水通道蛋白在消化系統(tǒng)腫瘤中的表達及其意義

彭　瑞　孫劍勇

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院消化內(nèi)科(200032)

水通道蛋白在消化系統(tǒng)腫瘤中的表達及其意義

彭瑞*孫劍勇#

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院消化內(nèi)科(200032)

Neoplasm Metastasis

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展進程中需要大量營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)，其物質(zhì)代謝的微環(huán)境在水中，需大量水分子參與。水通道蛋白(aquaporins)屬于膜內(nèi)在蛋白家族，廣泛存在于生物體內(nèi)的各組織部位，影響機體水代謝過程，并參與惡性腫瘤的生長、浸潤和轉(zhuǎn)移。消化系統(tǒng)腫瘤為人類常見惡性腫瘤，由于早期癥狀不明顯，大部分患者出現(xiàn)明顯臨床癥狀時腫瘤已處于末期并發(fā)生轉(zhuǎn)移，常規(guī)治療效果不佳。本文就水通道蛋白在消化系統(tǒng)腫瘤中的表達及其意義作一綜述。

一、水通道蛋白概述

1988年，Agre的研究組在分離純化人Rh血型抗原時，偶然發(fā)現(xiàn)了一種相對分子質(zhì)量為28 kDa(1 Da=0.992 1 u)的新的紅細胞膜內(nèi)在蛋白，并將其命名為“CHIP28”[1]；1991年完成了“CHIP28”的cDNA克?。?992年在非洲爪蟾卵母細胞中對“CHIP28”進行功能鑒定，證實其為水通道蛋白，從而確定了細胞膜上存在水轉(zhuǎn)運特異性通道蛋白；1997年基因組委員會正式將“CHIP28”命名為AQP-1。迄今為止，在哺乳動物中已鑒定出13種水通道蛋白(AQP-0~12)，這些AQPs均屬于主體內(nèi)在蛋白(MIP)家族。根據(jù)其對水和其他溶質(zhì)的通透性，AQPs可分為水通道和水甘油通道兩個亞家族，前者僅對水有通透性，包括AQP-0、1、2、4、5、8、11、12；后者除水外還對其他小分子溶質(zhì)如甘油等有通透性，包括AQP-3、7、9、10；而AQP-6不參與水分子轉(zhuǎn)運，不屬于任一類型。根據(jù)其對汞制劑的敏感性，AQPs又可分為汞敏感型和汞不敏感型，前者包括AQP-1~3、5、6、8~12，后者包括AQP-4、7。消化系統(tǒng)中存在多種AQPs表達，參與調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外環(huán)境平衡、液體吸收和分泌等與水分子跨細胞膜轉(zhuǎn)運有關(guān)的生理和病理過程。

二、水通道蛋白與消化系統(tǒng)腫瘤

1. 胃癌：目前研究發(fā)現(xiàn)人正常胃黏膜和(或)胃癌組織中存在AQP-1、3~5和11表達。高、中分化胃腺癌細胞能形成腺泡，存在AQP-1表達，低分化胃腺癌細胞是否表達AQP-1與其有無腺泡形成有關(guān)，提示AQP-1參與了胃腺癌細胞的分化和外分泌功能[2]。AQP-4表達于正常胃黏膜，在胃癌組織中則呈低表達，其原因可能為在胃癌的發(fā)生、發(fā)展過程中，AQP-4基因被其他異常表達的基因或miRNAs抑制或封閉。有研究[3]發(fā)現(xiàn)胃癌模型小鼠脾臟、淋巴結(jié)中的調(diào)節(jié)性T細胞比例和數(shù)量增高，對機體正常免疫系統(tǒng)的抑制效應(yīng)增強，使腫瘤細胞受到的免疫攻擊減弱，可能與胃癌組織中AQP-4表達減少有關(guān)。AQP-3和AQP-5在胃癌組織中呈高表達，在癌旁非癌組織中呈低表達，兩者在胃癌組織中的表達均與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)[4-5]。研究[6]顯示AQP-3在人表皮生長因子(hEGF)介導(dǎo)的胃癌細胞遷移和增殖中起關(guān)鍵作用，這可能是其促進胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的機制之一。此外，AQP-3尚與幽門螺桿菌(Hp)相關(guān)胃腫瘤的發(fā)生有關(guān)，正常胃黏膜和胃癌組織中的AQP-3表達均與Hp感染狀態(tài)相關(guān)，且體、內(nèi)外實驗顯示Hp感染可上調(diào)AQP-3表達[7]，Hp誘導(dǎo)AQP-3表達的機制有待進一步研究。AQP-3是miR-874的靶基因，上調(diào)miR-874以抑制AQP-3可抑制胃癌細胞的增殖、遷移、侵襲能力和致瘤性，為胃癌的分子靶向治療提供了可能的思路[8]。予低分化人胃腺癌細胞株MKN45表達外源性AQP-5可顯著增加分化細胞比例，如再予水通道蛋白抑制劑HgCl2抑制AQP-5表達，則可使分化細胞比例重新降低，提示AQP-5表達上調(diào)可能與胃癌細胞的分化有關(guān)[9]。

2. 結(jié)直腸癌：水通道蛋白廣泛分布于腸上皮細胞，表達于結(jié)直腸的有AQP-1~5、7~10和12。以相關(guān)技術(shù)上調(diào)或下調(diào)AQP-1在人結(jié)腸癌細胞株HT20中的表達，可分別增高和降低細胞膜水通透性和細胞遷移率，表明由AQP-1介導(dǎo)的細胞膜水通透性在結(jié)腸癌細胞遷移中起重要作用，與結(jié)腸癌的侵襲、轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[10]；對臨床結(jié)直腸癌組織的研究證實AQP-1在癌組織中呈高表達并與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和組織學(xué)分期呈正相關(guān)[11]。水通道蛋白抑制劑乙酰唑胺灌胃可顯著抑制人結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤生長及其AQP-1表達，其作用機制可能為抑制腫瘤微血管生成[12]，該結(jié)果為水通道蛋白抑制劑的臨床應(yīng)用提供了實驗依據(jù)。AQP-3在結(jié)腸癌組織中的表達顯著高于癌旁正常組織，并與組織分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠處轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，其高表達可能提示預(yù)后不良[13]。AQP-4和AQP-5高表達于結(jié)直腸癌組織，在癌旁正常組織中低表達或基本不表達，AQP-8的表達方式則與之相反，三者在癌組織中的表達均與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)[14-15]。研究[16]發(fā)現(xiàn)AQP-1和AQP-5在結(jié)腸癌變早期(早期異型增生階段)即被誘導(dǎo)表達并延續(xù)至晚期，甚至在肝轉(zhuǎn)移灶中亦可見兩者表達。AQP-5表達上調(diào)可誘導(dǎo)人結(jié)腸癌細胞株HCT116增殖，該作用所涉及的信號通路為AQP-5-Ras-ERK-Rb[17]，此外AQP-5尚通過p38 MAPK信號通路參與結(jié)腸癌多藥耐藥的發(fā)生[18]，因此AQP-5有望成為結(jié)直腸癌新的治療靶點。

最近研究發(fā)現(xiàn)了許多水通道蛋白調(diào)節(jié)因子，如缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)可能是AQP-1的上游調(diào)節(jié)因子，兩者在結(jié)直腸癌組織中的表達呈顯著正相關(guān)[11]。與在胃癌細胞中一樣，hEGF可通過PI3K/Akt信號通路誘導(dǎo)AQP-3表達，從而增強人結(jié)腸癌細胞株HCT116的遷移能力，而AQP-3抑制劑CuSO4則可阻斷此作用[13]。血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)可上調(diào)人結(jié)腸癌細胞株LoVo中的AQP-4表達，進而促進細胞遷移，如聯(lián)合應(yīng)用AQP-4-siRNA干擾AQP-4表達，細胞遷移能力明顯下降，證實上調(diào)AQP-4表達是VEGF促進結(jié)腸癌浸潤、轉(zhuǎn)移的機制之一[19]。

綜合上述發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌組織中存在AQP-1、3~5表達，AQP-8表達缺失，且AQP-1和AQP-5表達在整個結(jié)直腸癌變和進展過程中持續(xù)上調(diào)，以這些AQPs為靶點進行抑制結(jié)直腸癌變和轉(zhuǎn)移的研究，可能為結(jié)直腸癌提供新的治療途徑。

3. 肝細胞癌(HCC)：目前已確定肝膽系統(tǒng)中至少有AQP-0、1、3、5、7~9和11表達，這些AQPs的表達可能與糖脂代謝、膽汁分泌、砷代謝、腫瘤血管生成等多種生理和病理過程有關(guān)[20-21]。HCC組織中存在AQP-1、3、5、8、9表達，其中AQP-3、5表達上調(diào)[22]，AQP-8、9表達下調(diào)[23-24]。研究[22]顯示HCC組織中AQP-3和AQP-5高表達與血清AFP水平、腫瘤分期和分級以及預(yù)后不良相關(guān)。對肝腫瘤細胞株H4IIE的研究[23]發(fā)現(xiàn)，AQP-8和AQP-9低表達可通過阻止水分子通過水通道移動至細胞外而使細胞對凋亡刺激產(chǎn)生抵抗。人肝癌細胞株SMMC-7721存在細胞膜高水通透性和低水通透性兩個亞群，前者細胞膜AQP-1表達和遷移速率均顯著高于后者，提示AQP-1系通過介導(dǎo)細胞膜高水通透性參與促進HCC細胞遷移[25]。

4. 膽管/膽囊癌：至少有AQP-1、4、5、8四種AQPs表達于膽道。小鼠膽囊上皮細胞可檢測到AQP-1和AQP-8表達，前者定位于頂端膜和基底外側(cè)膜，后者則僅見于頂端膜，兩者均參與了膽汁中水分的分泌和吸收[26]。研究[27]發(fā)現(xiàn)AQP-1在膽管異型增生組織中呈高表達，在大部分肝內(nèi)膽管癌組織中呈低表達或不表達，且其低表達或不表達與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和預(yù)后不良相關(guān)。然而另有研究[28]顯示膽管/膽囊癌組織中AQP-1高表達與腫瘤浸潤深度、組織學(xué)分型和血清CA19-9水平呈正相關(guān)，不同研究中AQP-1在膽系腫瘤中表達的不一致性有待進一步探討；AQP-4和AQP-8表達與膽管/膽囊癌臨床病理參數(shù)無明顯相關(guān)性；AQP-5高表達提示患者生存期較長、對術(shù)后化療敏感性較高。

5. 胰腺癌：胰腺中可檢測到AQP-1、3~5和8表達，其中AQP-1和AQP-5在水分子流動參與激活電解質(zhì)分泌方面發(fā)揮重要作用。研究[29]發(fā)現(xiàn)EGF能通過EGFR/ERK信號通路激活A(yù)QP-3，從而增強胰腺癌細胞株MPC-83的遷移能力，此通路有望成為胰腺癌治療的潛在靶點。目前關(guān)于水通道蛋白在胰腺癌中表達和作用的研究尚少，相關(guān)研究有待進一步開展。

三、結(jié)語

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的進步，水通道蛋白相關(guān)基礎(chǔ)研究已較為深入和成熟。通過調(diào)節(jié)水通道蛋白表達以抑制腫瘤細胞的生長、增殖、遷移，從而改善患者預(yù)后，可能成為臨床常見消化系統(tǒng)腫瘤新的治療途徑。水通道蛋白相關(guān)基礎(chǔ)研究成果，亦為闡釋消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病機制提供了可能的思路。

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(2014-08-27收稿；2014-09-25修回)

摘要水通道蛋白廣泛存在于生物體內(nèi)的各組織部位，影響機體水代謝過程，并參與惡性腫瘤的生長、浸潤和轉(zhuǎn)移。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的進步，水通道蛋白相關(guān)基礎(chǔ)研究已較為深入和成熟。本文對水通道蛋白在消化系統(tǒng)腫瘤中的表達及其意義進行概述，以期利用相關(guān)研究成果，為闡釋消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病機制以及尋找新的治療途徑提供可能的思路。

關(guān)鍵詞水孔蛋白質(zhì)類；水代謝；消化系統(tǒng)腫瘤；腫瘤侵潤；腫瘤轉(zhuǎn)移

Expression and Significance of Aquaporins in Digestive System TumorsPENGRui,SUNJianyong.DepartmentofGastroenterology,ZhongshanHospitalFudanUniversity,Shanghai(200032)

Correspondence to: SUN Jianyong, Email: sun_jianyong1986@aliyun.com

AbstractAquaporins are widely expressed in fluid transporting organs and other types of cells, which affect the process of water metabolism in organisms. Involvement of aquaporins in growth, invasion and metastasis of malignancies was revealed by many studies. With the progress of molecular biology techniques the basic research on aquaporins has been more in-depth and mature. In this article, expression and significance of aquaporins in digestive system tumors were reviewed to interpret the pathogenesis and provide insights for finding new therapeutic approaches of digestive system tumors.

Key wordsAquaporins;Water Metabolism;Digestive System Neoplasms;Neoplasm Invasiveness;

通信作者#本文，Email: sunjianyong1986@aliyun.com

DOI:*碩士研究生，Email: 18001957253@163.com