顱腦損傷中抗利尿激素對水通道蛋白的影響

廖建坤+陳亞平+唐增輝+林莉萍

摘要：顱腦損傷后腦水腫主要為細胞毒性腦水腫，其形成機制復雜，有多種細胞信號參與。本文從ADH及其受體、水通道蛋白（AQPs）、ADH在急性顱腦損傷后的變化和作用、ADH對水通道蛋白的調節等方面綜述了顱腦損傷中抗利尿激素（ADH）對水通道蛋白的影響。

關鍵詞：顱腦損傷；抗利尿激素；水通道蛋白

中圖分類號：R651.15 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1959（2017）14-0024-02

顱腦外傷（顱腦損傷）在急診中占有相當大的比例，病殘率和病死率較高。腦水腫是顱腦外傷后常見的并發癥之一，是患者致殘、病死的主要原因。顱腦外傷患者腦水腫的治療仍然是臨床醫生頗感棘手的問題。顱腦損傷后腦水腫主要為細胞毒性腦水腫（cytotoxic brain edema），表現為彌漫性膠質細胞腫脹，其形成機制復雜，有多種細胞信號參與[1-6]。這些細胞信號之間有無聯系，是否存在一個始動因素或者一個共同的信號通路，信號系統如何啟動和調控的分子機制等是目前國內外研究的熱點和難點。本文擬就顱腦損傷中抗利尿激素（ADH）對水通道蛋白的影響作一綜述。

1 ADH及其受體

抗利尿激素（antidiuretic hormone，ADH）又稱血管加壓素（vasopressin，VP）或精氨酸加壓素。脫水和高滲壓是促進ADH基因表達合成和分泌的最有效的刺激，ADH分泌受血容量、血氧飽和度、體溫、創傷、出血、麻醉及其體外循環等因素的影響[4]。ADH通過作用于ADH受體發揮作用，ADH受體屬于G蛋白偶聯受體，由膜外的N-末端，7個疏水跨膜段以及胞內的C-末端構成[7]。膜外的N-末端和三個連接跨膜段的肽鏈，與識別和集合ADH有關；胞內的C-末端和三個連接跨膜段的肽鏈，則與激活膜內G-蛋白有關。ADH受體可分為：V1a受體、V1b受體（V3受體）、V2受體、催產素受體和嘌呤類受體。ADH與V1受體結合產生1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）。IP3使細胞鈣離子濃度增加，鈣離子和DAG共同激活蛋白激酶c（PKc），激活鈣-鈣調蛋白激酶系統（CaMK），使蛋白磷酸化，導致細胞反應[7-9]。V3受體還可以激活其他G蛋白，產生相應的靶效應，這與其在局部組織的分布數量有關[10]。ADH與V2受體結合后通過Gs蛋白激活腺苷酸環化酶（Ac），使cAMP增加，cAMP能激活蛋白酶A（PKA）使胞內一些蛋白酶磷酸化而活化，產生細胞效應。

2水通道蛋白（AQPs）

水通道蛋白分布于全身各個器官，目前已經發現的水通道蛋白主要有AQP1、AQP2、AQP3和AQP4。AQP4 mRNA在腦內的表達量高出眼、腎、肺等器官10倍左右。作為一種異四聚體，AQP4的每一個亞單位是一條6次跨膜的肽鏈，有3個胞外環（ACE）和2個胞內環（BD）。BD環為2個功能性環，分別含有天冬氨酸-脯氨酸-丙氨酸（NPA）3個氨基酸組成的序列，這2個NPA序列在細胞膜內形成狹窄的水通道，形成“沙漏模型”[11]。大多數水通道蛋白在NPA序列前的半胱氨酸可與金屬汞結合而導致水通道關閉，AQP4在NPA前無此氨基酸，金屬汞不影響它對水的通透性[12]。

3 ADH在急性顱腦損傷后的變化和作用

ADH在人體內廣泛分布，除血液外，中樞神經系統和腦脊液內均有ADH的存在。血液中的ADH在血液循環發揮其固有的抗利尿作用。腦脊液內ADH由腦內ADH神經元伸向腦室的末梢釋放，其含量變化與血漿ADH無關[13]。顱腦損傷時中樞內ADH參與腦水腫的發生發展進程。向大鼠腦室內注射ADH發現，腦皮質層含水量增加產生腦水腫[14]。在體外培養的星形膠質細胞中加入ADH發現，ADH可以增加細胞容量，引起細胞水腫，使用V1受體拮抗劑，能明顯降低細胞水腫程度，而V2受體拮抗劑卻沒有這種功能，提示在中樞ADH通過V1受體發揮其細胞內容量調節作用[15]。高滲狀態下丘腦和脈絡叢神經元內ADH及其V1受體的mRNA合成增加，中樞內ADH及其V1受體合成/分泌亦增加，證明ADH通過V1受體參與腦脊液代謝[16]。小鼠創傷后4 h ADH-V1受體在星形膠質細胞膜上表達開始上調，至創傷后4～6 d為表達高峰期，這和腦水腫的發生過程相符，證明V1受體與顱腦損傷后腦水腫發生密切相關，ADH通過V1受體參與中樞水代謝和腦水腫的發生[17]。

4 ADH對水通道蛋白的調節

近年來研究發現，ADH對水通道蛋白有調節作用，它主要通過磷酸化和去磷酸化調節水通道蛋白。ADH可調節位于集合管細胞囊泡中的AQP2[18]。PKC可使LLC-PK1細胞膜上AQP4蛋白的Ser180磷酸化，從而改變細胞對水的通透性[19]。利用光信號間接反映星形膠質細胞膜表面AQP4蛋白對水通透性的變化，發現ADH可以使星形膠質細胞對水的通透性增加[20]。據此推測，ADH通過活化的PKC和CaMKII 作用于AQP4的Ser180 Ser111使其磷酸化，改變AQP4的活性，調節對水的通透性，從而影響星形膠質細胞水的轉運，促進腦損傷后腦水腫的發生發展。我們基于大鼠局灶性腦損傷缺血再灌注模型，觀察了水通道蛋白4（AQP4）、蛋白激酶C（PKC）的表達水平變化與腦水腫的關系，發現腦水腫可能和PKC、AQP4的升高相關，PKC可能在CIR早期通過磷酸化AQP4以降低AQP4的表達以延緩腦水腫進程[21]。

總之，ADH在創傷性腦水腫發生和發展過程中具有十分重要的地位，ADH作用于星形膠質細胞、室管膜細胞、血管內皮細胞和脈絡叢上皮細胞等，調節中樞神經系統的水和離子代謝。顱腦損傷后，創傷、應激、滲透壓、顱內壓的改變等因素引起ADH升高，激活V1受體介導的信號轉導途徑，引起腦組織和腦脊液的水和離子代謝紊亂，引起細胞和腦組織水腫。由此可見，控制ADH的升高或拮抗ADH介導信號轉導途徑的關鍵環節，對治療顱腦損傷過程中出現的腦水腫有重要意義。

參考文獻：

[1]R Timarukast，C Luh，P Gotthardt，et al.Influence of age on brain edema formation，secondary brain damage and inflammatory response after brain trauma in mice[J].PLos One，2012，7（8）：e43829.

[2]EA Winkler，D Minter，JK Yue，et al.Cerebral edema in traumatic brain injury：pathophysiology and prospective therapeutic targets[J].Neurosurgery Clinics of North America，2016，27（4）：473.

[3]Seidel JL，Escartin C，Ayata C，et al.Multifaceted roles for astrocytes in spreading depolarization：A target for limiting spreading depolarization in acute brain injury[J].Glia，2016，64（1）：5-20.

[4]Jin BJ，Zhang H，Binder DK，et al.Aquaporin-4-dependent K+ and water transport modeled in brain extracellular space following neuroexcitation[J].Journal of General Physiology，2013，141（1）：119.

[5]Hsu Y，Tran M，Linninger AA.Dynamic regulation of aquaporin-4 water channels in neurological disorders[J].Croatian Medical Journal，2015，56（5）：401-421.

[6]Popescu ES，Pirici I，Ciurea RN，et al.Three-dimensional organ scanning reveals brain edema reduction in a rat model of stroke treated with an aquaporin 4 inhibitor[J].Rom J Morphol Embryol，2017，58（1）：59-66.

[7]Jorgensen WT，Gulliver DW，Werry EL，et al.Flexible analogues of WAY-267，464：Synthesis and pharmacology at the human oxytocin and vasopressin a receptors[J].Eur J Med Chem，2016，27（108）：730-740.

[8]Yamagata K，Sone N，Suguyama S，et al.Different effects of arginine vasopressin on high-mobility group box 1 expression in astrocytes isolated from stroke-prone spontaneously hypertensive rats and congenic SHRpch118 rats[J].Int J Exp Pathol，2016，97（2）：97-106.

[9]Mouillac B，Mendre C.Vasopressin receptors and pharmacological chaperones：from functional rescue to promising therapeutic strategies[J].Pharmacological Research，2014，83（7）：74.

[10]Vishram-Nielsen JK，Gustafsson F.Vasopressin and Vasopressin Antagonists in Heart Failure[J].Handb Exp Pharmacol，2017，22.

[11]Benga G1.The first discovered water channel protein，later called aquaporin 1：molecular characteristics，functions and medical implications[J].Molecular Aspects of Medicine，2012，33（5-6）：518-534.

[12]Cui Y，Bastien DA.Water transport in human aquaporin-4： molecular dynamics （MD） simulations[J].Biochem Biophys Res Commun，2011，412（4）：654-659.

[13]武幸福，侯祥位.急性顱腦損傷患者治療前后血清hs-CRP、NSE和AVP檢測的臨床意義[J].放射免疫學雜志，2013（5）：572.

[14]Krieg SM，Trabold R，Plesnila N.Time-Dependent Effects of Arginine-Vasopressin V1 Receptor Inhibition on Secondary Brain Damage after Traumatic Brain Injury[J].J Neurotrauma，2017，34（7）：1329-1336.

[15]Vantyghem MC，Balavoine AS，Wémeau JL，et al.Hyponatremia and antidiuresis syndrome[J].Ann Endocrinol，2011，72（6）：500-512.

[16]Vishram-Nielsen JK，Gustafsson F.Vasopressin and Vasopressin Antagonists in Heart Failure[J].Handb Exp Pharmacol，2017，22.

[17]Rauen K，Trabold R，Brem C，et al.Arginine vasopressin V1a receptor-deficient mice have reduced brain edema and secondary brain damage following traumatic brain injury[J].J Neurotrauma，2013，30（16）：1442-1448.

[18]Wilson JL，Miranda CA，Knepper MA.Vasopressin and the regulation of aquaporin-2[J].Clin Exp Nephrol，2013，17（6）：751-764.

[19]Karasu A，Aras Y，Sabanc PA，et al.The effects of protein kinase C activator phorbol dibutyrate on traumatic brain edema and aquaporin-4 expression[J].Ulus Travma Acil Cerrahi Derg，2010，16（5）：390-394.

[20]Bisagno V，Cadet JL.Stress，sex，and addiction：potential roles of corticotropin-releasing factor，oxytocin，and arginine-vasopressin[J].Behav Pharmacol，2014，25（5-6）：445-457.

[21]廖建坤，何玉華，陳亞平.水通道蛋白4 在大鼠腦缺血再灌注后腦水腫中的變化及意義[J].分子影像學雜志，2017（1）：68-70.

編輯/楊倩