張婧敏，張春雷，陳 宏，房興堂＊

（1.上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學院，上海 松江 201600；2.江蘇師范大學生命科學學院，江蘇 徐州 221116）

水通道蛋白（Aquaporin，AQP）又叫水孔蛋白，它是存在于細胞膜上快速轉(zhuǎn)運水的特異性孔道，已發(fā)現(xiàn)的水通道蛋白有AQP0～AQP12［1］，共13個成員。水通道蛋白普遍存在于微生物、植物及動物界。整個家族在水解平衡中起著關鍵性的作用。水通道蛋白分子家族成員的一級結(jié)構(gòu)中都含有一種高度保守的特征性序列，即天冬酰胺－脯氨酸－丙氨酸（NPA）序列。其二級結(jié)構(gòu)包含6個跨膜的疏水α－螺旋和5個包含NPA環(huán)區(qū)的反向平行β－折疊，即包括6個跨膜結(jié)構(gòu)域的疏水性膜內(nèi)在蛋白和分別在膜兩側(cè)形成的五個環(huán)結(jié)構(gòu)。這些β－折疊片伸入到磷脂雙層中，從而在質(zhì)膜上形成孔道。它們結(jié)構(gòu)的任何變異都會改變其水通道活性。其空間結(jié)構(gòu)是由單體肽鏈跨越細胞膜6次而圍繞形成的腔型結(jié)構(gòu)（圖1），中間是直徑約為6埃的水分子通道［3］，該結(jié)構(gòu)被稱為特征性的“沙漏”晶體模型［4，5］。

按照對物質(zhì)轉(zhuǎn)運的專一性將水通道蛋白分為兩個亞家族，一類為經(jīng)典的水通道蛋白，它們只允許水分子通過，另一類為水－甘油通道蛋白（Aquaglyceroporin），主要有AQP3、AQP7、AQP9和AQP10，除對水分子通透外，對中性小分子如尿素、嘌呤、甘油等成分也具有通透性，尤其是甘油。水－甘油通道蛋白在脂肪組織、肝臟、腦組織、皮膚等不同部位參與脂類代謝，其缺失會引發(fā)肥胖、糖尿病等。

圖1 水通道蛋白的分子結(jié)構(gòu)（引自參考文獻［2］）

1 AQP9基因的結(jié)構(gòu)特點

AQP9是1997年Kuriyame等［6］在進行人類脂肪組織基因序列系統(tǒng)分析過程中發(fā)現(xiàn)的，其分子結(jié)構(gòu)以及對水的通透性與其他的水通道蛋白類似。人AQP9基因由6個外顯子，5個內(nèi)含子組成，大小約為25個kb。人AQP9基因外顯子、內(nèi)含子數(shù)目與AQP3、AQP7基因相同，但AQP9基因內(nèi)含子的大小從1.5kb到10kb以上，比AQP3、AQP7基因的內(nèi)含子大90至3 500bp。外顯子6含有一個終止密碼和一個聚腺苷酸信號（AATAAA）。以牛AQP9基因為例，其位于牛的第10號染色體上，長度為48 678bp，也包含6個外顯子，編碼295個氨基酸（圖2）。

圖2 牛AQP9基因結(jié)構(gòu)（引自NCBI數(shù)據(jù)庫）

2 AQP9的分布與功能

AQP9在神經(jīng)、消化和生殖系統(tǒng)等多種器官組織中都有分布，其分子結(jié)構(gòu)和對水的通透性與其他的水通道蛋白類似。

2.1 AQP9與神經(jīng)系統(tǒng)

AQP9在哺乳動物腦內(nèi)主要分布于星形膠質(zhì)細胞及兒茶酚胺等神經(jīng)元中，主要功能是參與腦內(nèi)能量代謝，對腦內(nèi)水的轉(zhuǎn)運和腦脊液循環(huán)具有重要作用。Amiry等［7］通過實驗推測 AQP9可能與帕金森病中易受損的神經(jīng)有關。研究表明，AQP9與腦水腫的形成密切相關，并且AQP9與水電解質(zhì)平衡調(diào)節(jié)和能量代謝調(diào)節(jié)有關［8］。通透性試驗表明，AQP9對水、尿素、甘油、甘露醇、山梨糖醇、嘌呤、嘧啶、乳酸、β－羥基丁酸以及氨都具有一定的通透性，AQP9還可以促進類金屬材料的運輸，可能是哺乳動物細胞攝取亞酸鹽的主要途徑［9］。

2.2 AQP9與消化系統(tǒng)

通過克隆鼠肝細胞的原位雜交實驗顯示，AQP9在肝細胞的表達較強，主要分布在肝細胞的基膜面和血竇面，而在膽小管面的質(zhì)膜上無表達［10］。在膽汁的分泌中水需要跨細胞轉(zhuǎn)運至膽管，而AQP9是至今知道的唯一竇狀隙的水通道，因此AQP9對膽汁的轉(zhuǎn)運起到重要作用［11］。有研究顯示，肝細胞表面甘油的攝入過程是由AQP9來完成的。當脂肪分解在細胞膜之間形成甘油濃度梯度時，AQP9開始轉(zhuǎn)運甘油。脂肪細胞中脂肪動員產(chǎn)生的甘油由AQP7將其輸送到血液，再由AQP9來完成甘油從血液到肝臟的攝取過程，從而作為糖異生的原料補充血糖。因此認為，AQP7和AQP9共同協(xié)調(diào)完成了甘油從脂肪細胞到肝臟的運輸過程。AQP9的功能異常將影響糖異生而導致低血糖的出現(xiàn)，并且與胰島素抵抗也密切相關［12］。AQP9除了對水和甘油通透以外，對尿素也有很高的通透性。肝臟是尿素生成和排出的主要器官，因此AQP9在肝臟可能同時是一個尿素通道，并且與尿素的清除有關。通過免疫組化檢測AQP9在大鼠消化道的分布情況，發(fā)現(xiàn)在大鼠消化道，AQP9在近端小腸、遠端小腸、近端結(jié)腸呈高表達，AQP9分布及表達強度與各部位吸收分泌功能及水電解質(zhì)轉(zhuǎn)運活躍程度有一定關系［13］。

2.3 AQP9與生殖系統(tǒng)

Pastor［14］等研究發(fā)現(xiàn)，AQP9大量表達在附睪和雄性生殖系與分泌和重吸收有關的上皮細胞的頂膜。在受精和胚胎發(fā)生過程中，AQP9在胚泡內(nèi)被測出高表達［15］。AQP9在生殖系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的水和溶質(zhì)的轉(zhuǎn)運過程中發(fā)揮重要作用。通過定量PCR檢測發(fā)現(xiàn)，大鼠前列腺組織中AQP9的表達受雄激素的調(diào)控［16］。

2.4 AQP9與脂肪代謝

通過高脂高能膳食建立不同肥胖易感大鼠模型，觀察肥胖合并胰島素抵抗敏感組織（腎周脂肪、肝臟和骨骼肌）中AQP7和AQP9mRNA的表達情況，實驗結(jié)果表明，不同肥胖易感大鼠腎周脂肪AQP7mRNA表達水平一致，骨骼肌AQP7和肝臟AQP9mRNA表達水平存在差異［17］。已知AQP7和AQP9共同協(xié)調(diào)完成甘油從脂肪細胞到肝臟的運輸。對AQP9基因敲除的小鼠進行研究，發(fā)現(xiàn)甘油進出肝細胞受損，脂肪代謝障礙，出現(xiàn)了糖尿?。?8］。因此認為，AQP9參與體內(nèi)甘油的轉(zhuǎn)運，與脂肪代謝、脂類在組織中的沉積有很大關系。

2.5 AQP9與其他組織

Northenr分析顯示人類AQP9mRNA在外周白細胞和聚集白細胞的組織包括脾和骨髓均有表達。在脾臟，AQP9主要分布于紅髓的白細胞，白髓中沒有表達［19］。黃德亮［20］通過熒光免疫測定出AQP9在小鼠內(nèi)耳組織中有分布，且主要存在與內(nèi)淋巴密切相關的組織結(jié)構(gòu)中。AQP9在肺組織中也有表達，但其細胞定位還尚不清楚。

3 結(jié)語

目前，隨著分子生物學及基因工程技術(shù)的迅速發(fā)展，研究人員對AQP9的基因、分子結(jié)構(gòu)和生理學功能的研究已經(jīng)相當深入。這不僅為許多的生理現(xiàn)象作出了科學的分子解釋，并且為相關疾病的臨床治療提供理論依據(jù)。水通道蛋白9參與體內(nèi)甘油的轉(zhuǎn)運，與脂肪代謝、脂類在組織中的沉積有很大關系。已有研究顯示，AQP9基因的多態(tài)性與家畜的生長性狀有顯著的相關性。因此，對該基因的研究還將有助于闡明畜禽生長性狀的分子機制，對提高動物生產(chǎn)性能和維護動物機體健康等都具有很高的實際應用價值。

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