冉 呂綜述，梅浙川審校（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科，重慶 400010）

水通道蛋白是一組對(duì)水有高選擇性的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，廣泛分布在機(jī)體各組織，在水的分泌吸收、細(xì)胞內(nèi)外水平衡等過程中起著重要作用。水通道蛋白9（AQP9）是水通道蛋白家族成員之一，是1998年發(fā)現(xiàn)的一種新的水通道蛋白亞型，現(xiàn)就AQP9的基本特點(diǎn)，在消化道的分布、表達(dá)，與疾病的關(guān)系作一綜述。

1 AQP9的發(fā)現(xiàn)

水通道蛋白是20世紀(jì)90年代初發(fā)現(xiàn)的一類介導(dǎo)自由水被動(dòng)跨生物膜轉(zhuǎn)運(yùn)的小分子膜蛋白，是存在于哺乳動(dòng)物和植物細(xì)胞膜上的特異孔道，一般認(rèn)為該孔道只通透水，對(duì)甘油和尿素有一定的選擇性。自1988年Agre等在鑒定人類Rh血型抗原時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了一種紅細(xì)胞膜上的新28ku蛋白，即后來被命名的AQP1以來，目前已經(jīng)確定13種（AQP0～12）水通道蛋白家族成員。這13種AQP在通透水的功能上有著相似之處，但因表達(dá)部位不同，而發(fā)揮著特異性的生理功能。

AQP9是1997年Kuriyame等在進(jìn)行人類脂肪組織基因序列系統(tǒng)分析過程中，發(fā)現(xiàn)的一種在脂肪組織特異表達(dá)的新基因，之后在白細(xì)胞、肝臟、睪丸、脾、腦等器官也有發(fā)現(xiàn)。AQP9無論在結(jié)構(gòu)、分布以及功能等方面，與其他AQP相比都具有其獨(dú)特性。

2 AQP9基本特點(diǎn)

2.1 分子結(jié)構(gòu) AQP cDNA含有2 890個(gè)核苷酸分子，其核苷酸序列已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)。AQP9基因由6個(gè)外顯子和5個(gè)內(nèi)含子組成。6個(gè)外顯子分別編碼398、127、138、119、218、1 958位氨基酸序列，外顯子6含有一個(gè)終止密碼和一個(gè)聚腺苷酸信號(hào)（AATAAA）。5個(gè)內(nèi)含子長(zhǎng)度分別為10、5.5、1.5、4.0、4.8kb，比其他AQP的內(nèi)含子大得多。AQP9相對(duì)分子質(zhì)量小，為300×103左右，對(duì)水和多種中性溶質(zhì)通透。而AQP3和AQP7也是由6個(gè)外顯子和5個(gè)內(nèi)含子組成，其內(nèi)含子比AQP9小，只對(duì)水、甘油、尿素具有通透性。AQP1、AQP2、AQP4、AQP5的基因由4個(gè)外顯子和3個(gè)內(nèi)含子組成，它們只對(duì)水通透。

AQP9是一種糖蛋白，其基本結(jié)構(gòu)為跨越細(xì)胞膜6次的單肽鏈，每個(gè)單肽鏈由295個(gè)氨基酸組成31×103的單體，其天冬酰胺位置具有糖基化位點(diǎn)，在體外翻譯時(shí)產(chǎn)生28×103單一條帶，在絲氨酸位置有一蛋白激酶C磷酸化位點(diǎn)，無蛋白激酶A位點(diǎn)。在AQP家族中，不同AQP cDNA有高度同源性，內(nèi)部同源性最高的含有2個(gè)天冬酰胺－脯氨酸－丙氨酸（NPA）基元，NPA為AQP家族成員共有的特征性結(jié)構(gòu)。每個(gè)AQP氨基端結(jié)構(gòu)相似，而羧基端結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)，提示氨基端結(jié)構(gòu)決定了AQP功能的共性，羧基端結(jié)構(gòu)構(gòu)成了各成員功能的特異性［1］。

AQP9高級(jí)結(jié)構(gòu)是由同源四聚體組成，各單體均含有6個(gè)跨膜的ɑ螺旋，每個(gè)ɑ螺旋形成基本的含水孔，具有獨(dú)立的水通透活性。四個(gè)單聚體組成中心有明顯孔隙的結(jié)構(gòu)，每個(gè)四聚體都含有四個(gè)向外伸長(zhǎng)圍繞中心孔隙排列的結(jié)構(gòu)域，代表四個(gè)水孔。Walz等認(rèn)為該聚體在膜上的組裝是維持AQP穩(wěn)定性及正常功能所必需的。

2.2 遺傳性特性 原位免疫熒光實(shí)驗(yàn)觀察到，人類AQP9基因位于染色體15q22.1－22.2。人類AQP9和鼠AQP9有76%同源，和AQP3有47%同源，和AQP7有41%同源，和AQP1僅有28%同源［2］。

2.3 化學(xué)特性 AQP9的分子結(jié)構(gòu)和對(duì)水的通透性與其他水通道蛋白類似，它不僅僅是一個(gè)水通道，還可以通透多種小分子，如脲、多羥基化合物、嘌呤、嘧啶、多元醇、甘油、尿素等，并且對(duì)尿素的通透可提高90倍，所以AQP9也被稱為“廣泛選擇性通道”［2］。但是AQP9對(duì)氨基酸、血糖、Na＋、K＋、Cl－、單羧基類不具有通透作用。

3 AQP9在消化系統(tǒng)的表達(dá)

目前，研究證實(shí)至少有9種水通道蛋白在胃腸道表達(dá)。AQP1在從食管到結(jié)腸的整個(gè)消化道黏膜下層和固有層的小血管小腸的中央乳糜管內(nèi)皮以及唾液腺、胰腺導(dǎo)管、肝膽管上皮都有分布。AQP2分布于末端結(jié)腸上皮的頂質(zhì)膜。AQP3分布于從口腔到胃以及結(jié)腸到肛門段的消化道黏膜上皮，并且在結(jié)腸表達(dá)明顯多于小腸。AQP4在胃、小腸、結(jié)腸都有表達(dá)。AQP5在胰腺外分泌部的小導(dǎo)管上皮細(xì)胞、唾液腺漿液細(xì)胞、幽門腺和十二指腸腺的腺泡細(xì)胞的頂質(zhì)膜和基側(cè)膜表達(dá)［3］。AQP7在小腸及結(jié)腸表達(dá)［4］。AQP8在大鼠十二指腸、近端空腸、近端結(jié)腸、直腸以及唾液腺、胰腺、肝臟都有表達(dá)，胃和遠(yuǎn)段結(jié)腸也有少量表達(dá)。Mobasheri等［5］報(bào)道在十二指腸和空腸中，新發(fā)現(xiàn)的水通道蛋白亞型AQP10表達(dá)豐富。免疫組化技術(shù)定位顯示，AQP9在大鼠消化道不同部位的分布和表達(dá)強(qiáng)度存在差異性，由強(qiáng)到弱依次為：近端小腸、遠(yuǎn)端小腸、近端結(jié)腸、胃腺及遠(yuǎn)端結(jié)腸、食管及前胃，與各部位的水電解質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)活躍程度一致，這提示AQP9分布及強(qiáng)度與消化道各段吸收、分泌能力以及代謝活動(dòng)強(qiáng)弱有關(guān)。AQP9在肝臟中主要分布于肝細(xì)胞竇狀隙質(zhì)膜上。近來研究發(fā)現(xiàn)，AQP9在大鼠肝臟上的表達(dá)與性別相關(guān)，雄性大鼠在肝臟上的表達(dá)高于雌性大鼠，但年齡和食譜對(duì)AQP9的表達(dá)和分布均沒有影響。AQP9對(duì)尿素有很高的通透性，肝臟是尿素生成和排出的器官，提示AQP9在肝臟可能是一個(gè)尿素通道，并且與尿素的清除相關(guān)［6］。由于AQP9對(duì)甘油和尿素有很高的通透性，它可能是吸收甘油的入口以及尿素和肝細(xì)胞產(chǎn)生代謝物的出口。研究表明，當(dāng)大鼠饑餓時(shí)，肝臟吸收甘油作為糖異生的底物，在大鼠持續(xù)禁食之后，AQP9在肝臟中的表達(dá)增加，而重新進(jìn)食后AQP9的表達(dá)逐漸下降。由此可見，AQP9在肝臟葡萄糖糖異生中起到了重要作用。另外，AQP9介導(dǎo)的水轉(zhuǎn)運(yùn)位于竇狀隙血液與肝細(xì)胞內(nèi)部之間，可能和AQP8共同參與了小管的膽汁分泌［7］。

4 AQP9與消化系統(tǒng)疾病

4.1 AQP9與功能性便秘 在結(jié)腸內(nèi)，升結(jié)腸內(nèi)容物為稀便，橫結(jié)腸內(nèi)容物為軟便，降結(jié)腸內(nèi)容物為成形便。因此，結(jié)腸有吸收水分的功能。研究表明，AQP9主要位于結(jié)腸黏膜腔面杯狀細(xì)胞和腺體內(nèi)部分杯狀細(xì)胞的基底側(cè)。通過蛋白質(zhì)印跡技術(shù)發(fā)現(xiàn)，右半結(jié)腸比左半結(jié)腸表達(dá)少，這說明AQP9在左半結(jié)腸有分泌黏液的作用；并且發(fā)現(xiàn)便秘患者右半結(jié)腸AQP9無明顯變化，左半結(jié)腸表達(dá)明顯降低，可能正是因?yàn)檫@個(gè)原因，便秘患者出現(xiàn)排便困難癥狀［1］。

4.2 AQP9與肝癌 在我國(guó)，原發(fā)性肝癌的發(fā)病率是歐美國(guó)家的5倍以上，每年約有11萬人死于肝癌，占我國(guó)癌癥病死率的第二位，占全世界肝癌病死率的45%，目前對(duì)肝癌的徹底治療仍是一個(gè)大的難題［8］。最新的腫瘤分子生物學(xué)認(rèn)為，水通道蛋白可能會(huì)是針對(duì)腫瘤細(xì)胞生存、侵襲和轉(zhuǎn)移的一種新的藥物靶點(diǎn)。通過免疫組化、蛋白質(zhì)印跡分析實(shí)驗(yàn)等方法研究發(fā)現(xiàn)，AQP9在原發(fā)性肝細(xì)胞癌和非癌組織中均有高表達(dá)，但其表達(dá)水平在不同的病理類型中有較大差異［9］。在非肝細(xì)胞癌中多為高表達(dá)，而在癌組織中表達(dá)水平出現(xiàn)不同程度的下降［10］；其表達(dá)水平與原發(fā)性肝細(xì)胞癌的腫瘤細(xì)胞分化程度之間顯著性相關(guān)，即AQP9的表達(dá)水平隨著腫瘤細(xì)胞的分化程度下降而下降。這些結(jié)果表明AQP9的表達(dá)可能在原發(fā)性肝細(xì)胞癌的發(fā)生過程中產(chǎn)生了作用，并提示AQP9的表達(dá)情況有助于判斷原發(fā)性肝細(xì)胞癌的預(yù)后［11］。此外，由于其對(duì)嘌呤、嘧啶、尿素等非帶電中性物質(zhì)具有轉(zhuǎn)運(yùn)活性，包括對(duì)5－Fu具有通透性；某些學(xué)者認(rèn)為AQP9還有可能成為肝癌患者進(jìn)行藥物治療的新的作用靶點(diǎn)［9］。

4.3 AQP9與非酒精性脂肪肝（NAFLD） 隨著生活水平的提高和生活方式的改變，NAFLD已成為嚴(yán)重威脅人們身心健康的常見疾病，在我國(guó)的發(fā)病率不斷升高［12］。水甘油通道蛋白是水通道蛋白家族的一個(gè)亞家族，對(duì)水甘油等小分子溶質(zhì)有選擇性跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)作用。AQP9作為水甘油通道蛋白的一員在血竇面肝細(xì)胞膜表達(dá)非常豐富，它是肝臟上惟一的甘油通道。用油酸誘導(dǎo)肝細(xì)胞脂肪變性的研究發(fā)現(xiàn)，AQP9mRNA及蛋白表達(dá)較正常肝組織增強(qiáng)，同時(shí)脂肪變細(xì)胞增多，游離脂肪酸、甘油、三酰甘油含量明顯增加［13］。推測(cè)是隨著AQP9表達(dá)增加，通過AQP9進(jìn)入肝細(xì)胞內(nèi)的甘油增加，在甘油激酶的作用下轉(zhuǎn)化為3－磷酸甘油增多，同時(shí)促進(jìn)游離脂肪酸吸收增加，最終導(dǎo)致三酰甘油合成增加，故肝細(xì)胞脂肪蓄積，發(fā)生脂肪變性。因此，AQP9介導(dǎo)的脂代謝異常可能是肝細(xì)胞脂肪變性的重要機(jī)制［6］。

4.4 AQP9與肝外膽汁淤積 通過對(duì)大鼠行膽道結(jié)扎術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)后AQP9mRNA在肝細(xì)胞基底外側(cè)膜表達(dá)明顯減少，而在細(xì)胞內(nèi)膜表達(dá)顯著增加。推測(cè)是由于AQP9是肝細(xì)胞基底外側(cè)膜的惟一水通道，它能促進(jìn)整個(gè)肝細(xì)胞基底膜水的正弦運(yùn)動(dòng)；而肝細(xì)胞分泌的膽汁需要水滲透推動(dòng)跨細(xì)胞運(yùn)輸，當(dāng)膽管阻塞時(shí)，基底膜滲透水通透性下降，因此大量的膽汁堆積在肝細(xì)胞［14］。

5 展 望

隨著分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，AQP9的分子結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制以及消化系統(tǒng)的表達(dá)越來越明確，但AQP9的研究還有許多有待拓寬的領(lǐng)域，它不僅能為某些疾病狀態(tài)提供理論上的解釋，而且可為臨床相關(guān)疾病的治療提供新的思路和方法。

［1］ 楊會(huì)峰，袁維堂.水通道蛋白3與水通道蛋白9在結(jié)腸黏膜的表達(dá)及意義［J］.醫(yī)藥論壇雜志，2007，28（6）：12－14.

［2］ Carbrey JM，Gorelick－Feldman DA，Kozono D，et al.Aquaglyceroporin AQP9：solute permeation and metabolic control of expression in liver［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2003，100（5）：2945－2950.

［3］ Matsuzaki T，Tajika Y，Ablimit A，et al.Aquaporins in the digestive system［J］.Med Electron Microsc，2004，37（2）：71－80.

［4］ Hard IA，Wallace L，E，et al.Aquaporin expression is

down regulated in a murine model of colitis and in pa－tients with ulcerative colitis，Crohn′s disease and infectious colitis［J］.Cell Tissue Res，2004，318（2）：313－323.

［5］ Mobasheri A，Shakibaei M，Marples D.Immunohistochemical localization of aquaporin 10in the apical membranes of the human ileum：apotential pathway for luminal water and small solute absorption［J］.Histochem Cell Biol，2004，121（6）：463－471.

［6］ 趙豐瑩，梅浙川.水通道蛋白9在培養(yǎng)肝細(xì)胞脂肪變性模型中的表達(dá)及意義［J］.重慶醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，33（8）：934－937.

［7］ 秦佳敏，梅浙川.消化系統(tǒng)水通道蛋白［J］.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27（15）：1612－1614.

［8］ Blum HE，Spangenberg HC.Hepatocellular carcinoma：an update［J］.Arch Iran Med，2007，10（3）：361－371.

［9］ 曹學(xué)峰，苗雄鷹.水通道蛋白9在人肝癌組織中的表達(dá)及意義［D］.中南大學(xué)，2010：1－476.

［10］ Jablonski EM，Mattocks MA，Sokolov E，et al.Decreased aquaporin expression leads to increased resistance to apoptosis in hepatocellular carcinoma［J］.Cancer Lett，2007，250（1）：36－46.

［11］ Monzani E，Shtil AA，La Porta CA.The water channels，new druggable targets to combat cancer cell survival，invasiveness and metastasis［J］.Curr Drug Targets，2007，8（10）：1132－1137.

［12］ Cohen JC，Horton JD，Hobbs HH.Human fatty liver disease：old questions and new insights［J］.Science，2011，332（6037）：1519－1523.

［13］ 邱烈旺，顧陸昀，呂琳，等.水甘油通道蛋白在非酒精性脂肪變性肝細(xì)胞模型中的表達(dá)及意義［J］.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（7）：622－626.

［14］ Calamita G，F(xiàn)erri D，Gena P，et al.Altered expression and distribution of aquaporin－9in the liver of rat with obstructive extrahepatic cholestasis［J］.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2008，295（4）：G682－G690.

［15］ Zhu AX.Development of sorafenib and other molecularly targeted agents in hepatocellular carcinoma［J］.Cancer，2008，112（2）：250－259.