水通道蛋白与脑水肿
水通道蛋白(aquaporin, AQP)是一种水的分子通道,在动物和植物细胞中已经发现有多种不同的水通道蛋白。由于水通道蛋白的存在,细胞才可以快速调节自身体积和内部渗透压，水通道蛋白对于生命活动至关重要。本文仅就水通道蛋白与脑水肿关系的研究进展进行简单介绍。
过去认为, 水在细胞内外的转运只是通过脂质双分子层扩散来完成。但在某些生理现象中, 如红细胞、肾近曲小管上皮细胞等对水的转运速度非常快, 不能用水简单扩散来解释。Agre [1]等(1988) 在鉴定人类Rh 血型抗原时,偶然在红细胞膜上发现一种新的28KD 的疏水性跨膜蛋白,称为形成通道的整合膜蛋白28 (CHIP) ,1991 年完成其cDNA 克隆,但当时并不知道该蛋白的功能。在进行功能鉴定时,将体外转录合成的CHIP28 cDNA 注入非洲爪蟾的卵母细胞中,发现在低渗溶液中,卵母细胞迅速膨胀,并于5min 内破裂。为进一步确定其功能,又将其构建于蛋白磷脂体内,通过活化能及渗透系数的测定以及后来的抑制剂敏感性等研究,证实其为水通道蛋白。从此确定了细胞膜上存在转运水的特异性通道蛋白,并称CHIP28 为AQP1 。以后又陆续从哺乳动物组织中鉴定出9 种水通道蛋白(AQP2 ～AQP10 ) ,它们与先前克隆的晶体纤维中的主要内源性蛋白(major intrinsic protein ,MIP) 有20 %～40 %的氨基酸序列同源性,目前所发现的水通道均属MIP家族,后经证明MIP 亦有弱的水通道活性,被命名为AQP0。这些相继发现的专一性运输水的通道蛋白被统称为AQPs。AQP家族，存在于不同的组织器官中, 如：AQP2 存在于肾髓和肾皮质收集管主细胞, 它在调节水的排泄中有重要作用, 约有10% 的肾小球滤过液流经集合管时是在AQ P2 的参与下被重吸收的。AQP5 大量存在于唾液腺和泪腺中, 与唾液和泪液的产生有关[2]。AQP0在眼中有较高的表达, 被认为与晶状体的透明度有关[3]。它们对于维持机体的水平衡起着重要作用,并且与水平衡紊乱所造成的一些疾病有密切关系。AQPs 除了跨膜转运水外, 近来发现还能通透其它小分子。Tsukaguchi 等[4]据此将其分为三类: Ⅰ类为选择性水通道, 如AQP1、2、4、5； II类对某些中性溶质( 尿素、甘油) 有一定的选择通透性, 如AQP3、7等； Ⅲ类有广泛的选择通透性( 尿素、多元醇、乳酸盐、羧基丁酸、嘌呤、嘧啶等),如AQP9。后两类又称水甘油通(aquaglyceroporins)。新克隆出来的AQP10对水和中性溶质具有渗透性，却不能渗透甘油和尿素[5]。另一种分类方法就是根据AQPs 功能能否被汞抑制而分为汞敏感性蛋白和不敏感性蛋白[6]。AQPs 家族的绝大多数成员都具有汞敏感性, 即汞制剂能够抑制其对水的通透性；而只有AQP4 和AQP7具有汞不敏感性。据研究AQP4 与AQP1 的组织构成性活性不同的是邻近NPA基序的半胱氨酸缺失,而汞离子和有机汞通过与AQP1残基C189形成硫醇键使其发生构象改变, 引起水通透性下降。近来研究又证实AQP1的70—73 和189残基定位于水孔或其附近，水孔的宽度也是可变的，而pCMBS(一种汞制剂)能通过71— 73残基而调节水通道的功能。
二、AQP4 的结构。
水通道蛋白(aquaporin,AQP)在脑水肿病理生理学机制中到了重要的作用。迄今已在脑内已发现6种AQP，别是AQP1，3，4，5，8，9。AQP3、AQP5和AQP8的生理学功能未见报道外,AQP1主要在脉络丛内皮细胞表达,参与脑脊液生成[ 7 ];AQP9主要存在于室管膜细胞以及下丘脑内侧基底部的室管膜细胞,可能调节中枢神经系统细胞外间隙与体循环之间的信号传递[8]。AQP4 是脑内表达最多的AQP ,因此最可能与脑水肿形成和消除相关。AQPs 所有成员之间的基因序列具有一定的同源性。AQP4 的基因定位在人染色体 18q11.2 与q12.1 之间的连接处,由四个分别编码127、55、27、92位氨基酸的外显子组成, 并被0. 8、0. 3和5. 2kb 的内含子分隔开。AQ P4的一级结构同其它AQ P 一样, 为跨细胞膜6次的单肽链, 其氨基和羟基末端均位于细胞内, 含3个胞外环(A、C、E) 和2 个胞内环(B、D)。AQ P4整个分子前后两部分在序列上相似, 呈180°定位的正面对称结构, 内部结构与其它AQ P 同源性最高的是位于B 环与E 环上的天冬酰氨— 脯氨酸— 丙氨酸(N PA ) 基序,NPA 基序重叠位于脂质双分子层之间, 产生一个使水分子单线通过的通道, 可使水分子顺渗透压梯度双向转运,这是AQ P 家族成员共有的特征性结构[9]。 AQP4的四级结构是由具有活性、分子量约34kDa 亚单位组成的四聚体。四聚体在膜上的组装是维持AQP 的稳定和其正常功能所必须的 [10] 。AQP4 有3 个mRNA 亚型, 由N 端外显子的差异所决定[11] 。它们分别是AQP41M1 、AQP41M23 和AQP41M23X。AQP41M1 编码的蛋白为M1,AQP41M23 和AQP41M23X 编码的蛋白为M23 。M1 比M23 在N端多22 个氨基酸。亚型的表达存在组织和年龄的差异。