丙泊酚對水通道蛋白家族影響的相關研究

李春雷，宋春雨

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·綜述·

丙泊酚對水通道蛋白家族影響的相關研究

李春雷，宋春雨*

顱內占位性病變、顱腦損傷、腦血管疾病和腦代謝功能障礙等均可引起腦水腫，而水通道蛋白(AQP)是控制腦水腫的重要蛋白。丙泊酚能夠通過多種途徑影響水通道蛋白，從而控制腦水腫，本文對丙泊酚對AQP的影響進行綜述。

丙泊酚；水通道蛋白；腦水腫

0 引言

腦水腫是指由于各種原因導致顱腦組織水分增加、顱內容積增加的病理狀態(tài)，是腦組織對各種致病因素的反應，腦水腫進一步發(fā)展可增加顱內壓，進而損傷腦組織。目前臨床上治療腦水腫主要是應用各種脫水藥物，如濾過性利尿劑、滲透性脫水劑、袢利尿劑、噻嗪類利尿劑及高張液體等，但腦水腫的發(fā)生率依然很高，當腦水腫進一步發(fā)展時可危及患者生命。丙泊酚作為一種臨床上常用的靜脈麻醉藥，起效迅速、作用時間短、蘇醒快而安全、不良反應少。隨著對丙泊酚藥理特性的深入了解，丙泊酚的腦保護作用得到證實，被廣泛用于神經外科手術的麻醉及顱腦損傷患者的鎮(zhèn)靜[1]。有研究證明，丙泊酚可以通過調節(jié)腦組織水通道蛋白的表達[2]，從而減輕腦水腫的發(fā)生。

1 腦水腫與AQPs

1.1 腦水腫的原因和機制 腦水腫的常見原因有腦挫裂傷、顱內占位性病變、腦血管疾病和腦代謝功能障礙等。腦水腫是由于中樞神經系統(tǒng)血管損傷導致細胞外和細胞內水含量異常增加[3]。腦水腫的病理生理學機制可以分為兩類：細胞毒性腦水腫和血管源性腦水腫。細胞毒性腦水腫多是由于腦缺血和中毒引起的。血管源性腦水腫主要由各種原因造成血腦屏障破壞，導致毛細血管通透性增加，細胞完整性破壞，水分滲出增多而積存在細胞間隙和血管周圍所致。腦水腫的發(fā)生機制非常復雜，血腦屏障的破壞、腦缺血缺氧、腦內自由基增加、水通道蛋白過度表達以及神經細胞的鈣超載等均可引起腦水腫的發(fā)生。

1.2 水通道蛋白家族的分類 通過作用于水通道蛋白治療腦水腫成為近年來研究熱點。水通道蛋白家族(AQPs)是一種允許水分子及一些小分子物質通過的特異性蛋白家族，人類細胞中有13種此類蛋白，而在人腦組織中主要有AQP-1 和AQP-4、AQP-9三種水通道蛋白。在中樞神經系統(tǒng)中，AQP-1主要表達于脈絡叢上皮細胞，可能與腦脊液的形成有關，并參與調節(jié)水和離子平衡[4]。Endo等[5]在大鼠和小鼠顱內植入腫瘤細胞的實驗性研究中發(fā)現(xiàn)，正常上皮細胞膜中沒有AQP-1的表達,然而在腫瘤上皮細胞中AQP-1的表達增加。并且AQP-1在腫瘤細胞及其血管結構上是異常表達的，說明其表達水平不僅決定于特定的腫瘤細胞原點，而且決定于腫瘤在宿主動物的部位。AQP-4主要存在中樞神經系統(tǒng)的星形膠質細胞膜、蛛網膜下隙、血管周圍的膠質細胞、室管膜細胞、脈絡叢及下丘腦滲透壓感受區(qū)器官[6],對顱內細胞內外水的代謝、分布和調節(jié)具有重要作用。目前研究表明，AQP-4在腦內水分代謝平衡的調節(jié)及腦水腫的病理生理中發(fā)揮著重要作用。最近，Lee等[7]在鼠中發(fā)現(xiàn)，AQP-4的表達受紋狀體內腺苷信號的影響；AQP-4的轉錄調控與活化的T細胞核因子5也有關[8]。AQP-9存在于星形膠質細胞、第三腦室的腦室膜細胞、軟膜下血管的內皮細胞和神經元[9]、松果體的膠質細胞。AQP-9的作用和AQP-4類似，在細胞內外水的調節(jié)和腦水腫形成中起重要作用。但是AQP-9能夠清除細胞間隙堆積的乳酸，從而減輕神經膠質瘤引起的酸中毒。王東等[10]的研究也表明，AQP-9與腦水腫的形成密切相關。冉建華等[11]在對紅景天苷對AQP-4在大鼠缺血性腦組織研究中發(fā)現(xiàn)，缺血3 h后，AQP-9在海馬區(qū)、脈絡叢、視上核、室旁核、大腦皮質等部位表達增加，并且隨著缺血時間的延長，表達增加，腦組織水的含量在72 h達到峰值，說明AQP-9可能與腦水腫的形成有關。在病理狀態(tài)下，人腦膠質瘤中AQP-1和AQP-4的高表達與腦水腫的發(fā)生發(fā)展密不可分，可能促進了水腫液的流動并參與腦水腫的形成。

李燕華等[12]用立體定向注射膠原酶的方法制作大鼠腦出血模型發(fā)現(xiàn)，AQP-4的表達和腦含水量的變化一致，在出血后72 h達到高峰，說明AQP-4與腦水腫的形成密切相關。

1.3 水通道蛋白家族的調節(jié)機制 AQPs的調節(jié)可以分為2種：一種是通過改變細胞上AQPs的含量，另一種是調節(jié)AQPs的活性。糖皮質激素可以使細胞膜上的AQPs含量增加，而表皮生長因子(Kertinocyte growth factor，KGF)和腫瘤壞死因子α可以從基因上控制水通道表達，降低細胞上AQP的含量。King等[13]發(fā)現(xiàn)，類固醇可在大鼠胎肺轉錄水平上誘導AQP-1的表達，皮質類固醇使胎肺AQP-1 mRNA表達增加6倍，在AQP-1啟動子中存在糖皮質激素反應條件，提示內分泌激素可能參與AQP-1的表達。有研究表明，AQPs活性可通過磷酸化來調節(jié)，而AQP的磷酸化依賴cAMP。在某些因素作用下，細胞內cAMP增加，通過活化蛋白激酶A(PKA)或蛋白激酶C(PKC)途徑催化水通道蛋白上的絲氨酸磷酸化，增加AQPs的活性，從而增加膜對水的通透性，促進腫瘤細胞的浸潤[14]。

2 丙泊酚對AQPs表達的影響

丙泊酚能夠降低腦代謝率，收縮腦血管，具有抗氧化、抑制炎性反應、抑制興奮性氨基酸釋放等諸多腦保護作用，因此被用于神經外科手術的麻醉。多項研究證明，丙泊酚通過調節(jié)AQPs的表達影響腦水腫，尤其影響AQP-4。Ding等[15]的實驗證實了這一觀點，丙泊酚可以明顯降低大鼠TBI時損傷區(qū)腦組織AQP-4 mRNA和蛋白的表達，從而減輕腦水腫。腦缺血再灌注損傷時，血腦屏障破壞和通透性增加，腦水含量增加，導致腦水腫及神經行為功能受損。紀風濤等[16]研究發(fā)現(xiàn)，丙泊酚可以抑制大鼠局灶性腦缺血再灌注損傷時腦內AQP-4的表達，AQP-4表達下調可以減輕腦水腫的發(fā)生，有助于神經功能恢復，起到腦保護作用。

2.1 丙泊酚可以通過p38信號通路調節(jié)AQPs 實驗動物腹腔內注射甘露醇，可使大腦皮質AQP-4表達上調，而腹腔內注射p38 MAPK抑制劑，可使甘露醇誘導的AQP-4表達下調，細胞外信號調節(jié)激酶(Extracellular signal-regulated kinase，ERK)抑制劑和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)抑制劑則對AQP-4 mRNA和蛋白的表達無影響[17]。AQP-1結構中包含高滲反應元件，在高滲環(huán)境中，增加AQP-1的合成和減少AQP-1的降解，可以使外周組織的AQP-1表達增加。有研究發(fā)現(xiàn)，高滲條件對AQP-1的調節(jié)是通過對AQP-1活性的調節(jié)來實現(xiàn)的，由絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路的活化來介導AQPs[18]。體外研究也表明，高滲環(huán)境誘導的大鼠星形膠質細胞AQP-4表達上調能被p38 MAPK抑制劑所抑制，而EKR和JNK抑制劑則不能，提示MAPK在滲透性應激下上調AQP4表達是通過p38通路實現(xiàn)的。丙泊酚預處理可以抑制p38的磷酸化，使AQP-4表達下調，星形膠質細胞腫脹程度明顯減輕，說明丙泊酚可以抑制AQP-4蛋白表達，減輕星形膠質細胞水腫，并且與p38信號通路有關。

2.2 丙泊酚通過PKC通路調節(jié)AQP-4 有研究顯示，AQP-4表達可以通過可逆的蛋白磷酸化來調節(jié)，PKC就是其中一個短期調節(jié)蛋白[19]，水分子的滲透性可以通過PKC磷酸化而發(fā)生變化。丙泊酚可以減少培養(yǎng)基中腫脹細胞及死亡細胞的數量，并且PKC激活劑聯(lián)合使用丙泊酚組比單純使用丙泊酚組AQP-4的表達明顯降低[20]，說明丙泊酚可能是通過介導PKC通路下調AQP-4的表達，使細胞水腫程度降低。Yamamoto等[21]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白激酶可以影響AQP-9的表達，PKC激活減少AQP-9表達，PKA激活增加AQP-9表達。

2.3 丙泊酚通過高價金屬離子調節(jié)AQP-4 高價金屬離子(如Zn2+)可以影響AQP-4對水的滲透性[22]。丙泊酚可以在Zn2+的參與下增加脂質雙分子層的流動性，通過脂質膜流動調節(jié)AQP-4集團重構，抑制AQP-4蛋白體發(fā)揮作用，阻止水分子的橫向擴散[23]。

2.4 丙泊酚可以通過核轉錄因子κB (Nuclear factors κB，NF-κB)通路影響AQP-4的表達 NF-κB是一類具有多向調節(jié)能力的核轉錄因子，主要參與炎癥反應、免疫反應、腫瘤的形成和轉移等多種病理生理反應。TNF-α等炎性因子能夠誘導AQP-4表達，同時AQP-4的表達也受NF-κB的調控。AQP-4 mRNA和蛋白水平在加入NF-κB抑制劑的培養(yǎng)基中下降，星形膠質細胞水腫減輕[24]。有研究發(fā)現(xiàn)，丙泊酚能夠干擾NF-κB通路的激活，減輕AQP-4的表達，從而減輕腦水腫。Shi等[25]研究發(fā)現(xiàn)，丙泊酚后處理可減輕局灶性腦缺血大鼠腦組織TNF-α和NF-κB的表達，使AQP-4表達下調，減輕腦水腫，進而起到腦保護作用。

2.5 丙泊酚通過低氧誘發(fā)因子-1α (Low oxygen induced factors-1α，HIF-1α)調節(jié)AQP-4 HIF-1是誘導低氧基因和修復細胞缺氧內環(huán)境的核心調節(jié)因子，在各種低氧誘發(fā)的基因表達中起關鍵作用。HIF-1α可以調節(jié)腦缺血損傷時AQP-4的表達，與腦水腫的發(fā)生發(fā)展密切相關[26]。Jae等[27]研究表明，丙泊酚可以通過HIF-1α抑制AQP-4的表達，減輕腦水腫的發(fā)生，發(fā)揮腦保護作用。神經膠質瘤細胞培養(yǎng)過程中，AQP-1表達增加。低氧可能對水通道蛋白有影響，在低氧條件下AQP-1可能被誘導。Ding等[28]研究發(fā)現(xiàn)，閉合性腦損傷可引起AQP-9表達上調，并且可能與HIF-1α的大量釋放有關，當藥物控制HIF-1α時，AQP-9表達減少，大腦內HIF-1α誘發(fā)AQP-9的調節(jié)比體外培養(yǎng)星形膠質細胞缺氧下調AQP-9的表達復雜的多。

綜上所述，AQPs在腦中廣泛分布，能夠調節(jié)細胞內外水的轉運，對腦組織水分子運動的調節(jié)有重要影響。丙泊酚影響AQPs的表達，減輕腦水腫的機制目前尚不明確。進一步探索AQP家族在腦水腫表達的調控機制，有可能為腦水腫的治療提供的新的分子靶點和方法，從而有效降低腦血管疾病的病死率和殘疾率。

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Researches on the effect of propofol on aquaporins

LI Chun-lei,SONG Chun-yu*

(Department of Anesthesiology,the Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150086,China)

Intracranial space-occupying lesion,brain injury,cerebrovascular disease and cerebral metabolic dysfunction can cause cerebral edema,and aquoporins (AQP) is an important protein in controlling the cerebral edema.Propofol can affect AQP through various channels and thus control brain edema.The paper reviews the effect of propofol on aquoporin pathway.

Propofol;Aquaporins;Brain edema

2016-05-02

哈爾濱醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院麻醉科，黑龍江省麻醉與危重病學研究重點實驗室，黑龍江省普通高等學校麻醉基礎理論與應用研究重點實驗室，哈爾濱 150086

國家自然科學基金青年項目(81301668)

10.14053/j.cnki.ppcr.201610025

*通信作者