脑水肿责任水通道蛋白探究进展

脑水肿责任水通道蛋白探究进展 【关键词】水通道蛋白；脑水肿；进展 【中图分类号】R256. 51 ［文献标识码】A【文章编号】 1004-4949 2013 11-207-02 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，其氨基端和梭基端均位于胞内，肽链中包 含6个富含。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-1 2. 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[l]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。 2. 2 AQP-1与脑水肿的关系脉络丛肿瘤会引起CSF的 生成增加，而同时，该肿瘤中的AQPT表达发生了上调,AQPT 基因敲除的小鼠其CSF分泌的速度降低了 25,脉络丛上皮 细胞的通透性及离子的透过率也有所降低。这些证据表明 AQP-1参与了 CSF的分泌，并且能够使CSF易于进入脑室， 同时也表明，AQP-1的抑制剂能够有效治疗脑水肿以及良性 颅内压增高（两者都与CSF的生成增加或过量蓄积有关）。 近年来，逆转录PCR和免疫组织化学分析表明在正常动物皮 质中只有少量的AQP-1表达，而在TBI动物脑皮质中AQP-1 基因和蛋白的表达量呈高表达，这说明AQP-1在TBI相关性 脑水肿起重要作用，而且这种蛋白可能在TBI后表达上调。 Morishima T等证实AQP-1其中一个激发因素为糖皮质 激素［2］。Blank M E证明AQP-1能够增强C02膜的通透性， 进而导致细胞内酸中毒［3］。进一步的实验证实TBI后1小 时内使用地塞米松治疗可减轻非酸中毒条件下的水肿，但在 酸中毒的条件下反而使脑水肿加重，使用HgC12选择性阻断 AQP-1可以减轻皮质醇和酸中毒条件下的水肿效应。基于这 些数据，我们设想通过AQP-1通道达到水平衡可能受到2种 因素的影响，即糖皮质激素及脑的酸中毒。组织的酸性程度 与脑水肿的程度及临床预后密切相关，几乎所有的严重的 TBI都有低的脑组织酸碱度。如果患者临床症状好转表明脑 组织的酸碱度得到了快速稳定，这也为我们旨在提高TBI患 者的预后提供了一个可供调节的分子机制，即通过联合使用 AQP-1阻滞剂及脑组织的PH值正常化将有助于改善TBI患者 的。另外也有相关研究表明，脑星形细胞尾足通过将信号转 导给周围的血管内皮细胞以调控AQP-1的表达。 3 AQP-4 3. 1 AQP-4在脑组织中的分布AQP-4广泛分布于中枢 神经系统。AQP-4 mRNA在人脑皮质、白质均有分布，同时在 室管膜上皮细胞，软膜细胞、室旁核、视上核，齿状回的颗 粒细胞层及小脑蒲肯野细胞层上也有表达，而在神经元上却 未发现AQP-4表达。AQP-4多选择性的分布于脑室周围组织, 在侧脑室脉络丛、室管膜细胞上亦有少量AQP-4表达，认为 可能与脑脊液形成有关。此外，高分辨胶体金免疫电泳显微 镜观察证实，在面向血管面及软膜面的胶质细胞膜区有选择 性的AQP-4高表达，这表明血管周围的胶质细胞突起是水分 子流动的主要部位。 3. 2 A0P-4与脑水肿的关系大量研究证实各种原因（如 卒中、脑部肿瘤、炎症、颅脑外伤等）引起脑水肿时AQP-4 的表达均出现改变，且AQP-4表达的变化与脑水肿密切相关。 虽然AQP-4在脑水肿的发生、发展、消退方面的具体作用机 制目前还存在一定的争议，但AQP-4与水分进出脑组织有关 这一点是不容置疑的。 关于AQP-4在细胞毒性脑水肿中作用的研究中，Manley 等［4］采用经典水中毒模型，即水灌注引起低钠血症，缺失 AQP-4基因的动物模型脑水肿会明显减轻，预后也较好，这 提示去除AQP-4可减少水从血管向脑内流动进而减轻水中毒 后脑内水积聚。 作为一种双向水转运通道的AQP-4是一种易化脑内多余 水分清除的作用目前亦已被证实。Papadopoulos等［5］向脑 实质内注入等渗液的同时持续监测ICP, 60分钟后AQP-4基 因敲除小鼠的ICP较野生型小鼠明显升高，灌注半球的脑水 含量也显著升高，而对侧半球未见明显差异。这说明AQP-4 可易化血管源性水肿液的重吸收血管源性脑水肿时水并不 依赖AQP-4进入脑组织，但从脑组织中清除水需要AQP-4。 此外，相关研究证实细胞毒性脑水肿时AQP-4表达的升高是 胶质细胞的适应性反应，其目的是为了保护神经元处于较适 宜的环境，保持酸碱和渗透压平衡而摄取渗透性物质，造成 自身高渗状态，而AQP-4表达升高可使更多的水份进入胶质 细胞，形成脑水肿。另外，BBB的胶质细胞足突上的AQP-4 表达升高，可引起血管内水份通过BBB进入脑组织，若胶质 细胞破裂，可导致BBB破坏，进而加重脑水肿。然而，在血 管源性脑水肿时盐及水如何精确地移出脑组织仍需进一步 研究。 3. 3 AQP-4表达的调节目前多数的研究认 为蛋白激酶C PKC可以通过磷酸化的方式调节AQP-4的活 性。对转染AQP-4基因的LLC-PKC1细胞的研究显示PKC及 多巴胺dopamine可以通过磷酸化其丝氨酸Serl80来 降低AQP-4对水的通透性。此外，WenH等［6］发现AQP-4在 星形胶质细胞的极性表达可能受到内皮细胞和或神经元 释放的某种因子的调节。Gunnar son E等认为［7］蛋白质问的 相互作用、渗透压、类固醇激素等对AQP-4也有调节作用。 同