衛(wèi)夢南 綜述 劉建 審校

（重慶醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 產(chǎn)科，重慶 渝中區(qū) 400010）

為維持生命而進行的水的輸送是生命必須活動。長期以來普遍認為，細胞內(nèi)外的水分子是以簡單的跨膜擴散方式透過脂質(zhì)雙分子層。近年來，在許多動、植物及微生物中相繼發(fā)現(xiàn)類似的專一性運輸水的通道，統(tǒng)稱為水通道蛋白(aquaporin，AQP)。它屬于主要內(nèi)源性蛋白(major intrinsic protein，MIP)家族成員之一，是特異性跨膜轉(zhuǎn)運水的通道蛋白，能夠改變細胞膜對水的通透性，維持細胞內(nèi)外水的平衡，在生物體各組織器官中發(fā)揮重要作用。女性生殖器官中的子宮、卵巢、輸卵管部位，卵泡的排卵、月經(jīng)的形成等，都涉及到液體的流動以及宮腔或卵泡腔容積的改變。只允許水通過的選擇性通道蛋白即水通道蛋白的存在逐漸清晰。

一、AQPs的發(fā)現(xiàn)和性質(zhì)

1.AQPs的發(fā)現(xiàn)：AQPs是一組廣泛存在于原核和真核生物細胞膜上選擇性高效轉(zhuǎn)運水分子的孔道。第1個AQPs是1988年由Agre等從紅細胞膜上分離、純化Rh血型多肽時偶然發(fā)現(xiàn)的，是一個28ku的疏水性膜內(nèi)在蛋白，稱為形成通道的28ku的膜整和蛋白(channel-forming integral membrane protein 28ku，CHIP28)，并于1991年完成了CHIP28的cDNA克隆，1992年在非洲爪蟾卵母細胞表達系統(tǒng)中證實了其水通道功能，確認了細胞膜上存在AQPs的理論。此后，CHIP28經(jīng)人類基因委員會命名為水通道蛋白1(aquaporin-1，AQP1)，以后又陸續(xù)從哺乳動物組織中鑒定出11種AQPs(AQP2～AQP11)，它們與先前克隆的晶體纖維中的MIP有20%～40%的氨基酸序列同源性，所以目前發(fā)現(xiàn)的AQPs屬于MIP家族，后經(jīng)證明MIP也有弱的水通道活性，被命名為AQP0。這些相繼發(fā)現(xiàn)的運輸水的通道蛋白被統(tǒng)稱為AQPs。

2.AQPs的分子生物學(xué)特性：迄今為止，哺乳動物細胞膜上已發(fā)現(xiàn)13種AQPs(AQP0～AQP12)[1]。所有已知的動物、植物、微生物中的AQPs不同成員之間的基因序列具有一定的同源性，它們含有250～290個氨基酸。不同AQPs之間的主要差異位于N端和C端，其中，1個大的外顯子(外顯子1)編碼N端分子，3個小的外顯子(外顯子2～4)編碼C端分子。AQPs是一種相對分子量約30KD的糖蛋白，AQPs一級結(jié)構(gòu)含6個跨膜區(qū)段和2個半通道，由疏水蛋白6次跨膜形成5個環(huán)路(A-E環(huán))，含2個胞內(nèi)環(huán)(B,D)和3個胞外環(huán)(A,C,E)，E環(huán)對外界環(huán)境非常敏感，可激活A(yù)QPs功能，B環(huán)和E環(huán)疏水性，其余環(huán)親水性。

AQPs整個分子前后兩部分在序列上相似，在膜上呈1800對稱鏡像結(jié)構(gòu)，接近氨基端和羧基端的B環(huán)和E環(huán)各有由3個氨基酸(天冬酰氨一脯氨酸一丙氨酸)組成的基元，這是該蛋白家族成員共有的高度同源特征性結(jié)構(gòu)。AQP1、2、5的E環(huán)和AQP3的B環(huán)的萘基酞基氨酸(naphthylphthalamic acid，NPA)序列前均有半胱氨酸，其中E環(huán)的C189為汞抑制部位，并位于水通道核心部位即AQPs“口部”附近的可能性最大，由此推測AQPs的結(jié)構(gòu)為沙漏模式。B環(huán)和E環(huán)下沉至雙分子層內(nèi)，整個分子兩部分在NPA處折疊形成狹窄水孔，孔道大小約為一個單水分子，寬度足以讓水分子魚貫通過，均為汞抑制部位。這一發(fā)現(xiàn)從化學(xué)結(jié)構(gòu)上澄清了水通道蛋白的篩選輸運機制[2]。AQPs的二級結(jié)構(gòu)由40%的a-螺旋和42%～43%的β片層及轉(zhuǎn)角構(gòu)成；它的三級結(jié)構(gòu)以四聚體形式存在[3]，每一個單體都是獨立的功能性水通道，在膜上處于反向相對位置的B環(huán)和E環(huán)功能性水選擇性通透十分重要，E環(huán)和B環(huán)呈顯著疏水，它們的任何變異都會引起水通道活性的下降。

3.AQPs的轉(zhuǎn)運功能:AQP家族成員根據(jù)功能特性的差異分為兩個亞家族：（1）AQP家族，包括 AQP0，AQP1，AQP2，AQP4和 AQP5，有 4O%～5O%的氨基酸同源，對水的通透性均有高度的選擇性； （2）aquagIyceroporins，包括 AQP3，AQP7，AQP9和AQP10，它們的核苷酸序列相近，對水的通透選擇性相對差，對甘油、尿素等也具有通透性。其他包括 AQP6，AQP8，AQP11和AQP12具有獨特功能和基因結(jié)構(gòu)(除AQP6)而沒有歸類[4]。水從不同方向接近水孔通道，水分子首先打破自己的氫鍵，再與水孔通道兩個親水殘基分別形成兩個相連的氫鍵。水孔通道中Arg-195殘基對所有陽離子包括H3O+電荷排斥，而NAP結(jié)構(gòu)的兩個短孔螺旋形成的電偶結(jié)構(gòu)亦可強力阻止陽離子的滲入，這樣就形成了AQPs對水的專一通透性。

二、AQP在女性生殖器官中的生理作用

1.在子宮上的表達和功能:AQP1在人類胎盤絨毛膜板的羊膜上皮細胞及胎膜的羊膜上皮細胞中均有陽性表達，主要表達在羊膜上皮細胞膜的側(cè)膜。在正常月經(jīng)周期的增生期和分泌期子宮內(nèi)膜均可檢測到AQP1的mRNA的表達，AQP1蛋白表達于子宮內(nèi)膜間質(zhì)的毛細血管及小血管的內(nèi)皮細胞。AQP1是血管內(nèi)皮表達的水通道蛋白，絕大部分都位于細胞膜脂質(zhì)雙分子層中。AQP1的四聚體結(jié)構(gòu)可能與維持各單體的穩(wěn)定性有關(guān)。

子宮內(nèi)膜腺上皮的AQP2表達在分泌期高于增生期，以分泌中期最高，這與內(nèi)膜水腫的產(chǎn)生一致。AQP2可能參與人類子宮內(nèi)膜水轉(zhuǎn)運，在子宮內(nèi)膜的周期性改變中起重要作用。AQP2的表達與雌二醇和孕酮的濃度有關(guān)，并受雌激素和孕激素的調(diào)節(jié)。

AQP2在月經(jīng)周期的不同時期表達發(fā)生改變，或許對人類生殖生理非常重要[5]。AQP2的表達呈周期依賴性，并在腺泡的腺上皮上有表達，但在間質(zhì)中無表達，部分血管AQP2染色陽性。在分泌中期，也就是胚胎種植的窗口期，局限于胚胎種植部位，該處血管滲透性急劇增加，與此一致，AQP2在此處血管內(nèi)皮上表達明顯增加。提示AQP2可能參與內(nèi)膜的水腫，月經(jīng)形成等作用[6]。雌激素對子宮內(nèi)膜的重要作用是促進子宮內(nèi)膜對水的吸收，雌激素通過雌激素受體a型(ERa)，ERβ發(fā)揮作用，已知雌激素對生殖的作用主要是通過a受體發(fā)揮作用，敲除a受體的小鼠無生育能力。進一步研究表明，雌激素是通過ERa直接調(diào)節(jié)AQP5基因起作用[6]。AQP3和AQP8在子宮上亦有表達。AQP3主要在腔上皮細胞表達，而子宮肌層和腺上皮有部分表達。AQP3能促進水分進入腺泡，雌激素能減少宮腔液體的黏性，雌激素的治療使腺上皮細胞的細胞膜對水的通透性明顯增加，雌激素通過上調(diào)AQP3的表達提高上皮層對水的通透性[7]。AQP8主要在間質(zhì)細胞的子宮肌層有表達，是子宮間質(zhì)細胞表達的唯一AQP，可能有助于水分在該區(qū)域的合理分配。水滲透人子宮組織，從毛細血管到間質(zhì)細胞周圍。擴散增加，導(dǎo)致血管充血，毛細血管的通透性增加AQP8可防止水分進入子宮肌層，有助于水分在整個間質(zhì)快速充盈。這些AQP在限制水分進入間質(zhì)層防止肌層水腫方面起重要的作用。

2.在卵巢和輸卵管上的表達:AQP2在胰腺、輸卵管和周圍神經(jīng)中也有較弱的表達，AQP2在輸卵管的表達位于卵巢皮質(zhì)細胞膜的頂端或頂端下方。AQP3在卵巢上也有較弱的表達，主要在原始的卵母細胞、黃體、子宮內(nèi)層上皮細胞、輸卵管和宮頸上表達。在輸卵管內(nèi)，AQP3在非纖毛細胞和纖毛細胞上都有表達，但在纖毛上皮表達更明顯[8]。AQP4是哺乳動物大腦中最重要的水通道。敲除AQP4能降低雌、孕激素的濃度。研究表明，AQP4不僅能調(diào)節(jié)水和離子的轉(zhuǎn)運，而且調(diào)節(jié)卵巢激素和神經(jīng)遞質(zhì)的功能[9]，與癲癇的發(fā)作有密切關(guān)系[10]。在促性腺激素釋放激素(GnRH)的刺激下，竇卵泡的形成是一個快速的過程，卵泡腔擴張的速度是前竇卵泡期的50倍。Powers等[11]發(fā)現(xiàn).卵泡確實能在竇卵泡和卵泡的血供間維持一種選擇性屏障，甚至對離子都不例外。此外，竇卵泡發(fā)育需要大量水的吸收液，不可能通過多層顆粒細胞從細胞外周獲得。因此，進入卵泡腔的水有著更直接、相當(dāng)短的途徑通過顆粒細胞的胞質(zhì)，這個途徑就是水通道，研究發(fā)現(xiàn)，水分子進入卵泡的速率是菊糖的3.5倍。卵泡腔液體的形成是跨細胞膜完成的，而不是圍繞細胞外周的滲透完成[12]。

三、展望

AQP在女性生殖器官的生理過程中起到了重要作用。隨著研究的進展，AQP將會為一些與水代謝有關(guān)的婦產(chǎn)科疾病的研究提供新思路，為臨床治療婦產(chǎn)科疾病提供新方法。

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