水通道蛋白與先天性白內(nèi)障研究進(jìn)展

趙靖康，劉 旭，何 媛

作者單位:1(710016)中國陜西省西安市，西安醫(yī)學(xué)院;2(710038)中國陜西省西安市，西安醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院眼科

0 引言

先天性白內(nèi)障(congenital cataract)是一種較常見的兒童眼病，是造成兒童失明和弱視的主要原因。先天性白內(nèi)障是指出生前即存在或出生后才逐漸形成的先天性遺傳或發(fā)育障礙的白內(nèi)障［1］。遺傳性先天性白內(nèi)障有三種不同的遺傳方式:常染色體顯性遺傳(AD)、常染色體隱性遺傳(AR)和性連鎖先天性白內(nèi)障。遺傳性先天性白內(nèi)障以常染色體顯性先天性白內(nèi)障(autosomal dominant congenital cataract，ADCC)最多見。將近三分之一的先天性白內(nèi)障可能有相關(guān)的基因突變。隨著分子遺傳學(xué)的發(fā)展，越來越多的晶狀體蛋白基因，膜蛋白基因，骨架蛋白基因和調(diào)控蛋白基因等已經(jīng)被證實(shí)參與了先天性白內(nèi)障的發(fā)病過程［2］。而水通道蛋白在調(diào)節(jié)晶狀體水代謝，維持晶狀體內(nèi)部微循環(huán)穩(wěn)態(tài)、參與晶狀體生理功能和透明性方面起著重要作用。晶狀體中主要含有 AQP0、AQP1、AQP5以及AQP7，近年來，研究人員報(bào)道了AQP1(MIP)相關(guān)基因突變通過各種不同的機(jī)制引起的人類家系和嚙齒動物的先天性白內(nèi)障，但關(guān)于AQP1、AQP5以及AQP7相關(guān)基因突變引起的先天性白內(nèi)障尚未在人類白內(nèi)障家系中報(bào)道過。本文介紹了晶狀體水通道蛋白的亞型在人體晶狀體上的區(qū)域差異性分布，總結(jié)了近年來人類和動物水通道蛋白基因突變引起晶狀體混濁的機(jī)制。

1 正常晶狀體的結(jié)構(gòu)

正常成人的晶狀體呈一個無血管供應(yīng)的扁圓球體，位于房水和玻璃體之間。晶狀體由位于前極的單層上皮細(xì)胞和填充晶狀體大部分的纖維細(xì)胞組成。在赤道周圍的狹窄區(qū)域，上皮細(xì)胞分化為纖維細(xì)胞，新的纖維細(xì)胞不斷地被添加到晶狀體的外皮層，分化程度高的纖維細(xì)胞位于晶狀體核，而新分化的纖維細(xì)胞位于晶狀體的外周［3－4］。

晶狀體纖維細(xì)胞靠無氧酵解獲得能量，以前認(rèn)為水通過自由擴(kuò)散的方式穿透脂質(zhì)雙分子層，然而脂質(zhì)雙分子層的特性不足以解釋如此大量的水轉(zhuǎn)運(yùn)，所以一定存在一種比被動擴(kuò)散更有效地將營養(yǎng)物質(zhì)輸送到晶狀體并把廢物從更深層的細(xì)胞層移出的通道。近年來，水通道蛋白(aquaporins，AQPs)已經(jīng)成為廣泛研究的焦點(diǎn)。

2 AQPs在體內(nèi)的分布

目前在哺乳動物中已鑒定出13種水通道蛋白(AQP0～12)。Tran等［5］將兩只人眼球組織等分后，用RT－PCR方法分別檢測角膜、角膜緣、睫狀體等組織。發(fā)現(xiàn)AQP7、AQP9和AQP11在睫狀體、角膜緣組織、視神經(jīng)、視網(wǎng)膜以及鞏膜均有mRNA轉(zhuǎn)錄。脈絡(luò)膜中檢測到AQP9和AQP11 mRNA。在角膜上皮、角膜內(nèi)皮、小梁網(wǎng)內(nèi)皮等中檢測到了抗AQP7免疫標(biāo)記。在無色素沉著的睫狀上皮和視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中檢測到AQP9免疫標(biāo)記。角膜緣上皮和內(nèi)界膜中檢測到了AQP11免疫標(biāo)記。AQP7定位于脂肪組織、心臟和橫紋肌的毛細(xì)血管中，可能與甘油代謝有關(guān)。最近，Ishibashi等［6］通過免疫組化在人晶狀體中同樣檢測到AQP7。Skowronski等［7］研究表明AQP7可以調(diào)節(jié)脂肪組織中的毛細(xì)血管細(xì)胞、心肌細(xì)胞和橫紋肌細(xì)胞的能量代謝，推測AQP7在晶狀體中發(fā)揮相似作用。眼球里沒有檢測到AQP6、AQP8、AQP10或AQP12的mRNA。

晶狀體上皮細(xì)胞有AQP1表達(dá)，起水通道的作用［8］，晶狀體纖維細(xì)胞大量表達(dá)AQP0［9］。兩者共同調(diào)節(jié)晶狀體水代謝，維持晶狀體生理功能及透明性。AQP0最初稱之為主體內(nèi)在蛋白(major intrinsic protein，MIP)，后來被證實(shí)屬于水通道蛋白家族。以前認(rèn)為只在晶狀體纖維細(xì)胞中表達(dá)，AQP0現(xiàn)已有報(bào)道在視網(wǎng)膜、肝臟和睪丸中表達(dá)。AQP0是晶狀體纖維細(xì)胞膜中最豐富的水通道蛋白，雖然含量豐富，但為弱水通道，AQP0的水通透性較AQP1明顯更小，比AQP1低30倍，比AQP5低約20倍［10］。在AQP0中間含有Tyr24，這種異常窄的導(dǎo)水通道打破了單場水分子的氫鍵模式。在其他哺乳動物AQPs中沒有發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)，這可能是AQP0比其他水特異性AQP(如AQP1)傳導(dǎo)水的速度慢的原因。AQP1狹口直徑約2.8A，恰好是一個水分子的大小。水通道蛋白通過通道的空間大小，特異的溶質(zhì)結(jié)合位置及有限的親水環(huán)境限制了包括質(zhì)子在內(nèi)的小分子通過，而只允許水分子快速通過［8］。非洲爪蟾卵母細(xì)胞是一種低透水性的細(xì)胞。AQP1在非洲爪蟾卵母細(xì)胞中的表達(dá)導(dǎo)致該細(xì)胞水滲透性增加約40倍。AQP0的水通透性較低，且具有pH值依賴性，在弱酸環(huán)境中AQP0的水通透性可大幅增加［11］，其水滲透性也可以通過Ca2+的變化來調(diào)節(jié)。AQP0具有細(xì)胞間粘附能力，而AQP1不具有細(xì)胞粘附能力［12］。此外，AQP0還與晶狀體蛋白及γ晶狀體蛋白有交互作用［13］。AQP5也存在于纖維細(xì)胞中，但數(shù)量較少，估計(jì)為晶狀體AQP0水平的5%［14］。

3 AQPs的結(jié)構(gòu)和功能

AQPs是28～30kD的主要內(nèi)在蛋白質(zhì)(MIP)的超家族，在原核生物和真核生物中都有表達(dá)，分子結(jié)構(gòu)有共同特點(diǎn)，相對分子量為30kD所有的水通道蛋白均形成四聚體，每個單體在功能上作為獨(dú)立的水通道參與水代謝的調(diào)節(jié)。有學(xué)者將其分類為水通道蛋白(aquaporins)包括AQP0、AQP1、AQP2、AQP4、AQP5、AQP6，水－甘油跨膜蛋白通道 (aquaglyceroporins) 包括 (AQP3、AQP7、AQP8、AQP9、AQP10)和超水通道蛋白(superaquaporins)包括AQP11、AQP12。水通道蛋白具有6個跨膜結(jié)構(gòu)域(H1－H6)，3 個胞外環(huán)(LA、LC、LE)，2個胞內(nèi)環(huán)(LB、LD)以及N端和C端的2個跨膜結(jié)構(gòu)域［8］哺乳動物中，已經(jīng)鑒定出13種AQPs(AQP 0～12)。通過序列對比證實(shí)AQP0與AQP1非常相似［15］。AQP1在細(xì)胞膜中以四聚體形式存在，每個單體是一個獨(dú)立的功能單元，中心存在一個通道，形成跨膜沙漏樣結(jié)構(gòu)［16］。AQP1單體由6個斜向跨膜α螺旋構(gòu)成基本骨架，AQP1的亞基中含有兩個含Asn－Pro－Ala(NPA)的環(huán)位于脂質(zhì)雙層的內(nèi)外表面上。六個跨膜的α螺旋圍繞著兩個含NPA的含水孔。在兩個短α螺旋末端的所有水通道蛋白中都存在一個ASN－Pro－Ala－NPA－氨基酸序列，通道的最窄部分由4個氨基酸殘基組成:Hisl80、Ar9195、Phe 56 和 Cysl89［17］。

4 AQPs的調(diào)控

哺乳動物AQPs最常見的調(diào)節(jié)機(jī)制是轉(zhuǎn)運(yùn)，在維持晶狀體透明度方面發(fā)揮著重要作用。AQPs分子在細(xì)胞內(nèi)儲存位點(diǎn)與質(zhì)膜之間穿梭控制AQPs膜的數(shù)量，可以控制膜的水通透性。已經(jīng)鑒定出的13種哺乳動物中的大多數(shù)AQPs是根據(jù)激素或環(huán)境因素而通過轉(zhuǎn)運(yùn)來調(diào)節(jié)的，例如pH值、鈣/鈣調(diào)蛋白［18］、磷酸化、抗利尿激素等。

5 AQPs基因突變導(dǎo)致人類先天性白內(nèi)障

由于AQP0、AQP1和AQP5有著不同的水分滲透性和調(diào)節(jié)機(jī)制［3］迄今為止研究的所有哺乳動物晶體中這三種AQPs區(qū)域表達(dá)的保守性意味著這三種水通道蛋白對晶狀體穩(wěn)態(tài)有著重要的作用。

5.1 AQP0突變 由于AQP0(MIP)在晶狀體中含量最為豐富，其基因突變引起的后果最為嚴(yán)重。編碼AQP0基因的任何突變均可能引起蛋白質(zhì)折疊的顯著改變，破壞AQP0的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制和水通道功能，從而導(dǎo)致先天性白內(nèi)障。例如，F(xiàn)rancis等［13］確定了一個先天性進(jìn)行性晶狀體片狀混濁的家族。測序顯示該基因突變位點(diǎn)位于12q14，MIP基因的錯義突變是發(fā)生白內(nèi)障的基礎(chǔ)。Wang等［19］在一個中國家系中發(fā)現(xiàn)了MIP第二個胞外環(huán)區(qū)域突變導(dǎo)致先天性白內(nèi)障。基因測序檢測到主要內(nèi)在蛋白(MIP)編碼區(qū)中的雜合c.319G＞A變異，導(dǎo)致異亮氨酸取代高度保守的纈氨酸(p.V107I)。

5.2 AQPs突變引起晶狀體混濁的機(jī)制

5.2.1 突變影響細(xì)胞間粘附性 AQP0在晶狀體纖維細(xì)胞中具有雙重功能，除對水有滲透性功能外，一些研究表明AQP0還是晶狀體細(xì)胞間的黏附分子［20］。AQP0相鄰分子間的連接與縫隙連接不同，它們構(gòu)成的間隙比縫隙連接窄，為11～13nm，這種連接的形成可導(dǎo)致水通道關(guān)閉。AQP1替代基因敲除小鼠中的AQP0不能完全消除白內(nèi)障表型，表明AQP0中存在基本的細(xì)胞間粘附特性，而AQP1不存在這種特性。

Kumari等［14］通過檢測發(fā)現(xiàn)在一個中國常染色體顯性先天性白內(nèi)障家系中，錯義突變導(dǎo)致第33位氨基酸(R33C)處的精氨酸變?yōu)榘腚装彼帷Ｍㄟ^定點(diǎn)誘變在野生型(WT－AQP0)人類AQP0 cDNA中重新產(chǎn)生了該突變，并在異源表達(dá)系統(tǒng)中克隆并表達(dá)了突變體AQP0(AQP0－R33C)。突變體AQP0－R33C顯示出與WT－AQP0相同的膜蛋白運(yùn)輸和定位。在爪蟾卵母細(xì)胞中進(jìn)行的功能研究顯示AQP0－R33C和WT－AQP0之間的水滲透性沒有顯著差異。細(xì)胞間粘附測定表明，與WT－AQP0相比，AQP0－R33C的細(xì)胞間粘附性顯著降低。該研究預(yù)測了AQP0中細(xì)胞外環(huán)A(LA)的保守正電荷在細(xì)胞粘附中發(fā)揮重要作用。

5.2.2 突變導(dǎo)致AQP0轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制破壞 AQP0在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后，需要轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜上才能發(fā)揮水通道作用。任何影響其轉(zhuǎn)運(yùn)的因素均可導(dǎo)致水通道蛋白的減少，從而導(dǎo)致白內(nèi)障。經(jīng)典的先天性白內(nèi)障CatFr小鼠中，AQP0基因一個剪接位點(diǎn)突變，從而在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中累積 AQP0(AQP0－LTR)，導(dǎo)致白內(nèi)障和晶狀體囊袋皺縮。在其他AQP0突變小鼠模型包括Lop、Cat Tohm和Hfi小鼠中，每一種突變型AQP0蛋白質(zhì)都未能轉(zhuǎn)運(yùn)至纖維細(xì)胞膜，從而導(dǎo)致雙眼白內(nèi)障。

在人類中，已經(jīng)檢測到幾種AQP0突變導(dǎo)致AQP0向纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)失敗從而產(chǎn)生白內(nèi)障。這些突變包括Glu134Gly、Thr138Arg 、Arg233Lys、Arg33Cys、Asp150His 以及C－末端截短突變體Δ213－AQP0和Tyr219stop。

Kumar等［21］在一個印度先天性白內(nèi)障家系中鑒定出MIP(c.494G＞A)的一個新突變，該突變導(dǎo)致AQP0中的天冬氨酸(G165D)替換高度保守的甘氨酸。不同于野生型AQP0、AQP0 G165D在爪蟾卵母細(xì)胞中的表達(dá)不利于低滲培養(yǎng)基中的溶脹。在轉(zhuǎn)染HeLa細(xì)胞中，野生型AQP0主要定位于質(zhì)膜，而AQP－G165D主要定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。這些結(jié)果表明，這種保守的甘氨酸殘基的突變導(dǎo)致AQP0－G165D的不當(dāng)運(yùn)輸和水通道功能的喪失。

Shentu等［22］對一個中國家系先天性進(jìn)行性皮質(zhì)點(diǎn)狀白內(nèi)障的四代的遺傳和功能缺陷進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，MIP第448位(c.448G＞C)存在錯義突變，導(dǎo)致保守的天冬氨酸在密碼子 150(p.D150H)處被組氨酸取代。野生型和p.D150H突變型AQP0分別在HeLa細(xì)胞中表達(dá)，免疫熒光結(jié)果顯示W(wǎng)T－AQP0分布在質(zhì)膜和細(xì)胞質(zhì)中，而AQP0－D150H未能到達(dá)質(zhì)膜，主要保留在高爾基體中。

5.2.3 突變影響AQPs與鈣調(diào)素的結(jié)合 R233K不影響AQP0在質(zhì)膜上的定位，但減少與鈣調(diào)素(一種調(diào)節(jié)性鈣結(jié)合蛋白)的結(jié)合［14］。Fields等［23］研究表明 AQP0 對外部鈣濃度增加而降低其滲透水的滲透常數(shù)(Pf)，通過與鈣結(jié)合信使蛋白、鈣調(diào)素(CaM)和鈣結(jié)合位點(diǎn)的磷酸化相互作用而介導(dǎo)消除鈣敏感性。AQP0磷酸化通過改變AQP0－CaM相互作用界面來改變鈣敏感性，特別是在連接第四和第五跨膜螺旋的富含精氨酸的環(huán)上。這個環(huán)位于AQP0細(xì)胞質(zhì)表面典型鈣調(diào)素結(jié)合位點(diǎn)的外面，機(jī)械性的將鈣調(diào)素結(jié)合到第二個收縮位點(diǎn)的孔洞門控殘基上。這個變構(gòu)環(huán)對于通道的CaM調(diào)節(jié)，促進(jìn)相鄰亞基之間的合作和調(diào)節(jié)因素，如絲氨酸磷酸化是至關(guān)重要的。類似的變構(gòu)相互作用也可介導(dǎo)CaM調(diào)制其他CaM調(diào)節(jié)蛋白的性質(zhì)。此外，AQP5的轉(zhuǎn)運(yùn)被報(bào)道通過Ser156和Thr259的PKA磷酸化來調(diào)控。Watanabe等［24］在KFRS大鼠中發(fā)現(xiàn)了一種新的白內(nèi)障突變。在出生后1mo內(nèi)，所有KFRS4/KFRS4純合子均發(fā)生白內(nèi)障，晶狀體核具有嚴(yán)重的混濁。在KFRS4/+雜合子中沒有觀察到晶體混濁，繼續(xù)觀察這些大鼠，直到它們達(dá)到1歲，發(fā)現(xiàn)kfrs4/+大鼠沒有發(fā)生白內(nèi)障。識別突變定位后發(fā)現(xiàn)，在7號染色體上，該突變被映射到約97.Mb的區(qū)域，其中包含MIP基因。突變衍生的MIP基因的序列分析鑒定出5bp插入。這種插入被預(yù)測為使MIP蛋白失活，因?yàn)樗a(chǎn)生移碼突變，導(dǎo)致合成6個新的氨基酸殘基，kfrs4/+雜合子在晶狀體中Mip mRNA和MIP蛋白表達(dá)降低，kfrs4/kfrs4純合子在晶狀體中無表達(dá)。這些結(jié)果表明，kfrs4突變通過mRNA衰變機(jī)制使Mip mRNA降解，導(dǎo)致功能失活。因此，KFRS4大鼠是MIP基因中隱性突變的第一個特征性大鼠模型。

6 AQP1

AQP1是第一個被發(fā)現(xiàn)的存在于紅細(xì)胞上的分子水通道。Preston等［25］因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了AQP1的家族的第一個成員得到了2003屆諾貝爾化學(xué)獎的認(rèn)可。AQP1是一種普遍存在的組成型水通道。人和嚙齒類動物晶狀體在上皮細(xì)胞的頂端和基底外側(cè)膜有表達(dá)。

AQP1缺失小鼠的研究表明AQP1對晶狀體上皮細(xì)胞水轉(zhuǎn)運(yùn)的重要性［26］。這些AQP1缺陷的晶狀體具有正常的形態(tài)，但上皮細(xì)胞對水的滲透性較低，這表現(xiàn)在基礎(chǔ)含水量較高，在低滲溶液中培養(yǎng)后反應(yīng)較小，在細(xì)胞溶脹試驗(yàn)中平衡較慢。AQP1在野生型小鼠晶狀體前極上皮細(xì)胞中表達(dá)，AQP1陰性小鼠無AQP1表達(dá)。AQP1在小鼠中的缺失或突變并沒有改變晶狀體形態(tài)或透明性。但AQP1空白小鼠的基礎(chǔ)含水量顯著高于對照組。類似的實(shí)驗(yàn)也表明了晶狀體上皮細(xì)胞中AQP1的缺失導(dǎo)致AQP1基因敲除小鼠晶狀體水通透性下降約3倍［14］。同樣的研究報(bào)道了在高糖溶液中培養(yǎng)的AQP1敲除的晶狀體用對乙酰氨基酚處理后用于誘導(dǎo)白內(nèi)障，與對應(yīng)野生型未處理晶狀體相比，加速晶狀體混濁的發(fā)展。結(jié)論是在正常條件下，小鼠AQP1基因敲除和突變以及人的AQP1基因突變不會導(dǎo)致白內(nèi)障。然而，Ruiz－Ederra等［27］發(fā)現(xiàn) AQP1缺乏在應(yīng)激條件下在小鼠晶狀體內(nèi)和體外誘發(fā)白內(nèi)障。然而，在人的AQP1突變在壓力的條件下晶狀體發(fā)展為白內(nèi)障方面的文獻(xiàn)還未見報(bào)道。此外，最近研究表明，白內(nèi)障患者晶狀體上皮細(xì)胞中AQP1的膜表達(dá)水平增加［28］。因此，AQP1促進(jìn)晶狀體透明度的維持，對抗白內(nèi)障的形成，提示AQP1誘導(dǎo)延緩白內(nèi)障發(fā)生的可能性。

7 AQP5

一直以來，人們認(rèn)為晶體纖維細(xì)胞中只表達(dá)的兩種水通道蛋白，AQP0和 AQP1。然而，直到 Patil等［29］在大鼠晶狀體中檢測到AQP5 mRNA，Wistow等［30］在成年人晶狀體的表達(dá)序列標(biāo)簽分析中發(fā)現(xiàn)AQP5轉(zhuǎn)錄物，才證實(shí)了全長AQP5蛋白存在于整個晶狀體中，并且晶狀體深部區(qū)域的AQP5含量明顯減少。Bassnett等［26］利用蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究了牛和鼠的晶狀體，在晶狀體纖維細(xì)胞膜細(xì)胞蛋白水平上也檢測到AQP5。這些結(jié)果被Kumari等［14］用共聚焦顯微鏡所證實(shí).

Grey等［28］實(shí)了小鼠、大鼠、牛和人的晶狀體中AQP5的表達(dá)，表明晶狀體纖維細(xì)胞膜上含有另外一條水通道，AQP5序列很大程度上在物種中是保守的，并且與AQP0中的等同序列有明顯的差異。將小鼠、大鼠、牛和人的晶狀體分為外皮質(zhì)，內(nèi)皮質(zhì)和核，并分別用Western blots檢測AQP5蛋白后發(fā)現(xiàn)，在小鼠中，免疫反應(yīng)性存在于皮質(zhì)中并且在核中減少。在大鼠中，內(nèi)部皮層的免疫反應(yīng)性大大減弱并且在核中消失。而在所研究的牛和人的晶體中觀察到AQP5的免疫反應(yīng)性，但在晶體核中降低。有趣的是，人類晶狀體外皮層中出現(xiàn)了明顯的AQP5雙峰。由此可見，AQP5在多種物種的晶體中表達(dá)，并且顯示AQP5的表達(dá)隨纖維細(xì)胞分化而變化。結(jié)果顯示AQP5是晶體纖維細(xì)胞膜的重要組分，代表這些細(xì)胞中豐富程度僅次于AQP0的水通道。蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果估計(jì)AQP5的豐度大約是人類晶狀體中AQP0的5%。與AQP0相比，AQP5具有更高的透水性［14］。

AQP5研究的更好的動物模型是小鼠，其中AQP5的水平似乎高于大鼠。AQP5裸小鼠沒有晶狀體混濁的跡象，Kumari等［31］使用野生型(WT)和 AQP5 敲除(AQP5－KO)小鼠的晶體進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)AQP5蛋白在角膜和晶狀體中的表達(dá)，而且僅在角膜上皮細(xì)胞層發(fā)現(xiàn)AQP5的表達(dá)和定位，中央角膜中前彈力層的角膜細(xì)胞中以低水平表達(dá)，而在角膜和角膜緣結(jié)合處角膜細(xì)胞中以高水平表達(dá)。免疫熒光染色驗(yàn)證野生型(WT)晶體中的AQP5表達(dá)，AQP5敲除(AQP5－KO)小鼠中缺乏表達(dá)。體內(nèi)和體外培養(yǎng)結(jié)果均顯示，AQP5敲除型晶體在形態(tài)和透明度上與野生型相似。AQP5通過在高血糖應(yīng)激條件下調(diào)節(jié)由葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白引起的滲透性腫脹來維持晶狀體透明度和穩(wěn)態(tài)。AQP5基因組DNA序列具有3個內(nèi)含子和4個外顯子。AQP5敲除(AQP5－KO)小鼠顯示角膜上皮細(xì)胞膜的水滲透性減少，角膜厚度明顯增加［24］。當(dāng)角膜上皮細(xì)胞處于低滲狀態(tài)時，相比于野生型(WT)小鼠，(AQP5－KO)小鼠腫脹后的恢復(fù)率降低。

AQP5在晶狀體微循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，以維持透明度和穩(wěn)態(tài)，尤其是在壓力條件下提供保護(hù)。研究人員用105個白內(nèi)障晶狀體和來自屈光手術(shù)治療個體的26個晶狀體作為對照，分析人晶狀體上皮細(xì)胞(HLEC)中表達(dá)的水通道蛋白(AQP)的水平。發(fā)現(xiàn)在mRNA水平上沒有發(fā)現(xiàn)與對照相比的差異，但是在來自白內(nèi)障患者的晶狀體上皮細(xì)胞中觀察到與對照組相比，AQP1蛋白表達(dá)顯著增加1.65倍，核性白內(nèi)障中增加2.1倍。白內(nèi)障組AQP5相比對照組增加1.47倍。兩組中均未觀察到AQP1或AQP5表達(dá)水平與年齡或性別的關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明AQP1和AQP5的調(diào)節(jié)發(fā)生在翻譯后水平，并支持了AQP1和AQP5在維持晶狀體透明度方面的作用。

用基因特異性引物的逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(RTPCR)以及使用特異性抗體的免疫印跡和免疫細(xì)胞化學(xué)分析來研究AQP5表達(dá)和細(xì)胞定位。AQP5在角膜角膜細(xì)胞和晶狀體上皮細(xì)胞中的空間表達(dá)，體外和離體實(shí)驗(yàn)顯示PKA誘導(dǎo)AQP5的內(nèi)化;抑制磷酸激酶A(PKA)可以阻止這種內(nèi)化［32］。

8 小結(jié)

總之，晶狀體水通道蛋白在晶狀體發(fā)育和晶狀體內(nèi)平衡中起著關(guān)鍵作用。水通道蛋白家族在晶狀體內(nèi)具有多樣性的功能，如透水性，細(xì)胞粘附性等，由于基因突變或與年齡有關(guān)的修飾引起的AQPs功能的丟失可導(dǎo)致AQP功能的喪失從而引起白內(nèi)障。水通道蛋白在晶狀體微循環(huán)系統(tǒng)中的詳細(xì)作用需要進(jìn)一步研究，以更清楚地闡明它們在晶狀體的不同區(qū)域?qū)φ＞铙w和白內(nèi)障晶狀體的整體功能的作用。