AQP1調(diào)節(jié)機(jī)制及其表達(dá)在膠質(zhì)瘤血管新生中的作用

魏曉，李香營(yíng)，韓向君，田國(guó)剛

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院?？谑腥嗣襻t(yī)院麻醉科，海南海口570208)

·綜述·

AQP1調(diào)節(jié)機(jī)制及其表達(dá)在膠質(zhì)瘤血管新生中的作用

魏曉，李香營(yíng)，韓向君，田國(guó)剛

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院?？谑腥嗣襻t(yī)院麻醉科，海南?？?70208)

血管新生對(duì)人腦膠質(zhì)瘤的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移乃至預(yù)后都有著極其重要的臨床意義，水通道蛋白-1 (Aquaporins-1，AQP1)作為特異性介導(dǎo)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)水的膜蛋白，在膠質(zhì)瘤血管新生中至關(guān)重要。為此，研究干預(yù)AQP1表達(dá)的調(diào)節(jié)機(jī)制，不僅可以抑制膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移，而且對(duì)改善膠質(zhì)瘤預(yù)后也有重要的臨床價(jià)值。

水通道蛋白-1；調(diào)節(jié)；血管新生；膠質(zhì)瘤

血管生成是膠質(zhì)瘤突破上皮基底膜后進(jìn)一步生長(zhǎng)所必須的，對(duì)于高級(jí)別膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移至關(guān)重要。在無血管期，膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)緩慢，直徑不會(huì)超過2 mm，一旦進(jìn)入血管生成期，膠質(zhì)瘤就可在豐富血供和營(yíng)養(yǎng)的條件下，促進(jìn)自身的迅速生長(zhǎng)和浸潤(rùn)。在血管新生過程中，AQP1發(fā)揮了極其重要的作用，現(xiàn)就其調(diào)節(jié)機(jī)制及在膠質(zhì)瘤血管新生中的作用新進(jìn)展綜述如下：

1 AQP1的結(jié)構(gòu)和功能

AQP1作為參與跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)水的膜通道蛋白家族成員之一，廣泛存在于各種組織中。研究發(fā)現(xiàn)AQP1基因定位于人染色體7p15--＞p14處[1]，其一級(jí)結(jié)構(gòu)為6次跨膜的單肽鏈，含3個(gè)胞外環(huán)(A、C、E)和2個(gè)胞內(nèi)環(huán)(B、D)，連接跨膜區(qū)的B、E兩攀環(huán)折返穿入脂質(zhì)雙分子層，并且分別與鄰近的跨膜區(qū)形成半個(gè)孔道，彼此對(duì)稱分布，構(gòu)成一條狹窄的分子通道，水分子則排列成單一縱列，以適當(dāng)?shù)慕嵌韧ㄟ^。該通道具有高度的選擇性，借助一個(gè)帶正電的區(qū)域排斥帶正電的水合質(zhì)子，不允許其他離子或分子通過的功能，實(shí)現(xiàn)選擇性地通過大量的水[2]。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為AQPs的三級(jí)結(jié)構(gòu)為“沙漏模型”。生理情況下，AQP1主要分布于脈絡(luò)叢及面向腦脊液的頂質(zhì)膜的微絨毛表面，與Na+-K+-ATP酶定位相同，參與腦脊液分泌，并調(diào)節(jié)水和離子平衡。在脊髓中，AQP1主要表達(dá)痛覺與感覺神經(jīng)纖維。近年來多項(xiàng)研究[3-4]顯示，AQP1作為細(xì)胞膜特異性水轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在促進(jìn)瘤周水腫形成、腫瘤細(xì)胞遷移中發(fā)揮重要作用，且認(rèn)為它在實(shí)體腫瘤血管新生中扮演重要角色。

2 AQP1的調(diào)節(jié)

AQP1的表達(dá)受到理化因素、激素以及其他活性蛋白分子等多種因素的調(diào)控。從整體上講，AQP1的調(diào)節(jié)大致可以分為兩種：一種是通過改變細(xì)胞上AQP1濃度來調(diào)節(jié)跨膜水流動(dòng)，相對(duì)耗時(shí)較長(zhǎng)，故稱為長(zhǎng)期調(diào)節(jié)。另一種則是通過調(diào)節(jié)AQP1活性，耗時(shí)較短，調(diào)節(jié)較迅速的短期調(diào)節(jié)。

2.1 氧濃度調(diào)節(jié)吳琴琴等[5]通過研究缺氧對(duì)體外培養(yǎng)血管內(nèi)皮細(xì)胞AQP1表達(dá)的影響后發(fā)現(xiàn)，AQP1蛋白和AQP1 mRNA的表達(dá)在缺氧后呈先升高后降低的趨勢(shì)，推測(cè)缺氧在蛋白和轉(zhuǎn)錄水平參與對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞AQP1表達(dá)的調(diào)節(jié)，這和國(guó)外學(xué)者研究結(jié)果相似[6]。而岳冬梅等[7]在研究新生大鼠高氧損傷后AQP1變化規(guī)律后認(rèn)為，AQP1在高氧肺損傷時(shí)表達(dá)降低，并提示高氧肺損傷中AQP合成、分泌信號(hào)可能是ERK途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)的。不過氧濃度對(duì)不同部位和不同類型水通道蛋白表達(dá)的影響存在差異，證明AQP可能也與氧轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)。

2.2 激素調(diào)節(jié)國(guó)內(nèi)學(xué)者趙麗等[8]在研究地塞米松對(duì)體外培養(yǎng)牛眼小梁細(xì)胞水通道蛋-1表達(dá)的影響后發(fā)現(xiàn)，地塞米松抑可以制牛眼小梁細(xì)胞AQP1表達(dá)，推測(cè)AQP1參與了糖皮質(zhì)激素性青光眼的發(fā)生。隨后de Arteaga等[9]在大鼠中進(jìn)行的循證研究表明給予大鼠皮質(zhì)類固醇治療可上調(diào)其腹膜中AQP-1的表達(dá)水平，進(jìn)而顯著增加游離水的轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)在AQP1啟動(dòng)子中發(fā)現(xiàn)糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件，進(jìn)一步提示內(nèi)分泌激素可調(diào)節(jié)AQP1表達(dá)。

2.3 碳酸酐酶抑制劑碳酸酐酶廣泛分布于水轉(zhuǎn)運(yùn)組織內(nèi)，并可以促進(jìn)水的分泌和重吸收。碳酸酐酶尤其是CAⅡ和CAⅣ的組織分布乃至亞細(xì)胞定位都與AQP1極其相似，提示它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)和功能上也存在著某種聯(lián)系。乙酰唑胺是最常見的碳酸酐酶(CA)抑制劑，Zhang等[10]通過免疫沉淀和免疫熒光結(jié)果證實(shí)乙酰唑胺促進(jìn)AQP1轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜，促進(jìn)與MHC的互動(dòng)，依賴ERK/肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)信號(hào)通路的激活，最終又降低腎臟近曲小管上皮細(xì)胞AQP1基因的表達(dá)。

2.4高滲誘導(dǎo)通過對(duì)AQP1結(jié)構(gòu)分析顯示，AQP1前體包含一個(gè)高滲反應(yīng)元件。當(dāng)細(xì)胞處于高滲透壓的環(huán)境下時(shí)，AQP1的表達(dá)被誘導(dǎo)，Lanaspa等[11]通過在高滲環(huán)境下，借助突變小鼠研究AQP1在髓質(zhì)中表達(dá)發(fā)現(xiàn)高滲應(yīng)激誘導(dǎo)的髓質(zhì)(IMCD3)細(xì)胞通過添加NaCl大幅上調(diào)AQP1mRNA和蛋白表達(dá)，表明其激活發(fā)生在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平。

2.5 RNA干擾(RNA interference，RNAi)RNA干擾技術(shù)可以特異性剔除或關(guān)閉特定基因的表達(dá)，所以該技術(shù)已被廣泛用于探索基因功能和傳染性疾病及惡性腫瘤的基因治療領(lǐng)域。研究顯示，采用RNAi技術(shù)可以降低AQP1的表達(dá)，從而抑制腫瘤血管新生[12]。另外，汞、磷酸化、小分子活性蛋白及動(dòng)力學(xué)因素等也參與AQP1表達(dá)的調(diào)節(jié)。為此，深入研究AQP1的調(diào)節(jié)機(jī)制，可以為干預(yù)腫瘤血管新生提供新的思路。

3 AQP1與膠質(zhì)瘤血管新生的關(guān)系

血管新生是在原來存在的血管結(jié)構(gòu)上長(zhǎng)出新的血管，涉及到細(xì)胞外基質(zhì)的降解、毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增生、移行，最后形成管狀，結(jié)構(gòu)不完善血管的復(fù)雜生物學(xué)過程，在女性經(jīng)期、胎兒生長(zhǎng)發(fā)育以及腫瘤生長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用。膠質(zhì)瘤作為顱內(nèi)最常見的惡性腫瘤，其生長(zhǎng)具有血管依賴性，并借助新生的血管從休眠期轉(zhuǎn)變成生長(zhǎng)迅速、侵襲甚至轉(zhuǎn)移到其他組織臟器，可以說膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)、浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移或惡性程度及預(yù)后等諸多因素與血管生成密切相關(guān)，尤其是高級(jí)別膠質(zhì)瘤的生長(zhǎng)必須依賴新生血管持續(xù)不斷地為其提供豐富營(yíng)養(yǎng)和排除代謝產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)AQP1的表達(dá)程度與新生血管的生成、腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)關(guān)系密切[13-14]。在膠質(zhì)瘤中，AQP1作為跨細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)水的水通道蛋白家族成員之一，主要表達(dá)于腫瘤性星形細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞膜，并隨著膠質(zhì)瘤級(jí)別的升高，AQP1表達(dá)增加[15]。Monzani等[16]認(rèn)為，AQP1不僅僅是轉(zhuǎn)運(yùn)水的膜蛋白，而且還可以通過Lin7/beta-catenin促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移。內(nèi)皮細(xì)胞的遷移是膠質(zhì)瘤血管新生中的必要過程，其中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子是內(nèi)皮細(xì)胞中是作用最強(qiáng)、特異性最高的血管形成因子之一。VEGF通過增加S-glutathionylation of SERCA和Ca2+內(nèi)流實(shí)現(xiàn)特異性作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)其增殖，誘發(fā)血管生成[17]。膠質(zhì)瘤的惡性程度越高，瘤內(nèi)缺氧越嚴(yán)重，AQP1促進(jìn)VEGF表達(dá)作用越明顯，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤血管生成。國(guó)內(nèi)學(xué)者孟等[18]研究也發(fā)現(xiàn)，AQP1在微血管內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因(VEGF)成正相關(guān)，并認(rèn)為這可能與腦腫瘤血-腦屏障破壞及腦水腫發(fā)生相關(guān)。Nicchia等[12]通過建立小鼠黑色素瘤模型研究AQP1與血管新生的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，AQP1敲除小鼠較對(duì)照組腫瘤體積減小75%，內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)減少40%，微血管密度明顯降低，這也間接證明了AQP1參與血管生成的機(jī)制，是通過血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子這條獨(dú)立的信號(hào)通路完成的。同樣國(guó)內(nèi)學(xué)者徐銳等[19]研究發(fā)現(xiàn)，AQP1和MVD在前列腺癌組織陽性表達(dá)率均明顯高于前列腺增生組織，推測(cè)AQP1的高表達(dá)在前列腺癌的發(fā)展過程中起重要作用。膠質(zhì)瘤瘤周新生血管的分子影像學(xué)的發(fā)展正在改變著膠質(zhì)瘤的診斷和治療，siRNAi通過抑制AQP1的表達(dá)，從基因水平抑制血管生成，使腫瘤長(zhǎng)期處于一種休眠期。因此，對(duì)膠質(zhì)瘤血管AQP1蛋白表達(dá)進(jìn)行定量測(cè)定，可以從分子水平研究膠質(zhì)瘤血管新生情況，為從分子水平評(píng)價(jià)血管新生提供理論基礎(chǔ)。

4 展望

綜上所述，AQP1作為人類發(fā)現(xiàn)最早的水通道，通過促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移，分泌VEGF，促進(jìn)膠質(zhì)瘤血管新生，增加血管通透性。因此，通過研究AQP1的調(diào)節(jié)機(jī)制和選擇性干預(yù)膠質(zhì)瘤組織中AQP1的表達(dá)，尤其是RNAi干擾技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)從基因水平抑制膠質(zhì)瘤血管新生，為防止膠質(zhì)瘤術(shù)后復(fù)發(fā)提供了全新的治療思路和方法。李香營(yíng)等[20]研究證實(shí)AQP1表達(dá)量與FA值相關(guān)，這也為應(yīng)用fMRI研究膠質(zhì)瘤血管新生提供了借鑒。新興的“通過干擾AQP1表達(dá)來抑制腫瘤血管新生”這一技術(shù)可以為膠質(zhì)瘤診治方面的研究開拓新的視野，從而為抑制膠質(zhì)瘤血管新生提供新的基因治療手段。

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A

1003—6350（2013）09—1320—03

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海南省衛(wèi)生廳項(xiàng)目(編號(hào)：瓊衛(wèi)2010-61)；海南省衛(wèi)生廳項(xiàng)目(編號(hào)：瓊衛(wèi)2011-67)；海口市重點(diǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2011-0145)；海口市人民醫(yī)院院內(nèi)課題(編號(hào)：院?jiǎn)?009-12)

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