寄生蟲水孔蛋白研究進(jìn)展

崔建敏，張念章，付寶權(quán)，2*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所 家畜疫病病原生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部獸醫(yī)公共衛(wèi)生重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室/甘肅省動(dòng)物寄生蟲病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730046；2.江蘇省動(dòng)物重要疫病與人獸共患病防控協(xié)同創(chuàng)新中心，揚(yáng)州 225009)

寄生蟲水孔蛋白研究進(jìn)展

崔建敏1，張念章1，付寶權(quán)1，2*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所 家畜疫病病原生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部獸醫(yī)公共衛(wèi)生重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室/甘肅省動(dòng)物寄生蟲病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730046；2.江蘇省動(dòng)物重要疫病與人獸共患病防控協(xié)同創(chuàng)新中心，揚(yáng)州 225009)

水孔蛋白(AQP)是主要內(nèi)在蛋白(MIP)家族重要的組成成員之一。研究發(fā)現(xiàn)，寄生蟲水孔蛋白不僅能夠調(diào)節(jié)蟲體的滲透穩(wěn)態(tài)、參與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)、排出代謝產(chǎn)物，還可以使抗寄生蟲藥物進(jìn)入蟲體，因而成為研制新型寄生蟲疫苗和抗寄生蟲藥物的潛在靶點(diǎn)。因此，研究水孔蛋白的結(jié)構(gòu)與功能對(duì)寄生蟲病防治具有重大意義。作者通過(guò)綜述寄生蟲水孔蛋白的作用機(jī)制和結(jié)構(gòu)特征，以期為抗寄生蟲生物制劑的研發(fā)提供參考。

寄生蟲；水孔蛋白；結(jié)構(gòu)與功能

寄生蟲適應(yīng)宿主體內(nèi)環(huán)境與宿主的抗寄生蟲免疫之間是一個(gè)相互妥協(xié)的漫長(zhǎng)進(jìn)化過(guò)程。在這一過(guò)程中，寄生蟲逐漸形成免疫逃避，能夠在具有免疫力的宿主體內(nèi)生存，通過(guò)吸收宿主的營(yíng)養(yǎng)和血液、破壞宿主的組織細(xì)胞等適應(yīng)寄生過(guò)程并威脅宿主的生命健康。寄生過(guò)程由許多個(gè)寄生蟲功能蛋白質(zhì)分子參與調(diào)控。以寄生蟲的功能蛋白分子作為疫苗候選分子和藥物靶點(diǎn)抑制或阻斷寄生蟲的生命活動(dòng)，成為寄生蟲病防治的焦點(diǎn)之一。

水孔蛋白(aquaporins，AQPs)又叫做親水孔蛋白，是一種位于細(xì)胞膜上的，能選擇性高效跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)水分子的水通道蛋白，屬于主要內(nèi)在蛋白(major intrinsic protein，MIP)家族成員[1]。自從1991年首次在人的紅細(xì)胞質(zhì)膜中克隆、鑒定AQP1以來(lái)，目前已在病毒、細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、蠕蟲、植物和哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)存在水孔蛋白[1-2]。水孔蛋白在寄生蟲中除了調(diào)節(jié)水通透性外，還參與寄生蟲滲透壓適應(yīng)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝廢物排出等過(guò)程，研究發(fā)現(xiàn)寄生蟲水孔蛋白還可以參與抗寄生蟲藥物的運(yùn)輸[2-3]。水孔蛋白因在寄生蟲生存中發(fā)揮重要的作用，并有望成為抗寄生蟲疫苗候選分子和藥物靶點(diǎn)，而受到廣泛關(guān)注。本文通過(guò)對(duì)原蟲和蠕蟲水孔蛋白研究進(jìn)展進(jìn)行介紹，分別對(duì)其結(jié)構(gòu)及功能等進(jìn)行闡述，以期為研制新型抗寄生蟲藥物或疫苗提供思路。

1 水孔蛋白的分類與結(jié)構(gòu)

根據(jù)功能及結(jié)構(gòu)特性，水孔蛋白可分為兩個(gè)亞族，包括專一性水孔蛋白(AQPS)和水-甘油水孔蛋白(GLPS)，前者分子特征為只允許水分子通過(guò)，后者分子特征為不僅允許水分子通過(guò)，還允許甘油、尿素等其他小分子通過(guò)。水孔蛋白在不同物種間較為保守，各亞型間的蛋白序列及三維結(jié)構(gòu)較為相似。以人類AQP1為例，該蛋白經(jīng)過(guò)6次跨膜α 螺旋，形成5個(gè)環(huán)，從N端到C端依次為A、B、C、D和E環(huán)。A、C和E環(huán)位于細(xì)胞膜外側(cè)，蛋白的N端和C端及B、D環(huán)位于膜的內(nèi)側(cè)。6個(gè)跨膜螺旋和B、E環(huán)構(gòu)成跨膜通道，經(jīng)過(guò)折疊形成α 桶狀，長(zhǎng)約20 ?，寬3～5 ?[4-5]。

水孔蛋白對(duì)水分子的選擇特性，一方面是由膜外通道口，即芳香族氨基酸和精氨酸(ar/R)限制，這是水孔蛋白最狹窄的部位。在人類AQP1中，該結(jié)構(gòu)域是由Phe56、His180、Cys189和Arg195四個(gè)殘基構(gòu)成，直徑約為2.8 ?，恰好為一個(gè)水分子或甘油分子的大小。其中的Cys189殘基對(duì)Hg2+較為敏感，Hg2+與Cys189結(jié)合后，可以阻塞水孔蛋白通道，因此常用來(lái)研究AQPs的通透性。水孔蛋白的選擇特性還受到NPA基序限制。B環(huán)和E環(huán)上的NPA序列在不同AQPs中高度保守。位于膜內(nèi)側(cè)的B 環(huán)和膜外側(cè)的E 環(huán)各自形成半個(gè)跨膜螺旋，圍繞成通道中心。其中的Asn殘基側(cè)鏈指向通道內(nèi)部，使NPA 折疊形成狹窄的水孔，即“沙漏模型”(hour-glass model)，參與AQPs的活性調(diào)控。水分子通過(guò)通道時(shí)，首先斷裂分子間的氫鍵，然后與Asn殘基形成新的氫鍵，這樣依次通過(guò)水孔蛋白通道[4，6-8]。水孔蛋白在細(xì)胞膜上形成同源四聚體，每個(gè)單體都具有獨(dú)立的功能。四聚體中央形成四聚體孔，可能與可溶性氣體和離子運(yùn)輸有關(guān)[9]。分子大小、電荷特性及滲透或化學(xué)梯度決定了水孔蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)底物的特異性和方向性[10]。

2 原蟲水孔蛋白

2.1 瘧原蟲

目前，在惡性瘧原蟲(Plasmodiumfalciparum)基因組中僅發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)水孔蛋白(PfAQP)的編碼基因(GenBank登錄號(hào)：AJ413249)，位于11號(hào)染色體上。其開放閱讀框(ORF)為774 bp，可編碼相對(duì)分子質(zhì)量為28.3 ku的蛋白質(zhì)[11]。PfAQP與大腸桿菌GlpF蛋白的一致性為35%，跨膜區(qū)一致性最大為60%。目前，PfAQP蛋白的晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)解析[12]，蛋白通道長(zhǎng)約25 ?，最窄處約3 ?，C環(huán)起始為1.5個(gè)α-螺旋，剩余殘基不形成二級(jí)結(jié)構(gòu)。研究表明，位于第125位的Glu(E125)殘基對(duì)水通透性影響很大[13]。在PfAQP蛋白的B、E環(huán)上，NPA基序分別變異為NLA和NPS。若將這兩個(gè)變異基序突變成NPA，不影響PfAQP蛋白運(yùn)輸水分子和甘油的功能。但若將B、E環(huán)上的NLA/NPS基序突變成NPS/NLA，則PfAQP蛋白的功能喪失[11，14]。PfAQP蛋白在不同瘧原蟲蟲株中較為保守，僅在氨基酸序列的第128位和130位兩個(gè)位點(diǎn)發(fā)生非同義突變，但該突變不影響對(duì)甲胺的通透性[15]。PfAQP不但可以轉(zhuǎn)運(yùn)水和甘油，而且還能轉(zhuǎn)運(yùn)尿素、氨、小分子醇以及糖酵解產(chǎn)生的二羥基丙酮和丙酮醛等代謝產(chǎn)物[11，15-16]。在瘧原蟲的紅細(xì)胞內(nèi)期裂體增殖過(guò)程中，蟲體的快速增殖一方面需要從宿主細(xì)胞中轉(zhuǎn)運(yùn)大量的甘油用以合成甘油脂類分子；另一方面需要快速將代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)至蟲體外，以防止其對(duì)蟲體增殖的抑制[16]。PfAQP蛋白可以同時(shí)參與兩方面的過(guò)程，因此在瘧原蟲的裂體增殖中起重要作用[11，17]。

2.2 剛地弓形蟲

弓形蟲(Toxoplasmagondii)基因組只包含一個(gè)編碼水孔蛋白(TgAQP)的基因[18]。在同一ORF內(nèi)，第1和第115位各存在一個(gè)潛在ATG起始密碼子，可分別編碼相對(duì)分子質(zhì)量為29.9(TgAQPM1)和26.3 ku(TgAQPM39)的蛋白質(zhì)。TgAQP與植物液泡膜AQP(tonoplast intrinsic proteins，TIP)一致性為24%，與哺乳動(dòng)物AQP1一致性為21%。TgAQP編碼區(qū)界限特征為第一個(gè)ATG起始密碼子上游54 bp處存在一個(gè)框內(nèi)終止密碼子TAA，基因下游的3′端非翻譯區(qū)是一段富含嘌呤的核苷酸序列，長(zhǎng)約318 bp，其中腺嘌呤或鳥嘌呤約占79%。TgAQP的B、E環(huán)是典型的NPA基序，與TIP的孔道類似，但在孔道口存在Val殘基而非其他原蟲的Arg殘基[18]。表達(dá)TgAQPM1的非洲爪蟾卵母細(xì)胞水通透性較野生型增加8倍，甘油通透性與PfAQP相同。TgAQPM39基因轉(zhuǎn)入卵母細(xì)胞后，水通透性可增加3倍，甘油通透性則是表達(dá)TgAQPM1卵母細(xì)胞的1/3。TgAQP還允許尿素、赤蘚糖醇和D-阿拉伯糖醇等小分子的通透，線性骨架大分子化合物幾乎不能通過(guò)TgAQP孔道，肌醇和帶電荷溶質(zhì)則完全不能通過(guò)該蛋白。TgAQP通透羥基脲的效率是甘油的75%，而羥基脲是抑制弓形蟲增殖的藥物之一?；谶@一特性，增加TgAQP對(duì)羥基脲的通透性成為研制新型抗弓形蟲藥物的方向之一[18]。

2.3 布氏錐蟲

基因組結(jié)構(gòu)分析布氏錐蟲(Trypanosomabrucei)中存在3個(gè)水孔蛋白(TbAQP1～3)的編碼基因，可分別編碼321、312和304個(gè)氨基酸[19]。TbAQPs基因間一致性為77%，與人類AQP3、AQP7和AQP9的進(jìn)化關(guān)系較近。TbAQPs 的特點(diǎn)為N端具有80個(gè)氨基酸的延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。TbAQP1和TbAQP3的B、E環(huán)上具有NPA基序，而在TbAQP2上則分別變異為NSA和NPS基序。表達(dá)TbAQPs的非洲爪蟾卵母細(xì)胞，其水通透性可增加6～7倍，甘油通透性增加10倍。TbAQP1對(duì)DHA的通透性是甘油的1.5倍，但幾乎不參與尿素轉(zhuǎn)運(yùn)[19]；TbAQP2對(duì)DHA通透性是甘油的2倍[19]；TbAQP3對(duì)DHA的通透性與甘油相似，對(duì)赤蘚糖醇和核糖醇的通透性是甘油的1/2[19]。TbAQPs轉(zhuǎn)運(yùn)亞砷酸鹽和亞銻酸鹽的能力與酸堿度有關(guān)。在釀酒酵母和非洲爪蟾卵母細(xì)胞中表達(dá)TbAQPs，隨著pH不斷升高，Sb3+和As3+的通透效率也隨之升高，但TbAQP1對(duì)As3+的通透不隨著pH的變化而變化，這可能是由水孔蛋白間的結(jié)構(gòu)差異所致[20]。J.C.Munday等[21]試驗(yàn)表明，TbAQP2是戊烷脒和硫胂密胺的高親和力轉(zhuǎn)運(yùn)體。某些布氏錐蟲地方分離株TbAQP2基因缺失或TbAQP2、3基因形成嵌合體，導(dǎo)致該蟲株對(duì)戊烷脒敏感度降低40～50倍，對(duì)美拉胂醇敏感度降低3～5倍，是布氏錐蟲產(chǎn)生抗藥性的主要原因之一[22]。TbAQP1主要分布在布氏錐蟲的鞭毛，在蟲體繁殖的對(duì)數(shù)期表達(dá)量較少，在穩(wěn)定期表達(dá)量增多。在錐蟲的前循環(huán)期，只有TbAQP1表達(dá)；TbAQP2在整個(gè)生活史中表達(dá)量很低；TbAQP3只在布氏錐蟲的血液期能夠檢測(cè)到[19，23]。利用RNAi使TbAQP1轉(zhuǎn)錄水平下降至83%時(shí)，蟲體的生長(zhǎng)沒有受到抑制，在低滲溶液中膨脹時(shí)間延長(zhǎng)41%，但可以完全恢復(fù)到原體積；TbAQP2轉(zhuǎn)錄下降64%時(shí)，可引起蟲體生長(zhǎng)缺陷，且不能在低滲溶液中恢復(fù)正常；TbAQP3轉(zhuǎn)錄下降84%時(shí)，蟲體生長(zhǎng)正常，在低滲溶液中膨脹時(shí)間延長(zhǎng)85%，能恢復(fù)至正常體積[23]。

2.4 利什曼原蟲

碩大利什曼原蟲(Leishmaniamajor)可以編碼5個(gè)水孔蛋白(LmAQP)，分別為L(zhǎng)mAQP1和LmAQPα～δ。LmAQP1與細(xì)菌AQPs相似性很高，而LmAQPα～δ與植物AQPs的進(jìn)化關(guān)系較近，這是LmAQPs的特點(diǎn)[24]?；诏懺xAQP(PfAQP)的晶體結(jié)構(gòu)，推測(cè)LmAQP1具有6個(gè)跨膜螺旋，由5個(gè)環(huán)(A～E)相連，其中B、E環(huán)具有NPA模體。LmAQP1屬于水-甘油水孔蛋白亞族，相對(duì)分子質(zhì)量28 ku。LmAQP1的水通透性是人AQP1的65%，且對(duì)汞離子不敏感。序列比對(duì)表明，LmAQP1與PfAQP的一致性為32%，與布氏錐蟲AQPs的一致性在41%～45%。LmAQP1主要分布在前鞭毛體的鞭毛、無(wú)鞭毛體的鞭毛袋膜、伸縮泡及海綿復(fù)合體，可參與蟲體的趨滲性及體積調(diào)節(jié)等功能。將該蛋白在非洲爪蟾卵母細(xì)胞中表達(dá)，可以使其水通透性增加30倍，甘油通透性增加25倍，還能增加卵母細(xì)胞對(duì)丙酮醛、二羥基丙酮、糖醇的通透性[24]。LmAQP1還可以參與三價(jià)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)，表達(dá)LmAQP1的非洲爪蟾卵母細(xì)胞其As3+和Sb3+的累積量分別增加40倍和240倍；LmAQP1功能缺失的碩大利什曼原蟲蟲株對(duì)Sb3+的抵抗力為野生型的10倍。N.L.Uzcategui等[25]將152位的Glu進(jìn)行定點(diǎn)突變，L.major突變株轉(zhuǎn)運(yùn)As3+和Sb3+離子降低，但對(duì)甘油的通透性沒有影響。將LmAQP1第163位的Ala殘基依次定點(diǎn)突變?yōu)锳sp、Glu、Gln、Ser和Thr殘基，結(jié)果顯示突變成Ser和Thr可使卵母細(xì)胞水通透性下降20%，但對(duì)甘油、丙酮醛、二羥基丙酮、甘油醛和核糖醇的通透性影響較??；突變成Asp、Glu和Gln對(duì)卵母細(xì)胞水、甘油、甘油醛和核糖醇的通透性幾乎沒有影響，而可使丙酮醛和二羥基丙酮的通透性降低85%[26]。

3 吸蟲水孔蛋白

3.1 曼氏血吸蟲

曼氏血吸蟲(Schistosomamansoni)水孔蛋白(SmAQP)由304個(gè)氨基酸(GenBank登錄號(hào)：EU780065)組成，相對(duì)分子質(zhì)量為32.893 ku，pI 8.67，屬于水-甘油水孔蛋白亞族，具有NPA基序。與日本血吸蟲AQP一致性為84%，與人類AQP1、AQP2、AQP4、AQP6和AQP8的一致性在18%～23%，與人類AQP3、AQP7、AQP9和AQP10的一致性為31%～36%[27]。預(yù)測(cè)在SmAQP氨基酸序列的第3和291(SCSE和SHRD)位存在蛋白激酶Ⅱ磷酸化位點(diǎn)，第5和291(SEK和SHR)位存在蛋白激酶C磷酸化位點(diǎn)，第150和159位點(diǎn)存在兩個(gè)N-糖基化位點(diǎn)[27]。

SmAQP在蟲卵和孢子蚴期幾乎不表達(dá)，當(dāng)吸蟲發(fā)育成尾蚴后表達(dá)量迅速增加，在成蟲期表達(dá)量仍然很高。Z.Faghiri等[28]對(duì)成蟲SmAQP研究發(fā)現(xiàn)，SmAQP能轉(zhuǎn)運(yùn)甘露糖、果糖和丙氨酸，并可以從蟲體內(nèi)排出乳酸，但不能轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖，從而在分子水平闡明了曼氏血吸蟲將大量乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)至體外的原理。HgCl2不能封閉SmAQP，與其第219位變異為L(zhǎng)-alanine有關(guān)。一般認(rèn)為，L-cysteine可以作為抑制劑的結(jié)合位點(diǎn)，抑制水孔蛋白的功能[28]。

SmAQP還參與抗寄生蟲藥物酒石酸銻鉀(PAT)的轉(zhuǎn)運(yùn)。利用RNAi技術(shù)將SmAQP基因沉默后的血吸蟲置于10 μmol·L-1的PAT中2 h，蟲體對(duì)滲透變化反應(yīng)遲鈍，突變組血吸蟲的死亡數(shù)量明顯少于野生型血吸蟲[10，27]。SmAQP還具有良好的免疫原性。嵌合表達(dá)去除跨膜片段的cSmAQP蛋白免疫小鼠，可以產(chǎn)生高特異性的IgG抗體及以IFN-γ、IFN-α和IL-17等細(xì)胞因子，引起Th1/Th17型免疫應(yīng)答。但該疫苗對(duì)減蟲率和防止肝組織病變的效果不佳[29]。通過(guò)對(duì)SmAQP的研究，人們拓展了對(duì)血吸蟲表皮功能的認(rèn)知，同時(shí)也為SmAQP作為防治血吸蟲病的藥物靶點(diǎn)或疫苗候選基因提供依據(jù)[27]。

3.2 大片吸蟲

在大片吸蟲(Fasciolagigantica)中含有兩個(gè)水孔蛋白(FgAQPs)。從大片吸蟲后囊蚴期中擴(kuò)增的FgAQP1基因?yàn)? 428 bp，可編碼299個(gè)氨基酸，蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量32.7 ku。從成蟲中擴(kuò)增的部分FgAQP2基因，可編碼295個(gè)氨基酸，相對(duì)分子質(zhì)量為32.4 ku。FgAQPs氨基酸序列間一致性為78.6%，與SmAQP氨基酸序列一致性為28.1%[30]。FgAQPs屬于專一性水孔蛋白亞族，分布在表皮細(xì)胞、卵巢和睪丸的上皮層，在非洲爪蟾卵母細(xì)胞表達(dá)FgAQPs可使其水通透性增加3～4倍，但不通透甘油和尿素。在FgAQP1蛋白A環(huán)第58—61(NISG)位和FgAQP2蛋白C環(huán)第141—144(NVTD)位各存在一個(gè)天冬酰胺糖基化位點(diǎn)。在FgAQPs蛋白中，B環(huán)上的NPA基序變異成為Thr-Ala-Ala(TAA)基序。這種變異方式只在洋蔥伯克霍爾德菌的AQP中發(fā)現(xiàn)[10]。FgAQPs對(duì)水的通透性較低，不能透過(guò)甘油、尿素等。將FgAQP1蛋白TAA基序中的Thr殘基定點(diǎn)突變成Asn殘基在爪蟾卵母細(xì)胞中表達(dá)，可使其水通透性增加2倍，但仍不通透尿素和甘油。將Tyr204殘基替換Cys則水通透性喪失[30]。

3.3 日本血吸蟲

目前，在日本血吸蟲(Schistosomajaponicum)只報(bào)道了一個(gè)水孔蛋白，命名為水孔蛋白3(SjAQP3)。該蛋白存在于蟲體表皮(GenBank登錄號(hào)：CPRT0000005211)，屬于水-甘油水孔蛋白亞家族[31]。相對(duì)分子質(zhì)量約為33 ku，pI 8.05，屬于穩(wěn)定蛋白(不穩(wěn)定系數(shù)26.28)，平均疏水系數(shù)為0.459。目前對(duì)SjAQP3的研究較少，用生物信息學(xué)方法分析SjAQP3二級(jí)結(jié)構(gòu)中α螺旋結(jié)構(gòu)約占46.77%，β折疊占19.35%，無(wú)規(guī)則卷曲為33.87%。預(yù)測(cè)三級(jí)結(jié)構(gòu)顯示，SjAQP3蛋白有6個(gè)跨膜區(qū)，B、E環(huán)位于通道中心，具有NPA基序。SjAQP3有6個(gè)潛在的B細(xì)胞抗原表位，其中位于膜外側(cè)的表位為氨基酸序列的第59—62 和225—230 aa，位于膜內(nèi)側(cè)的表位為5—7、282—288、294—298和305—307 aa[31]。

4 線蟲水孔蛋白

4.1 秀麗隱桿線蟲

目前，寄生性線蟲水孔蛋白的研究較少，但對(duì)自由生活的秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditiselegans)水孔蛋白(CeAQPs)的研究較為深入。綜述CeAQPs對(duì)于研究寄生性線蟲水孔蛋白的結(jié)構(gòu)和功能具有重要的借鑒意義。秀麗隱桿線蟲基因組包含11個(gè)水孔蛋白(CeAQPs)編碼基因[2，32-33]，其中CeAQP4、CeAQP5和CeAQP6屬于專一性水孔蛋白亞族，CeAQP1、CeAQP2、CeAQP3、CeAQP7和CeAQP8屬于水-甘油水孔蛋白亞族。CeAQP5和CeAQP8與其他AQPs的一致性較低[34]。在CeAQP5 的NPA基序中，第3位Ala換成了Val，而且在第2和第3跨膜區(qū)間具有胞外延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)[35-36]。

在非洲爪蟾卵母細(xì)胞中表達(dá)CeAQP2、CeAQP3、CeAQP4、CeAQP6和CeAQP7可使其水通透性增加5～7倍；表達(dá)CeAQP1、CeAQP3和CeAQP7可使甘油通透性增加3～7倍[33-34]。但表達(dá)CeAQP5和CeAQP8蛋白的卵母細(xì)胞，對(duì)甘油、水和尿素通透性沒有改變，而且CeAQP8轉(zhuǎn)錄受到秀麗隱桿線蟲POU同源框轉(zhuǎn)錄因子CEH-6(POU同源框基因轉(zhuǎn)錄因子在生物發(fā)育過(guò)程中具有重要的調(diào)控作用，CEH6基因?qū)儆谛沱愲[桿線蟲的3個(gè)POU基因之一)的調(diào)控[32，37]。CeAQP4、CeAQP6和CeAQP7的水通透性可被1 mmol·L-1HgCl2抑制，但CeAQP2和CeAQP3對(duì)汞不敏感，僅CeAQP2的Cysteine132殘基為Hg2+敏感位點(diǎn)[38]。飼喂秀麗隱桿線蟲大量的葡萄糖，可以下調(diào)CeAQP1分子表達(dá)，從而縮短其壽命[36]。將秀麗隱桿線蟲純合子的CeAQP2、CeAQP3、CeAQP4和CeAQP8基因進(jìn)行突變雜交觀察表型變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各突變體表型沒有明顯差異，說(shuō)明水孔蛋白并不是所有生命體維持滲透穩(wěn)態(tài)不可或缺的，當(dāng)水孔蛋白功能喪失時(shí)會(huì)激活機(jī)體其他機(jī)制代償水孔蛋白的功能[36]。

4.2 犬弓首蛔蟲

犬弓首蛔蟲(Toxocaracanis)水孔蛋白(TcAQP1)是蠕蟲中最早鑒定的水孔蛋白基因，該基因長(zhǎng)1 099 bp(GenBank登錄號(hào)：AF067963)，其中在核苷酸的5′端和3′端分別含有21個(gè)和147個(gè)非編碼序列[39]。TcAQP1基因共編碼310個(gè)氨基酸，蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量34.3 ku，pI 8.15，與人類AQP3一致性為35%。由進(jìn)化分析可知，TcAQP1與哺乳動(dòng)物AQP3和AQP7(屬于水-甘油水孔蛋白亞族)進(jìn)化關(guān)系較近，表明TcAQP1也可能轉(zhuǎn)運(yùn)甘油等物質(zhì)[39-40]。TcAQP1具有NPA基序，其中的Asn153殘基為潛在的糖基化位點(diǎn)。TcAQP1位于膜外側(cè)的A、C環(huán)，與人類AQP3序列相似性很低，因此可成為藥物靶點(diǎn)[39]。非洲爪蟾卵母細(xì)胞不能表達(dá)TcAQP1蛋白，可能與5′ 端非編碼序列的操縱有關(guān)。但C端(Val281-Ala310)親水性片段可在原核表達(dá)系統(tǒng)中檢測(cè)表達(dá)。利用RT-PCR檢測(cè)TcAQP1的轉(zhuǎn)錄特性，發(fā)現(xiàn)TcAQP1的mRNA不僅存在于感染性幼蟲，也存在雌性和雄性的成蟲中。在雌性成蟲的頭部、皮下組織、肌肉和卵巢組織都可以檢測(cè)到存在TcAQP1的mRNA[40]。

4.3 旋毛蟲

旋毛蟲(Trichinellaspiralis)是引起人獸共患旋毛蟲疾病的主要病原，人類可以通過(guò)生食或半生食含有旋毛蟲包囊的肉類而感染旋毛蟲，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致死亡[41]。作者檢索GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)現(xiàn)，旋毛蟲基因組中僅存在一個(gè)水孔蛋白(TsAQP)序列。經(jīng)分析后，確定TsAQP基因ORF為867 bp，可編碼288個(gè)氨基酸，與人類AQP9的一致性為45%，推測(cè)其屬于水-甘油水孔蛋白亞族，但其具體功能尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。

5 展 望

綜上所述，AQPs是廣泛存在于原蟲和蠕蟲中的一類功能蛋白，不僅對(duì)蟲體維持和調(diào)節(jié)滲透壓具有重要作用，而且還參與寄生蟲營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)以及代謝產(chǎn)物排出等生理過(guò)程。鑒于AQPs在寄生蟲生長(zhǎng)、繁殖中所起的重要作用，將其作為抗寄生蟲藥物的靶點(diǎn)封閉通道孔，可以有效抑制蟲體的代謝和生長(zhǎng)，因此是研制新型抗寄生藥物的潛在靶標(biāo)。另一方面，如上所述在布氏錐蟲和弓形蟲中，AQPs還參與抗寄生蟲藥物向蟲體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)。根據(jù)這一特性，增加AQPs對(duì)藥物的通透性可以使其快速大量在蟲體內(nèi)富集，從而發(fā)揮抗寄生蟲感染的作用。根據(jù)AQPs的這些性質(zhì)，針對(duì)不同寄生蟲的生活特性和生理特征，應(yīng)用或“堵”或“疏”的辦法，可以為研制新型、有效的抗寄生蟲藥物提供新的思路。

AQPs還有望成為研制新型寄生蟲疫苗的候選分子。將SmAQP的親水區(qū)域串聯(lián)表達(dá)后免疫小鼠，可以誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生Th1/Th17型免疫應(yīng)答反應(yīng)[30]。雖然該疫苗不能改變宿主的荷蟲率，但是為研制新型疫苗提供了思路。通過(guò)改變免疫途徑、使用新型佐劑、聯(lián)合多種抗原等方法改進(jìn)免疫程序，選擇可以誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生較強(qiáng)免疫應(yīng)答和實(shí)現(xiàn)大幅降低減蟲率的免疫方案，從而最終達(dá)到防控寄生蟲病的目的。

隨著多種原蟲、絳蟲和線蟲基因組測(cè)序工作的完成，利用比較基因組學(xué)、計(jì)算機(jī)模擬生物學(xué)和分子生物學(xué)等技術(shù)，將會(huì)逐漸闡明更多寄生蟲AQPs的功能，從而有助于以其為靶標(biāo)的藥物、疫苗等生化或生物試劑的研發(fā)，最終達(dá)到有效防治寄生蟲病的目的，為保護(hù)人類和動(dòng)物健康做貢獻(xiàn)。

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(編輯 白永平)

Research Advances in Aquaporin of Parasites

CUI Jian-min1，ZHANG Nian-zhang1，F(xiàn)U Bao-quan1，2*

(1.StateKeyLaboratoryofVeterinaryEtiologicalBiology/KeyLaboratoryofVeterinaryPublicHealthoftheMinistryofAgriculture/KeyLaboratoryofVeterinaryParasitologyofGansuProvince，LanzhouVeterinaryResearchInstitute，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Lanzhou730046，China；
2.JiangsuCo-innovationCenterforPreventionandControlofImportantAnimalInfectiousDisease，Yangzhou225009，China)

Aquaporin (AQP) is one of integral membrane proteins from a family of major intrinsic proteins (MIP).Recent studies revealed that aquaporins in parasites involve in the regulation of osmotic homeostasis，transport process of nutrition，metabolites and anti-parasite drugs，which indicated that the protein could serve as novel vaccine candidate or potential anti-parasite drug’s targets.Learning about the functions and structures of aquaporins in parasites will be of great significance in prevention and treatment of parasitic diseases.This article reviews the functions and structural characteristics of aquaporins in parasites，in order to provide references for the study of the biological agents against parasite diseases.

parasite；aquaporin；function and structure

10.11843/j.issn.0366-6964.2015.05.002

2014-08-25

甘肅省創(chuàng)新研究群體計(jì)劃項(xiàng)目(1210RJIA006)

崔建敏(1990-)，男，河南周口人，碩士生，主要從事畜禽人獸共患寄生蟲病分子生物學(xué)方面的研究，E-mail：jianmin2014@foxmail.com

*通信作者：付寶權(quán)，Tel：0931-8342675，E-mail：fubaoquan@163.com

S852.7

A

0366-6964(2015)05-0689-07