表现在基质蛋白合成增多, 降解减少, 导致细胞外基质(ECM)在肾间质沉积。第四阶段是肾脏结构和功能受损。此阶段肾小管周围毛细血管堵塞、肾脏功能大幅降低[6]。

肾脏是人体中与水转运处理最密切最直接的器官，水通道蛋白是一种参与水转运和渗透压形成的膜蛋白[7]。在EMT 过程中，细胞液体和离子转运能力下降，细胞间紧密连接和一些粘附因子表达下降，迁移能力得到上升[8]，这与AQP 的表达变化有着紧密的联系。本文就水通道蛋白(AQP)在肾脏纤维化中的作用与机制做一综述。

2. 肾脏纤维化的发展及调控机制

肾脏纤维化是以在肾间质部位的成纤维细胞大量增殖、活化，细胞外基质(ECM)大量分泌合成，异Open Access

张旻澄等

常沉积为特征的[9]。肾间质的基质成分由成纤维细胞合成分泌而来，研究表明[10]，肾间质成纤维细胞主要有三个来源：1) 肾脏固有的间质成纤维细胞；2) 循环而来的间充质细胞；3) 肾小管上皮细胞间充质转分化(Epithelial Mesenchymal Transition, EMT)。其中EMT在肾小管间质纤维化中的作用正越来越受到重视。上皮间充质转分化(EMT)是肾间质纤维化中一个重要的环节[11] [12]。对肾间质纤维化的发生和恶化起到关键性作用。

上皮细胞间充质转分化(epithelial mesenchymal transition, EMT)是指在病理情况下上皮细胞外环境改变，维持生理功能的多种细胞因子功能失去平衡，保持上皮细胞形态的基因和蛋白表达受到抑制，肌成纤维细胞表型的基因和蛋白表达上调，细胞失去其原有上皮特征转变为间充质表型。细胞失去离子及液体转运功能转变成重塑基质的肌成纤维细胞。Strutz等[13]在抗肾小管基底膜疾病的小鼠模型中发现成纤维特异性蛋白1 (FSP-1)可以在肾小管上皮细胞表达，首次证实了EMT 参与了肾纤维化的发成与形成。EMT是一种有序的调节过程，包括四个关键步骤：1) 上皮细胞失去粘附能力；2) α-SMA的表达及肌动蛋白的重组；3) 肾小管基底膜破坏；4) 细胞迁移和侵袭能力增强[14]。

上皮细胞之间通过各种细胞粘附因子(如E-钙黏蛋白E-Cadherin)形成整齐的排列一致的片状结构，在上皮细胞层之下，基底膜将上皮细胞牢牢地与基质表面结合在一起，以维持上皮细胞层的顶端-基底端极性[15]。EMT发生时，E-钙黏蛋白的表达量减少，功能逐渐丧失，并伴随着细胞间紧密连接蛋白和细胞角蛋白的减少。与此同时，间充质细胞的多种标志物表达量增加，α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)等[16]。细胞间粘附连接的丧失引发了细胞骨架结构的重组，成为纺锤形态，这些新产生的成纤维细胞侵蚀原本基底膜上的细胞基质，并向邻近组织迁移，分泌出纤连蛋白等细胞外基质。能够激活并刺激EMT发生的有许多细胞通路，如生长转化因子β(TGF-β)、骨形态生成蛋白(BMP)、表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)等[17] [18]。许多信号通路是具有组织或细胞特异性的，在某个特定组织中起到关键作用，这可能与细胞状态、细胞微环境以及其敏感性有关[19]。

3. 水通道蛋白与肾脏纤维化

3.1. 水通道蛋白

水通道蛋白(aquaporin)，是一种能够转运水分子的蛋白孔道，存在于各种组织细胞膜表面，由Agre 及其团队首先发现[20]，因为其分子量和结构特点，最初被称为CHIP28 (channel-like integral protein of 28 kDa)，后被正式命名为水通道蛋白1 (AQP1) [21]。Agre也因发现水通道蛋白而获得2003年诺贝尔化学奖。

水通道蛋白家族具有相似的结构，水通道蛋白的单个亚基是一条单肽链，具有六个跨膜结构域，在第二、三以及第五、六跨膜结构域之间存在着疏水的环状结构，在此结构上存在Asn-Pro-Ala(NPA)重复串联序列，此重复序列是水通道蛋白家族所具有的特有的高度同源的特征序列。在肽链经过折叠后两个疏水环状结构嵌入细胞磷脂层中，在膜上形成供水分子通过的孔道[22]。水通道蛋白四级结构中具有四个上述构成的亚基，在其中一个亚基上链接有一个长链多聚糖基[23]。此四聚体中每个亚基都能够独立实现水分子的转运功能，但四聚体的整体结构对维持单个亚基的功能与位置起着重要的作用[24] [25]。多种AQP活性能够被氯化汞HgCl2或其他汞剂所抑制[20]。

在肾脏中至少存在7种水通道蛋白[23]，分别是AQP1-AQP4和AQP6-AQP8。它们的分布位置各不相同，发挥着不同的作用。

3.2. 水通道蛋白与肾脏纤维化

在肾脏中至少存在7种水通道蛋白[23]，分别是AQP1-4和AQP6-8。它们的分布位置各不相同，发挥着不同的作用。水通道蛋白由于其功能与水分吸收、转运有着密切的关系。在肾脏疾病的发展中，尤

张旻澄等

其是在纤维化损伤中，水平衡的维持发生紊乱，对疾病的发展有着不利的影响。这都与水通道蛋白表达量的变化存在着重要的联系。

水通道蛋白1分布在肾脏近曲小管和髓襻降支细段[26]，与水分重吸收有着至关重要的联系。免疫电镜分析显示水通道蛋白1在原生质膜的顶端和底端都有表达，与其需要在细胞各个表面发挥水的转运的功能需要相一致[27]。水通道蛋白1在髓襻降支细段上呈现出一种轴向异质性[28]，这与肾脏内部的渗透压梯度相关，水通道蛋白1的分布密度随着渗透压的改变而改变[29]。水通道蛋白1与肾脏纤维化中的关键——EMT过程之间的联系有一些报道，Sara Lovisa等人[30]在小鼠TEC细胞上建立慢性损伤模型后检验了EMT标志物，并验证了EMT过程的发生。在此损伤过程中发现水通道蛋白1的表达出现了显著的下降。Masao Nakasatomi等人[31]在大鼠上建立UUO模型，诱发大鼠产生肾脏纤维化损伤，取肾脏组织进行检测后同样发现水通道蛋白1的表达也出现了显著性下降。体内与体外实验都说明了水通道蛋白1在肾脏纤维化损伤中表达出现明显变化，并且在这些肾脏纤维化损伤中，都检测到了EMT过程的产生。

说明水通道蛋白1在EMT过程中可能发挥了重要的调控作用。不但在慢性肾病上，在急性肾损伤造成的EMT过程中，水通道蛋白1的表达也出现了一定的变化。Shimada Mikio等人[32]使用低剂量乙酸双氧铀诱导局部肾近曲小管损伤，几天后成纤维细胞标志物表达逐渐增加，并且水通道蛋白1的表达发生显著性降低。

水通道蛋白2在集合管细胞的顶端质膜和顶端的囊泡中有着丰富的表达[33]。水通道蛋白2的最主要作用是介导水的跨膜运输。水通道蛋白2受到加压素(ADH)的调控，分为短期调节和长期调节。水通道蛋白2分布在顶端质膜和顶端的囊泡，在囊泡中的水通道蛋白2平时不发挥作用。当加压素作用于加压素II型受体(V2受体)后，含有水通道蛋白2的囊泡向顶端质膜移动，对水的转运能力也得到增强[34]。

水通道蛋白2在ADH影响下，在质膜与囊泡中不断改变位置的调节过程称为“穿梭机制”[33]。同时，加压素长期作用影响水通道蛋白2，还能够使水通道蛋白2的表达量增加，称为长期调节。水通道蛋白2表达发生改变后，集合管重吸收功能发生改变，将会出现尿崩症、肾积水等临床病症。尤其在肾积水病症表现中，肾素血管紧张素系统高度激活，炎性介质高度表达，肾小管间质会产生纤维化病变。肾积水多因尿路梗阻引起，无论是在双侧输尿管梗阻(BUO)模型中，还是在单侧输尿管梗阻(UUO)模型中，水通道蛋白2的表达都会产生显著性降低。DANILOVIC等人[35]在BUO大鼠模型中发现水通道蛋白2的表达量明显下调，纤维化相关蛋白的表达上调。而WANG等[36]人在小鼠UUO模型中发现水通道蛋白2表达量显著降低，伴随着纤维化和炎症相关因子表达的升高。多囊肾病，一种先天性遗传疾病，在发病过程中会出现纤维化指标的升高，提示其疾病末期将导致肾脏纤维化。近年来，Tamma等人[37]发现发生在多囊肾病发生过程中，水通道蛋白2的表达异常，可能在疾病过程中起到关键调节作用。

水通道蛋白3和4都分布在集合管上，与水通道蛋白2相对应，水通道蛋白3与4两者分布于基侧质膜上[38] [39]。水通道蛋白3也能够被ADH所调控，但水通道蛋白4对ADH不敏感。两者都与尿液的浓缩重吸收有关[40] [41]。水通道蛋白2将水从顶端质膜引入集合管细胞内后，水通道蛋白3与4协同作用，再将这些水分通过底端质膜引出集合管细胞，从而实现水分重吸收入血，尿液浓缩的功能。因为水通道蛋白3和4的分布位置及辅助尿液重吸收的功能，当水通道蛋白3和4的表达发生异常下调后，将引发肾积水病症。与水通道蛋白2类似，JENNIFER J.等[42]人发现当尿路上端发生梗阻后，纤维化相关基因和蛋白表达显著升高，肾脏出现一定的间质纤维化病变，在此过程中，水通道蛋白3和4表达的显著减少。李真珍[43]等人在对儿童轻度肾积水的进行研究过程中也得到了类似的结果。

水通道蛋白6分布在皮质、外髓质以及内髓质的集合管闰细胞上[44]，水通道蛋白6具有一个鲜明特点，只在细胞内的囊泡表达，而不在细胞外质膜表达。因此水通道蛋白6可能是一种特定的转运细胞内

张旻澄等

部水分的水通道蛋白。有研究[44]认为水通道蛋白6与肾小管的内吞、酸碱代谢有关。水通道蛋白7在近曲小管刷毛缘上表达，水通道蛋白8都在近曲小管和集合管表达，目前这三种水通道蛋白在肾脏的功能研究还不是很透彻，在肾脏纤维化中的相关研究也还不够完善。

由此可见，上述一些研究表明在急性肾损伤与慢性肾损伤过程中，多种水通道蛋白与肾脏纤维化或纤维化过程中的上皮间充质转分化进程存在着紧密的联系。水通道蛋白的表达状况在这些病症中发生上升或下调，有可能在一定程度上对肾脏纤维化过程起到调控作用。并且有研究[45]表明当水通道蛋白高表达时，肾脏对损伤的修复能力能够得到一定程度的提升。对于水通道蛋白能够调控肾脏纤维化损伤的推测是一个有力的支持。

4. 结语

肾脏纤维化，一个慢性肾病多会经历的病理过程，在全世界都引起的极大的关注，相关研究也在不断进行。虽然肾脏纤维化在临床中十分常见，但是暂时还没有特效的药物能够逆转纤维化过程。在理论研究领域中，抑制EMT过程可以作为一个治疗纤维化的思路，也有一些药物能够有效抑制纤维化过程，如促红细胞生成素(EPO) [46]、骨形成蛋白-7(BMP-7) [47]等。但是这些药物单体都是一些细胞因子，运用在临床中的成本较高，推广开来有一定难度。抑制氧化应激、炎症介质产生也是一个可以实行的方案，但是整体将其抑制，特异性不强，副作用较大。水通道蛋白在肾脏分布广，密度大，若作为药物靶点，能够针对于肾脏，发挥出一定的靶向作用，减少对其他器官组织的损伤。根据上述水通道蛋白与肾脏纤维化之间的实验研究，水通道蛋白很有可能在纤维化疾病过程中起到调节EMT进程的作用。若水通道蛋白能够调节纤维化疾病中的EMT过程，使EMT过程得到抑制，则水通道蛋白很有可能成为一个很有潜力，研究价值很高的治疗靶点。本文首次对肾脏内各种水通道蛋白与肾脏纤维化疾病之间的关系以及在调控纤维化过程中的作用机制进行了综述，并对水通道蛋白作为药物靶点调节纤维化病程做出了一定的展望，为今后肾脏纤维化的临床治疗提供了一个新的思路。

基金项目

本研究经费由国家自然基金(基金号81503133)和中央高校基本科研专项资金(基金号3010010004)支持。参考文献(References)

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水通道蛋白在肾脏纤维化中作用研究进展

Pharmacy Information 药物资讯, 2017, 6(2), 55-61 Published Online May 2017 in Hans. https://www.360docs.net/doc/2c13119740.html,/journal/pi https://https://www.360docs.net/doc/2c13119740.html,/10.12677/pi.2017.62010 文章引用: 张旻澄, 李霁, 于锋. 水通道蛋白在肾脏纤维化中作用研究进展[J]. 药物资讯, 2017, 6(2): 55-61. The Role of Aquaporins in Renal Fibrosis Mincheng Zhang, Ji Li, Feng Yu * Department of Clinical Pharmacy, School of Basic Medical Sciences and Clinical Pharmacy, China Pharmaceutical University, Nanjing Jiangsu Received: May 6th , 2017; accepted: May 23rd , 2017; published: May 26th , 2017 Abstract Renal fibrosis is a common pathological characteristic that usually appears during the process of chronic kidney diseases (CKD), which is a kind of progressive damage and almost irreversible. Renal fibrosis induces kidney dysfunction and finally causes renal failure. Epithelial Mesenchymal Transition (EMT) is a pathological process that the epithelial cells lose their original characteristic and express the feature of fibroblast. Renal epithelial mesenchymal transition plays a critical role in renal fibrosis and regulates the process of renal fibrosis. Aquaporin (AQP) is a kind of water channel protein that highly expressed in kidney, which is involved in water transport and the formation of osmotic pressure in kidney. The expression of AQPs changes when renal fibrosis oc-curs. Many renal diseases cause imbalance of water transport, so AQPs in kidney may take part in the regulation of various renal diseases, especially renal fibrosis. This article reviews the function and mechanism between various kinds of AQPs and renal fibrosis. At last, we make an outlook on AQPs as the potential target of the EMT process in renal fibrosis. Keywords Renal Fibrosis, Epithelial Mesenchymal Transition, Aquaporin 水通道蛋白在肾脏纤维化中作用研究进展张旻澄，李霁，于锋* 中国药科大学基础医学与临床药学学院临床药学教研室，江苏南京收稿日期：2017年5月6日；录用日期：2017年5月23日；发布日期：2017年5月26日 *通讯作者。

肾脏纤维化的检测

新纤维化为了更好的配合临床、服务患者，检验科对肾脏纤维化的检测进行了重新调整，新的项目如下。 -MG、尿NAG、尿GGT/尿Cr, 早上弃去晨尿，喝500ml水，60min 1.肾小管三项，包括尿β 2 后留尿，尽快送检。收费45元，当日出结果。一、半胱氨酸蛋白酶抑制剂C 半胱氨酸蛋白酶抑制剂C(Cysstatin C，Cys C)又称胱抑素C，是一种低分子非糖基碱性蛋白。作为检测肾功能的一种新的内源性标志物，近年受到临床上的重视。它与目前临床上常用的反映肾小球滤过功能的指标，如菊粉清除率，同位素标记物清除率，内生肌酐清除率(Ccr)，血尿素氮(BUN)和血清肌酐(CR)等相比，具有独特的优点，稳定、可靠、方便。2004年美国FDA批准将它作为检测肾功能的指标之一。 Cys C作为一种测定肾小球滤过功能的理想的内源性标志物，有其独特的优点： (1) 人体内所有有核细胞均可持续合成，并分泌至细胞外液，如血液、脑脊液、精液中。这是因为编码Cys C的基因属“管家基因”，此基因能在几乎所有的有核细胞中持续、恒定的转录与表达，无组织特异性，故产生稳定。 (2)Cys C分子量小、带正电荷，能够自由通过肾小球滤过膜，在近曲小管几乎被完全重吸收，重吸收后被完全分解代谢，不再重新回到血液循环。 (3)特别是肾脏是清除循环中Cys C的唯一器官，并且肾小管也不分泌Cys C，因而血清Cys C浓度主要由肾小球的滤过功能决定，并且不受性别、年龄、炎症反应、肿瘤、肌肉活动、肌肉量、饮食摄人等因素的影响。因此是反映GFR比较理想的指标之一 (4)Cys C灵敏度高，与肾小球滤过功能相关性良好。许多临床观察证实，当肾功能轻度受损，CR变化不明显时，血清Cys C已增高。Laterza等详细总结24项对比观察结果，l5项研究证明检测肾小球滤过损伤，Cys C优于CR和Ccr。 Cystatin C的临床应用： 1.CysC是肾小球滤过率变化的敏感指标：CysC是应用前景较好的内源性测定GFR物质，大量研究证明Cys C与GFR的线性关系优于所有其他内源性的小分子蛋白质。特别是对早期或肾功能轻度损害的肾脏疾病，Cys C诊断肾小球滤过功能的的变化，其特异性和敏感度均显著优于肌酐。 2.肾移植时Cys C的改变：对于肾移植病人，移植后的肾脏可能会因为急性排斥反应而损伤，甚至导致移植失败。因此敏感而准确监测到GFR的变化，及早的诊断与治疗是非常重要的。Cys C作为一种理想的肾小球滤过率检验的内源性标志物，在肾移植后肾功能监测中的作用倍受关注。 3.急性肾功能损伤的诊断：目前，急性肾功能损伤(AKI)的实验室检查指标是沿用了近百年的肌酐，其诊断的灵敏度不理想。最近的研究表明，Cys C较肌酐可以早1.5天检测到AKI 肾功能的改变，成为急性肾功能损伤的一项重要早期指标。 4.肾脏纤维化的诊断：半胱氨酸蛋白酶是细胞外基质（ECM）的降解酶之一， Cys C通过抑制半胱氨酸蛋白酶的活性来抑制ECM的降解，从而参于了肾脏纤维化，成为诊断肾脏纤维化、判断纤维化程度的一个重要指标。 5.在监测儿童肾功能中的优势血清肌酐的的浓度受肌肉容量的影响，很难准确反映儿童肾功的善。血清Cys C的浓度不受性别和肌肉容量的影响，也不受大多数药物和炎症、运动的影响，儿童在一岁后就达到成人水平，在监测儿童肾功能中有其独特优势。

水通道蛋白的发现

人类对水通道蛋白的研究自然界很多包括人类在内的各种生物都是由细胞组成的。细胞如同一个由城墙围起来的微小城镇，有用的物质不断被运进来，废物被不断运出去。早年前，人们就猜测细胞这一微小城镇的城墙中存在着很多“城门”，它们只允许特定的分子或离子出入。而很久以前人们就知道人体重量的70%是水，水是构成生物体最重要的物质之一。水是构成人体的重要物质，那么水是如何进入细胞的呢一直以来，人们都以为水分子进入细胞膜是靠自由扩散，但后来研究中发现细胞膜的主要成分是蛋白质和磷脂，其中磷脂双分子层构成细胞的结构骨架，而水是很难通过脂溶性物质的，那么水是很难进入细胞的，而细胞中含有大量水分那么那么水分子是如何进入细胞的呢早在100多年前，人们就猜测细胞中存在特殊的输送水分子的通道。2０世纪５０年代中期，科学家发现，细胞膜中存在着某种通道只允许水分子出入，人们称之为水通道。因为水对于生命至关重要，可以说水通道是最重要的一种细胞膜通道。尽管科学家发现存在水通道，但水通道到底是什么却一直是个谜。２０世纪８０年代中期，美国翰霍普金斯大学医学院的科学家彼得·阿格雷研究了不同的细胞膜蛋白，经过反复研究，他发现一种被称为水通道蛋白的细胞膜蛋白就是人们寻找已久的水通道。为了验证自己的发现，阿格雷把含有水通道蛋白的细胞和去除了这种蛋白的细胞进行了对比试验，结果前者能够吸水，后者不能。为进一步验证，他又制造了两种人造细胞膜，一种含有水通道蛋白，一种则不含这种蛋白。他将这两种人造细胞膜分别做成泡状物，然后放在水中，结果第一种泡状物吸收了很多水而膨胀，第二种则没有变化。这些充分说明水通道蛋白具有吸收水分子的功能，就是水通道。２０００年，阿格雷与其他研究人员一起公布了世界第一张水通道蛋白的高清度立体照片。照片揭示了这种蛋白的特殊结构只允许水分子通过。水通道的发现开辟了一个新的研究领域。目前，科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物植物和微生物中，它的种类很多，仅人体内就有１１种。它具有十分重要的功能，比如在人的肾脏中就起着关键的过滤作用。通常一个成年人每天要产生１７０升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道蛋白的过滤，其中大部分水分被人体循环利用，最终只有约１升的尿液排出人体。。阿格雷于2003年被授予诺贝尔化学奖。诺贝尔奖评选委员会说，这是个重大发现，开启了细菌、植物和哺乳动物水通道的生物化学、生理学和遗传学研究之门。水通道蛋白的发现 1988年，Agre等从人类红细胞膜上纯化分离分子量为32x10 的Rh多肽时，偶然鉴定到一种新的分子量为28x10 的整合膜蛋白，并且通过免疫印迹发现这类蛋白也存在于肾脏的近端肾小管中?，把它称为类通道整合膜蛋白(channel—like integralmembrane protein，CHIP28)。随后，在1991年Agre和Preston成功克隆得到了CHIP28的eDNA．通过分析其编码的氨基酸序列，发现CHIP28含有6个跨膜区域、2个N一糖基化位点、且N端和C端都位于膜的胞质一侧。另外，对比CHIP28与早期从牛晶体纤维中克隆得到的主要内源性蛋白(major in—trinsie protein，NIP)的DNA序列，发现二者具有高度同源性。由于很早以前就证实了MIP 家族的成员蛋白参与形成允许水和其他小分子通透的膜通道，因此，推测CHIP28可能也具有类似功能‘。1992年，Preston等通过在非洲爪蟾的卵母细胞中表达CHIP28，首次证实它是一种水通道蛋白。非洲爪蟾的卵母细胞对水具有极低的渗透性，当向其中显微注射体外转录的CHIP28的RNA后，卵母细胞在低渗溶液中迅速膨胀，并于5 min内破裂这一现象表明注射CHIP28的RNA后卯母细胞膜的水通透性有了明显提高。为了进一步通讯作者确定CHIP28的功能．将提纯的CHIP28构建在蛋白磷脂体中，构建后的蛋白磷脂体对水的通透性增长了50倍．但对尿素却不具备通透性[ 。这些结果最终证实了CHIP28为水通道蛋白，后来它被命名

肾纤维化动物模型特点与研究进展

肾纤维化动物模型特点与研究进展肾纤维化动物模型特点与研究进展本文关键词：纤维化，研究进展，模型，动物肾纤维化动物模型特点与研究进展本文简介：摘要：肾纤维化为慢性肾病发展至终末期肾衰所必经的相同病理路径，病理改变分为肾间质纤维化和肾小球硬化。肾纤维化的理想动物模型对慢性肾病发病机制的研究及其治疗药物的研发等存在现实意义。目前，肾纤维化动物模型制作包括药物或毒物诱导、手术模型以及基因敲除等多种模型，不同动物模型肾功能、肾组织病理等方面各具特肾纤维化动物模型特点与研究进展本文内容：摘要：肾纤维化为慢性肾病发展至终末期肾衰所必经的相同病理路径，病理改变分为肾间质纤维化和肾小球硬化。肾纤维化的理想动物模型对慢性肾病发病机制的研究及其治疗药物的研发等存在现实意义。目前，肾纤维化动物模型制作包括药物或毒物诱导、手术模型以及基因敲除等多种模型，不同动物模型肾功能、肾组织病理等方面各具特点，尚无法完全模拟人类慢性肾疾病，这提示慢性肾疾病发病的复杂性，对于其病理机制认识与防治具有重要意义。关键词：肾纤维化；肾间质纤维化；肾小球硬化；动物模型；肾纤维化是肾单位损坏，间质中成纤维细胞的大量增生及肌成纤

维细胞的形成、细胞外基质生成过度并沉积发生的肾小球硬化（glomerulosclerosis, GS）、肾间质纤维化（renal interstitial fibrosis, RIF）, 并最终丧失肾功能。确诊肾纤维化的金指标为肾组织的病理学检查，包括观察肾小管、间质和肾小球基底膜的病理形态。肾纤维化的大体病理观察主要是：肾脏明显硬化、减小，表面不平整、颗粒样变；镜下观：肾间质炎性细胞弥漫性浸润、间质纤维组织增殖、纤维化形成；肾小球大部分发生硬化、透明样改变，毛细血管破坏，系膜基质增生；由于肾小球血流受阻，而造成肾小管发生萎缩，病变轻处，残余肾代偿性增大；生化检测主要表现在血清尿素氮（blood urea nitrogen, BUN）、血清肌酐（serum creatinine, SCr）、24 h尿蛋白定量异常[1]. 诱导肾纤维化的方法主要有药物或毒物（氯化汞、环孢素A、肾毒性药物、氨基糖苷类药物等）、手术（输尿管单侧结扎、5/6肾切除模型、肾缺血-再灌注等）、单侧肾切除复合AngⅡ等复合因素以及转基因模型等等，本文对常见模型综述如下。 1 药物或毒物诱导模型重金属如汞；抗肿瘤药物如阿霉素；氨基糖苷类抗生素如链脲霉素；含有马兜铃酸的中草药；血管紧张素Ⅱ；器官移植术后的免疫抑

大鼠肾纤维化模型

大鼠肾纤维化模型肾积水(hydronephrosis)是指尿液从肾盂排出受阻，蓄积后肾内压力增高，肾盂肾盏扩张，肾实质萎缩，导致肾功能减退。梗阻性肾病其主要的病理生理改变是肾积水、肾盂及肾小管压力升高、肾间质水肿、炎性细胞浸润、肾间质内成纤维细胞增生、肾间质胶原蛋白聚集、肾间质增宽、肾小管萎缩，最终导致肾间质纤维化和肾单位减少，引起肾功能衰竭。单侧输尿管梗阻是比较成熟的肾间质纤维化模型，结扎2周就可有成纤维细胞的增生和间质细胞外基质的生成。但是由于输尿管的结扎使患侧肾盂中的尿液不能外排，加上对侧肾脏的代偿作用，所以一般情况模型组血肌酐、尿素氮、NAG以及24h尿蛋白仅明显高于正常组，但还处于正常范围之内，同时对侧肾一般也无明显改变，而患侧肾脏组织中大量炎症细胞浸润、肾小管和间质的结构严重破坏以及肾间质纤维化，最后肾间质呈现广泛的纤维化，而肾小球几乎没有病变。因此单侧输尿管梗阻模型在研究肾间质纤维化方面使研究的靶点明确，有利于其病变机理及抗间质纤维化治疗的研究。 1.实验动物 SPF级Wistar大鼠，健康，雄性，体重为180g~200g 2.实验分组实验分六组：正常对照组、模型组、阳性药组、受试药组三个剂量组，每组15只动物。 3.实验周期 7d，14d，21d，28d 4.建模方法 1术前一晚禁食,自由饮水。 2称量大鼠，腹腔注射水合氯醛（15%）350mg/kg麻醉，剃毛固定后用碘酒及酒精擦拭手术区域。3在上腹中线偏左约3-4mm剪开腹壁，手术组分离出左肾输尿管。 4在靠近肾下极处结扎并分离输尿管，然后双结扎，在2个结扎中间剪断输尿管，逐层缝合肌层及腹壁，酒精清洁缝合处。待小鼠清醒后，将其放回洁净笼具后放回饲养室饲养，定期观察大鼠状态及死亡情况并做好记录。 5置于加热垫至其苏醒。假手术组不结扎输尿管，其余步骤相同。 6术后三天连续注射青霉素20万单位/天防止感染。 5.模型的评价 5.1 蛋白尿含量、尿NAG活性测定模型组术后2周、4周的24h尿蛋白含量以及尿酶NAG活性比正常组和假手术组明显上升。

水通道蛋白综述与展望

水通道蛋白水通道-从原子结构到临床医学生物膜的透水性在生理学上是一个长期存在的问题，但负责此类蛋白质的蛋白质仍然未知，直到发现水通道蛋白1（AQP1）水通道蛋白。AQP1由渗透梯度驱动的水选择性渗透。人类AQP1的原子结构最近被定义。四聚体的每个亚基含有允许水分子单文件通过但中断氢键通过质子所需的单独水孔。已经鉴定了至少10种哺乳动物水通道蛋白，并且它们被水（水通道蛋白）或水加甘油（水甘油聚糖）选择性渗透。表达位点与临床表型密切相关，从先天性白内障到肾源性尿崩症。在植物，微生物，无脊椎动物和脊椎动物中发现超过200个水通道蛋白家族成员，并且它们对这些生物体的生理学的重要性正在被揭开。在20世纪20年代发现脂质双层提供了当沐浴在较低或较高pH或含有毒性浓度的Ca2 +或其他溶质的细胞外液中时细胞如何维持其最佳细胞内环境的解释。从1950年代开始发现离子通道，交换剂和共转运体为溶质的跨膜运动提供了分子解释。然而，长期以来，假定水的输送是由于通过脂质双层的简单扩散。来自具有高膜渗透性的多个实验系统的观察，例如两栖膀胱和哺乳动物红细胞，表明通过脂质双层的扩散不是水跨越膜的唯一途径。虽然提出了各种解释，但直到10年前发现AQP1才能知道分子水 - 特异性转运蛋白（Preston 等，1999）。

现在人们普遍同意扩散和通道介导的水分运动都存在。通过所有生物膜以相对较低的速度发生扩散。水通道蛋白水通道发现于上皮细胞的一部分10至100倍的水渗透能力。值得注意的是，水通道蛋白水通道的选择性非常高，甚至质子（H3O +）被排斥。在大多数组织中，扩散是双向的，因为水进入细胞并从细胞释放，而水通道蛋白介导的体内水流则由渗透或液压梯度引导。扩散的化学抑制剂是未知的，扩散发生在高Ea（Arrhenius活化能）。相比之下，大多数哺乳动物水通道蛋白受汞的抑制，Ea等同于大量溶液中水的扩散（?5 kcal mol_1）。水通道蛋白的发现说明了偶发性在生物学研究中的重要性，并且引起了上游流体运输过程中水如何穿过生物膜的范式的完全转变。这个话题对正常生理学以及影响人类的多种临床疾病的病理生理学非常重要。水通道蛋白在几乎每一种生物体中被鉴定出来，包括高等哺乳动物，其他脊椎动物，无脊椎动物，植物，真细菌，原细菌和其他微生物，表明这种新认可的蛋白质家族参与了整个自然界的不同生物过程。一、发现AQP1 红细胞Rh血型抗原不知道参与水运（Heitman＆Agre，2000），但是Rh的研究导致了水通道蛋白的偶

肾纤维化模型研究进展样本

肾纤维化模型研究进展肾纤维化是各种形式肾脏病发展的最终共同途径, 其结果是肾脏功能进行性不可逆转的损害, 给人类健康带来巨大威胁。肾纤维化类型多种多样, 不同的致肾脏损害因素, 均可导致肾纤维化。因此, 建立好的肾纤维化模型对于研究肾纤维化的发病机制、预防和治疗、延缓肾纤维化的措施均有十分重要的意义。动物实验证实, 肾纤维化与炎性细胞的侵润、成纤维细胞分化/增殖、细胞外基质蛋白的沉积和肾小管萎缩有关［1］。肾纤维化的发生机制是一个非常复杂的慢性病理过程, 很多细胞介质和生长因子都直接或间接参与了这一过程。当前的研究主要集中于以下3 个方面: 细胞生长因子的作用, 主要包括促纤维化的转化生长因子β( TGF－β)、成纤维细胞生长因子( FGF) 、血管紧张素Ⅱ( Ang Ⅱ) 和起保护作用的肝细胞生长因子( HGF);肾小管上皮细胞－肌成纤维细胞转分 TEMT or EMT) 过程的作用, 包括表示α平滑肌肌动蛋白(α－SMA) 的肌成纤维细胞、细胞外基质成分如胶原( Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ) 、纤维连接蛋白( FN) 等; 信号转导通路的作用, 包括 Smad 依赖性信号转导通路( 主要是Smad2、Smad3 和起负调节作用的Smad7) 和非TGF－β依赖的 Smad 信号转导通路( 如 ERK/P38MAPK) 。

1 单侧输尿管结扎(UUO)导致的肾纤维化模型大鼠UUO模型的制作方法: 大鼠氯胺酮麻醉后取右侧卧位, 局部剃毛, 常规消毒铺孔巾, 选择左侧背部肋下约0.5cm为切口, 依次切开皮肤至腹膜后, 游离肾脏及输尿管, 将左侧输尿管用组织钳托起取中段部位, 用止血钳夹住, 在管两端各用丝线结扎后剪断输尿管, 然后连续缝合皮肤。 UUO的特点是: 进行性小管萎缩及间质纤维化。小管和间质细胞增生, 肾实质巨噬细胞、单核细胞浸润,这些改变最终导致小管间质纤维化和小管萎缩[2], 肾实质被纤维组织取代, 而肾小球相对不受影响, 不会产生高血压或脂代谢异常[3]。对UUO肾脏进行组织学观察, UUO术后3天, 能够看到梗阻肾发生间质纤维化损害, 表现为成肌纤维细胞激活, 纤连蛋白过表示, 间质基质沉积, 一直持续到14天(观察期结束)[4]。50%-60%的小鼠UUO模型最终的纤维化依赖于血管紧张素原基因的表示, 从而在肾间质中ANG-ò浓度显著高于血浆浓度。大鼠UUO是研究肾间质病变较好的动物模型, 其方法简便, 病变均一, 有较好的重复性。UUO已成为一种研究肾纤维化机制的重要模型, 是评价改进肾脏病的有效治疗方法的重要模型。许多可定量的病理生理改变在UUO后一周发生, 这使它成为研究具有吸引力的模型, 此种模型的一些研究结果已同梗阻后肾病的病人的一些观察结果作比较。许多证据表明啮齿类动物的UUO模型可反映

肾脏纤维化的分期介绍

肾脏纤维化的分期介绍概念肾脏图肾脏纤维化是一种病理生理改变，是肾脏的功能由健康到损伤，再到损坏，直至功能丧失的渐进过程。肾脏由于受到创伤、感染、炎症、血循环障碍，以及免疫反应等多种致病因素刺激，其固有细胞受损，发展到后期出现大量胶原沉积和积聚，造成肾实质逐渐硬化，形成瘢痕，直至肾脏完全丧失脏器功能。肾脏内固有细胞纤维化、硬化的过程也就是肾脏纤维化的过程。肾脏纤维化是以细胞外基质（ECM）的异常沉积为特征的。疾病分期一期炎症反应期该期是肾脏组织受各种致病原因损伤后，出现的炎症反应阶段，此期在临床上除仅有尿检异常外，无任何不适，亦称无症状期。由于肾小球的滤过功能代偿性很强，此时的肾功能可不受影响或轻度损伤，但在肾脏内部炎症反应后的病理损伤是严重的，部分病人已经出现肾小球硬化，其临床症状的出现是滞后的。该期如果规范治疗。如采用扩血管、抗炎、抗凝、防血栓形成以及降解治疗措施，病情是完全可以逆转的，甚至可以痊愈。如果未经规范治疗，或错过治疗时机，肾脏内部病理损伤会逐渐加重，病情就会迅速发展到纤维化形成期和瘢痕形成期，给治疗会带来很大难度，且困难多，逆转机会少。二期纤维化形成期该期是肾脏纤维化形成已发展到全肾脏组织，纤维化形成后的炎症损伤已经破环了健康肾单位，影响了肾功能，病情已进入到失代偿期或肾衰竭期。如果在该期继续规范治疗，继续扩血管、抗炎、抗凝和重点对纤维组织进行降解治疗的措施，只要这四项阻断治疗措施到位，病情就有可能逆转，远离透析；如果没能有效预防与控制易感因素，没能控制好饮食

或治疗不到位，如果对一些可逆因素错过了有利治疗时机，病情很快会进入瘢痕形成期——尿毒症终末期。三期瘢痕形成期肾脏纤维组织一旦发展成瘢痕组织，是永远不可能逆转的。如果患者还有1000多毫升尿量，就说明还有保持尿量的残存肾功能，通过微化中药多靶点治疗只要能保护好目前的残存肾单位，使肾功能不再继续恶化进展，就有希望逐渐延长透析时间或逐渐摆脱透析。为了便于理解，将肾脏纤维化形成过程简化为二期，一是可逆期，即：炎症反应期、纤维化形成前期，此期如及时规范治疗，其纤维化的病理损伤时完全可以治愈的。二是不可逆期，也就是瘢痕形成期，当功能肾单位一旦成为瘢痕组织，就是不可逆转。疾病关系由各种致病原因导致肾脏固有细胞受损，并释放一系列炎性介质，出现炎性反映，细胞活性增加，这种肾病发病的初始阶段就是肾炎阶段；随着细胞受损程度的加重，细胞表型发生转化，细胞开始出现硬化，功能开始丧失。当丧失的程度还不足50%时，也就是细胞硬化总数还不超过一半以上时，这就是肾脏纤维化的前期。在这个阶段，由于肾的代偿能力还很强，仍没有临床指标变化，肌酐和尿素氮都没有超出健康范围，但此时肾脏纤维化已经接近中期阶段。随着肾脏纤维化地不断发展，丧失功能的硬化细胞逐渐增多，健康的肾单位越来越少。当健康的肾单位（也称作残存的肾单位）低于20%时，就进入了肾功能的衰竭期，酸中毒等一些尿毒症的症状就开始出现了。这时，沈阳虹桥肾病医院就称之为肾脏纤维化的基质合成期。当90%的肾脏细胞都已经纤维化，也即残存的肾单位低于10%时，患者就会出现严重的代谢性酸中毒症状，心脏、大脑等都会出现一系列恶化症状，这时也就进入了终末期肾衰竭（end stage renal failure ESRF）,即尿毒症时期。此时的肾脏纤维化程度就称之为后基质合成期。在这一时期，残存的肾单位都进入了硬化期，细胞都进入硬化程序，也叫做基质自主生成期。这时的细胞外基质合成不依靠外因促成，而是自主生成和自我增值。肾脏纤维化由此可见，慢性肾炎如果得不到有效控制就会导致肾脏纤维化的启动，肾脏纤维化的进程如果不能被阻断，就会导致肾功能逐渐丧失，进而达到尿毒症阶段。所以，尿毒症是肾脏纤维化扩大化的最终表现，无论是预尿毒症还是治疗尿毒症，都必须从阻断肾脏纤维化进

水通道蛋白

水通道蛋白水通道蛋白（Aquaporin），又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质（内在膜蛋白），在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出，就像是“细胞的水泵”一样。水通道是由约翰霍普金斯大学医学院的美国科学家彼得·阿格雷所发现，他与通过X射线晶体学技术确认钾离子通道结构的洛克斐勒大学霍华休斯医学研究中心的罗德里克·麦金农共同荣获了2003年诺贝尔化学奖。水分子经过Aquaporin时会形成单一纵列，进入弯曲狭窄的通道内，内部的偶极力与极性会帮助水分子旋转，以适当角度穿越狭窄的通道，因此Aquaporin的蛋白构形为仅能使水分子通过之原因水通道蛋白的发现编辑 Agre等(1988)在分离纯化红细胞膜上的Rh多肽时，发现了一个28 kD的疏水性跨膜蛋白，称为形成通道的整合膜蛋白28(channel-forming inte—gral membrane protein，CHIP28)，1991年完成了其cDNA克隆(Verkman，2003)。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CHIP28 mDNA 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5 min 内破裂。为进一步确定其功能，又将其构于蛋白磷脂体内，通过活化能及渗透系数的测定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Aquaporinl(AQPl)。水通道蛋白分类编辑 AQP0 AQP0最初称之为主体内在蛋白(major intrinsic protein，MIP)，在晶状体纤维中细胞中表达丰富，与晶状体的透明度有关．AQpo的突变可能导致晶状体水肿和白内障。小鼠缺乏AQPO将患先天性白内障[61]。 AQP1 AQP1是1988年发现的,开始将这种蛋白称为通道形成整合蛋白(CHIP),是人的红细胞膜的一种主要蛋白。它可以使红细胞快速膨胀和收缩以适应细胞间渗透性的变化。AQP1蛋白也存在于

视神经脊髓炎与其特异性抗体——抗水通道蛋白4抗体(综述)

视神经脊髓炎与其特异性抗体——抗水通道蛋白4抗体(综述) 作者：梁松岚，王维治，梁庆成作者单位：哈尔滨医科大学附属第二医院神经内科,黑龙江,哈尔滨,150086 刊名：中国神经免疫学和神经病学杂志英文刊名：CHINESE JOURNAL OF NEUROIMMUNOLOGY AND NEUROLOGY 年，卷(期)：2008,15(2) 参考文献(11条) 1.Lennon VA;Kryzer TJ;Pittock SJ IgG marker of optic-spinal multiple sclerosis binds to the aquaporin-4 water[外文期刊] 2005(04) 2.Lennon VA;Wingerchuk DM;Kryzer TJ A serum autoantibody marker of neuromyelitis optica 2004 3.Takata K;Matsuzaki T;Tajika Y Aquaporins:water channel proteins of the cell membrane 2004(01) 4.Pittock SJ;Weinshenker BG;Lucchinetti CF Neuromyelitis optica brain lesions localized at sites of high aquaporin 4 expression[外文期刊] 2006(7) 5.Vernant JC;Cabre P;Smadja D Recurrent optic neuromyelitis with endocrinopathies:a new syndrome[外文期刊] 1997(01) 6.Roemer SF;Parisi JE;Lennon VA Pattern-specific loss of aquaporin-4 immunoreactivity distinguishes neuromyelitis optica from multiple sclerosis[外文期刊] 2007(05) 7.Misu T;Fujihara K;Kakita A Loss of aquaporin 4 in lesions of neuromyelitis optica:distinction from multiple sclerosis[外文期刊] 2007(05) 8.Takahashi T;Fujihara K;Nakashima I Anti-aquaporin-4 antibody is involved in the pathogenesis of NMO:a study on antibody titre[外文期刊] 2007(05) 9.Weinshenker BG;Wingerchuk DM;Vukusic S Neuromyelitis optica IgG predicts relapse after longitudinally extensive transverse myelitis[外文期刊] 2006(03) 10.Paul F;Jarius S;Aktas O Antibody to aquaporin 4 in the diagnosis of neuromyelitis optica[外文期刊] 2007(04) 11.Matsuoka T;Matsushita T;Kawano Y Heterogeneity of aquaporin-4 autoimmunity and spinal cord lesions in multiple sclerosis in Japanese[外文期刊] 2007(05) 本文读者也读过(10条) 1.王慧娟抗水通道蛋白-4抗体对MS与NMO鉴别诊断价值的研究进展[学位论文]2008 2.陈敏水通道蛋白-4与视神经脊髓炎[期刊论文]-中国实用神经疾病杂志2011,14(13) 3.肖琴华.涂江龙.熊友生水通道蛋白4与视神经脊髓炎[期刊论文]-中国临床神经科学2008,16(4) 4.孙巧松.刘俊秀.丰岩清.国宁.陈曦.赖蓉.黄帆.SUN Qiao-song.LIU Jun-xiu.FENG Yan-qing.GUO Ning.CHEN Xi .LAI Rong.HUANG Fan中国人视神经脊髓炎疾病谱NMO-IgG/anti-AQP4抗体检测方法学的比较[期刊论文]-中山大学学报（医学科学版）2010,31(6) 5.宋德禄.钟勇.Song Delu.Zhong Yong水通道蛋白4在视神经脊髓炎发病机制中的研究进展[期刊论文]-眼科研究2009,27(7) 6.尤小凡.胡文立水通道蛋白4与视神经脊髓炎的发病机制[期刊论文]-中华神经科杂志2010,43(4) 7.武雷.黄德晖.吴卫平水通道蛋白4抗体在视神经脊髓炎发病机制中的作用[期刊论文]-中国神经免疫学和神经病学杂志2011,18(6)

肾脏纤维化发生机制及其治疗学新进展(一)

肾脏纤维化发生机制及其治疗学新进展(一) 关键词：肾脏纤维化病理机制治疗学各种原因引起的慢性肾脏疾病进展为终末期肾衰（endstagerenalfailure，ESRF）的实质是肾脏纤维化和硬化，从而导致有效肾单位丧失和肾功能的进行性下降。近年研究揭示，炎症细胞浸润，肾脏固有细胞在致纤维化性生长因子（growthfactors，GF）、细胞因子等作用下发生表型改变等是肾脏纤维化形成的重要机制。此外，细胞外基质成分（ECM）的产生与降解过程的失调而致其过度积聚，进一步促进了肾脏的硬化和肾功能的丧失。现就肾脏纤维化形成过程中所涉及的主要机制及与此有关的治疗学进展作一简述。 1肾小球硬化（glomerulosclerosis，GS）无论肾病原发病因如何，终末期肾脏均表现为GS，并进而导致肾小球滤过功能的丧失。近年来GS机制研究取得不少进展，主要表现在以下几个方面。 1．1肾小球毛细血管内皮细胞损害是GS的重要始动因素正常情况下内皮细胞不仅是维持毛细血管结构完整的屏障，而且还可以通过自分泌或（和）旁分泌方式产生一系列的体液因子（如内皮素、NO、PGI2等）而调节局部血流动力学及凝血过程。此外，这些局部体液因子尚可通过对系膜细胞（mesangialcell，MC）的作用而调节肾小球的滤过功能。内皮细胞受损后，其抗凝活性下降，促进血小板的粘附与聚集，毛细血管微血栓形成。内皮细胞表型的改变包括细胞表面表达细胞粘附分子（celladhesionmolecule，CAM），后者促进白细胞粘附于肾小球毛细血管并继而向血管襻浸润。损伤或（和）激活的内皮细胞通过释放细胞因子如IL－1（白介素－1）、TNFα（肿瘤坏死因子α）、化学趋化因子（chemokine，如IL－8）、单核细胞趋化肽－1（MCP－1）、巨噬细胞炎症蛋白－2（MIP－2），进一步吸引炎症细胞至肾小球并导致它们的激活。IL－1，TNFα还可促进血栓的形成。因此，肾小球内皮细胞通过与循环白细胞及血小板的相互作用而启动肾小球硬化的过程。 1．2mC在肾小球硬化中的作用 MC是肾小球内平滑肌样细胞，它可以合成和释放致炎性细胞因子和趋化细胞因子（MCP－1，RANTES）以及致纤维化性GF，如血小板生长因子（PDGF）。MC对损伤的反应是增生、发生表型改变并产生ECM。激活的血小板、核细胞及损伤的内皮细胞均可通过释放一系列因子而介导这种反应。MC增生往往是系膜硬化及GS的前奏。在所有细胞因子中，PDGF及TGFβ（转移生长因子β）已被公认在系膜增生及硬化中起最为重要的作用。大鼠体内直接注射PDGF可刺激肾脏MC增生。将人PDGF基因转移给大鼠亦导致MC增生。与PDGF不同的是，TGFβ对MC的增生具有双相性调节作用，即低浓度时起促进作用，而高浓度时起抑制作用。TGFβ还能强力促进系膜及上皮细胞合成ECM成分。最近人们发现TGFβ尚可引起MC表型改变，使其成为成肌纤维细胞（myofibro-blast，MFB）。MC的这种表型改变是其激活及增生的象征，并在临床及动物实验中证实具有较好的判断预后价值。研究证实当MC表达MFB 标记性蛋白－α平滑肌肌动蛋白（，α－SMA）增加时，GS程度加重，这是由于转型的MC能够合成Ⅰ、Ⅲ型胶原，而由肾小球MC释放的基质金属蛋白酶（MMPS）仅能降解Ⅳ型胶原，并不能降解Ⅰ、Ⅲ型胶原所致。有趣的是，肾小球基质成分的改变反过来又可能影响MC，进一步促进其增生和转化。 2肾小管、间质纤维化小管间质纤维化（tubulo－interstitialfibrosis，TIF）是肾脏硬化的一个重要特征。无论肾脏原发病变在肾小球、肾小管还是血管，大多数进展性肾病均可见到TIF，而TIF的出现又往往预示着肾脏病变预后不好。动物实验发现，如果没有同时伴有小管、间质炎症性浸润及纤维化，肾小球硬化乃至肾功能不全就很少发生。 TIF的发生机制与前述GS的机制有许多相似之处。不过肾小管细胞在其中起了十分重要的作用。因为当其受损时，它可以表达细胞粘附分子，释放趋化因子、细胞因子及GF，还有MCP

水通道蛋白的发现及对人体的作用

水通道蛋白的发现及对人体的作用刘彦成（渭南师范学院环境与生命科学系陕西渭南 714000）摘要：水通道蛋白(aquaporin，AQP) 是一种对水专一的通道蛋白。具有介导水的跨膜转运和调节体内水代谢平衡的功能。水通道蛋白调节失控与水平衡紊乱等一系列疾病密切相关。关键词：细胞膜；水通道蛋白（AQP）；跨膜转运；疾病；调节 Abstract:The pass of water protein (aquaporin, AQP) is one kind of adding water single-minded channel protein.Has lies between leads the water the cross membrane transportation and the adjustment body domestic waters metabolism balance function.Pass of water protein adjustment out of control and level balance disorder and so on a series of disease close correlation. Key word:Cell membrane pass of water protein (AQP) cross membrane transportation disease adjusts 1 水通道蛋白的发现 1.1 细胞膜的运输方式细胞是构成生物的基本单位，细胞与细胞之间则是通过细胞膜来沟通和实现基本的生命活动。细胞膜的主要成分为磷脂和蛋白质，其结构为磷脂双分子层，磷脂双分子层上有糖蛋白，糖蛋白所在一侧为细胞外侧。物质跨膜运输可分为自图1 细胞膜的立体结构由扩散（不需能量、载体），协助扩散（不需要能量、需载体），主动运输（要能量、需载体）三种。还有一些大分子物质是通过胞吞、胞吐方式通过细胞膜，它们需要能量、不要载体。另外还有一种很主要的方式就是通道蛋白。 1.2 生物膜水通道的发现【1】长期以来对于水的运输方式研究者普遍认为主要有两种：即简单的扩散方式和借助离子通道通过磷脂双分子层。近些年研究者发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高, 很难用简单扩散来解释。如将红细胞移入低渗溶液后，很快吸水膨胀而溶血，而水生动物的

水通道蛋白的基本结构与特异性通透机理

水通道蛋白的基本结构与特异性通透机理王晶桑建利（北京师范大学生命科学学院北京 100875）摘要水通道蛋白是一个具有跨膜运输水分子功能的蛋白家族。从1988 年Agre 等发现水通道蛋白起，目前在不同物种中已经发现了200 余种水通道蛋白，其中存在哺乳动物体内的有13 种。概述了水通道蛋白的结构、组织特异性分布及特异性通透机理。关键词水通道蛋白水分跨膜转运水分子的跨膜转运对维持不同区域的液体平衡和内环境稳态非常重要。水分子作为一种不带电荷且半径极小的极性分子，很早被证实能通过自由扩散穿透脂质双分子层。在发现水通道蛋白以前，人们一直认为这是水分子透过质膜的唯一方式。但通过实验发现，红细胞和肾小管细胞中水的通透速率之快远非简单扩散强度所能提供的，因此猜测，质膜上可能存在某种通道介导水的转运。 1 水通道蛋白的发现 1988年，Agre 等从人类红细胞膜上纯化分离分子量为32×106的Rh 多肽时，偶然鉴定到一种新的分子量为28×106的整合膜蛋白，并且通过免疫印迹发现这类蛋白也存在于肾脏的近端肾小管中［1］，把它称为类通道整合膜蛋白（channel-like integralmembrane protein, CHIP28）。随后，在1991 年Agre 和Preston 成功克隆得到了CHIP28 的cDNA，通过分析其编码的氨基酸序列，发现CHIP28 含有6个跨膜区域、2个N-糖基化位点、且N 端和C 端都位于膜的胞质一侧。另外，对比CHIP28 与早期从牛晶体纤维中克隆得到的主要内源性蛋白（major intrinsicprotein,MIP）的DNA 序列，发现二者具有高度同源性。由于很早以前就证实了MIP 家族的成员蛋白参与形成允许水和其他小分子通透的膜通道，因此，推测CHIP28 可能也具有类似功能［2］。1992 年，Preston 等通过在非洲爪蟾的卵母细胞中表达CHIP28，首次证实它是一种水通道蛋白。非洲爪蟾的卵母细胞对水具有极低的渗透性，当向其中显微注射体外转录的CHIP28 的RNA后，卵母细胞在低渗溶液中迅速膨胀，并于5 min内破裂。这一现象表明注射CHIP28 的RNA 后卵母细胞膜的水通透性有了明显提高。为了进一步确定CHIP28 的功能，将提纯的CHIP28 构建在蛋白磷脂体中，构建后的蛋白磷脂体对水的通透性增长了50 倍，但对尿素却不具备通透性［3］。这些结果最终证实了CHIP28 为水通道蛋白，后来它被命名为水通道蛋白-1（aquaporin-1，AQP1）。水通道蛋白的发现，开辟了一个崭新的领域。随着更多亚型的发现，水通道蛋白相关研究成为了膜转运方向的研究热点，Agre 也因其对水通道蛋白做出的突出贡献而获得2003 年诺贝尔化学奖。 2 水通道蛋白的分子结构水通道蛋白分布广泛，目前已在哺乳动物、两栖类、植物、酵母、细菌以及各种各样的有机体中发现水通道蛋白的存在。水通道蛋白是一类高度保守的疏水小分子膜整合蛋白，各种亚型之间蛋白序列及三维结构非常相似。哺乳动物水通道蛋白的分子大小在26×106～34×106之间，氨基酸序列同源性为19%~52%［4］。因水通道蛋白的三维结构相似，一般以AQP1的结构作为代表。AQP1 是一条由269 个氨基酸残基构成的单肽链，对比AQP1 分子前后半段的氨基酸序列，发现2 段序列具有相关性，推测AQP1在进化上可能是通过基因复制而来。单肽链

水通道蛋白1在哺乳动物体内的分布及功能_蔡倩倩

解剖科学进展　Progress of Anatomical Sciences　2012 Sep,18(5):469~472 水通道蛋白1在哺乳动物体内的分布及功能 *蔡倩倩，高俊英，谭美芸，肖　明（南京医科大学人体解剖学系，江苏南京 210029）【摘要】　水通道蛋白1（aquaporins1，AQP1）是参与水分子跨膜转运的重要膜通道蛋白家族成员之一，广泛分布于各组织中，在机体物质代谢和水平衡中起着重要的作用。本文就AQP1在哺乳动物各组织中的表达和分布及其参与脑脊液的产生、细胞生物学特性的调节和感觉传导等方面相关功能的研究现况和进展作一综述。【中图分类号】　Q 469 【文献标识码】　A 【文章编号】　1006-2947（2012）05-0469-04 【收稿日期】 2011-12-05 【基金项目】国家自然科学基金资助项目 ( Ky1010121091111127 )*通讯作者（To whom correspondence should be addressed） Distribution and function of aquaporin 1 in the mammalian body *CAI Qian-qian, GAO Jun-ying , TAN Mei-yun, XIAO Ming ( Department of Anatomy, Nanjing Medical University, Nanjing 210029, China ) 【Abstract】　Aquaporin1 (AQP1), one of the most important water-transport membrane channel protein family members, is extensively distributed in various tissue and contributes to the maintenance of metabolism and water balance. In this review, we summarized the localization and expression of AQP1 in different tissues in the mammalian body and recent progress of its role in the cerebrospinal fluid production, cellular biological characteristic modulation and sensory transduction. Agre研究小组（1988）在分离红细胞膜、纯化RT-PCR、原位杂交，组织化学、免疫电镜、Rh多肽时发现了一个28kDa的疏水性跨膜蛋白，并Western blot等方法的研究从基因和蛋白水平证实于1991年完成了对该蛋白的cDNA克隆，分析得出其AQP1在哺乳动物体内的分布。结果表明AQP1广泛是由269个氨基酸组成的多肽序列，他们将之命名为分布于直接参与液体平衡调节的组织和细胞，如肾[1,2]单位的近端小管和髓袢降支细段上皮细胞的顶质CHIP28（28kDa的通道样整合膜蛋白）。由于其在膜、红细胞膜、肺泡上皮细胞、毛细血管内皮细红细胞膜表面的表达量较高，而红细胞对水分子有胞、肝胆管、胆囊、睫状体和晶状体上皮以及角膜高度通透性，因而推测该蛋白可能参与水分子的跨内皮细胞的顶侧和基底侧膜以及脉络丛上皮细胞的膜转运。为此，他们将非洲爪蟾的卵母细胞转染[4, 5]CHIP28 RNA后发现其对水的通透性增加，从而证实顶膜。不仅如此，在神经组织中也发现了AQP1的[3]表达与分布。如鼠类的三叉神经节、背根神经节中CHIP28参与水分子的跨膜转运。1997年国际基因组[6]将这种蛋白正式命名为水通道蛋白1（aquaporin 1，部分初级感觉神经元；人类的脑内星形胶质细胞除[7]AQP1）。Arge也因此获得2003年的诺贝尔化学奖。了表达AQP1 外，也表达AQP4。人类内脏神经丛内[8]的胶质细胞和坐骨神经轴突亦表达AQP1。1　AQP1在组织中的表达与分布 2　AQP1在脑脊液的产生过程中起重要作用 AQP1作为第一个被发现的水通道蛋白，在机体多种组织细胞上均有表达，在与体液产生和循环密大量的研究表明AQP1在脑脉络丛上皮细胞上特切相关的上皮细胞与内皮细胞中含量尤其丰富，在异性分布，并参与脑脊液的产生和循环过程。来自[9]水转运和平衡方面起重要作用。一系列基于免疫、 Oshio等的研究表明AQP1基因敲除小鼠脑脊液的生成较野生型小鼠有所减少，减少量为20%-25%。这一数据表明，脉络丛参与60%-80%脑脊液的生成，脉络丛外的脑实质细胞辅助这一过程，当前者结构