水通道蛋白1與麻醉相關(guān)研究進(jìn)展

田曉霞，李龍?jiān)?，?凱

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 麻醉科，吉林 長(zhǎng)春130033)

水通道蛋白家族(AQPs)是一組對(duì)水有高度選擇性的膜通道蛋白，它們?cè)诓溉閯?dòng)物的組織和器官中廣泛分布，至今已發(fā)現(xiàn)13種(AQP0-AQP12)，其中水通道蛋白1(AQP1)[1]是最早被發(fā)現(xiàn)且目前研究最深入的水通道。目前已發(fā)現(xiàn)許多麻醉藥物對(duì)機(jī)體重要器官的保護(hù)作用與AQP相關(guān)，本文就其與AQP1的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 AQP1的發(fā)現(xiàn)

Agre等學(xué)者在1988年偶爾發(fā)現(xiàn)一種分子量約為28 kd的通道整合膜蛋白(CHIP28)，該蛋白在哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞和腎近端小管中廣泛分布[2]。為了明確這種通道蛋白的功能，他們?cè)?992年進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)一種已知的水通道抑制劑氯化汞可逆地抑制其水滲透性，CHIP28就是后來(lái)被稱為AQP1的水通道蛋白[1]。

2 AQP1的結(jié)構(gòu)

AQP1在細(xì)胞膜上是由4個(gè)具有獨(dú)立生物學(xué)活性的亞基構(gòu)成的四聚體。每個(gè)亞基的基本結(jié)構(gòu)都是6次跨膜且呈鏡像對(duì)稱的單肽鏈，其在細(xì)胞膜兩側(cè)形成5個(gè)襻環(huán)(A、C、E環(huán)在細(xì)胞外，B、D環(huán)在細(xì)胞內(nèi))。B環(huán)和E環(huán)呈顯著疏水性，且包含AQPs的標(biāo)志性重復(fù)序列，即天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸(NPA)。兩個(gè)NPA序列從不同方向折疊嵌插入脂膜，形成選擇性通過(guò)單個(gè)水分子的沙漏型孔道[3]。

影響水通道選擇性的因素包括[4]:通道中點(diǎn)上方8?處，孔徑變窄為2.8?(水分子直徑)；在孔的最窄收縮處，保守殘基(Arg-195)通過(guò)靜電排斥作用阻止陽(yáng)離子(包括H3O+)通過(guò)；“氫鍵分離機(jī)制”阻止質(zhì)子滲透，兩個(gè)短孔螺旋偶極矩產(chǎn)生的靜電場(chǎng)將單水孔道中的水分子強(qiáng)制定向，同時(shí)水分子與NPA序列的兩個(gè)天冬酰胺殘基形成氫鍵后，無(wú)法繼續(xù)形成氫鍵。綜上所述，AQP1的晶體學(xué)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)促成了其對(duì)水分子的高效運(yùn)輸，即每個(gè)亞單位(2～3)×109/s。根據(jù)主要結(jié)構(gòu)，AQPs分為3個(gè)亞家族，即水選擇性通道、水甘油通道、超級(jí)通道蛋白[5]。 AQP1與AQP0，AQP2，AQP4，AQP5，AQP6和AQP8同屬水選擇性通道亞家族。

3 AQP1與肺

在呼吸系統(tǒng)中，AQP1與胸腔內(nèi)高滲液體轉(zhuǎn)運(yùn)，哮喘以及肺損傷[6]有關(guān)，還可促進(jìn)缺氧條件下肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移[7]。單肺通氣是胸科手術(shù)麻醉中的一項(xiàng)重要技術(shù)，術(shù)中在維持氣道通暢的同時(shí)可以避免患側(cè)肺分泌物及血液流入健側(cè)肺葉，保證術(shù)野的清晰。但這種非生理性的通氣方式會(huì)導(dǎo)致肺通氣血流比例失調(diào)，引發(fā)非通氣側(cè)肺水腫。近年來(lái)有學(xué)者在術(shù)者單肺通氣前給予七氟烷[8]，右美托咪定[9]或?yàn)跛舅10]術(shù)中維持后，發(fā)現(xiàn)肺組織AQP1表達(dá)升高，同時(shí)單肺通氣所致的肺損傷及肺氧合也有所改善。大鼠機(jī)械通氣時(shí)潮氣量的變化也會(huì)影響大鼠肺AQP1的表達(dá)，高潮氣量時(shí)表達(dá)降低，反之表達(dá)升高[11,12]。在脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷中，高壓氧(HBO)[13]、右美托咪定[14]也可通過(guò)增加AQP1的表達(dá)促進(jìn)肺間質(zhì)水腫液的吸收減輕水腫。 據(jù)報(bào)道，富含氫的鹽水(HRS)對(duì)膿毒癥相關(guān)的肺損傷具有保護(hù)作用。HRS治療可下調(diào)AQP1的表達(dá)，并抑制LPS誘導(dǎo)的P38MAPK通路的激活[15]。AQP1還可通過(guò)p38-MAPK途徑增強(qiáng)肝肺綜合征(HPS)大鼠的肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(PASMC)遷移[16]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)AQP1在脂肪栓塞綜合征(FES)誘發(fā)的肺水腫病理過(guò)程中起重要作用，游離脂肪酸(FFA)混合物在肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞(PMVECs)中，以劑量和時(shí)間依賴性增加AQP1的mRNA和蛋白質(zhì)水平。此外，p38 MAPK途徑可能參與了PMFEC中FFA誘導(dǎo)的AQP1上調(diào)[17]。綜上AQP1可作為治療肺損傷的新治療靶點(diǎn)。

4 AQP1與腎臟

AQP1主要表達(dá)于腎近端小管和亨氏袢降支細(xì)段(TDLH)的頂質(zhì)膜、基底外側(cè)膜及下行的直小血管。體外實(shí)驗(yàn)表明，該蛋白缺失使近端小管及亨氏袢降支細(xì)段的水滲透性和液體重吸收功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致逆流倍增系統(tǒng)受到破壞[18]。腎移植、心血管大手術(shù)及術(shù)中不可控的低血壓，大失血等都會(huì)嚴(yán)重影響腎臟功能，因此麻醉過(guò)程中腎臟缺血再灌注損傷的防治就非常關(guān)鍵。Asvapromtada等在大鼠單雙側(cè)腎缺血再灌注誘導(dǎo)的急性腎損傷(AKI)模型中發(fā)現(xiàn)尿液AQP1外泌體釋放減少[19]。同時(shí)在脂多糖誘導(dǎo)的AKI中，AQP1可通過(guò)抑制p38MAPK信號(hào)通路活化來(lái)減弱巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng),該通路的藥理學(xué)靶向可以為AKI提供新的治療方法[20]。以往研究發(fā)現(xiàn)七氟醚預(yù)處理可上調(diào)腎臟缺血再灌注損傷后AQP2的表達(dá)，對(duì)腎臟有一定的保護(hù)作用[21]，而七氟醚對(duì)于腎臟的保護(hù)作用是否與AQP1的表達(dá)有關(guān)尚需進(jìn)一步研究。

5 AQP1與神經(jīng)系統(tǒng)

AQP1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)主要分布于脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞頂膜、腦脊髓白質(zhì)和星形膠質(zhì)細(xì)胞，對(duì)腦脊液的形成發(fā)揮關(guān)鍵作用，并參與了神經(jīng)系統(tǒng)的很多病理過(guò)程[22]。對(duì)于開顱手術(shù)的病人，在麻醉過(guò)程中血壓控制不穩(wěn)定，過(guò)敏，缺氧，補(bǔ)液過(guò)多等多種因素都會(huì)導(dǎo)致腦水腫進(jìn)一步加重。Chen等在大鼠創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)模型中發(fā)現(xiàn)，早期腹腔注射富氫水能夠減輕AQP1mRNA和蛋白質(zhì)上調(diào)的程度，減輕腦水腫并實(shí)現(xiàn)其保護(hù)作用[23]。脊髓缺血再灌注損傷常見于需要阻斷腹主動(dòng)脈、腰動(dòng)脈等血管外科及脊柱手術(shù)等,脊髓水腫是脊髓缺血再灌注(IR)損傷后的嚴(yán)重并發(fā)癥，Li等篩選得出在脊髓IR后miR-320a可通過(guò)負(fù)調(diào)節(jié)血液-脊髓屏障(BSCB)的AQP1直接和功能性地影響脊髓水腫[24]。

在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中，AQP1是背根神經(jīng)節(jié)(DRG)軸突再生的新決定因素，可能是加速神經(jīng)元再生的潛在治療靶標(biāo)[25]。在背根神經(jīng)節(jié)和脊髓中顯著觀察到坐骨神經(jīng)損傷后AQP1表達(dá)增加與時(shí)間有關(guān)。而在坐骨神經(jīng)損傷后48 h，這種急劇增加并不明顯[26]。大量研究已證實(shí)其與外周痛覺(jué)有關(guān)，相關(guān)抑制劑也有望成為在突觸前脊髓水平實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)痛的新靶點(diǎn)。目前仍需更多研究以確定其在外周疼痛感知中的作用[18]。

6 AQP1與循環(huán)系統(tǒng)

AQP1在人類循環(huán)系統(tǒng)中，主要分布在血管，淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞，血管平滑肌細(xì)胞及心肌細(xì)胞[27]，對(duì)心血管系統(tǒng)有一定的保護(hù)作用。在缺乏AQP1的小鼠中，AngⅡ所誘導(dǎo)的動(dòng)脈粥樣硬化模型的病變進(jìn)展加速[28]。在體外循環(huán)(CPB)過(guò)程中，主動(dòng)脈阻塞、心臟驟停和復(fù)蘇會(huì)引起心肌缺血、缺氧和再灌注損傷，嚴(yán)重影響心功能和術(shù)后恢復(fù)。臨床研究表明，在人心臟直視手術(shù)中心臟停搏和再灌注后左心室AQP1mRNA表達(dá)降低[29]。學(xué)者Song等發(fā)現(xiàn)富氫溶液(HRS)治療可抑制CPB治療后AQP1的表達(dá)，并通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路保護(hù)心肌細(xì)胞，減輕CPB誘導(dǎo)的心肌損傷[30]。AQP1抑制劑可能代表心肌缺血和損傷情況下心臟功能調(diào)節(jié)的新治療靶點(diǎn)。

7 小結(jié)與展望

AQP1參與了許多水運(yùn)輸相關(guān)性疾病，對(duì)其分子結(jié)構(gòu)，功能特征，生理作用和臨床意義等方面的研究已取得了一定成果，相關(guān)抑制劑的研究也有很大進(jìn)展。AQP1在疼痛信號(hào)傳導(dǎo)，疼痛治療方面將有很好的研究前景，但AQP1保護(hù)作用相關(guān)的p38MAPK通路是否與其他的AQP有關(guān)？如何針對(duì)性的選擇最佳麻醉方式？其在麻醉藥對(duì)機(jī)體保護(hù)作用的具體機(jī)制上仍有待進(jìn)一步深入探索。未來(lái)研發(fā)以其為靶點(diǎn)的藥物并應(yīng)用于臨床，有望成為未來(lái)的研究方向。