水通道蛋白4与脑水肿研究进展

水通道蛋白4(AQP4)是膜水通道蛋白家族的一员,在脑组织中高表达,是控制水进出脑组织的通道。近年来发现,AQP4的功能和表达与脑水肿密切相关。同时脑水肿又是和脑疾病治疗密切相关的病理过程,对两者的研究或许可以为我们带来更多的临床治疗新思路。本文综述了AQP4的结构、表达、调控与功能以及AQP4与脑水肿关系的研究进展。     

AQP-4在几种常见类型脑水肿中的表达及其作用

脑水肿是指各种原因导致的脑组织水含量增多,可导致脑容积增大、颅内压增高,脑水肿发病机制复杂,是多种颅脑疾病如脑静脉血栓形成、脑缺血、脑出血、脑组织创伤等的主要病理生理改变之一,其形成严重影响疾病预后,是颅脑疾病中致残、致死的主要原因。水通道蛋白(Aquaporin,缩写为AQP)是一个具有高度选择性通透水的膜通道蛋白家族,包括200多个家族成员,其蛋白质分子结构中有一狭窄的亲水性孔道,通过该孔道水分子从水位势能高的一侧迅速扩散到势能低的一侧,而其它的物质则不能通过;AQP-4是脑内含量最多的水通道蛋白,最近研究表明AQP-4参与多种颅脑疾病的脑水肿的形成及消退。本文就AQP-4在几种常见类型脑水肿中的表达及作用进行综述。     

脑出血后脑组织中水通道蛋白4的定位分布变化

目的观察脑出血(intracerebral hemorrhage,ICH)后大鼠脑组织中水通道蛋白4(aquaporin 4,AQP4)的定位分布变化,以探讨AQP4在出血性脑水肿发生发展中的作用。方法 SD雄性大鼠随机分为假手术(sham)组和ICH组(ICH后1d、3d、7d),采用自体血注入法建立大鼠ICH动物模型,干湿重法检测脑水含量变化,透射电镜检测组织结构病理变化,免疫荧光双标记检测AQP4的定位分布变化。结果 ICH后1d、3d出血侧脑组织明显水肿,ICH后1d血肿周围组织结构破坏最为明显,可见毛细血管内皮细胞肿胀及血管周围间隙增宽等改变;免疫荧光结果显示,ICH后脑组织中,AQP4在血肿周围组织、外胶质界膜、内胶质界膜等与水转运密切相关的极性表达部位,其免疫反应发生变化;而在穹窿下器、齿状回等AQP4的非极性表达部位,AQP4的免疫反应无明显变化。结论结果表明,ICH后病理改变主要影响AQP4的极性表达非极性表达则不受影响。由此提示,AQP4极性表达变化可能促进出血性脑水肿的发展。     

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。     

大鼠脑缺血再灌注时水通道蛋白4表达与血脑屏障通透性变化

目的:研究大鼠脑缺血/再灌注时脑组织中水通道蛋4(AQP4)表达与脑水肿、血脑屏障通透性间关系。方法:采用大鼠大脑中动脉线栓缺血模型,免疫组化法、蛋白印迹法测定AQP4表达,干湿重法测定脑水含量以评价脑水肿,伊文氏蓝(EB)法测定血脑屏障通透性。结果:脑缺血后再灌注4～6h,AQP4表达上调,至12h上调显著,48～72h达高峰。脑水含量、EB含量均与此趋势相一致,且AQP4表达与脑水含量、EB含量呈显著正相关(P0.05)。结论:AQP4表达参与了缺血性脑水肿的产生,且与BBB通透性改变呈正相关。     

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。     

脑外伤后ERK信号通路调节AQP4及其锚定蛋白DG的表达

脑外伤是青年人最主要的致死与致残疾病。脑水肿是脑外伤的严重并发症,其形成与脑内最主要的水通道蛋白4（aquaporin4, AQP4）关系密切。AQP4对水的转运与其在星形胶质细胞胞膜上的极性分布有关。肌营养不良-肌萎缩蛋白复合物（dystrophin-dystroglycan complex, DDC）可能与AQP4的锚定及极性分布有关。肌萎缩蛋白（dystroglycan, DG）是该复合物的核心成员,但其对AQP4锚定及极性表达的作用目前并不清楚。脑外伤后,AQP4的表达改变是否与DG有关,其二者表达变化的调控机制均不清楚。为了揭示以上科学问题,为临床治疗脑外伤后脑水肿提供理论依据,分别进行在体、离体及离体干扰实验。研究发现脑外伤后,AQP4、α-DG、β-DG的表达,于6 h增至峰值,后逐渐减弱,于24 h降至最低,48 h再次表达上调。在此过程中,其表达变化规律虽基本一致,但确实存在不一致的现象。排除其他因素干扰,在星形胶质细胞划伤后,DG与AQP4及p-ERK的表达改变完全一致;抑制及激活ERK信号通路后,分别导致DG与AQP4的表达下调及上调。以上结果证实,脑外伤后,DG参与AQP4在星形胶质细胞的锚定,但并非AQP4极性表达的专属锚定蛋白质;机械损伤后,早期ERK信号通路激活,并上调DG及AQP4的表达。     

脑水肿时紧密连接蛋白occludin及AQP4的表达变化

目的:采用枕大池内注入脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)的方法建立大鼠脑水肿模型,观察脑组织病理形态学变化,脑组织含水量(brain water content,BWC),血脑屏障(blood brain barrier,BBB)的紧密连接蛋白Occludin和水通道蛋白-4(aquaporin 4,AQP4)表达水平的动态变化,研究AQP4及Occludin与脑水肿形成的关系,及其可能的作用机制,为临床脑水肿的治疗提供理论依据。方法:选用Wistar健康成年大鼠,随机分为正常对照组,生理盐水组和脂多糖组,后两组的观察时间点选定于造模后3 h、6h、12 h、24 h、72 h。采用经皮穿刺枕大池内注入脂多糖的方法制备脑水肿动物模型,正常对照组、生理盐水组及脂多糖组分别于各时间点进行开颅取脑,测定脑组织含水量,通过HE染色法观察脑组织的病理形态学变化,应用Western blot方法检测occludin的表达变化。应用RT-PCR技术测定脑组织内AQP4mRNA的表达变化。结果:生理盐水组各时间点中有少量AQP4mRNA及occludin蛋白的表达,与正常对照组之间无显著性差异;脂多糖组在造模后3 hAQP4的mRNA表达开始增加,6-12 h达高峰,此后明显下降,随后表达开始减弱,24-72 h表达显著低于生理盐水组;occludin蛋白表达下降出现于造模后3 h,12-24 h下降更明显,72 h表达开始升高。结论:枕大池内注入脂多糖(LPS)所建立脑水肿模型中,脑组织含水量及血脑屏障通透性增加,病理学特点是血管源性脑水肿出现早且持久,后期伴有细胞毒性脑水肿的改变。AQP4早期表达增强是胶质细胞的适应性反应,与血脑屏障的破坏有关,促进了血管源性脑水肿的发生。后期AQP4表达减弱是机体内在防御机制的表现,同时又促进细胞毒性脑水肿的形成。occludin在脑组织中表达量随脑水肿的加重而降低,即与脑水肿的程度呈负相关,目前认为这与脑水肿时内皮细胞通透性增加,血脑屏障的通透性改变,导致occludin的表达下调有关,促进了血管源性脑水肿的发生。针对以上特点,我们可以进一步研究调控AQP4及occludin表达的药物,从而减轻脑损伤后脑水肿的程度,为脑水肿的治疗提供新的临床策略。     

胆红素脑病SD乳鼠模型中脑水通道蛋白-4表达发生变化

神经细胞水肿是胆红素脑病（bilirubin encephalopathy,BE）发生发展过程中的重要病理变化。水通道蛋白-4（aquaporin-4,AQP4）的表达及分布异常与多种疾病所致细胞毒性脑水肿的发生发展具有密切联系。但胆红素脑病中AQP4的表达变化规律及其在病理进展中的作用尚不清楚。采用7日龄SD大鼠小脑延髓池注射胆红素溶液的方法,建立新生大鼠胆红素脑病模型。胆红素脑病模型根据胆红素作用时间的不同,分为12 h、24 h、48 h、72 h和7 d组。采用HE及尼氏染色,检测各新生大鼠脑组织的病理改变;应用透射电镜(TEM),检测胆红素作用24 h后,鼠脑组织超微结构的变化;应用免疫荧光及Western 印迹,检测 AQP4在脑组织中的表达变化。通过上述实验,以探讨AQP4的表达变化与胆红素所致脑损伤的关系。HE及尼氏染色结果显示,随着胆红素沉积时间的延长,神经细胞逐渐肿胀,细胞间隙增大,尼氏小体数量逐渐减少;电镜结果显示,胆红素脑病24 h后神经细胞线粒体出现肿胀;免疫荧光染色显示,24 h组AQP4的表达范围明显增加,其后表达范围逐渐减少,表达强度也随之减弱;Western 印迹结果显示,AQP4表达在不同时间点呈现先增高后降低的趋势,在24 h达到峰值（24 h组1.38 ± 0.11 vs 对照组0.87 ± 0.21, P＜0.05）,在之后的各时间点上,AQP4的表达呈现下降趋势,而72 h组与7 d组AQP4表达均低于48 h组（P＜0.05）,基本恢复到对照组的表达水平（P＞0.05）。上述结果提示,胆红素脑病中胆红素的毒性作用将引起AQP4表达量的改变,AQP4的表达变化与胆红素脑病中细胞毒性脑水肿的发生相关,并且可能在胆红素脑病脑损伤的进展中发挥作用。     

胆红素脑病SD乳鼠模型中脑水通道蛋白-4表达发生变化

神经细胞水肿是胆红素脑病（bilirubin encephalopathy,BE）发生发展过程中的重要病理变化。水通道蛋白-4（aquaporin-4,AQP4）的表达及分布异常与多种疾病所致细胞毒性脑水肿的发生发展具有密切联系。但胆红素脑病中AQP4的表达变化规律及其在病理进展中的作用尚不清楚。采用7日龄SD大鼠小脑延髓池注射胆红素溶液的方法,建立新生大鼠胆红素脑病模型。胆红素脑病模型根据胆红素作用时间的不同,分为12 h、24 h、48 h、72 h和7 d组。采用HE及尼氏染色,检测各新生大鼠脑组织的病理改变;应用透射电镜(TEM),检测胆红素作用24 h后,鼠脑组织超微结构的变化;应用免疫荧光及Western 印迹,检测 AQP4在脑组织中的表达变化。通过上述实验,以探讨AQP4的表达变化与胆红素所致脑损伤的关系。HE及尼氏染色结果显示,随着胆红素沉积时间的延长,神经细胞逐渐肿胀,细胞间隙增大,尼氏小体数量逐渐减少;电镜结果显示,胆红素脑病24 h后神经细胞线粒体出现肿胀;免疫荧光染色显示,24 h组AQP4的表达范围明显增加,其后表达范围逐渐减少,表达强度也随之减弱;Western 印迹结果显示,AQP4表达在不同时间点呈现先增高后降低的趋势,在24 h达到峰值（24 h组1.38 ± 0.11 vs 对照组0.87 ± 0.21, P＜0.05）,在之后的各时间点上,AQP4的表达呈现下降趋势,而72 h组与7 d组AQP4表达均低于48 h组（P＜0.05）,基本恢复到对照组的表达水平（P＞0.05）。上述结果提示,胆红素脑病中胆红素的毒性作用将引起AQP4表达量的改变,AQP4的表达变化与胆红素脑病中细胞毒性脑水肿的发生相关,并且可能在胆红素脑病脑损伤的进展中发挥作用。     

水通道蛋白与脑部疾病

水通道蛋白是参与跨细胞水转运的膜通道蛋白家族成员,广泛存在于机体组织细胞中,参与水的分泌与吸收。近年来脑部的水通道蛋白成为研究热点。水通道蛋白在脑中的主要生理功能是参与调节脑内渗透压及电解质的平衡,维持脑脊液的分泌及平衡,并与各种脑部疾病的病理过程及其所造成的水肿密切相关。调控水通道蛋白的表达可以减轻各种脑部疾病造成的病理损伤和阻止脑水肿的形成,这为临床治疗脑部疾病提供了新的思路和方法。本文就水通道蛋白与脑部疾病的关系的研究进展作一综述。     

不同浓度中药怀牛膝加黄芪煎液对重型颅脑损伤大鼠脑组织含水量及AQP4表达的影响

目的观察低、中、高不同浓度中药怀牛膝加黄芪煎液对重型颅脑损伤大鼠脑组织含水量及水通道蛋白4(AQP4)表达的影响,探讨其治疗重型脑损伤性脑水肿最佳用药浓度及机制。方法将SD大鼠65只随机分为假手术组(5只),模型组(15只),低浓度怀牛膝加黄芪组(A组)15只,中浓度怀牛膝加黄芪组(B组)15只,高浓度怀牛膝加黄芪组(C组)15只,采用改良后Feency’s方法建立大鼠重型颅脑损伤模型。分别在1、3、7天3个时间点每组各取5只大鼠测定脑组织含水量,HE染色观察脑组织变化情况,并采用免疫组化方法检测脑组织AQP4的表达。结果模型组大鼠重型颅脑损伤后各时间点脑组织含水量、损伤灶周围AQP4的表达均高于假手术组(P0.05),HE染色观察发现模型组的脑组织肿胀水肿明显;A、B组各时间点脑组织含水量、AQP4表达水平与模型组相比较无明显降低(P0.05),HE染色观察发现与模型组基本一致;C组各时间点脑组织含水量、AQP4表达水平均较模型组降低(P0.05),HE染色观察发现与模型组比较,脑组织水肿情况有所改善。结论 C组改善重型颅脑损伤后引起的脑水肿效果最明显,其作用机制可能与减少AQP4在损伤脑组织中的表达、减轻脑细胞损害有关。     

神经系统内水通道蛋白4的功能研究进展

水通道蛋白4 (aquaporin 4,AQP4) 是中枢神经系统内重要的水通道蛋白之一,除了在海马、视上核和室旁核等部位的少数神经元上有分布外,主要表达在星形胶质细胞和室管膜上皮细胞中.近期的研究发现,AQP4除了参与脑脊液(cerebrospinal fluid,CSF)分泌、吸收等中枢神经系统内水代谢平衡的调节外,还有许多令人感兴趣的功能表现.AQP4能够影响星形胶质细胞的迁移和胶质疤痕的愈合;影响神经信号的传导;还能够调节星形胶质细胞对K 和谷氨酸的重摄取;改变神经元神经递质的释放;参与突触以及细胞间隙连接的形成等.上述发现表明AQP4不仅是影响中枢神经系统内水和电解质平衡的关键因素,而且是决定星形胶质细胞结构功能的重要分子基础之一.因此AQP4为众多脑疾病的治疗提供具有重要价值的潜在药物作用靶点,调控AQP4的表达与功能将成为治疗许多神经系统疾病的新策略.     

水通道蛋白在塔里木兔肺组织中的表达和作用

通过检测塔里木兔Lepus yarcandensis肺脏中水通道蛋白(aquaporin,AQP)1、AQP3及AQP4的表达和分布情况,以探讨水通道蛋白在干旱区动物水液代谢中的作用。采用常规HE染色观察肺组织学结构,采用免疫组织化学检测AQP1、AQP3及AQP4在肺脏中的分布位置及表达。结果表明,AQP1分布在支气管上皮细胞,肺泡间质毛细血管内皮细胞以及肺泡上皮(Ⅰ、Ⅱ型)细胞。AQP3分布在小气管上皮顶质膜和大气道上皮细胞基底膜。AQP4分布在小气管和大气道上皮细胞基底膜。AQP1、AQP3及AQP4在肺中表达的强弱关系为AQP1>AQP4>AQP3。这些结果说明,水通道蛋白在塔里木兔肺泡腔、肺组织间隙及毛细血管腔之间水的转运中很可能起着很重要的作用。同时对吸入空气的湿润和呼出气体中水分的重吸收也具有重要意义。     

水通道蛋白的生理功能 ——水通道基因敲除小鼠表型研究进展

水通道蛋白 (aquaporin, AQP) 是一族细胞膜上选择性高效转运水分子的特异孔道. 自从 Agre 等于 1992 年从红细胞膜发现第一个水通道蛋白 AQP1以来,有关水通道蛋白结构与功能的研究取得了迅速的、系列性的进展 . 已报道的哺乳动物 AQP 家族已有 11 个在蛋白质序列上有同源性成员 (AQP0~AQP10). AQP 在体内各系统组织中广泛表达,除了在与体液分泌和吸收密切相关的多种上皮和内皮细胞高表达外,在一些与体液转运无明显关系的组织细胞如红细胞、白细胞、脂肪细胞和骨骼肌细胞等处也有表达,提示 AQP 可能在多种器官生理和病理中发挥重要作用. 基因打靶技术是研究特定基因在体内生理功能的有力手段. 目前 AQP1、3、4、5 基因敲除和 AQP2 基因点突变的基因敲入小鼠模型 ( 模拟人类常染色体隐性遗传尿崩症 ) 已成功建立并广泛用于表型研究,在 AQP 水通道蛋白生理功能方面获得许多重要进展.     

水通道蛋白AQP2翻译后修饰及表达调控

AQP2(aquaporin-2)是一种水通道蛋白,表达于集合管的主细胞,其活性主要受抗利尿激素(arginin vasopressin,AVP)调控。AVP调节的AQP2数量和细胞内定位在维持机体水代谢平衡和尿液浓缩中发挥着决定性的作用。AQP2受多种修饰,如磷酸化、泛素化、糖基化等。本文根据最新的文献报道,着重介绍了AQP2翻译后修饰及调控机制。     

水通道蛋白7与脂肪细胞甘油运输

水通道蛋白是一类运输水分子的跨膜蛋白,对于调节细胞内外水的平衡具有重要意义。有些水通道蛋白如水通道蛋白7(AQP7)除了运输水分子外,还可运输其他小分子物质,如甘油等,故又被称为水甘油通道蛋白。脂肪细胞中AQP7参与了甘油的跨膜运输而影响脂肪代谢,AQP7的功能下降或缺陷将导致脂肪细胞中甘油释放受阻,脂肪水解减少而积累,最终引起肥胖的发生。AQP7在甘油运输过程中的作用及与脂肪代谢的关系使人们对肥胖的发生机制有了新的理解,从而为肥胖的治疗提供了新的思路。     

细胞骨架对水通道蛋白2穿梭的影响

水通道蛋白2(aquaporin2,AQP2)作为肾脏最主要的水通道蛋白,由胞浆穿梭至管腔侧顶端膜上以增加集合管对水的通透性,从而增加肾脏对原尿中水的重吸收。AQP2的穿梭主要有赖于血管加压素的调节及其自身的磷酸化水平。最近越来越多的研究表明,细胞骨架在AQP2穿梭中发挥着重要的作用,本文将就这方面的文献进行总结。     

AQP1促进肺动脉平滑肌细胞的增殖与迁移

肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)的迁移和增殖是肺动脉重塑进而造成肺动脉高压的主要病理基础。水通道蛋白1(AQP1)具有促进上皮细胞、内皮细胞迁移的作用,但机制不清。由于AQP1也表达于血管平滑肌细胞,推测AQP1可能参与缺氧诱导的PASMCs增殖及迁移。通过PCR和免疫印迹分析,检测AQP的表达以及缺氧对AQP表达水平的影响,并通过细胞迁移以及增殖实验观察AQP1在缺氧诱导的PASMCs迁移与增殖中的作用。AQP1在PASMCs和主动脉平滑肌细胞(Ao SMCs)均表达,但缺氧只增加PASMCs中AQP1的表达,以及促进PASMCs的迁移与增殖。敲除AQP1可抑制PASMCs的增殖以及缺氧诱导的细胞增殖和迁移。过表达AQP1促进PASMCs的增殖和迁移。缺氧促进β联蛋白在PASMCs内的表达。敲除β联蛋白后,抑制Ad AQP1所介导的PASMCs迁移与增殖。这些结果表明,缺氧可促进AQP1在肺动脉内的表达,AQP1可通过β联蛋白对PASMCs的增殖和迁移进行调节。     

小鼠隐球菌性脑膜炎模型AQP4与脑水肿关系的实验研究

目的 探讨隐球菌感染中枢神经系小鼠模型AQP4与脑水肿的关系.方法 尾静脉接种隐球菌构建小鼠中枢神经系感染模型,随机分为实验组和对照组,免疫抑制后实验组小鼠尾静脉注射隐球菌菌悬液,对照组注射等量生理盐水.两组均采用Western blotting技术于6h、12h、24 h、48 h、72 h动态检测小鼠脑组织中AQP4蛋白表达变化.结果 小鼠隐球菌中枢神经系统感染后,脑组织中AQP4蛋白表达24 h开始上升,48 h达峰值,在24h和48 h与对照组比较,实验组的标准化AQP4蛋白表达水平显著增加,与对照组差异有统计学意义(P＜0.05).结论 AQP4对隐球菌中枢神经系统感染所致脑水肿具有保护性作用.