水通道蛋白與急性缺血性腦卒中的關系

楊會杰 樂 婷 程寶倉 王金蘭

1）鄭州大學第二附屬醫院神經內科研究生 鄭州 450014 2）鄭州大學第二附屬醫院神經內科 鄭州 450014

·綜述與講座·

水通道蛋白與急性缺血性腦卒中的關系

楊會杰1）樂 婷1）程寶倉1）王金蘭2）△

1）鄭州大學第二附屬醫院神經內科研究生 鄭州 450014 2）鄭州大學第二附屬醫院神經內科 鄭州 450014

水通道蛋白；急性缺血性腦卒中；血腦屏障

腦卒中（stroke）是神經科最常見的疾病，其發病率、致殘率、復發率、病死率均較高，嚴重威脅著人們的健康與生命，急性缺血性腦卒中（acute ischemic stroke，AIS）占腦卒中總的發病率80％左右［1］，可造成患者出現偏癱、認知功能障礙、精神障礙等，嚴重影響患者的生活。所以，研究其發病機制和防治方法一直是當今醫學界的熱點之一。AIS可造成血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）破壞、腦水腫和顱內壓增高，使病情進一步加重，造成腦組織的二次損傷。研究表明腦水腫的發生、發展與水通道蛋白（aquaporins，AQPs）有密切關系［2］。

AQPs是一類高選擇、低活化的跨膜通道蛋白家族，選擇地表達于多種細胞并行使重要的生理功能，能快速轉運水分子［3］。1988年，Agre等在紅細胞上克隆出第一個水通道蛋白，發現其對水有極強通透性，被命名為水通道蛋白-1（AQP-1）；不同的水通道蛋白亞型逐漸被人們發現，到目前為止，在哺乳動物中共發現了13種蛋白亞型，分別是AQP-0～12［4］。AQPs在體內分布具有組織特異性，在腦組織中有7種AQPs，分別是AQP-1、3、4、5、8、9、11，與腦水腫關系密切的是AQP-1、4、9，其中AQP-4表達最多。AQPs不僅調節腦的正常水代謝，且在AIS中也發揮重要作用［2］；根據其序列同源性及對水通透性可分為水通道蛋白、水甘油通道蛋白和超水通道蛋白，其中AQP-1、4是水通道蛋白，AQP-9是水甘油通道蛋白［4，5］。

1 水通道蛋白-1（AQP-1）

AQP-1是最早發現的一種水通道蛋白。在中樞神經系統中，AQP-1主要分布于腦脈絡膜上皮微絨毛的頂膜，與Na+-K+-ATP酶共同定位于該組織中，參與腦脊液的形成并調節其水和離子的平衡；最近發現AQP-1也分布于海馬、室管膜和軟腦膜，主要表達于膠質細胞［6］；AQP-1在外圍血管內皮細胞中大量表達，但在正常腦毛細血管內皮細胞中不表達，因星形膠質細胞可抑制AQP-1在毛細血管內皮的表達；但在星形膠質細胞瘤中，因星形膠質細胞缺乏正常功能，使血管內皮細胞表達大量的AQP-1，隨著星形膠質細胞瘤惡性程度的增加，AQP-1表達也明顯增加［6］。因此，AQP-1主要與腦脊液和膠質瘤有關，研究主要集中在這兩方面。

AQP-1與AIS所導致的BBB損壞、腦水腫的關系較密切［7］，并且發現AQP-1在AIS中有一定的變化規律。朱小兵等［8］通過腦缺血再灌注模型發現AQP-1在小鼠大腦海馬區的表達較正常小鼠高，并且隨時間延長逐漸升高，3d達到高峰，然后逐漸下降。姜丹等［9］通過腦缺血再灌注發現AQP-1在小鼠缺血半暗帶表達明顯增強，3d時表達量最高，然后逐漸下降，并主要表達于神經膠質細胞、少量神經元細胞胞漿和血管內皮細胞。有研究發現在AIS中，AQP-1在缺血同側腦室的脈絡叢中無明顯減少，而在對側腦室的脈絡叢明顯減少［10］。所以AQP-1與AIS關系密切，需要進一步研究為臨床應用提供理論依據。

2 水通道蛋白-4（AQP-4）

AQP-4在1994年首次從大鼠肺中克隆出來，它是在中樞系統中最早發現的水通道蛋白，也是含量最豐富、分部最廣、研究最多的水通道蛋白，在中樞神經系統起著重要作用［11］。AQP-4分布于中樞膠質界膜、室管膜、脈絡叢上皮細胞、下丘腦的視上核和室旁核、海馬齒狀回、腦表面的軟腦膜、小腦Purkinje細胞、腦微血管的細胞表面，特別在與軟腦膜和毛細血管接觸面直接相連的星形膠質細胞足突上表達最豐富［12］。

AQP-4在腦組織中發揮多種作用，分布部位不同，表達的高低不同，所起的作用也不相同［4］。AQP-4可調節細胞外壓力、水平衡和某些離子的濃度，是介導腦組織水與電解質運輸和平衡的重要通道，調節腦內水轉運，對水的通透呈高度選擇性和特異性，與腦水腫的形成與消除有著密切關系［12］；分布于海馬與小腦神經細胞上的AQP-4主要參與調節細胞間隙的大小及細胞間隙K+的濃度，與鉀離子通道Kir4.1相互作用共同調節相關神經元的興奮性［6］；AQP-4參與神經膠質細胞遷移和神經膠質瘢痕形成；也參與自身免疫性疾病和肌營養不良癥等多種疾病［13］；還參與氣體如二氧化碳的擴散［4］。

AQP-4與BBB的功能密切相關，可促進BBB發育和維持BBB完整［14］，Zhou等［15］通過敲除AQP-4基因可使腦毛細血管內皮緊密連接破壞、血管周圍星形膠質細胞終足腫脹和BBB通透性增高等病理改變；但是Wolburg等［16］認為BBB的破壞程度與AQP-4表達上調密切相關。

在AIS中，AQP-4扮演著非常重要的角色，與腦水腫形成和BBB破壞關系密切，AQP-4的表達變化與腦水腫的發生、發展和消退基本一致。Hirt等［17］研究發現，AQP-4的表達變化與缺血后腦水腫的變化有密切關系；有研究通過敲除AQP-4基因，發現小鼠腦缺血后腦水腫程度明顯減輕，并且小鼠的神經功能缺損程度也相應減輕；Igarashi等［18］采用AQP-4抑制劑，可使腦缺血后腦水腫程度減輕。

研究發現AQP-4在AIS中有一定的變化規律，不同的研究發現其變化規律不一樣。在腦缺血再灌注模型中，王秀輝等［19］發現AQP-4和腦水腫呈正相關，在24h內隨著時間的推移逐漸上升，在24h達到高峰，然后下降；閔國文［20］發現AQP-4表達在6h開始增強，48h達高峰，然后略有下降；趙春艷等［21］發現AQP-4在6h開始上升，3d達到高峰，5d有所下降。在大腦中動脈阻塞的腦缺血模型中，石賀元等［22］發現AQP-4表達及腦組織水含量在缺血后第一天達到最高；沙杜鵑等［23］發現大鼠腦缺血后AQP-4表達及腦組織水含量均于缺血48h達最高峰，然后下降；孟飛等［24］發現大鼠腦缺血后AQP-4含量及腦組織含水量均在缺血后3d達到最高峰，然后有所下降；甚至有研究發現AQP-4在腦缺血模型半暗帶可持續表達到28d［25］。

AQP-4在AIS的不同時間點所起的作用可能不一樣。AIS后可出現細胞性腦水腫和血管性腦水腫，對于細胞毒性腦水腫，AQP-4是水分子跨過BBB進入腦實質的限速步驟，AQP-4表達增多可促進細胞性腦水腫的形成，如果AQP-4過度表達超過細胞自身調節范圍可造成自溶破裂，細胞內毒性物質釋放，進而加重BBB破壞，出現血管性腦水腫；又因為AQP-4參與BBB的形成，可保護BBB，所以對于血管源性腦水腫，AQP-4是水分離開腦實質、腦水腫消退的主要途徑，AQP-4表達增多可減輕血管源性腦水腫。由此可見，AQP-4表達增加在AIS中有利有弊。所以今后還需進一步對AQP-4在AIS作用進一步研究，明確AQP-4在不同時間、不同部位起的作用和作用機制，為治療AIS提供理論基礎。

3 水通道蛋白-9（AQP-9）

AQP-9首次在1997年被發現，它是腦組織中表達的第二多水通道蛋白，屬于水甘油通道亞族［4］。AQP-9廣泛分布在蛛網膜下腔和腦室周圍的星形膠質細胞、白質及海馬的星形膠質細胞、腦室周圍室管膜細胞、下丘腦室旁核、視上核和視交叉上核上均有表達，主要分布于星形膠質細胞；有研究發現［26］，在腎上腺素能、去甲腎上腺素能、多巴胺能神經元等兒茶酚胺類神經元中，也存在AQP-9表達，且可被胰島素調節，推測AQP-9在此類特殊神經元的表達可能與能量代謝有關。所以，AQP-9分布于中樞神經系統的星型膠質細胞、血管內皮細胞和特殊類型的兒茶酚胺類神經元的細胞膜上，AQP-9在前兩者的表達與中樞神經系統的水調節有關，在兒茶酚胺類神經元的高表達與調控神經物質的活性有關。AQP-9對一些中性溶質也有通透性，包括乳酸、甘油、尿素、嘌呤、嘧啶、多元醇等的轉運，故AQP-9被稱為“廣泛選擇性通道”［5］。所以AQP-9參與調節腦脊液循環、維持中樞神經系統內環境穩定、保持腦能量代謝平衡。

在AIS中，研究表明AQP-9表達上調可促進腦水腫的發生發展，AQP-9的表達與缺血后腦水腫呈正相關［27］。AQP-9在AIS中有一定的變化規律，AQP-9的表達變化與腦水腫的發生、發展和消退基本一致。在腦缺血再灌注模型中，姜丹等［9］發現，AQP-9在缺血半暗帶表達明顯增強，3d時表達量最高，然后逐漸下降，主要表達于神經膠質細胞、少量神經元細胞胞漿和血管內皮細胞。在大腦中動脈阻塞的腦缺血模型中，趙靜等［28］發現在腦缺血后6h，AQP-9表達開始上調，并隨著缺血時間的延長表達增加，上升趨勢持續至48h達到高峰，以后略降，至72h仍較正常高。

AQP-9參與缺血后腦水腫呈正相關，但是不像AQP-4與腦水腫相關程度大，在腦水腫形成中不起最主要角色［4］；但是AQP-9還參與AIS的能量代謝，腦缺血可造成乳酸增多，引起酸中毒，AQP-9表達增加，對乳酸鹽的通透性增加，進而加劇腦水腫的發生。目前還需要對AQP-9在AIS中的作用、分布特點以及動態變化進一步研究，通過干預AQP-9的表達和功能，可減輕腦水腫以及維持腦組織的能量代謝平衡，為治療AIS提供了一定的理論基礎。

總之，AQPs在AIS中扮演著重要角色，可引起BBB的破壞、腦水腫及影響能量代謝。通過在AIS不同時期干預不同部位的AQPs，可對腦組織起保護作用，減輕二次損傷。AQPs可作為治療AIS，減輕腦水腫的治療靶點，為臨床治療AIS提供新治療方法。目前，對AQPs研究有了一定結果，但對其作用機制還不完全清楚，并且在臨床上沒有相應的藥物應用，仍需進一步研究。

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（收稿2014-09-12）

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1673-5110（2015）05-0123-02

△通訊作者：王金蘭，女，醫學博士，主任醫師，副教授，碩士生導師，主要從事腦血管疾病研究。