林 飛(綜述)，潘靈輝(審校)

(廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院麻醉科，南寧530021)

水通道蛋白1(aquaporins 1，AQP1)是從人體的紅細(xì)胞膜上偶然發(fā)現(xiàn)了一種相對(duì)分子質(zhì)量為28×103的蛋白［1］，從此開啟了對(duì)水通道蛋白(aquaporins，AQPs)的研究。AQPs是一組細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其特性與水通透性密切相關(guān)，對(duì)它的研究逐漸開啟了揭示水跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)機(jī)制的新領(lǐng)域。臨床中，多種因素都可導(dǎo)致肺部損傷，肺血管通透性增高，使肺內(nèi)液體平衡破壞，肺水屏障受損，嚴(yán)重時(shí)即發(fā)生肺水腫。液體積聚在肺泡和肺間質(zhì)內(nèi)是肺水腫的病理特性，已有研究表明肺水轉(zhuǎn)運(yùn)紊亂可能是由于AQPs功能異常造成的。因此，深入研究AQPs在肺內(nèi)的分布、功能、調(diào)節(jié)機(jī)制等，可為肺損傷的臨床治療提供一種新的方向，為AQPs在臨床治療中的運(yùn)用提供分子水平的理論依據(jù)。

1 AQPs的分子結(jié)構(gòu)及特性

AQPs是一種糖蛋白，由250～300個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量約為30×103。目前研究人員已從動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn) 11種 AQPs亞型［1-2］，即 AQP0～AQP10［3-4］。AQPs屬于膜主體內(nèi)在蛋白，它的分子結(jié)構(gòu)里含有3個(gè)較小的C端半側(cè)分子的外顯子(外顯子2～4)和1個(gè)較大的N端半側(cè)分子的外顯子(外顯子1)。AQPs的高級(jí)結(jié)構(gòu)由同源四聚體組成，因每個(gè)四聚體都具備獨(dú)立的功能性水通道，其獨(dú)特結(jié)構(gòu)對(duì)維持AQPs的穩(wěn)定性及正常功能具有重要作用。AQPs對(duì)水有很強(qiáng)的通透作用，但它對(duì)其他一些物質(zhì)也具備一定的通透性，如AQP3、AQP7及AQP9對(duì)甘油這類小分子溶質(zhì)有通透作用，AQP1對(duì)CO2也有一定的通透性。

AQPs獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)決定了其特有的功能。水在細(xì)胞內(nèi)外的轉(zhuǎn)運(yùn)依靠水分子通過水通道沿著滲透壓梯度由低滲區(qū)向高滲區(qū)移動(dòng)，機(jī)體的各組織中都廣泛存在水通道，特別是與液體分泌和吸收密切相關(guān)的內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞中，AQPs含量眾多，其對(duì)水的分泌、吸收及水在細(xì)胞內(nèi)外的平衡起著關(guān)鍵作用。有研究發(fā)現(xiàn)，在粟鼠腎臟髓襯降支的起始部分、上皮的細(xì)胞膜上含有大量的AQPs，該部位上皮細(xì)胞的水通透值達(dá)1500～2500 μm/s;但在粟鼠腎臟髓襻降支遠(yuǎn)端上皮的細(xì)胞膜上末檢測到AQPs，該部位上皮細(xì)胞的水通透值僅為68 μm/s;該研究在一定程度上證明了細(xì)胞中AQPs的存在與水的滲透轉(zhuǎn)運(yùn)能力密切相關(guān)［5］。

2 肺AQPs的分布和功能

目前對(duì)AQPs的研究主要集中在AQP1、AQP3、AQP4、AQP5、AQP8及AQP9，它們表達(dá)的部位各有不同，其中AQP1、AQP3、AQP4、AQP5在肺的表達(dá)較多，研究得較為明確。AQPs不會(huì)重疊分布在同一細(xì)胞定位上，這個(gè)顯著特性決定了每個(gè)AQP亞型都有各自獨(dú)特的地位和作用。研究表明［1，3，5］，AQP1主要表達(dá)在呼吸道旁毛細(xì)血管、淋巴管及胸膜臟層的間皮細(xì)胞上，也有少量分布于肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞頂膜面上。AQP3主要分布在小呼吸道上皮細(xì)胞的頂膜及大呼吸道表面腺泡細(xì)胞的基膜。AQP4主要表達(dá)于大小呼吸道的上皮細(xì)胞、肺泡內(nèi)皮細(xì)胞及Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞。AQP5主要分布在肺泡Ⅰ型上皮細(xì)胞的頂膜面。AQP8和AQP9在肺組織中表達(dá)的具體定位尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

現(xiàn)在的研究中，研究者大多通過AQPs基因剔除的動(dòng)物模型來研究AQPs功能。通過制作AQP1或AQP5基因剔除小鼠的動(dòng)物模型，發(fā)現(xiàn)其肺泡毛細(xì)血管間的水滲透作用為正常野生小鼠的1/10，而AQP1、AQP4同時(shí)剔除小鼠的水滲透性為正常的1/14～1/16，AQP1、AQP5同時(shí)剔除小鼠的水滲透性則僅為正常的1/25～1/30［6-7］。有研究通過野兔模型，發(fā)現(xiàn)AQP1和AQP4 mRNA表達(dá)在出生后1 d迅速增加;另有研究通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，在小鼠妊娠晚期，肺內(nèi)的AQPs開始顯著表達(dá)，并在出生后快速增加;小鼠出生后1 d即可在肺內(nèi)檢測到AQP1，且在出生后1周達(dá)到高峰，提示AQPs的存在可能與小鼠出生早期肺內(nèi)液體的快速轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)［8］。通過以上研究可充分說明AQPs與水分子的轉(zhuǎn)運(yùn)是密切相關(guān)的，AQPs對(duì)于維持肺內(nèi)水的平衡發(fā)揮著極其重要的作用。如果出現(xiàn)肺內(nèi)疾病或各種原因?qū)е碌姆螕p傷，使肺內(nèi)細(xì)胞表達(dá)蛋白下降或AQPs功能降低，使機(jī)體對(duì)肺組織中液體的轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降，肺內(nèi)水的平衡失調(diào)，加重肺泡和間質(zhì)的水腫;而肺水腫的加重勢必會(huì)進(jìn)一步影響 AQPs的表達(dá)，造成病情的惡化循環(huán)［9-10］。

3 AQPs與肺損傷

已有諸多研究報(bào)道證明，AQPs參與了肺水腫的發(fā)病機(jī)制。AQPs在肺內(nèi)的液體轉(zhuǎn)運(yùn)可能與各種不同因素導(dǎo)致的肺損傷密切相關(guān)。因此，研究AQPs如何參與肺損傷后肺水腫的病理過程及其調(diào)節(jié)機(jī)制已經(jīng)成為現(xiàn)今臨床研究的熱點(diǎn)之一。

雖然導(dǎo)致急性肺損傷的原因有很多，但均可表現(xiàn)出AQPs在損傷肺組織中表達(dá)量減少和其活性降低的特點(diǎn)。在病毒感染所致肺損傷的小鼠模型中，AQP1和AQP5 mRNA的表達(dá)量均顯著下降，且在炎癥開始減輕時(shí)逐步恢復(fù)［11］。Towne等［9］研究發(fā)現(xiàn)在病毒感染導(dǎo)致的肺炎肺組織中，AQP5的表達(dá)明顯降低。在內(nèi)毒素誘導(dǎo)的急性肺損傷中，AQP1和AQP5的表達(dá)在傷后4～12 h內(nèi)明顯減少;而在傷后12 h，AQP1的表達(dá)隨著肺水腫的逐漸減輕而逐步升高［12］。Jiao等［10］的研究觀察到在脂多糖誘導(dǎo)的肺損傷模型中，AQP5 mRNA的表達(dá)顯著降低。而Towne等［13］同時(shí)也對(duì)高氧導(dǎo)致的肺損傷進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)AQP5的表達(dá)明顯降低，其在肺水腫的發(fā)生中發(fā)揮了作用。另有研究通過制作高氧導(dǎo)致小鼠肺損傷的動(dòng)物模型，發(fā)現(xiàn)AQP1在小鼠肺組織中的表達(dá)也明顯降低［5，14］。另外，Gabazza等［15］發(fā)現(xiàn)在博來霉素誘導(dǎo)的肺損傷肺組織中AQP5的表達(dá)明顯升高。Wu等［16］在大鼠哮喘模型中檢測到AQP5的表達(dá)增多，可能與哮喘呼吸道中黏液分泌增加有關(guān)。在King等［17］的研究中，成年大鼠在糖皮質(zhì)激素的刺激后，肺內(nèi)AQP1的表達(dá)升高，推測可能與AQP1參與肺內(nèi)積聚的過多水分從間質(zhì)向血管系統(tǒng)回流有關(guān)。這些研究表明AQPs不僅與各種原因所致肺損傷密切相關(guān)，還可能參與了各種致病因素所致的慢性肺損傷的病理過程，其具體作用和調(diào)節(jié)機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

AQPs是組成肺泡-毛細(xì)血管膜屏障的重要成分。AQP1主要轉(zhuǎn)運(yùn)肺間質(zhì)內(nèi)的液體，其表達(dá)的異?？赡軙?huì)引起肺循環(huán)壓力增高所致的肺間質(zhì)水腫［18］。在肺水屏障結(jié)構(gòu)完整時(shí)，AQP1能夠緩解壓力性肺水腫的程度。已有臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)，肺功能正常且肺水清除率好的重癥患者，需要呼吸機(jī)支持治療的時(shí)間會(huì)相對(duì)縮短，病死率也較低;而肺功能異常且肺水清除率低的患者，則需要更長時(shí)間的呼吸機(jī)支持治療，且病死率也會(huì)相對(duì)增高［19］。因此，如何在臨床上提高患者的AQPs含量或活性，增強(qiáng)肺水清除率，可能成為治療肺水腫的一個(gè)新途徑和方向。

4 展望

自從發(fā)現(xiàn)AQPs以來，對(duì)于它的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)功能的研究使肺損傷的研究取得了全新的進(jìn)展，它的發(fā)現(xiàn)有助于更深入地從分子水平認(rèn)識(shí)肺損傷發(fā)生、發(fā)展的過程。但對(duì)肺損傷發(fā)生后AQPs在水轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的分子調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚。隨著對(duì)AQPs在肺臟的分布、調(diào)節(jié)、生理和病理狀態(tài)下的作用，以及AQPs在肺損傷發(fā)生、發(fā)展中作用的進(jìn)一步深入研究，將會(huì)對(duì)肺損傷的發(fā)病機(jī)制有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，并有可能為臨床對(duì)肺損傷的治療提供新的理論依據(jù)及方法和途徑。

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