水通道蛋白與急性缺血性腦卒中的關系

楊會杰 樂 婷 程寶倉 王金蘭

1）鄭州大學第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科研究生 鄭州 450014 2）鄭州大學第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 鄭州 450014

·綜述與講座·

水通道蛋白與急性缺血性腦卒中的關系

楊會杰1）樂 婷1）程寶倉1）王金蘭2）△

1）鄭州大學第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科研究生 鄭州 450014 2）鄭州大學第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 鄭州 450014

水通道蛋白；急性缺血性腦卒中；血腦屏障

腦卒中（stroke）是神經(jīng)科最常見的疾病，其發(fā)病率、致殘率、復發(fā)率、病死率均較高，嚴重威脅著人們的健康與生命，急性缺血性腦卒中（acute ischemic stroke，AIS）占腦卒中總的發(fā)病率80％左右［1］，可造成患者出現(xiàn)偏癱、認知功能障礙、精神障礙等，嚴重影響患者的生活。所以，研究其發(fā)病機制和防治方法一直是當今醫(yī)學界的熱點之一。AIS可造成血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）破壞、腦水腫和顱內(nèi)壓增高，使病情進一步加重，造成腦組織的二次損傷。研究表明腦水腫的發(fā)生、發(fā)展與水通道蛋白（aquaporins，AQPs）有密切關系［2］。

AQPs是一類高選擇、低活化的跨膜通道蛋白家族，選擇地表達于多種細胞并行使重要的生理功能，能快速轉(zhuǎn)運水分子［3］。1988年，Agre等在紅細胞上克隆出第一個水通道蛋白，發(fā)現(xiàn)其對水有極強通透性，被命名為水通道蛋白-1（AQP-1）；不同的水通道蛋白亞型逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，到目前為止，在哺乳動物中共發(fā)現(xiàn)了13種蛋白亞型，分別是AQP-0～12［4］。AQPs在體內(nèi)分布具有組織特異性，在腦組織中有7種AQPs，分別是AQP-1、3、4、5、8、9、11，與腦水腫關系密切的是AQP-1、4、9，其中AQP-4表達最多。AQPs不僅調(diào)節(jié)腦的正常水代謝，且在AIS中也發(fā)揮重要作用［2］；根據(jù)其序列同源性及對水通透性可分為水通道蛋白、水甘油通道蛋白和超水通道蛋白，其中AQP-1、4是水通道蛋白，AQP-9是水甘油通道蛋白［4，5］。

1 水通道蛋白-1（AQP-1）

AQP-1是最早發(fā)現(xiàn)的一種水通道蛋白。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，AQP-1主要分布于腦脈絡膜上皮微絨毛的頂膜，與Na+-K+-ATP酶共同定位于該組織中，參與腦脊液的形成并調(diào)節(jié)其水和離子的平衡；最近發(fā)現(xiàn)AQP-1也分布于海馬、室管膜和軟腦膜，主要表達于膠質(zhì)細胞［6］；AQP-1在外圍血管內(nèi)皮細胞中大量表達，但在正常腦毛細血管內(nèi)皮細胞中不表達，因星形膠質(zhì)細胞可抑制AQP-1在毛細血管內(nèi)皮的表達；但在星形膠質(zhì)細胞瘤中，因星形膠質(zhì)細胞缺乏正常功能，使血管內(nèi)皮細胞表達大量的AQP-1，隨著星形膠質(zhì)細胞瘤惡性程度的增加，AQP-1表達也明顯增加［6］。因此，AQP-1主要與腦脊液和膠質(zhì)瘤有關，研究主要集中在這兩方面。

AQP-1與AIS所導致的BBB損壞、腦水腫的關系較密切［7］，并且發(fā)現(xiàn)AQP-1在AIS中有一定的變化規(guī)律。朱小兵等［8］通過腦缺血再灌注模型發(fā)現(xiàn)AQP-1在小鼠大腦海馬區(qū)的表達較正常小鼠高，并且隨時間延長逐漸升高，3d達到高峰，然后逐漸下降。姜丹等［9］通過腦缺血再灌注發(fā)現(xiàn)AQP-1在小鼠缺血半暗帶表達明顯增強，3d時表達量最高，然后逐漸下降，并主要表達于神經(jīng)膠質(zhì)細胞、少量神經(jīng)元細胞胞漿和血管內(nèi)皮細胞。有研究發(fā)現(xiàn)在AIS中，AQP-1在缺血同側(cè)腦室的脈絡叢中無明顯減少，而在對側(cè)腦室的脈絡叢明顯減少［10］。所以AQP-1與AIS關系密切，需要進一步研究為臨床應用提供理論依據(jù)。

2 水通道蛋白-4（AQP-4）

AQP-4在1994年首次從大鼠肺中克隆出來，它是在中樞系統(tǒng)中最早發(fā)現(xiàn)的水通道蛋白，也是含量最豐富、分部最廣、研究最多的水通道蛋白，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)起著重要作用［11］。AQP-4分布于中樞膠質(zhì)界膜、室管膜、脈絡叢上皮細胞、下丘腦的視上核和室旁核、海馬齒狀回、腦表面的軟腦膜、小腦Purkinje細胞、腦微血管的細胞表面，特別在與軟腦膜和毛細血管接觸面直接相連的星形膠質(zhì)細胞足突上表達最豐富［12］。

AQP-4在腦組織中發(fā)揮多種作用，分布部位不同，表達的高低不同，所起的作用也不相同［4］。AQP-4可調(diào)節(jié)細胞外壓力、水平衡和某些離子的濃度，是介導腦組織水與電解質(zhì)運輸和平衡的重要通道，調(diào)節(jié)腦內(nèi)水轉(zhuǎn)運，對水的通透呈高度選擇性和特異性，與腦水腫的形成與消除有著密切關系［12］；分布于海馬與小腦神經(jīng)細胞上的AQP-4主要參與調(diào)節(jié)細胞間隙的大小及細胞間隙K+的濃度，與鉀離子通道Kir4.1相互作用共同調(diào)節(jié)相關神經(jīng)元的興奮性［6］；AQP-4參與神經(jīng)膠質(zhì)細胞遷移和神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成；也參與自身免疫性疾病和肌營養(yǎng)不良癥等多種疾病［13］；還參與氣體如二氧化碳的擴散［4］。

AQP-4與BBB的功能密切相關，可促進BBB發(fā)育和維持BBB完整［14］，Zhou等［15］通過敲除AQP-4基因可使腦毛細血管內(nèi)皮緊密連接破壞、血管周圍星形膠質(zhì)細胞終足腫脹和BBB通透性增高等病理改變；但是Wolburg等［16］認為BBB的破壞程度與AQP-4表達上調(diào)密切相關。

在AIS中，AQP-4扮演著非常重要的角色，與腦水腫形成和BBB破壞關系密切，AQP-4的表達變化與腦水腫的發(fā)生、發(fā)展和消退基本一致。Hirt等［17］研究發(fā)現(xiàn)，AQP-4的表達變化與缺血后腦水腫的變化有密切關系；有研究通過敲除AQP-4基因，發(fā)現(xiàn)小鼠腦缺血后腦水腫程度明顯減輕，并且小鼠的神經(jīng)功能缺損程度也相應減輕；Igarashi等［18］采用AQP-4抑制劑，可使腦缺血后腦水腫程度減輕。

研究發(fā)現(xiàn)AQP-4在AIS中有一定的變化規(guī)律，不同的研究發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律不一樣。在腦缺血再灌注模型中，王秀輝等［19］發(fā)現(xiàn)AQP-4和腦水腫呈正相關，在24h內(nèi)隨著時間的推移逐漸上升，在24h達到高峰，然后下降；閔國文［20］發(fā)現(xiàn)AQP-4表達在6h開始增強，48h達高峰，然后略有下降；趙春艷等［21］發(fā)現(xiàn)AQP-4在6h開始上升，3d達到高峰，5d有所下降。在大腦中動脈阻塞的腦缺血模型中，石賀元等［22］發(fā)現(xiàn)AQP-4表達及腦組織水含量在缺血后第一天達到最高；沙杜鵑等［23］發(fā)現(xiàn)大鼠腦缺血后AQP-4表達及腦組織水含量均于缺血48h達最高峰，然后下降；孟飛等［24］發(fā)現(xiàn)大鼠腦缺血后AQP-4含量及腦組織含水量均在缺血后3d達到最高峰，然后有所下降；甚至有研究發(fā)現(xiàn)AQP-4在腦缺血模型半暗帶可持續(xù)表達到28d［25］。

AQP-4在AIS的不同時間點所起的作用可能不一樣。AIS后可出現(xiàn)細胞性腦水腫和血管性腦水腫，對于細胞毒性腦水腫，AQP-4是水分子跨過BBB進入腦實質(zhì)的限速步驟，AQP-4表達增多可促進細胞性腦水腫的形成，如果AQP-4過度表達超過細胞自身調(diào)節(jié)范圍可造成自溶破裂，細胞內(nèi)毒性物質(zhì)釋放，進而加重BBB破壞，出現(xiàn)血管性腦水腫；又因為AQP-4參與BBB的形成，可保護BBB，所以對于血管源性腦水腫，AQP-4是水分離開腦實質(zhì)、腦水腫消退的主要途徑，AQP-4表達增多可減輕血管源性腦水腫。由此可見，AQP-4表達增加在AIS中有利有弊。所以今后還需進一步對AQP-4在AIS作用進一步研究，明確AQP-4在不同時間、不同部位起的作用和作用機制，為治療AIS提供理論基礎。

3 水通道蛋白-9（AQP-9）

AQP-9首次在1997年被發(fā)現(xiàn)，它是腦組織中表達的第二多水通道蛋白，屬于水甘油通道亞族［4］。AQP-9廣泛分布在蛛網(wǎng)膜下腔和腦室周圍的星形膠質(zhì)細胞、白質(zhì)及海馬的星形膠質(zhì)細胞、腦室周圍室管膜細胞、下丘腦室旁核、視上核和視交叉上核上均有表達，主要分布于星形膠質(zhì)細胞；有研究發(fā)現(xiàn)［26］，在腎上腺素能、去甲腎上腺素能、多巴胺能神經(jīng)元等兒茶酚胺類神經(jīng)元中，也存在AQP-9表達，且可被胰島素調(diào)節(jié)，推測AQP-9在此類特殊神經(jīng)元的表達可能與能量代謝有關。所以，AQP-9分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的星型膠質(zhì)細胞、血管內(nèi)皮細胞和特殊類型的兒茶酚胺類神經(jīng)元的細胞膜上，AQP-9在前兩者的表達與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的水調(diào)節(jié)有關，在兒茶酚胺類神經(jīng)元的高表達與調(diào)控神經(jīng)物質(zhì)的活性有關。AQP-9對一些中性溶質(zhì)也有通透性，包括乳酸、甘油、尿素、嘌呤、嘧啶、多元醇等的轉(zhuǎn)運，故AQP-9被稱為“廣泛選擇性通道”［5］。所以AQP-9參與調(diào)節(jié)腦脊液循環(huán)、維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、保持腦能量代謝平衡。

在AIS中，研究表明AQP-9表達上調(diào)可促進腦水腫的發(fā)生發(fā)展，AQP-9的表達與缺血后腦水腫呈正相關［27］。AQP-9在AIS中有一定的變化規(guī)律，AQP-9的表達變化與腦水腫的發(fā)生、發(fā)展和消退基本一致。在腦缺血再灌注模型中，姜丹等［9］發(fā)現(xiàn)，AQP-9在缺血半暗帶表達明顯增強，3d時表達量最高，然后逐漸下降，主要表達于神經(jīng)膠質(zhì)細胞、少量神經(jīng)元細胞胞漿和血管內(nèi)皮細胞。在大腦中動脈阻塞的腦缺血模型中，趙靜等［28］發(fā)現(xiàn)在腦缺血后6h，AQP-9表達開始上調(diào)，并隨著缺血時間的延長表達增加，上升趨勢持續(xù)至48h達到高峰，以后略降，至72h仍較正常高。

AQP-9參與缺血后腦水腫呈正相關，但是不像AQP-4與腦水腫相關程度大，在腦水腫形成中不起最主要角色［4］；但是AQP-9還參與AIS的能量代謝，腦缺血可造成乳酸增多，引起酸中毒，AQP-9表達增加，對乳酸鹽的通透性增加，進而加劇腦水腫的發(fā)生。目前還需要對AQP-9在AIS中的作用、分布特點以及動態(tài)變化進一步研究，通過干預AQP-9的表達和功能，可減輕腦水腫以及維持腦組織的能量代謝平衡，為治療AIS提供了一定的理論基礎。

總之，AQPs在AIS中扮演著重要角色，可引起B(yǎng)BB的破壞、腦水腫及影響能量代謝。通過在AIS不同時期干預不同部位的AQPs，可對腦組織起保護作用，減輕二次損傷。AQPs可作為治療AIS，減輕腦水腫的治療靶點，為臨床治療AIS提供新治療方法。目前，對AQPs研究有了一定結(jié)果，但對其作用機制還不完全清楚，并且在臨床上沒有相應的藥物應用，仍需進一步研究。

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（收稿2014-09-12）

R743.3

A

1673-5110（2015）05-0123-02

△通訊作者：王金蘭，女，醫(yī)學博士，主任醫(yī)師，副教授，碩士生導師，主要從事腦血管疾病研究。