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水通道蛋白1及4在喉癌组织中的分布及意义
水通道蛋白1及4在喉癌组织中的分布及意义1关兵1，孙丽光2，董震1，杨占泉1，王鑫11吉林大学中日联谊医院，长春（130033）2吉林大学公共卫生学院卫生部放射生物学重点实验室，长春（130021）E-mail：dongzhen@摘要：目的明确水通道蛋白1(aquaporin 1, AQP1)及水通道蛋白4(aquaporin 4, AQP4)在喉癌组织中的表达和分布，并探讨其在喉癌发病中的意义。
方法取喉癌组织20例及癌旁正常组织15例，应用RT-PCR、Western blot、免疫组织化学技术检测AQP1及AQP4在喉癌和正常对照组织中的表达及分布。
结果 AQP1主要表达于正常喉粘膜固有层的血管内皮细胞及喉粘膜腺体。
大量表达于喉癌组中的血管内皮细胞及部分肿瘤上皮细胞和癌巢中。
AQP4主要表达于正常喉粘膜鳞状上皮、假复层柱状纤毛上皮及固有层粘膜腺体，表达于喉癌组织的肿瘤上皮细胞、癌巢及喉粘膜腺体上。
结论 AQP1及AQP4分布于喉癌组织的不同部位，协同增加肿瘤上皮和血管对水的通透性运输，从而促进肿瘤的生长及向周围基质浸润。
关键词：水通道蛋白；喉肿瘤；通透性水通道蛋白（aquaporin, AQP）是一类对水具有高度选择性的糖蛋白,属古老的主要固有蛋白(major intrinsic protein，MIP)家族成员，哺乳动物AQP迄今为止已发现11种(AQP0～AQP10)[1]。
大量研究证实，细胞代谢过程中所需要的水主要是通过AQPs对水分子的高度选择性来完成跨膜转运的，许多疾病可能与水通道蛋白功能异常或调节失控有关。
近年研究表明多数肿瘤有很高的组织间隙液体压力，其新生血管对血浆蛋白及其他循环体系中的高分子物质具有很高的渗透性[2],这在肿瘤的生长和扩散（侵袭和转移）中有重要作用。
本研究应用RT-PCR、Western blot 、免疫组织化学技术检测AQP1及AQP4在喉癌和癌旁正常对照组织中的表达及分布，探讨其在喉癌发病中可能的作用机制及意义。
水通道蛋白与脑疾病
#论坛#水通道蛋白与脑疾病张蕾周靖崔德华中图分类号:R741文献标识码:A文章编号:1009-6574(2007)02-0083-06水通道蛋白(w ater channel pro tein),又称为水孔蛋白(A quaporins,AQPs),是近年来发现的细胞膜上一组与水的通透性有关的转运蛋白。
在哺乳类动物组织中已经鉴定出十一种水通道蛋白(AQP0~ AQP10),均属膜嵌入蛋白(major intrinsic protein, MIP)家族,不同水通道蛋白的cDNA有高度同源性,在中枢神经系统内分布广泛。
水通道蛋白在维护脑内渗透压及水电解质平衡、脑脊液分泌及平衡,以及在脑水肿发生过程中发挥关键作用。
其发现为研究不同组织水分子的跨膜转运提供了分子生物学基础。
1水通道蛋白1.1水通道蛋白的研究历史既往人们发现水分子以扩散方式进出细胞膜,不需要耗能,推测细胞膜上存在水相小孔。
1988年美国科学家Ag re等进行实验,发现在低渗环境中转染细胞比非转染细胞肿胀发生的速度增加,使水通道的分子结构及细胞膜上存在转运水的水通道蛋白的理论被确认,并于1991年完成了对其cDNA的克隆[1]。
1997年国际基因组将此蛋白正式命名为水通道蛋白,Ag re本人也由于其杰出的贡献被授予2003年诺贝尔化学奖。
1.2水通道蛋白的分布与分类水通道蛋白普遍存在于微生物,植物及动物界。
目前在哺乳类动物体内除已发现的11种水通道蛋白(AQP0-10)以外,Ishibashi K等还发现两种类似AQP的蛋白,并称之为超水通道蛋白(AQP11,12)[2]。
见表1。
表1水通道蛋白的分布与分类AQP分布AQP0眼睛的晶状体、脉络丛上皮AQP1血管、肾的近曲小管、眼睛、耳朵、胰腺组织、脉络丛上皮细胞顶质膜AQP2肾脏AQP3神经元、星形胶质细胞、脑表面的软脑膜细胞、肾脏、呼吸、消化器官AQP4脑表面的软脑膜、导水管和脑室系统的室管膜、脉络丛、星形胶质细胞下、丘脑视上核、室旁核和下丘脑的渴中枢、海马的锥体细胞层、齿状回的颗粒细胞层和多形细胞层、眼、耳、骨骼肌、胃壁细胞、肾集合小管AQP5神经元、星形胶质细胞膜、分泌性腺体,如唾液腺、泪腺、汗腺、胰腺组织AQP6肾集合小管细胞内小泡上AQP7睾丸AQP8室管膜细胞、神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、肾脏、睾丸、肝脏AQP9脑室周围室管膜细胞、蛛网膜下腔和脑室周围的星形胶质细胞、白质海马的星形胶质细胞、下丘脑的视上核和室旁核;松果体的腺细胞、肝脏、白细胞,白质AQP10肠腔[3](十二指肠、空肠)1.3水通道蛋白的分型1.3.1水通道蛋白的渗透性Ishibashi等根据水通道蛋白的渗透性[4]将其分为三类:Ñ可透水的水通道蛋白AQP0~AQP6;Ò可透过水,甘油和尿素的水通道蛋白AQP3和AQP7;Ó可透过中性溶质的水通道蛋白AQP9和AQP10,其中AQ P9可透过水,甘油,尿素,嘌呤,嘧啶及单羧酸物,AQ P10可透过水和中性溶质,但不能透过尿素和甘油。
水通道蛋白4与脑水肿的研究进展
水通道蛋白4与脑水肿的研究进展水通道蛋白4（AQP-4）是一种选择性水通道蛋白，它在脑部的许多结构中如星形胶质细胞膜，蛛网膜下隙，血管周围的胶质细胞，室管膜细胞，脉络丛上皮及下丘脑和小脑等处广泛存在。
在细胞毒性和血管源性等不同机制的脑水肿及不同病因引起的脑水肿中，AQP-4都起着重要作用。
AQP-4的研究为找出定向、副作用少、适用于多种类型脑水肿的治疗方法提供了参考。
标签：水通道蛋白4；脑水肿；胶质细胞脑水肿是多种脑部疾病发展到一定阶段所共同经历的一个病理过程，往往伴随着脑肿瘤、脑缺血、脑出血和颅脑损伤等疾病发生。
水通道蛋白（aquaporins, AQPs）是一个高选择性、低活化能转运水分子的跨膜通道蛋白家族。
AQP-4有细胞外压力感受器和水平衡调节以及某些离子浓度调节功能，是介导脑组织水与电解质运输和平衡的重要因素。
1 AQP的结构在1990年，Agre完成了对AQP分子的克隆，阐明了其cDNA的分子组成；1991年又成功完成了对该蛋白的功能鉴定，并将其DNA转入蛙卵细胞并在细胞膜上表达,发现水通透性明显增加,因而证实了第一个水通道的存在。
进一步研究发现，水通道与其他离子通道不同，它没有“门控”调节机制，基本上处于激活开放状态。
目前已鉴定出至少11种水通道蛋白，依次命名为AQP 0~10。
它们的氨基酸序列有一定同源性，可能存在共同的祖基因。
AQP的一级结构为跨越细胞膜6次的单肽链，含有2个胞内襻（B，D）和3个胞外襻（A，C，E）。
各种AQP亚型结构的B襻和E襻具有高度同源性，并且都存在有天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸（Asn-Pro-Ala, NPA）的重复串联的膜体[1]，因此，NPA是水通道家族成员共有的特征性结构，且在膜上处于反向相对位置的B襻和E襻对构成功能性水通道的选择性通透作用十分重要。
水通道在细胞中以四聚体的形式存在，每一亚单位在功能上都可作为一个单个水通道。
按照其功能，AQP家族可分为两类：一类只允许水分子通过，属于选择性水通道，包括AQP-0、1、2、4、5、6；另一类AQP则同时允许水分子和其他的中性小分子（如甘油，尿素）通过，称为aquaglyceroporins，包括AQP-3、7、9。
脑水肿责任水通道蛋白的研究进展
脑水肿责任水通道蛋白的研究进展标签：水通道蛋白；脑水肿；进展外伤、感染、肿瘤、卒中等许多常见的神经系统疾病均可引发脑水肿，而脑水肿又与这些疾病的发生与转归密切相关。
关于脑水肿的机制的基础理论涉及水通道蛋白、金属蛋白及一些生长因子如血管内皮生长因子A、B及血管生成素。
利用它们进行治疗脑水肿正在成为热点。
其中水通道蛋白（Aquaporin，AQP）作为一组与水的跨膜转运有关的蛋白质，广泛存在于动植物及微生物体内，发挥不同的生理功能，参与不同疾病的病理生理过程。
当前，至少13种水孔蛋白已经被发现存在于人类和300多种低等生物中。
研究指出，大脑组织能够表达6种水通道蛋白（AQP-1/3/4/5/8/9），但是与脑水肿发生发展过程相关的主要是AQP-1、AQP-4和AQP-9。
在此我们将进一步讨论AQP-1、AQP-4和AQP-9与脑水肿的关系。
1 AQP的结构特点AQP是一类高度保守、分子量约30kDa的蛋白质，属于主要内源性蛋白质家族（major intrinsic protein，MIP），其在细胞膜上以四聚体形式存在。
序列分析指出，AQP单体由一条肽链构成，其氨基端和羧基端均位于胞内，肽链中包含6个富含ɑ螺旋、串联的疏水跨膜区，它们依赖A、B、C、D、E五个环连接，其中A、C、E为胞外环，B、D为胞内环。
B、E环具有高度保守的天冬酰氨-脯氨酸-丙氨酸（Asn-Pro-Ala，NPA）的重复串联序列，而NPA序列是大部分水通道蛋白特征性的孔道中心序列。
6个跨膜区包绕着B、E环形成一个桶状的水分子通道。
2 AQP-12.1 AQP-1在脑组织中的分布：AQP-1在中枢神经系统中主要集中表达于侧脑室、第四脑室及第三脑室的脉络丛上，与Na+-K+-ATP酶共同定位于脑脉络膜上皮微绒毛的顶膜，在脑脊液产生过程中具有重要作用；其表达可随重力的下降而下调。
Mobasheri A[1]等采用组织芯片技术（tissue microarray technology）通过半定量对比的研究方法证实了AQP-1在人脉络丛的表达量高于其它组织，这包括肾脏，肝胆管和胆囊等。
水通道蛋白与肺水肿
水通道蛋白与肺水肿水通道蛋白与肺水肿（作者:___________单位: ___________邮编:___________）【摘要】认识肺水通道蛋白（AQPs）的作用对临床治疗肺水肿有重要意义，AQPs功能均不受温度和脂质膜成分影响，而且不存在开放和关闭的功能状态，只要有渗透压梯度就有水分子顺渗透压梯度通过水孔通道。
目前发现有6种AQPs在肺脏表达。
实验证实，急性肺损伤时，都存在肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞AQPs表达量减少和活性降低；通过提高AQPs含量或者活性，增强肺水肿患者肺水清除率，可能是治疗肺水肿的有效途径。
【关键词】水通道蛋白；肺水肿多种致伤因素可以导致肺部损伤，肺脏的液体平衡遭到破坏，肺水屏障受损，通透性增高，严重时可产生肺水肿。
1988年Agre发现了整合膜蛋白28(CHIP28)，后来被命名为水通道蛋白1(Aquaporinl，AQP1)，此后有关水通道蛋白的研究大规模展开，近年逐渐发现了11种水通道蛋白。
水通道蛋白是一组与水通透性有关的细胞膜转运蛋白，它的发现在分子水平揭示了水跨膜转运调节的基本机制。
肺水肿以肺泡和肺间质内液体积聚为特点，发生时必然伴有水转运紊乱，水通道蛋白(Aquaporins，AQPs)功能改变，因此充分认识肺脏水通道蛋白的作用对临床治疗肺水肿具有重要意义。
1 AQPs的分子结构和特性AQPs是膜主体内在蛋白(major infrinsic protein，MIP)家族成员，目前在哺乳动物中已发现11种AQPs亚型[1~2]，即AQP0~AQP10[3~5]。
AQPs属于糖蛋白，相对分子质量约为30 000，由250~300个氨基酸组成。
不同种属的AQPs之间的基因序列具有一定的同源性，其主要差异位于N端和C端，N端由一个大的外显子(外显子1)编码，C端由3个小的外显子(外显子2~4)编码。
AQPs一级结构为由5个环连接的6个跨膜区段构成，其氨基和羧基末端均位于细胞内，含2个胞内环(B，D)和3个胞外环(A，C，E)，B，E环为疏水性环，B环位于细胞内侧，E环位于细胞外侧，A，C，D环为亲水性并均位于细胞膜脂质双分子层中。
【生理学课外读物】细胞膜水通道的发现
【生理学课外读物】细胞膜水通道的发现细胞膜水通道的发现（一）2003 年 10 月 8 日，瑞典皇家科学院将 2003 年诺贝尔化学奖授予时为 The Johns Hopkins University School of Medicine 生物化学系（现为 Duke University 医学中心副主任）的 Peter Agre 教授，以表彰他发现细胞膜水通道并证明其功能这一开创性贡献。
Agre 教授 1949 年出生于美国，他的祖父辈们在 19 世纪末从瑞典和挪威移民到了美国。
其父Courtland Agre 毕业于 University ofMinnesota ，并获得了化学学士和博士学位。
二战期间曾是 3M company 即明尼苏达矿务及制造业公司的化学专家，负责实验室合成多聚物。
二战后先后成为St. Olaf ColIege 和 Augsberg College 化学系的一位教师。
Peter Agre 教授能从事基础研究，与从小受其父影响不无关系。
身为细胞生物学的教授，Peter 教授并非科班出身于分子生物学。
1967 年至 1970 年，他就读于 Minneapois ， Augsburg college 的化学专业，并获得学士学位。
1970 年至1974 年，进入Johns Hopkins Uuniversity school of Medicine 获医学博士学位，并在1981 年获得医师执照。
1974 年至 1975 年， Peter A gre 在 Johns Hopkins 药理学系Pedro Cuatrecasas 的实验室进行博士后的研究。
1984 年， Peter 在The Johns Hopklns University 的 the old Blalock Building 建立了第一个自己的实验室。
当时作为血液学家，Peter 和助手Andy Asimos 开始研究球形红细胞增多症（ spherocytosis ），并分别与1985 年和 1986 年在 Nature 和 New England Journal of Medicine 上发表了相关文章，证明血影蛋白（ spectrin ）缺乏与临床上球形细胞增多症（ spherocytosis ）的严重程度有关。
水通道蛋白2的研究进展
水通道蛋白2的研究进展水通道蛋白-2（AQP2）主要表达在肾脏组织，起着肾脏对水转运的重要功能。
AQP2参与了许多疾病的病理过程，如多囊肾、尿崩症。
AQP2可能为泌尿系统疾病提供更有效的治疗新途径。
标签：水通道蛋白-2;泌尿系统;水是生命存在的先决条件。
水分子是极性分子，这使得它们能够非常容易地彼此间形成氢键以及与其它分子形成氢键。
作为极好的溶剂，它们适合于各种极性物质存在于细胞中。
水提供围绕生物聚合物的带电基团的溶剂壳，这些溶剂壳是蛋白质生物活性所必需的[1]。
水占人类体重的70%，在新生足月婴儿，总水分占体重的75%，早产儿更高，可达80-85%[2]。
细胞外和细胞内水含量之间的比率在产后期变化显著。
出后后不久，体内水含量迅速减少，这种降低主要是细胞外水含量的减少。
水含量的变化引起了广泛的关注。
1988年Perter Agre及其同事在红细胞膜上及肾小管中偶然发现的，一种分子量为28000的完整跨膜蛋白，1991年这种蛋白被克隆并命名为CHIP28（channel-forming integral protein），也就是现在的AQP1。
随着AQP1的发现，其它AQPs也相继被被发现及克隆。
迄今为止，已经发现AQPs广泛存在于细菌、植物及动物中，在哺乳动物组织中已经发现有13种AQPs存在[3]，其中，分布在肾组织的AQPs至少有8种[4]。
AQPs的发现不仅从分子水平上揭示水跨膜转运调节的机制，而且也揭示水平衡在遗传性及获得性疾病时的病理生理机制，证实其与人类许多疾病密切相关[5]。
尿液浓缩稀释功能主要由肾脏集合管（CD）主细胞的水通道蛋白2（AQP2）完成。
肾脏的集合管可重吸收水，排K+，H+和NH3，而AQP2是肾脏集合管表达的主要的水通道蛋白，对尿液浓缩和维持体液的酸碱平衡起着重要作用。
本文对AQP2的结构、分布、功能、表达及在泌尿系统疾病中作用的研究进展作一综述。
AQP2的分子结构AQP2由Fushimi在1993年克隆并确认的水通道蛋白家族中的一种[6]。
水通道蛋白与泌尿外科疾病.
水通道蛋白与泌尿外科疾病很早以前，生理学家就认识到水的跨膜转运除了简单扩散外，还存在某种特殊的水转运机制，并提出了水通道概念。
1991年Agre等［1］首先克隆了相对分子质量为28 000的水通道蛋白(AQP),称为AQP1(aquaporin1)，并证明具有将细胞外的水转运至细胞内的功能。
随后发现了一大家族具有高选择性水通道功能的膜蛋白分子，共有6种，统称为AQP，存在于多种组织细胞的质膜中。
在涉及到水平衡紊乱的疾病中，尤其是在泌尿外科某些疾病，如多囊肾、肾癌、双侧输尿管梗阻后利尿以及结石形成的研究中有重要意义。
一、水通道的分类及在组织中的分布1.AQP1首先被定性为水通道蛋白，称之为CHIP（channel integrated protein），用免疫组化、免疫电镜及分子生物学技术发现AQP1在机体许多组织中有表达，如平滑肌和子宫组织［2］，肾脏的近曲小管和髓襻降支细胞上皮的顶膜及基侧膜。
此外，在涉及水转运的其它组织中亦发现有AQP1显著表达，如角膜的内皮细胞、脉络膜网、肝胆管上皮细胞、胆囊颈内壁、汗腺上皮、支气管和肺泡上皮、唾液腺上皮、结肠、脾脏和毛细血管内皮［3］。
在淋巴管和粘膜下毛细血管的AQP1，能促进吸收的水迅速进入淋巴管和毛细血管床，维持机体的内环境稳定。
2.AQP2是血管加压素调控的水通道蛋白，位于肾集合管的顶质膜上，对尿浓缩起重要作用，在肾外尚未发现有表达，它与AQP1 cDNA有42%的同源性。
该基因突变可产生常染色体隐性遗传病即肾源性尿崩症［4］，表现为血清抗利尿激素水平明显增高，而尿不被浓缩。
它与X连锁的肾源性尿崩症不同，该疾病为抗利尿激素V2受体基因突变所致。
刺激V2受体，肾集合管顶质膜AQP2表达明显增高。
锂剂可以抑制它的表达，因而可以解释锂剂的副作用，这种作用限制了它在治疗精神病中的作用。
3.AQP3是肾脏集合管和胃肠道表达的另一型水通道蛋白，主要分布在集合管的上皮细胞的基侧膜，该部位水的通透性被认为是不可调节的。
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四．水通道蛋白相关疾病
当水通道蛋白的调节出现紊乱的时候，则可能引起多种疾病。
（一）肾脏水通道蛋白和相关疾病
研究表明，水通道蛋白基因突变将引起尿崩症(diabetesinsipidus，DI)。
尿崩症广义上讲是指多饮、低比重尿和低渗尿为特征的一组综合征。
目前报道的多数遗传性肾性尿崩症病例是以X连锁方式遗传的,由编码V2 受体的基因突变引起，另外的病例则是由于编码AQP2基因的突变引起，以常染色体显性或隐性方式遗传[11]。
（二）肺部水通道蛋白和相关疾病
肺水通道蛋白的异常与肺疾病的关系已有诸多实验报道。
AQP可能参与肺水肿的发病机制。
在各种肺损伤中，存在着大量的水的异常跨膜转运及在肺组织中的异常聚集等情况，这些情况均可能与水通道蛋白有关。
在小鼠病毒性肺炎模型中，发现AQP1和AQP5在鼠肺中的表达降低，这说明肺水在肺间质中聚集的重要原因就是水通道蛋白的减少，导致水不能及时排出而出现水肿。
哮喘发作时，水分子运动在气道阻塞中起重要作用，特别在冷哮喘或运动哮喘时, 上皮黏膜下血管(含AQP1) 、气管及支气管(含AQP3 和AQP4) 的肿胀是形成气道阻塞的重要原因[1]。
从而说明了水通道蛋白和哮喘的发生也有密切关系。
（三）水通道蛋白及癌症
水通道蛋白在肿瘤组织的表达及其与肿瘤细胞转移的关系可能将会是今后研究的热门。
多年研究表明，为满足快速增殖、分裂和侵袭转移的需要，肿瘤细胞内一系列酶的活性和表达会发生改变，细胞基本结构成分如蛋白质、脂类和核酸的合成加强。
癌细胞的所有生命活动都离不开水的微环境和参与，癌细胞比正常细胞更需要水分子的快速跨膜转运。
目前的研究表明，部分AQPs在肿瘤组织中表达明显增高或降低。
在脑胶质瘤中水通道蛋白的表达明显增多，脑胶质瘤多伴有脑水肿的发生。
经证实，AQP 1和AQP4在脑胶质瘤中的表达明显高于正常组织，且在星型细胞的表达量与恶性程度有直接关系[8]。
AQPs同时还可能促进肿瘤血管增生，增强肿瘤血管渗透性，在肿瘤的生长和扩散、侵袭和转移中有重要作用。
多数肿瘤有很高的组织间隙液体压力，其新生血管对血浆蛋白及其他循环体系中的高分子物质具有很高的通透性。
目前认为这种不正常的通透性是因为许多肿瘤细胞分泌的血管渗透性因子（vascular pe rmeability factor,VPF）和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)。
目前已知AQP1表达于红细胞膜上，毛细血管内皮细胞，人大、小动脉以及动脉粥样硬化斑的血管平滑肌细胞上。
AQP1基因敲除小鼠表明AQP1提供了一定数量的水通路的排出，引起水通过毛细血管内皮细胞的渗透性升高。
AQP1通路代表了微血管壁整个通过细胞间的10％～45％的液体渗透性，因此认为AQP1可能与血管渗透性有很大关系。
同时还发现应用AQP抑制剂可以部分抑制肿瘤侵袭和转移。
肿瘤侵袭和转移是一个高度选择性的过程，其依赖于肿瘤特性和它们周围独特的微环境之间的复杂反应。
据报道恶性肿瘤细胞外环境的酸化可以提高肿瘤的侵袭性，在正常组织，酸性产物可以被碳酸酐酶催化，碳酸酐酶在肿瘤生长和转移中有重要作用，某些碳酸酐酶在特定的肿瘤上有过量表达。
大部分肿瘤的高血管渗透性和高组织间隙渗透压可能是由于肿瘤微环境的酸化，以及广泛分布于肿瘤上的水通道蛋白的活性引起。
AQP1是唯一表达于肾脏近曲小管上皮细胞的水通道，对尿液的浓缩和稀释过程起重要作用。
碳酸酐酶抑制剂是一类作用于肾脏近曲小管的利尿剂，如乙酰唑胺，其作用位点与AQP1的组织分布一致，体外实验表明可以抑制肿瘤细胞的侵袭能力。
荷瘤小鼠癌组织中AQP1的蛋白水平显著高于正常组织，用乙酰唑胺治疗后，AQP1表达明显降低，显著抑制肿瘤转移。
因此认为乙酰唑胺抑制肿瘤转移的作用是因为下调了AQP1的表达。
以上理论为我们提供了一种全新的思路，或许可以开发应用水通道蛋白抑制剂来治疗肿瘤。
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