水通道蛋白表达与羊水量平衡的研究进展(1)
【摘要】 正常羊水量对维持胎儿正常生长和发育具有重要作用。羊水量异常是常见的妊娠并发症，包括羊水过多和羊水过少，其中又以晚期羊水过少发病率高，但目前羊水量异常的发病机制尚不清楚。近年来大量研究表明，羊水膜内吸收是调控羊水量的重要方式，水通道蛋白(Aquaporin，AQP)在其中发挥重要作用，探讨水通道蛋白与羊水量之间的关系及调控，为治疗羊水量异常，尤其是羊水过少提供新的思路和方法。
【关键词】 水通道蛋白；羊水量；膜内转运
【中图分类号】R6 【文献标识码】A 【文章编号】1005-0019(2014)03-0056-01
正常羊水量对维持胎儿正常生长和发育具有重要作用。适量羊水可保证胎儿在羊膜腔自由活动，不致受到挤压，防止胎体畸形及胎肢粘连，避免子宫肌壁或胎儿对脐带直接压迫所致胎儿窘迫，因此适量羊水是胎儿宫内情况良好的表现。羊水量异常是常见的妊娠并发症，包括羊水过多和羊水过少，其中又以晚期羊水过少发病率高。妊娠早期的羊水主要来自母体血清经胎膜进入羊膜腔的透析液，而妊娠中期以后，胎儿尿液成为羊水的主要来源，妊娠晚期，胎儿肺也参与羊水生成。正常情况下，羊水通过母体、胎儿及两者之间的介质——胎盘，保持液体平衡，期间任何一个环节产生异常，都将导致羊水量的异常，羊水产生减少、羊水吸收、外漏增加，都将导致羊水过少[1]。
随着围产医学的发展及对产科质量要求的提高，羊水过少的诊断及治疗越来越受到重视，但目前羊水量异常的发病机制尚不清楚。近年来大量研究表明，羊水膜内吸收是调控羊水量的重要方式，水通道蛋白(Aquaporin，AQP)在其中发挥重要作用[2]，探讨水通道蛋白与羊水量之间的关系及调控，为治疗羊水量异常，尤其是羊水过少提供新的思路。
1 水通道蛋白
1.1 水通道蛋白家族：1988年，Agre等偶然发现一种新的28kD疏水性跨膜蛋白[3]，1997 年被基因组命名委员会正式命名为AQP1，随后相继发现的类似的专一性运输水的通道蛋白被通称为水通道蛋白(Aquaporin，AQP)。AQP是对水专一的通道蛋白，普遍存在于各种动物的细胞中，尤其是对液体的吸收、分泌有关的上皮细胞及内皮细胞。AQP介导水快速被动地跨生物膜转运，可显著增加细胞膜水通透性，是水进出细胞的主要途径。迄今为止，已发现13种AQP存在于哺乳动物中，即AQP(0-12)[4，5，6，7]。
1.2 水通道蛋白结构：AQP是一组小分子疏水性跨膜糖蛋白，单体大小为26-34KD。其一级结构包含6个跨膜区段，由5个环相连，有3个胞外环(A、C及E)以及2个胞内环(B和D)， 其中A、C、D环为亲水性，B、E环为疏水性，E环对外界环境非常敏感，可激活AQP功能，AQP的整个分子前后两部分在序列上相似，在膜上呈180°对称镜像结构，B、E环各有基元(由3个氨基酸，即天冬酰氨、脯氨酸、丙氨酸， asparagine-proline-alanine NPA组成)，这是AQP家族成员共有的高度同源的特征性结构；AQP的二级结构由40%α-螺旋和 42%-43%的β-片层及转角构成；其三级结构以四聚体的形式存在，每一个单体都是独立的功能性水通道，在膜上处于反向相对位置的B、E环对构成功能性水选择性通透十分重要，其任何变异都会引起水通道活性的下降[8，9]。
2 水通道蛋白在胎盘、胎膜中的表达
近年来大量研究表明，羊水膜内吸收是调控羊水量的重要方式，虽然其膜内转运途径的细胞分子机制尚不清楚，但越来越多的研究表明，水通道蛋白参与羊水平衡的调节，在其中发挥至关重要的作用。目前，与胎盘、胎膜相关的水通道蛋白被陆续报道，主要涉及AQP1、3、4、8、9[2，10，11，12]。研究发现，AQP1 表达、定位于胎盘血管内皮细胞、羊膜上皮细胞、合体滋养细胞和平滑绒毛膜的细胞滋养细胞中[13]；AQP3在正常足月孕妇的胎盘、羊膜和绒毛膜中有表达[14]；AQP4表达于胎盘合体滋养细胞、血管内皮细胞和绒毛膜细胞中[15]；AQP8、9主要在人羊膜上皮细胞、绒毛膜上皮细胞和胎盘滋养细胞中表达[16，17]；后Prat C等在水通道蛋白在人胎膜的个体发生学的研究中指出AQP11同AQP1、3、8、9一样在妊娠孕妇的羊膜和绒毛膜上表达[18]。
3 水通道蛋白的调控
据文献报导，目前AQP的调控主要分为两种方式：长期调节和短期调节。
长期调节相对耗时较长，主要在转录水平使 AQP合成增多，mRNA和蛋白质表达增加。激素、血管活性介质、渗透性物质、细胞因子等参与 AQP的长期调节。例如，皮质类固醇、血管加压素可诱导 AQP1表达上调[19，20]；胰岛素使 AQP9表达下调[21]；糖皮质激素、胰高血糖素可诱导 AQP9基因表达发生变化[22]；高渗溶液可诱导 AQP3 表达变化[23]。
短期调节相对耗时较短，比较迅速，是在内环境某些因素调节下，AQP的活性改变或功能性 AQP数发生变化，从而发挥效应，主要包括磷酸化机制和穿梭机制。磷酸化机制，其调节通路主要是在某些因素的作用下，腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase，AC)被激活，细胞内 cAMP 水平升高，可激活PKA、PKC，活化的PKA、PKC催化水通道蛋白上的丝氨酸磷酸化，从而增加膜对水的通透性。穿梭机制主要是在激素和某些试剂的作用下，水通道蛋白进行重新分布，通过胞吐、内吞作用等使水通道蛋白从胞内囊泡转移到质膜上，从而增加膜对水的通透性。例如，Wang等对WISH细胞株(人羊膜上皮细胞来源)中AQP8的研究中，采用 RT-PCR 技术和免疫荧光法发现 Forskolin(AC激动剂)可使WISH细胞AQP8表达增加，并且促使细胞内 AQP8 向细胞膜转移，使细胞膜上 AQP8 蛋白的分布增加[24]。 (方西娅 王希)
【关键词】 水通道蛋白；羊水量；膜内转运
【中图分类号】R6 【文献标识码】A 【文章编号】1005-0019(2014)03-0056-01
正常羊水量对维持胎儿正常生长和发育具有重要作用。适量羊水可保证胎儿在羊膜腔自由活动，不致受到挤压，防止胎体畸形及胎肢粘连，避免子宫肌壁或胎儿对脐带直接压迫所致胎儿窘迫，因此适量羊水是胎儿宫内情况良好的表现。羊水量异常是常见的妊娠并发症，包括羊水过多和羊水过少，其中又以晚期羊水过少发病率高。妊娠早期的羊水主要来自母体血清经胎膜进入羊膜腔的透析液，而妊娠中期以后，胎儿尿液成为羊水的主要来源，妊娠晚期，胎儿肺也参与羊水生成。正常情况下，羊水通过母体、胎儿及两者之间的介质——胎盘，保持液体平衡，期间任何一个环节产生异常，都将导致羊水量的异常，羊水产生减少、羊水吸收、外漏增加，都将导致羊水过少[1]。
随着围产医学的发展及对产科质量要求的提高，羊水过少的诊断及治疗越来越受到重视，但目前羊水量异常的发病机制尚不清楚。近年来大量研究表明，羊水膜内吸收是调控羊水量的重要方式，水通道蛋白(Aquaporin，AQP)在其中发挥重要作用[2]，探讨水通道蛋白与羊水量之间的关系及调控，为治疗羊水量异常，尤其是羊水过少提供新的思路。
1 水通道蛋白
1.1 水通道蛋白家族：1988年，Agre等偶然发现一种新的28kD疏水性跨膜蛋白[3]，1997 年被基因组命名委员会正式命名为AQP1，随后相继发现的类似的专一性运输水的通道蛋白被通称为水通道蛋白(Aquaporin，AQP)。AQP是对水专一的通道蛋白，普遍存在于各种动物的细胞中，尤其是对液体的吸收、分泌有关的上皮细胞及内皮细胞。AQP介导水快速被动地跨生物膜转运，可显著增加细胞膜水通透性，是水进出细胞的主要途径。迄今为止，已发现13种AQP存在于哺乳动物中，即AQP(0-12)[4，5，6，7]。
1.2 水通道蛋白结构：AQP是一组小分子疏水性跨膜糖蛋白，单体大小为26-34KD。其一级结构包含6个跨膜区段，由5个环相连，有3个胞外环(A、C及E)以及2个胞内环(B和D)， 其中A、C、D环为亲水性，B、E环为疏水性，E环对外界环境非常敏感，可激活AQP功能，AQP的整个分子前后两部分在序列上相似，在膜上呈180°对称镜像结构，B、E环各有基元(由3个氨基酸，即天冬酰氨、脯氨酸、丙氨酸， asparagine-proline-alanine NPA组成)，这是AQP家族成员共有的高度同源的特征性结构；AQP的二级结构由40%α-螺旋和 42%-43%的β-片层及转角构成；其三级结构以四聚体的形式存在，每一个单体都是独立的功能性水通道，在膜上处于反向相对位置的B、E环对构成功能性水选择性通透十分重要，其任何变异都会引起水通道活性的下降[8，9]。
2 水通道蛋白在胎盘、胎膜中的表达
近年来大量研究表明，羊水膜内吸收是调控羊水量的重要方式，虽然其膜内转运途径的细胞分子机制尚不清楚，但越来越多的研究表明，水通道蛋白参与羊水平衡的调节，在其中发挥至关重要的作用。目前，与胎盘、胎膜相关的水通道蛋白被陆续报道，主要涉及AQP1、3、4、8、9[2，10，11，12]。研究发现，AQP1 表达、定位于胎盘血管内皮细胞、羊膜上皮细胞、合体滋养细胞和平滑绒毛膜的细胞滋养细胞中[13]；AQP3在正常足月孕妇的胎盘、羊膜和绒毛膜中有表达[14]；AQP4表达于胎盘合体滋养细胞、血管内皮细胞和绒毛膜细胞中[15]；AQP8、9主要在人羊膜上皮细胞、绒毛膜上皮细胞和胎盘滋养细胞中表达[16，17]；后Prat C等在水通道蛋白在人胎膜的个体发生学的研究中指出AQP11同AQP1、3、8、9一样在妊娠孕妇的羊膜和绒毛膜上表达[18]。
3 水通道蛋白的调控
据文献报导，目前AQP的调控主要分为两种方式：长期调节和短期调节。
长期调节相对耗时较长，主要在转录水平使 AQP合成增多，mRNA和蛋白质表达增加。激素、血管活性介质、渗透性物质、细胞因子等参与 AQP的长期调节。例如，皮质类固醇、血管加压素可诱导 AQP1表达上调[19，20]；胰岛素使 AQP9表达下调[21]；糖皮质激素、胰高血糖素可诱导 AQP9基因表达发生变化[22]；高渗溶液可诱导 AQP3 表达变化[23]。
短期调节相对耗时较短，比较迅速，是在内环境某些因素调节下，AQP的活性改变或功能性 AQP数发生变化，从而发挥效应，主要包括磷酸化机制和穿梭机制。磷酸化机制，其调节通路主要是在某些因素的作用下，腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase，AC)被激活，细胞内 cAMP 水平升高，可激活PKA、PKC，活化的PKA、PKC催化水通道蛋白上的丝氨酸磷酸化，从而增加膜对水的通透性。穿梭机制主要是在激素和某些试剂的作用下，水通道蛋白进行重新分布，通过胞吐、内吞作用等使水通道蛋白从胞内囊泡转移到质膜上，从而增加膜对水的通透性。例如，Wang等对WISH细胞株(人羊膜上皮细胞来源)中AQP8的研究中，采用 RT-PCR 技术和免疫荧光法发现 Forskolin(AC激动剂)可使WISH细胞AQP8表达增加，并且促使细胞内 AQP8 向细胞膜转移，使细胞膜上 AQP8 蛋白的分布增加[24]。 (方西娅 王希)