水通道的分子生物学研究

水通道是哺乳动物及植物细胞膜上转运水的特异孔道。第一个水通道蛋白即原型分子水通道（２８ｋＤ通道构成整合膜蛋白）的ｃＤＮＡ序列是在１９９１年完成鉴定的。目前从哺乳动物组织中已鉴定出至少五种水通道蛋白,统称为水蛋白（ａｑｕａｐｏｒｉｎ,ＡＱＰ）,均属于主体内在蛋白（ＭＩＰ）家族的成员。水通道介导水依渗透梯度方向运动。不同的水通道蛋白在组织中的分布不同,但多在肾髓质有表达。原型分子水通道蛋白在膜中以四聚体形式存在,每一单体形成一个功能性的水孔道。     

水通道蛋白——一次意外的发现

2003年,PeterAgre因发现细胞膜水通道而获得诺贝尔化学奖。水是所有细胞中、血液中以及植物汁液中的溶剂,既是生物体内各种化学反应的介质,自身也参与各种反应。因此,水的代谢对于生物个体来说至关重要。就水进出细胞的方式、水通道蛋白的发现过程及其现状进行简单介绍。     

综述与专论: 星形胶质细胞调节性容积减小（RVD）的关键膜蛋白研究进展

星形胶质细胞承担着维持脑部内环境稳态的重要功能,包括维持脑的水电解质平衡。然而,在缺血性脑卒中等多种疾病中,星形胶质细胞会首先出现明显的细胞水肿,进而促进脑水肿的发生,加重脑损伤。调节性容积减小（RVD）是星形胶质细胞面对水肿时快速减小自身部分容积的代偿反应。最新研究进展发现,水通道蛋白（AQP）和体积调节性阴离子通道（VRAC）是RVD过程的关键参与者。VRAC是LRRC8家族成员构成的异多聚体,星形胶质细胞水肿时,VRAC激活,介导阴离子和有机渗透性物质快速向细胞外转运,是RVD的主要驱动力。AQP是一种6次跨膜蛋白,具有选择性的双向水通道,是星形胶质细胞快速水肿的结构基础,同时也是RVD过程中水转移至胞外的“快速通道”。进一步了解VRAC和AQP的结构、功能及其在RVD中发挥的作用,有助于最终解析星形胶质细胞RVD的发生机制并为脑水肿的治疗提供潜在靶点。     

水孔蛋白1的结构与功能

水通道,又称水孔蛋白（ａｑｕａｐｏｒｉｎ,ＡＱＰ）是动植物细胞膜上转运水的特异孔道。ＡＱＰｓ均属主体内在蛋白（ＭＩＰ）家族的成员。ＡＱＰ１是第一个被鉴定的水通道,又称原型分子水通道。它在体内的分布极广,参与多种生理功能,在膜中以四聚体的形式存在,每一单体形成一个功能性的水通道。ＡＱＰ１的表达可受汞、雌激素等多种因子的调节,并发现它与许多病理生理过程有着直接的关系。     

抗利尿激素对肾集合管水通道蛋白的调节

肾集合管主细胞管腔膜AQP2水通道蛋白数量受抗利尿激素（ADH）的调节。当血浆ADH为零值时,管腔膜AQP2数量减少,集合管水通透性降低。当血浆ADH水平升高时,管腔膜AQP2数量增加,集合管水通透性升高。     

水通道蛋白在细胞中的调控

水通道蛋白是一个具有跨膜运输水分子功能的蛋白家族．其功能受到细胞精细调控,以维持细胞正常的生理状态,水通道蛋白异常将导致相关疾病的发生。重点介绍水通道蛋白在细胞中的调控机理。     

充血性心力衰竭水潴留的机制--Aquaporin 2水通道蛋白的作用

水潴留是充血性心力衰竭的重要病理生理表现。长期以来人们以专力衰竭时水重吸收增加的肾脏机制所知甚少。Ａｑｕａｐｏｒｉｎ水通道（ＡＱＰ）家族的发现是水通道生物学研究的一个新的里程碑。研究发现充血性心力衰竭时肾脏ＡＱＰ２水通道基因ｍＲＮＡ和蛋白的表达明显上调;ＡＱＰ２的上调主要由血管加压素所介导,Ｖ２受体拮抗剂可显著降低此上调;在充血性心力衰竭时肾脏ＡＱＰ２表达的改变是选择性的,不伴有肾脏ＡＱＰ１和ＡＱ     

水通道蛋白

水通道蛋白 (aquaporin,AQP)是对水专一的通道蛋白 ,普遍存在于动、植物及微生物中。它所介导的自由水快速被动的跨生物膜转运 ,是水进出细胞的主要途径。1　水通道蛋白的发现长期以来 ,普遍认为细胞内外的水分子是以简单的跨膜扩散方式来透过脂双层膜。后来由于在生物物理学研究中发现红细胞及近端肾小管对渗透压改变引起的水的通透性很高 ,很难单纯以弥散来解释。因此 ,一些学者推测水的跨膜转运除了简单扩散外 ,还存在某种特殊的机制 ,并提出了水通道的概念。1988年 ,Agre等在鉴定人类 Rh血型抗原时 ,偶然在红细胞膜上发现了 1种新的 2…     

蚕豆保卫细胞质膜水通道蛋白的鉴定及其在气孔运动中的作用

水通道或水通道蛋白是水分运动的主要通道。以RD2 8cDNA和RD2 8抗体为探针证明了蚕豆 (ViciafabaL .)保卫细胞中存在水通道蛋白 ,并以气孔运动为指标 ,结合抗体和抑制剂处理证明水通道蛋白是水分运动的主要通道。研究表明编码质膜水通道蛋白的RD2 8转录体在叶片保卫细胞、叶肉细胞和维管束中高表达 ,尤以保卫细胞中最多 ;荧光免疫染色和Confocal显微镜观察表明 ,RD2 8抗体反应主要位于保卫细胞质膜。进一步采用RD2 8抗体和水通道蛋白抑制剂———HgCl2 (2 5 μmol L) 处理可抑制壳梭孢素 (FC)、光照诱导的气孔开放和原生质体体积膨胀以及ABA诱导的气孔关闭 ,但这种抑制作用可以被水通道抑制剂的逆转剂 β_巯基乙醇 (ME)逆转。表明蚕豆保卫细胞中存在水通道蛋白并参与蚕豆保卫细胞的运动过程。     

肺水通道蛋白1,5与肺损伤的研究进展

正水通道蛋白(AQPs)是一种可快速完成水分子细胞内外跨膜转运的跨膜蛋白家族,对维持细胞内外水平衡有重要作用。肺损伤是临床上常见危重病症,死亡率高。有大量研究证实,水通道蛋白(AQPs)与肺水清除密切相关,其中AQP1,5在肺水转运中尤为重要,这对近年来国内外关于肺内液体跨膜转运及细胞内外环境平衡调节机制的研究及临床肺损伤的认识和治疗具有重要临床意义。作者就肺水通     

水分亏缺条件下玉米根系PIP2-5基因的表达(简报)

在PEG-6000模拟水分亏缺条件下,以微管蛋白基因为内参基因,水通道蛋白基因PIP2—5为检测基因,采用半定量逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）体系检测PIP2—5基因在玉米根系中的表达的结果表明,人工模拟水分亏缺条下PIP2—5基因表达量高于正常水分条件下的。这暗示,水分亏缺条件下细胞-细胞途径对根系吸水的贡献可能增大。     

液泡膜水通道蛋白γ—TIP表达载体的构建及其抗体的制备

利用PCR技术,从拟南芥（Arabidopsisthaliana（L．）Heynh．）液泡膜水通道蛋白γ－TIP的cDNA中扩增了含水通道特异保守区的205bp片段,并将其构入pGEX－KG原核表达载体。酶切、测序分析表明构建的重组质粒pGEX-TIP结构正确。0．4mmol/L的IPTG可诱导表达分子量为32kD融合蛋白GST-TIP,表达蛋白以包涵体形式存在,约占菌体总蛋白的50％。实验用SDS-PAGE制备电泳从菌体的超声裂解液中纯化了GST-TIP融合蛋白,以此融合蛋白为抗原制备了高质量的液泡膜水通道蛋白的抗体,为研究水通道蛋白在组织中的定位及生理功能提供了有用的蛋白探针。     

TRPV4参与低渗对水通道蛋白-5表达的调节

水通道蛋白-5（aquapofin-5,AQP5）在角膜、多种外分泌腺和Ⅰ型肺上皮细胞表达,在调节细胞膜对水分子的通透性中发挥重要作用。已有研究表明TNF-α、cAMP、腺病毒感染和高渗可以调节AQP5表达。但是,细胞外低渗对于AQP5表达的影响尚不清楚。     

《中国学术期刊文摘》中文版和英文版—2007年征订启事

水通道蛋白-5（aquapofin-5,AQP5）在角膜、多种外分泌腺和Ⅰ型肺上皮细胞表达,在调节细胞膜对水分子的通透性中发挥重要作用。已有研究表明TNF-α、cAMP、腺病毒感染和高渗可以调节AQP5表达。但是,细胞外低渗对于AQP5表达的影响尚不清楚。     

水通道蛋白的结构与功能研究

水通道蛋白是近年来才被发现的一种转运水分子和某些小分子物质的跨膜蛋白,本文综述了水通道蛋白的分子结构、组织分布及在泌尿、呼吸、消化、神经系统等方面的重要生理学功能。水通道蛋白的研究对阐明某些水代谢疾病的发病机制及为该类疾病提供新的治疗思路具有深远意义。     

植物水通道的生理生态特性及其参与气孔运动的研究进展

植物水通道对水分运输具有专一性, 能够调节细胞中水分、一些离子和其他小溶质的转运, 因而在植物的生长发育中发挥着重要作用。本文综述了植物水通道的研究进展, 重点介绍了植物水通道的分子特性和生理生态特性及其在植物气孔运动中的作用, 讨论了水通道在气孔振荡中的作用和地位。     

低氧脑水肿大鼠脑组织VEGF和AQPs基因及蛋白表达的变化

目的：探讨低氧脑水肿时血管内皮细胞生长因子（VEGF）、水通道蛋白（AQP1和AQP4）基因和蛋白表达变化,为阐明急性低氧对脑组织的损伤及低氧脑水肿的发病机制提供实验依据。方法：Wistar大鼠随机分为4个组：常氧对照组（Control）、低氧暴露4 000 m组（4 000 m）、低氧暴露6 000 m组（6 000 m）和低氧暴露8 000 m组（8 000 m）,低氧组于低压舱中模拟相应海拔高度持续暴露8 h建立低氧脑水肿模型。用干-湿重法测定脑组织水含量,常规光镜观察脑组织形态学的改变;用RT-PCR法和免疫组化法检测低氧脑水肿时大鼠脑组织VEGF、AQP1和AQP4mRNA和蛋白表达的变化。结果：①干-湿重法测定表明,低氧（≥6 000 m）暴露后,大鼠脑组织水含量明显增加（P〈0.01）。②常规光镜检测结果表明,低氧暴露4 000 m时大鼠脑神经细胞、血管内皮细胞和星形胶质细胞足突轻度肿胀,组织中出现漏出液;低氧暴露6 000 m时脑血管内皮细胞和星形胶质细胞足突肿胀加重,血管与组织间隙扩大,组织中漏出液增多;低氧暴露8 000m时脑血管内皮细胞和星形胶质细胞足突重度肿胀,血管与组织间隙进一步扩大,组织中漏出液明显增多。③低氧脑水肿时,VEGF、AQP1、AQP4mRNA表达水平增高,AQP1在内皮细胞异常表达,内皮细胞VEGF和AQP1、星形胶质细胞足突AQP4蛋白质表达水平增高。结论：低氧脑水肿时,VEGF、AQP1和AQP4表达和分布的变化可能是引起血脑屏障损伤、导致低氧脑水肿的发病机制之一。     

植物水通道的生理生态特性及其参与气孔运动的研究进展

植物水通道对水分运输具有专一性,能够调节细胞中水分、一些离子和其他小溶质的转运,因而在植物的生长发育中发挥着重要作用.本文综述了植物水通道的研究进展,重点介绍了植物水通道的分子特性和生理生态特性及其在植物气孔运动中的作用,讨论了水通道在气孔振荡中的作用和地位.     

水分亏缺下玉米根系ZmPIP1亚族基因的表达

在PEG-6000胁迫条件下,以微管蛋白基因为内参基因、水通道蛋白基因ZmPIP1-1和ZmPIP1-2为检测基因,采用半定量逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）体系检测它们在玉米根系中的表达情况。实验结果是：胁迫条件下,ZmPIP1-1的表达量在杂交F,代‘户单4号’（抗旱）和母本‘天四’（抗旱）根系中增多,它的表达量与品种的抗旱性呈正相关,并且胁迫不同时间段它的表达量有差异;而ZmPIP1-2在3个玉米品种的不同水分处理条件下,表达量均没有明显变化。这提示,水分胁迫条件下根系中某些种类的水通道蛋白基因的表达量增多,并且与品种的抗旱性有关;而另一些水通道蛋白基因的表达不受水分亏缺的影响。     

细胞膜上的水通道——2003年诺贝尔化学奖工作介绍

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。2006年7月2日~7日第15届世界药理学大会在北京召开,现为Duke University医学中心副主任,细胞生物学系的Peter Agre教授也应邀出席此次大会,并专程到北京大学医学部举办了水通道的专场讲座。为了让更多的研究者能够更充分了解水通道的发现过程、Peter Agre教授的研究工作,以及水通道蛋白的研究进程,特写此文,藉以对读者们今后的工作有所启…