AQP1調節機制及其表達在膠質瘤血管新生中的作用

魏曉，李香營，韓向君，田國剛

(中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院海口市人民醫院麻醉科，海南海口570208)

·綜述·

AQP1調節機制及其表達在膠質瘤血管新生中的作用

魏曉，李香營，韓向君，田國剛

(中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院海口市人民醫院麻醉科，海南海口570208)

血管新生對人腦膠質瘤的生長、轉移乃至預后都有著極其重要的臨床意義，水通道蛋白-1 (Aquaporins-1，AQP1)作為特異性介導跨膜轉運水的膜蛋白，在膠質瘤血管新生中至關重要。為此，研究干預AQP1表達的調節機制，不僅可以抑制膠質瘤生長、浸潤和轉移，而且對改善膠質瘤預后也有重要的臨床價值。

水通道蛋白-1；調節；血管新生；膠質瘤

血管生成是膠質瘤突破上皮基底膜后進一步生長所必須的，對于高級別膠質瘤生長、浸潤和轉移至關重要。在無血管期，膠質瘤生長緩慢，直徑不會超過2 mm，一旦進入血管生成期，膠質瘤就可在豐富血供和營養的條件下，促進自身的迅速生長和浸潤。在血管新生過程中，AQP1發揮了極其重要的作用，現就其調節機制及在膠質瘤血管新生中的作用新進展綜述如下：

1 AQP1的結構和功能

AQP1作為參與跨膜轉運水的膜通道蛋白家族成員之一，廣泛存在于各種組織中。研究發現AQP1基因定位于人染色體7p15--＞p14處[1]，其一級結構為6次跨膜的單肽鏈，含3個胞外環(A、C、E)和2個胞內環(B、D)，連接跨膜區的B、E兩攀環折返穿入脂質雙分子層，并且分別與鄰近的跨膜區形成半個孔道，彼此對稱分布，構成一條狹窄的分子通道，水分子則排列成單一縱列，以適當的角度通過。該通道具有高度的選擇性，借助一個帶正電的區域排斥帶正電的水合質子，不允許其他離子或分子通過的功能，實現選擇性地通過大量的水[2]。目前多數學者認為AQPs的三級結構為“沙漏模型”。生理情況下，AQP1主要分布于脈絡叢及面向腦脊液的頂質膜的微絨毛表面，與Na+-K+-ATP酶定位相同，參與腦脊液分泌，并調節水和離子平衡。在脊髓中，AQP1主要表達痛覺與感覺神經纖維。近年來多項研究[3-4]顯示，AQP1作為細胞膜特異性水轉運蛋白，在促進瘤周水腫形成、腫瘤細胞遷移中發揮重要作用，且認為它在實體腫瘤血管新生中扮演重要角色。

2 AQP1的調節

AQP1的表達受到理化因素、激素以及其他活性蛋白分子等多種因素的調控。從整體上講，AQP1的調節大致可以分為兩種：一種是通過改變細胞上AQP1濃度來調節跨膜水流動，相對耗時較長，故稱為長期調節。另一種則是通過調節AQP1活性，耗時較短，調節較迅速的短期調節。

2.1 氧濃度調節吳琴琴等[5]通過研究缺氧對體外培養血管內皮細胞AQP1表達的影響后發現，AQP1蛋白和AQP1 mRNA的表達在缺氧后呈先升高后降低的趨勢，推測缺氧在蛋白和轉錄水平參與對血管內皮細胞AQP1表達的調節，這和國外學者研究結果相似[6]。而岳冬梅等[7]在研究新生大鼠高氧損傷后AQP1變化規律后認為，AQP1在高氧肺損傷時表達降低，并提示高氧肺損傷中AQP合成、分泌信號可能是ERK途徑轉導的。不過氧濃度對不同部位和不同類型水通道蛋白表達的影響存在差異，證明AQP可能也與氧轉運相關。

2.2 激素調節國內學者趙麗等[8]在研究地塞米松對體外培養牛眼小梁細胞水通道蛋-1表達的影響后發現，地塞米松抑可以制牛眼小梁細胞AQP1表達，推測AQP1參與了糖皮質激素性青光眼的發生。隨后de Arteaga等[9]在大鼠中進行的循證研究表明給予大鼠皮質類固醇治療可上調其腹膜中AQP-1的表達水平，進而顯著增加游離水的轉運，同時在AQP1啟動子中發現糖皮質激素反應元件，進一步提示內分泌激素可調節AQP1表達。

2.3 碳酸酐酶抑制劑碳酸酐酶廣泛分布于水轉運組織內，并可以促進水的分泌和重吸收。碳酸酐酶尤其是CAⅡ和CAⅣ的組織分布乃至亞細胞定位都與AQP1極其相似，提示它們在結構和功能上也存在著某種聯系。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果證實乙酰唑胺促進AQP1轉運到細胞膜，促進與MHC的互動，依賴ERK/肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)信號通路的激活，最終又降低腎臟近曲小管上皮細胞AQP1基因的表達。

2.4高滲誘導通過對AQP1結構分析顯示，AQP1前體包含一個高滲反應元件。當細胞處于高滲透壓的環境下時，AQP1的表達被誘導，Lanaspa等[11]通過在高滲環境下，借助突變小鼠研究AQP1在髓質中表達發現高滲應激誘導的髓質(IMCD3)細胞通過添加NaCl大幅上調AQP1mRNA和蛋白表達，表明其激活發生在轉錄和翻譯水平。

2.5 RNA干擾(RNA interference，RNAi)RNA干擾技術可以特異性剔除或關閉特定基因的表達，所以該技術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域。研究顯示，采用RNAi技術可以降低AQP1的表達，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力學因素等也參與AQP1表達的調節。為此，深入研究AQP1的調節機制，可以為干預腫瘤血管新生提供新的思路。

3 AQP1與膠質瘤血管新生的關系

血管新生是在原來存在的血管結構上長出新的血管，涉及到細胞外基質的降解、毛細血管內皮細胞的增生、移行，最后形成管狀，結構不完善血管的復雜生物學過程，在女性經期、胎兒生長發育以及腫瘤生長中發揮重要作用。膠質瘤作為顱內最常見的惡性腫瘤，其生長具有血管依賴性，并借助新生的血管從休眠期轉變成生長迅速、侵襲甚至轉移到其他組織臟器，可以說膠質瘤生長、浸潤轉移或惡性程度及預后等諸多因素與血管生成密切相關，尤其是高級別膠質瘤的生長必須依賴新生血管持續不斷地為其提供豐富營養和排除代謝產物。研究發現AQP1的表達程度與新生血管的生成、腫瘤細胞的浸潤關系密切[13-14]。在膠質瘤中，AQP1作為跨細胞膜轉運水的水通道蛋白家族成員之一，主要表達于腫瘤性星形細胞和血管內皮細胞的細胞膜，并隨著膠質瘤級別的升高，AQP1表達增加[15]。Monzani等[16]認為，AQP1不僅僅是轉運水的膜蛋白，而且還可以通過Lin7/beta-catenin促進內皮細胞遷移。內皮細胞的遷移是膠質瘤血管新生中的必要過程，其中血管內皮生長因子是內皮細胞中是作用最強、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+內流實現特異性作用于血管內皮細胞，促進其增殖，誘發血管生成[17]。膠質瘤的惡性程度越高，瘤內缺氧越嚴重，AQP1促進VEGF表達作用越明顯，進而促進腫瘤血管生成。國內學者孟等[18]研究也發現，AQP1在微血管內皮細胞的表達與血管內皮生長因(VEGF)成正相關，并認為這可能與腦腫瘤血-腦屏障破壞及腦水腫發生相關。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發現，AQP1敲除小鼠較對照組腫瘤體積減小75%，內皮細胞表達減少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制，是通過血管內皮生長因子這條獨立的信號通路完成的。同樣國內學者徐銳等[19]研究發現，AQP1和MVD在前列腺癌組織陽性表達率均明顯高于前列腺增生組織，推測AQP1的高表達在前列腺癌的發展過程中起重要作用。膠質瘤瘤周新生血管的分子影像學的發展正在改變著膠質瘤的診斷和治療，siRNAi通過抑制AQP1的表達，從基因水平抑制血管生成，使腫瘤長期處于一種休眠期。因此，對膠質瘤血管AQP1蛋白表達進行定量測定，可以從分子水平研究膠質瘤血管新生情況，為從分子水平評價血管新生提供理論基礎。

4 展望

綜上所述，AQP1作為人類發現最早的水通道，通過促進內皮細胞遷移，分泌VEGF，促進膠質瘤血管新生，增加血管通透性。因此，通過研究AQP1的調節機制和選擇性干預膠質瘤組織中AQP1的表達，尤其是RNAi干擾技術的應用，可以實現從基因水平抑制膠質瘤血管新生，為防止膠質瘤術后復發提供了全新的治療思路和方法。李香營等[20]研究證實AQP1表達量與FA值相關，這也為應用fMRI研究膠質瘤血管新生提供了借鑒。新興的“通過干擾AQP1表達來抑制腫瘤血管新生”這一技術可以為膠質瘤診治方面的研究開拓新的視野，從而為抑制膠質瘤血管新生提供新的基因治療手段。

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海南省衛生廳項目(編號：瓊衛2010-61)；海南省衛生廳項目(編號：瓊衛2011-67)；海口市重點科技計劃項目(編號：2011-0145)；海口市人民醫院院內課題(編號：院啟2009-12)

田國剛。E-mail：dr-tgg@126.com