水通道蛋白在不同腫瘤中的表達

田　鯤,劉　溪,章怡葦(綜述),王愛忠(審校)

(上海交通大學附屬第六人民醫院麻醉科，上海 200233)

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水通道蛋白在不同腫瘤中的表達

田鯤△,劉溪△,章怡葦△(綜述),王愛忠※(審校)

(上海交通大學附屬第六人民醫院麻醉科，上海 200233)

摘要：水通道蛋白(AQPs)是一組跨膜的水引導蛋白，廣泛地分布在全身各個臟器，在跨細胞和上皮的水轉運中起著重要作用。近年研究發現AQPs參與了多種類型腫瘤細胞遷移、增殖、生長以及血管生成，在腫瘤的發生發展過程中起著重要作用。該文綜述了不同AQPs在不同腫瘤組織中的變化情況，闡述了它們相關的作用機制，有利于從新的視角研究腫瘤發病的分子機制,為腫瘤的臨床治療提供新的思路。

關鍵詞：水通道蛋白；腫瘤細胞；血管形成

水通道蛋白(aquaporins，AQPs)是一組位于細胞膜上的跨膜蛋白，選擇性高效轉動水分子的通道。第一個AQP，即水通道蛋白1(AQP1)是1991年在紅細胞上發現的，研究至今，在哺乳動物中已經發現了13種AQPs，分別分布于各種不同的器官，其中包括腎小管、骨骼肌、胰腺、胃、小腸、氣管和肺泡上皮細胞，視網膜細胞，睪丸細胞和腦細胞等，各AQPs表達量以及其細胞和功能的完整對維持人體各器官正常生理功能起著重要作用。AQPs在組織分布上有一個顯著特點，即在同一細胞定位上，沒有兩種以上AQPs重疊分布，表明每種水通道AQP都具有獨特的地位和作用。AQP1、AQP2、AQP4、AQP5、AQP8只能專一地轉運水分子，而AQP6在一定條件下還可以轉運氯離子，另外一類被稱作水甘油通道的包括AQP3、AQP7、AQP9、AQP10還可以轉運甘油以及小分子物質[1]?，F對AQPs在不同腫瘤組織中的變化情況進行綜述，并闡述了它們相關的作用機制。

1AQPs的在腫瘤中的作用

目前在人和嚙齒動物中至少有14種不同的腫瘤細胞已經被報道表達AQPs。對于某些腫瘤來而言，AQPs的表達腫瘤組織學分級呈正相關，如低分化的星形膠質細胞瘤組織中，AQP8的轉錄和蛋白水平是升高的，而在高分化的星形膠質細胞瘤AQP8的增加更加明顯，特別是膠質母細胞[2]。在某些情形下，某些AQPs可以在一些腫瘤細胞表達，即便這些AQPs在其正常的來源的細胞上沒有表達；也有研究報道AQPs在腫瘤組織中表達減少，但它們都只研究了一種AQPs，沒有在此基礎之上探究其他AQPs表達的變化，如在人的胃癌細胞中，其中一項研究表明AQP4減少[3]，而另一項研究則表明AQP5增加[4]?？偟膩碚f，腫瘤細胞中AQPs表達是上調的，但是從這種表達變化研究中暫時仍不能確定這是否是一種異常的表達以及這是否在腫瘤生物學過程中起到了作用。由于AQPs能高速轉運水分子，大部分研究推測AQPs能讓水分子快速滲透到生長的腫瘤組織，從而引起腫瘤組織的膨大，加重腫瘤相關的水腫。除了能引起腫瘤相關的水腫以外，近年來還發現AQPs可能參與了血管生成，腫瘤細胞的遷移、增殖、侵襲。AQP在各型腫瘤中的表達情況見表1。

表1　AQP在各型腫瘤中的表達情況

AQP：水通道蛋白

2不同AQPs在不同人和動物腫瘤中的具體表達變化及意義

2.1AQP1在腫瘤中的作用研究顯示，AQP1在神經膠質瘤、室管膜細胞瘤、肝臟腫瘤、結腸癌中的表達是增多的[5-6, 13, 18, 23-24],而在肝內膽管上皮癌中是減少的，肝內膽管上皮癌中AQP1表達的下調與腫瘤的發展和黏蛋白的表達有關，AQP1的表達與黏液核心蛋白5AC呈負相關，而且兩者的分布比較互補，大部分AQP1高表達的肝內膽管癌組織沒有黏液核心蛋白5AC，而大部分黏液核心蛋白5AC高表達的肝內膽管癌組織沒有AQP1的表達，與正常的膽管相比較，在膽管發育異常的組織中AQP1是上調的，在肝內膽管癌組織中AQP1是下調的，腫瘤體積越大，分化越差，AQP1表達陰性的細胞越多，AQP1的低表達或者陰性表達與該腫瘤淋巴結轉移成正相關[14]，在所有膽管細胞癌中有93%的可以看到AQP1的表達，AQP1很可能成為膽管癌的一種高度選擇性的標志物[13]。在所有的膠質母細胞中可以觀察到AQP1的表達明顯增多，多形性膠質母細胞瘤細胞是通過有氧酵解來獲得能量的，腫瘤周圍的糖代謝增加可以促進AQP1、乳酸脫氫酶和組織蛋白酶表達增加，這些反應提供了一種酸性環境，增加膠質細胞侵襲外周血管間隙的能力[6]。 AQP1的表達變化有著重要的臨床意義，AQP1的免疫表達和高度分化的腫瘤呈正相關，病灶周圍高度分化的腫瘤AQP1上調顯示了它在血管源性水腫當中的作用[23]。AQP1和AQP4表達與兒科腫瘤有關，髓母細胞瘤、神經外胚層腫瘤、生殖細胞瘤及高度分化的神經膠質瘤均不表達AQP1和AQP4，在后窩的室管膜細胞瘤AQP1和AQP4的表達都明顯上調，而幕上的室管膜細胞瘤AQP4的表達沒有變化，只有AQP1有適當的增加[24]。融合泛素和AQP1產生的一種DNA疫苗給小鼠注射之后，可以通過靶向的阻斷通過AQP1介導的血管發生，有效地抑制黑色素瘤的生長，與對照相比其微血管密度明顯減少，腫瘤組織周圍的血管也大大地減少，從而有效地抑制腫瘤的生長，這種靶向治療非常具有針對性[25]。

2.2AQP3在腫瘤中的作用AQP3對水具有相對選擇通透性，對尿素和甘油均具有較高的通透性。AQP3的表達變化與泌尿道上皮腫瘤的分化程度和分期有關系，對腫瘤的預后預測有重要的意義。在浸潤固有膜，但未侵及肌層的泌尿道上皮腫瘤中AQP3表達缺乏的腫瘤更有可能侵入到肌肉層，預后更差，但是腫瘤的復發和AQP3的表達不存在太大的聯系[20, 26]。AQP3在成纖維細胞生長因子2誘導的細胞遷移中發揮著重要作用，用慢病毒短發夾RNA沉默AQP3的表達或者用CuSO4抑制AQP3可以抑制成纖維細胞生長因子2誘導的細胞遷移[8]。AQP3在胰腺癌細胞也有表達，表皮生長因子可以通過表皮生長因子受體信號轉導通路提高AQP3的表達和細胞的遷移能力，而姜黃素可以減弱表皮生長因子誘導的AQP3上調和細胞的遷移能力[17, 27]。AQP3在人的原發性非小細胞癌中表達增多，用AQP3小干擾RNA可以降低成簇黏附激酶的磷酸化，導致細胞外調節蛋白激酶和絲裂原活化蛋白激酶通路的磷酸化減少，整聯蛋白α5和β1減少，從而抑制鱗狀細胞癌細胞的黏附和生長，但是對腺癌細胞和成纖維細胞卻沒有作用[11]。

2.3AQP4在腫瘤中的作用在肺腺癌細胞、原發性腦瘤組織以及激活的星形膠質細胞中AQP4的表達是增加的[3-4, 28-30]。高分化預后良好的肺腺癌細胞中AQP4的轉錄和蛋白水平顯著升高。除水轉運外，AQP4還參與了細胞間的信號轉導、細胞的遷移、脂質的代謝，在良性的肺組織中起著正常的生理作用[29]。在原發性腦腫瘤組織以及原發性腦瘤病灶周圍激活的星形細胞中AQP4的表達是增多的，但是在繼發性腦腫瘤中只有病灶周圍的星形細胞AQP4表達才呈陽性，腫瘤細胞和激活的星形膠質細胞AQP4的表達增多是引起腦水腫的主要原因，AQP4可能通過改變血腦屏障導致對比增強和病灶周圍的水腫[10]，瘤旁組織AQP4的表達與血管內皮生長因子和缺氧因子1α呈正相關，滲透壓和缺氧程度共同調節AQP4的表達，主要由滲透壓調節。瘤旁組織的水腫程度只與瘤旁組織AQP4的表達水平呈正相關，AQP4主要在膠質瘤細胞的胞質中表達，AQP4的再分布是對由血管內皮生長因子誘導的血管源性水腫的一種反應，可以更好地促進多余液體的吸收[4]，其表達水平并且與膠質瘤的分化程度呈正相關[30]。AQP4的表達減少是不伴癲癇發作的多型膠質母細胞瘤的一種特征表現，很可能是由于翻譯后的一種機制所導致的[3]。膠質母細胞瘤細胞上胃癌組織中的AQP4的轉錄和蛋白水平明顯低于正常組織，可以將AQP4作為正常增殖的胃上皮細胞的一種標志[15]。

2.4AQP5在腫瘤中的作用AQPs主要分布于唾液腺、淚腺等各種腺體以及肺組織，人的舌鱗狀細胞癌中AQP5和AQP3的表達都是增多的，而人口腔腺囊癌中AQP5和AQP3的表達卻是減少的，用AQP5小干擾RNA沉默AQP5的表達可以使整聯蛋白α5和β1抑制人舌鱗癌細胞的生長，AQP5可能是通過抑制細胞外基質的黏著力導致局部黏著斑激酶——絲裂原活化激酶信號通路的抑制[12]。腦膜瘤患者中瘤旁水腫的發展和程度與AQP5的表達呈正相關，水腫的程度與AQP5A(-1364)C基因型有很強的聯系[31]。AQP5A(-1364)C的單核苷酸多態性還與乳腺癌患者孕酮受體陽性存在一定的關聯[32]，在浸潤性導管癌乳腺癌的發生過程中，AQP5在癌細胞上的表達異常明顯，同時伴隨AQP5在導管上皮細胞上的表達失去極性，主要在頂端表達，伴隨淋巴轉移的癌組織比不伴有淋巴轉移的癌組織AQP5的表達更明顯，通過小干擾RNA技術或者高滲作用誘導乳腺癌細胞的AQP5表達下調，可以顯著地減少細胞的增殖和遷移[9]。AQP5參與了人胃腺癌細胞的分化，當低分化的人胃腺癌細外源性的表達AQP5時，可以看到分化的細胞比例明顯增加，堿性磷酸酶的活性明顯增強，層粘連蛋白的表達明顯增加，而給予水通道的抑制劑氯化汞后，分化細胞的比例明顯減少，堿性磷酸酶的活性也降低[16]。對子宮內膜腺癌細胞的研究表明，AQP5的表達減少可以減慢細胞的遷移速度，雌二醇可以上調AQP5的表達，增加膜聯蛋白2的表達，使細胞的遷移力，侵襲力和黏附力增強[22]。在肺癌中，AQP5可以通過它在絲氨酸156位點上的磷酸化和后續與羧基端的酪氨酸交叉反應來增強非小細胞肺癌的侵襲力[19]。兒茶素可以抑制卵巢癌細胞的增殖并誘導其凋亡，同時還可能通過核因子降低AQP5的表達[22]。

2.5AQP2、AQP8、AQP9在腫瘤中的作用AQP2在子宮內膜癌和子宮內膜異位患者的子宮內膜上有表達，雌二醇通過位于AQP2啟動子上的雌激素反應原件增加AQP2的表達，降低肌動蛋白和膜聯蛋白2的表達，促進子宮內膜癌細胞遷移、侵襲、黏附的能力，剔除人子宮內癌細胞AQP2的表達后，由雌激素導致的細胞遷移、侵襲、黏附能力明顯減弱[21]。AQP8在大腦中的分布比較微弱，主要存在星形膠質瘤細胞的胞質中，在低分化的星形膠質細胞瘤當中AQP8的轉錄和蛋白水平是升高的，而在高分化的星形膠質細胞瘤AQP8的增加更明顯，特別是膠質母細胞瘤[7]。在腫瘤祖細胞中AQP9的轉錄水平明顯增多，同時在衍生分化而來的細胞中AQP4的表達是下調的，而AQP9的轉錄和蛋白水平也明顯增加，這些結果表明AQP9在腫瘤干細胞的演化成腫瘤的過程中發揮著重要作用[2]。

3展望

AQPs參與細胞的遷移、增殖，血管生成暗示其在腫瘤的發生、生長過程中起著重要作用。AQPs在不同來源的腫瘤細胞中都有較強的表達，AQPs在腫瘤細胞的表達可能增加腫瘤的侵襲力，促進腫瘤血管生成。腫瘤細胞中AQPs表達的水平和腫瘤相關的水腫以及腫瘤細胞的組織分化程度有關。因此，AQPs是極具價值的藥理學靶點，抑制內皮細胞以及腫瘤細胞上的AQPs可能減慢腫瘤的生長和擴散。目前可以非特異地抑制AQPs的表達或者其介導的水運輸影響細胞增殖、遷移侵襲和血管生成的藥包括乙酰唑胺、環磷酰胺、托吡酯、苯巴比妥、丙泊酚、布美他尼[33]。乙酰唑胺是一種碳酸酐酶抑制劑，可以明顯降低AQP1的轉錄水平和蛋白表達，已經有研究發現它能抑制裸鼠身上異種移植的結腸癌的生長[34]。在細胞外給予蟾蜍卵母布美他尼衍生物AqB013，半抑制濃度為20 μmol/L可以有效地抑制AQP1和AQP4的水通透性[35]。最新發現的AQP1和AQP4的一種抑制劑AqF026是呋塞米的衍生物，可以直接與人AQP1內側的精氨酸159結合，有體內實驗顯示AqF026可以提高小鼠腹膜對水的通透性，但是不影響滲透梯度，小分子的轉運以及AQP1在質膜上的表達和定位[36]。但是至今為止，可用于臨床特異性的水通道抑制劑或者激動劑還沒有被發現，相信隨著人們對AQPs結構和功能的進一步了解，特異的AQPs抑制劑或者激動劑終有一天會來臨，這為腫瘤的治療提供更堅實的基礎。

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Expression of Aquaporins in Different TumorsTIANKun,LIUXi,ZHANGYi-wei,WANGAi-zhong.(DepartmentofAnesthesiology，ShanghaiSixthPeople′sHospitalofJiaotongUniversity，Shanghai200233，China)

Abstract：The aquaporins(AQPs) are a family of transmembrane water channel proteins widely distributed and play a major role in transcellular and transepithelial water movement.Recent evidence indicates that AQPs may be involved in tumor cell migration,proliferation，growth，and angiogenesis.Here is to make a review of the changes of AQPs in cancer tissues，including how it happens，which helps us to understand the molecular mechanism of tumors in a new way and suggests a potential therapeutic approach.

Key words：Aquaporins; Tumor cell; Angiogenesis

收稿日期：2014-08-04修回日期：2014-11-11編輯：樓立理

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.11.025

中圖分類號：R73；R33

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)11-1989-04