方鑫

水通道蛋白（aquaporins，AQP）是一種位于細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)，在人體組織中廣泛分布，其主要作用是控制水分子的跨細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)。大腦內(nèi)發(fā)現(xiàn)的 AQP有 AQP1、AQP2、AQP3、AQP4、AQP5、AQP7、AQP8、AQP9、AQP11［1］。腦內(nèi)表達(dá)較多的水通道蛋白主要是 AQP4、AQP1和 AQP9［2］。其中，AQP4是腦內(nèi)最重要AQP，在靠近腦毛細(xì)血管的星形膠質(zhì)細(xì)胞、突觸周圍間隙和郎飛氏結(jié)均有表達(dá)，AQP4可清除神經(jīng)元活動(dòng)中釋放的K＋；AQP1在脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞中表達(dá)，參與腦脊液形成；AQP9存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元亞群，參與大腦能量代謝［2］。AQP在視神經(jīng)脊髓炎、癲癇、腦水腫等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用已有較多研究。目前AQP與神經(jīng)變性疾病方面的研究受到越來越多的關(guān)注，神經(jīng)變性疾病主要以進(jìn)行性認(rèn)知障礙和運(yùn)動(dòng)障礙為臨床表現(xiàn)，在全世界范圍內(nèi)有數(shù)百萬人受累［3］。本文對(duì)近年來AQP在常見神經(jīng)變性疾病，如肌萎縮側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、帕金森?。≒arkinson disease，PD）和阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）相關(guān)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 ALS

ALS是累及上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的進(jìn)行性、致死性神經(jīng)變性疾病，一般在確診后3～5年中死亡。目前有觀點(diǎn)認(rèn)為運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的功能障礙和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡與星形膠質(zhì)細(xì)胞及膠質(zhì)細(xì)胞環(huán)境改變密切相關(guān)。AQP4是哺乳動(dòng)物大腦主要的AQP，其主要定位于星形膠質(zhì)細(xì)胞質(zhì)膜。Nicaise等［4］發(fā)現(xiàn)AQP4mRNA和蛋白水平在超氧化物歧化酶（SOD1）突變轉(zhuǎn)基因大鼠模型疾病末期的脊髓灰質(zhì)特異性高表達(dá)，脊髓灰質(zhì)中上調(diào)的AQP4圍繞分布在血管和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元胞體周圍，而在白質(zhì)則未發(fā)現(xiàn)這種變化。另外，血－腦脊液屏障內(nèi)側(cè)的星形膠質(zhì)細(xì)胞終足富含AQP4和內(nèi)向整流鉀通道（Kir）4.1這兩種通道蛋白。AQP4和Kir4.1兩種通道蛋白具有維持血－腦脊液屏障星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能，在突變型SOD1（G93A）轉(zhuǎn)基因大鼠模型的腦干和皮層AQP4上調(diào)，同時(shí)Kir4.1表達(dá)減少，這表明星形膠質(zhì)細(xì)胞維持水和鉀平衡的功能受損，從而影響血－腦脊液屏障、破壞神經(jīng)元的微環(huán)境，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元功能障礙和死亡［5］。另一方面，AQP4在ALS患者骨骼肌表達(dá)減少，有研究顯示大鼠失神經(jīng)支配的肌肉AQP4表達(dá)出現(xiàn)明顯且迅速的下降，表明再生階段骨骼肌中AQP4的表達(dá)需要由神經(jīng)傳送［6］。到目前為止，ALS骨骼肌中AQP4的功能還不完全清楚，AQP4與肌肉病理之間的相關(guān)性研究方面的資料較少，有待進(jìn)一步研究。

2 PD

PD是第二大神經(jīng)變性疾病，在中老年人群多見，65歲以上人群PD患病率約為1%，PD的年發(fā)病率為（13.5～13.9）／10萬人，75～85歲人群患病率為3100／10萬，大于85歲人群患病率為4300／10萬［7］。中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元選擇性丟失為PD的特征性病理改變。有研究顯示，在1－甲基－4－苯基－1，2，3，6－四氫吡啶（1－methyl－4－phenyl－1，2，3，6－tetrahydropyridine hydrochloride，MPTP）誘導(dǎo)的PD小鼠模型，MPTP給藥后AQP4缺失的星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖和膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（GDNF）蛋白合成被抑制；與野生型小鼠相比，缺乏AQP4的突變小鼠對(duì)MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性更敏感［8］。AQP4通過降低活性氧簇（ROS）的產(chǎn)生及減少其相關(guān)藥物代謝酶細(xì)胞色素P4502E1（CYP2E1）的表達(dá)，從而逆轉(zhuǎn)1－甲基－4－苯基吡啶（1－methyl－4－phenylpyridinium，MPP＋）和脂多糖誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞損害而發(fā)揮保護(hù)機(jī)體細(xì)胞的作用［9］。Subburaman 等［10］發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照相比，PD患者血液來源的AQP4mRNA表達(dá)減少，且AQP4mRNA表達(dá)在PD不同階段無明顯變化。Küppers等［11］研究多巴胺對(duì)紋狀體來源的原代星形膠質(zhì)細(xì)胞體外增殖的影響，采用siRNA技術(shù)基因敲除AQP4后，發(fā)現(xiàn)由多巴胺誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖減少，由此推測(cè)調(diào)控AQP4可能成為一種治療PD膠質(zhì)增生的策略，AQP4能調(diào)控膠質(zhì)增生，減少膠質(zhì)瘢痕形成。但是亦有研究結(jié)果顯示AQP4基因敲除小鼠體外星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖無變化，甚至還有研究發(fā)現(xiàn)以siRNA干預(yù)體外培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖減少70%左右，因此，多巴胺具有調(diào)控AQP4表達(dá)的作用尚需要體內(nèi)研究來進(jìn)一步證實(shí)［3］。

3 AD

AD是老年人最常見的神經(jīng)變性疾病，病情呈進(jìn)行性發(fā)展，以癡呆、認(rèn)知功能障礙為主要臨床表現(xiàn)。AD的特征性病理改變?yōu)槔夏臧吆蜕窠?jīng)原纖維纏結(jié)，其中老年斑的主要成分為β淀粉樣蛋白（Aβ）。有研究顯示，AD大腦存在離子和水平衡障礙，而且AQP1和AQP4在AD腦內(nèi)均存在異常表達(dá)，Aβ沉積可能通過干擾星形膠質(zhì)細(xì)胞的水通道功能引起腦組織中水平衡異常［3］。目前有觀點(diǎn)認(rèn)為血－腦脊液屏障破壞參與了AD的病理進(jìn)程，而星形膠質(zhì)細(xì)胞是血－腦脊液屏障的重要組成部分，星形膠質(zhì)細(xì)胞層粘連蛋白丟失使得AQP4和緊密連接蛋白表達(dá)減少，導(dǎo)致血－腦脊液屏障的破壞［12］。Pérez等［13］發(fā)現(xiàn)，采用免疫組化方法可見在AD早期星形膠質(zhì)細(xì)胞AQP1表達(dá)上調(diào)，免疫熒光雙標(biāo)和共聚焦顯微鏡發(fā)現(xiàn)，AQP1在膠質(zhì)纖維酸性蛋白（GFAP）星形膠質(zhì)細(xì)胞表面免疫反應(yīng)陽性，從而將AQP1表達(dá)定位于星形膠質(zhì)細(xì)胞。Hoshi等［14］通過免疫組化分析發(fā)現(xiàn)AQP1陽性星形膠質(zhì)細(xì)胞在AD大腦皮質(zhì)比健康對(duì)照組顯著增多，其分布靠近Aβ42或Aβ40陽性的老年斑。但AQP1陽性星形膠質(zhì)細(xì)胞在Aβ豐富的腦區(qū)極少觀察到，半定量評(píng)估發(fā)現(xiàn)AQP1水平與Aβ42水平呈負(fù)相關(guān)。Hoshi等［14］還發(fā)現(xiàn) AQP4分布與 Aβ42陽性或Aβ40陽性的老年斑有關(guān)聯(lián)，AQP4圍繞Aβ40陽性血管表達(dá)，且其表達(dá)水平是可變的。該研究結(jié)果表明AQP1陽性反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞可能改變Aβ在AD大腦內(nèi)的沉積，而且Aβ沉積過程亦可能會(huì)改變AQP4在星形膠質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)。

綜上可見，AQP轉(zhuǎn)運(yùn)水分子，參與機(jī)體神經(jīng)變性疾病的生理和病理生理過程。迄今為止AQP在常見神經(jīng)變性疾病中作用的相關(guān)研究較少，尚無脊髓小腦變性、Huntington病及球脊肌萎縮癥等神經(jīng)變性疾病與AQP的相關(guān)性研究，處于有待進(jìn)一步探索的階段。

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