妊娠相關疾病胎盤胎膜中水通道蛋白的表達和意義

羅慧 華瑩 謝愛蘭 朱雪瓊

水通道蛋白（auaporins,AQPs）是一類對水具有高度選擇的糖蛋白，介導水和小分子自由快速被動地跨生物膜轉運，在機體選擇性地表達于與水代謝相關的多種組織和器官[1]。至今在哺乳動物中發(fā)現了13種AQPs（AQP0~AQP12）[2]。分子量為 26~34KD 的膜蛋白，與水通過脂質雙分子層相比，AQPs使細胞膜的透水性提高了5~50倍[3]。近年來研究發(fā)現，AQPs在異常妊娠，包括妊娠期羊水量異常、妊娠期高血壓疾病、妊娠期糖尿病、妊娠期膽汁淤積癥和妊娠期營養(yǎng)不良等疾病的發(fā)病機制中起了重大作用，故本文將AQPs在妊娠相關疾病中的表達改變和調節(jié)作用以及AQPs在羊水代謝中的重要性作一綜述。

1 AQPs在羊水量異常胎盤胎膜中的表達和意義

羊水量異常，包括羊水過多和羊水過少，均會導致圍生兒的發(fā)病率和死亡率顯著升高[4]。有研究發(fā)現，胎盤、胎膜中表達的 AQPs主要有 AQP1、3、8、9，在母胎及體內液體交換平衡中發(fā)揮了重要作用[5-6]。

1.1 羊水過少中胎盤胎膜AQPs的變化 Shioji等[7]用前列腺素 F2α（prostaglandin F2α receptor,PGF2α）受體缺陷小鼠建立了羊水過少模型，發(fā)現隨著羊水量的明顯減少，羊膜中AQP8的表達亦明顯減少。羊膜中AQP8的減少可能是胎盤老化所致，也可能是隨著羊水減少，為了維持羊水平衡而下調AQP8的表達。本課題組率先對AQP1、3、8、9等在原因不明的羊水過少胎盤胎膜中的表達進行系統(tǒng)的研究[8-9]，選取孕婦年齡在22~36周歲，孕齡37~40周的羊水過少孕婦30例及羊水量正常孕婦30例，其中羊水過少指B超檢測下羊水指數（amniotic fluid index,AFI）≤5cm，而羊水量正常產婦的AFI在8~18cm。發(fā)現原因不明的羊水過少組羊膜上AQP1、3、8、9的表達較羊水量正常組明顯下調；而胎盤滋養(yǎng)層細胞上AQP3、8、9的表達較羊水量正常組明顯上調。筆者認為羊水量減少時，胎盤、胎膜中這些AQPs的表達出現不同程度的代償性改變，以此來維持羊水的平衡。1.2 羊水過多中胎盤胎膜AQPs的變化 Mann等[10]通過敲除AQP1基因建立了小鼠羊水過多模型，考慮是由于羊水膜內轉運途徑減少而導致稀釋的羊水顯著增加，提出特發(fā)性的羊水過多可能是由于胎膜的AQP1表達減少所致。但在隨后對妊娠37～40周的孕婦AQP1 mRNA表達的研究中，Mann等[11]卻發(fā)現羊水過多的孕婦胎膜AQP1的表達較羊水量正常的孕婦并未下降，而是明顯增加，尤其是在羊膜，其表達量增加達33倍。認為AQP1的表達改變不是引起羊水過多的原因，而是羊水過多后的一種生理的代償反應。Zheng等[12]研究結果顯示AQP1敲除妊娠小鼠與野生型小鼠相比，隨著孕周的增加，羊水量增加，伴隨著羊水成分發(fā)生相應的改變。本課題組利用實時熒光定量PCR技術和免疫組化SP法檢測21例特發(fā)性羊水過多足月孕婦和30例羊水量正常足月孕婦中AQP3、8、9 mRNA和蛋白的表達，羊水過多孕婦AFI＞20cm。發(fā)現特發(fā)性羊水過多組羊膜上AQP3、8、9的表達較羊水量正常組明顯上調，而胎盤滋養(yǎng)層細胞上AQP3、8、9的表達較羊水量正常組明顯下調[13-14]，考慮羊水過多后羊膜上AQP3、8、9的表達代償性增加從而增加了羊水的膜內吸收，同時胎盤上AQP3、8、9的表達代償性減少，從而減少了母體循環(huán)中通過胎盤的水流量。可見羊膜上皮細胞中AQPs的表達變化與羊水量異常密切相關，但是具體的病理生理機制尚未明確。

2 AQPs在妊娠期高血壓疾病胎盤胎膜中的表達和意義

研究表明，妊娠期高血壓疾病（hypertensive disorder complicating pregnancy,HDCP）患者有明顯的水代謝紊亂，AQPs的表達或功能改變在HDCP發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮了重要作用[15]。在本課題的前期研究中[16]，利用免疫組化SP法檢測子癇前期輕度（20例），子癇前期重度（20例）及正常足月妊娠孕婦（20例）胎盤、胎膜組織中AQP1和AQP3的分布及表達。結果發(fā)現，與正常足月妊娠組相比，AQP1和AQP3在子癇前期組羊膜和絨毛膜上的表達降低，且降低程度與高血壓的進展呈一定的線性關系。而AQP1和AQP3在子癇前期組胎盤上表達升高，且升高程度與高血壓的進展呈相關性。同時，本課題組的研究還發(fā)現子癇前期患者胎盤上的AQP1和AQP3表達強度與24h尿蛋白量呈線性正相關，而與胎兒出生體重無明顯相關。此后其他學者的研究與我們的研究結果相似[17-18]。可見，胎盤胎膜組織中AQP1和AQP3的表達變化與子癇前期疾病發(fā)生、發(fā)展及病情輕重程度密切相關。本課題組的研究和其他研究均發(fā)現[19-20]，與正常妊娠組相比，AQP8在子癇前期組羊膜上皮細胞和絨毛膜滋養(yǎng)細胞中的表達升高，而在胎盤上的表達降低，AQP9在胎盤滋養(yǎng)細胞和羊膜上皮細胞表達升高，提示AQP8和AQP9的表達變化在妊娠期高血壓疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。具體哪種AQPs的作用最主要以及AQPs相互之間是否存在代償作用還需要進一步研究。

關于AQPs影響妊娠期高血壓疾病機制的研究主要是關于AQP9方面的。Castro-Parodi等[21]發(fā)現，囊泡性纖維跨膜調控因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator,CFTR）在胎盤的表達位置與AQP9相似，在子癇前期中，CFTR表達量下降，參與調控AQP9的功能。隨后他們進一步研究發(fā)現，胎盤在缺氧時，AQP9表達下調，恢復供氧后上調，與缺氧誘導因子1α的表達呈負相關[22]。在子癇前期中存在胎盤間斷缺氧，AQP9可能通過改變乳酸、甘油、單糖等能量代謝底物的通透性，參與缺血缺氧再灌注損傷，干擾滋養(yǎng)層細胞能量代謝和功能，進一步造成螺旋動脈血管重鑄障礙及胎盤缺血。另有研究發(fā)現[23-24]，絨毛膜促性腺激素（HCG）可通過cAMP途徑上調正常胎盤AQP9表達量，胰島素則下調正常胎盤AQP9表達量，然而，子癇前期胎盤AQP9對胰島素的應答明顯減弱，雖然血清胰島素水平升高，但高胰島素血癥可能導致胰島素受體底物磷酸化失活，干擾胰島素應答的信號通路，反而造成胰島素的功能減弱。由此推測，子癇前期胎盤中AQP9表達量上調可能與HCG升高及胰島素失活有關，但其機制尚需進一步研究。

3 AQPs在妊娠期糖尿病胎盤胎膜中的表達和意義

妊娠期糖尿病孕婦易并發(fā)羊水過多、流產、早產、胎兒生長受限、巨大兒等并發(fā)癥[25]，關于妊娠期糖尿病胎膜上水通道蛋白的異常表達，研究報道較少。

Bednar等[26]利用逆轉錄PCR、蛋白免疫印記等方法檢測20例正常足月孕婦和13例妊娠期糖尿病足月孕婦胎盤胎膜上AQPs的表達情況，發(fā)現妊娠期糖尿病孕婦胎膜上AQP1、3 mRNA和蛋白表達水平最高，AQP8 mRNA和蛋白表達水平最低，而AQP9、11 mRNA和蛋白介于兩者之間，與正常組孕婦胎膜上AQPs表達情況一致，且發(fā)現無論在正常組還是妊娠期糖尿病組，各種AQPs mRNA或蛋白水平均與羊水量無關；而段趙寧等[27]利用逆轉錄PCR及蛋白免疫印跡技術檢測了妊娠期糖尿病孕婦羊水過多、羊水量正常和正常足月孕婦（各20例）的胎盤和胎膜中AQP8、9的表達變化，發(fā)現在羊膜和胎盤組織中，妊娠期糖尿病羊水量過多組AQP8、9 mRNA及其蛋白表達均高于妊娠期糖尿病羊水量正常組和正常對照組，而妊娠期糖尿病羊水量正常組AQP8、9 mRNA及蛋白表達水平與正常對照組無明顯差異。由此推測，羊膜和胎盤組織中AQP8、9的高表達可能是妊娠期糖尿病羊水量異常時的代償性調節(jié)作用，而不是引起妊娠期糖尿病羊水量異常的病因。另有研究發(fā)現，妊娠期糖尿病孕婦胎盤滋養(yǎng)層上AQP9表達明顯高于正常妊娠組，推測AQP9在妊娠期糖尿病產婦胎盤上表達上調可以增加甘油轉運至胎兒，以滿足巨大兒較高的能量需求[28-29]；同時研究發(fā)現，瘦素在妊娠期糖尿病孕婦血漿中上升，是AQP9上調的潛在調節(jié)因子，但具體調節(jié)機制尚不清楚。

4 AQPs在妊娠期肝內膽汁淤積癥胎盤胎膜中的表達和意義

近年研究發(fā)現，AQPs在妊娠期肝內膽汁淤積癥（intrahepatic cholestasis of pregnancy,ICP）的發(fā)病中起了重要作用，至少有 7 種 AQPs（AQP0、1、3、4、8、9、11）表達在肝細胞、膽道系統(tǒng)以及膽囊上[30]。

Carreras等[31]利用17α-炔雌醇誘導肝內膽汁淤積的大鼠發(fā)現，竇狀間隙AQP9蛋白表達沒有發(fā)生明顯的變化，而肝細胞AQP8蛋白的表達明顯下調（減少約70%），此變化與膽汁淤積肝細胞的膽汁分泌功能減弱密切相關。同樣利用17-α乙炔雌二醇建立肝內膽汁淤積癥孕鼠，李莉瓊等[32]研究發(fā)現AQP8蛋白主要在兩組孕鼠肝細胞的細胞質中表達，在中央靜脈周圍的肝細胞胞質表達更明顯，肝內膽汁淤積孕鼠組中AQP8 mRNA相對表達量較正常妊娠孕鼠組明顯升高，而AQP8蛋白相對表達量明顯下降，推測可能是AQP8mRNA翻譯低下，引起AQP8蛋白合成下降；另一可能機制是AQP8蛋白的降解增加，導致肝細胞AQP8的半衰期縮短。提示AQP8蛋白相對表達量的下降可能是妊娠期肝內膽汁淤積癥膽汁分泌功能異常的機制之一。

5 AQPs在絨毛膜羊膜炎胎盤胎膜中的表達和意義

有文獻報道發(fā)現，AQP9表達于胎膜及中性粒細胞，通過不同機制參與絨毛膜羊膜炎的病理過程[33]。在早產胎膜早破患者中，合并絨毛膜羊膜炎（根據胎膜和胎盤病理學檢查，中性粒細胞浸潤每高倍鏡視野＞5個）的胎膜中AQP9mRNA水平明顯上升，提示AQP9在胎膜介導的營養(yǎng)物質轉運方面發(fā)揮作用，從而滿足絨毛膜羊膜炎時機體發(fā)生免疫反應時的代謝需求。

Mittal等[34]研究發(fā)現AQP9在足月和未足月孕婦的絨毛膜上均有表達，AQP9在足月產胎膜上的表達遠高于未足月胎膜，在患有絨毛膜羊膜炎的足月前胎膜早破的胎膜上，AQP9mRNA的表達顯著高于無絨毛膜羊膜炎的胎膜。與上述研究結果相似，然而，AQP9與絨毛膜羊膜炎的相互關系及調節(jié)機制仍需進一步研究證實。

6 AQPs在妊娠期營養(yǎng)不良胎盤胎膜中的表達和意義

Belkacemi等[35]研究了妊娠期營養(yǎng)不良時胎盤胎膜中AQPs的表達量與胎兒和胎盤重量、羊水量、羊水滲透壓以及離子濃度的關系，發(fā)現孕鼠胎盤基底部（激素產生部位）AQPs的表達變化與孕齡或胎兒/胎盤的生長受限程度無關。但是妊娠期營養(yǎng)不良的胎盤迷路部（母胎交換場所）AQP1蛋白表達較正常飲食組顯著減少，而AQP8、9蛋白表達明顯升高，此變化發(fā)生在出現羊水過少之前，考慮是母體營養(yǎng)不足狀態(tài)下的一個代償機制。Arrighi等[36]研究了妊娠期營養(yǎng)不良導致出生后雄性大鼠生殖道上AQPs的表達差異，結果發(fā)現，營養(yǎng)正常組和營養(yǎng)不良組的AQP1和AQP2蛋白表達無明顯差異，而營養(yǎng)不良組AQP9蛋白表達明顯降低。因此，在胎兒期的營養(yǎng)不良往往影響成年雄鼠生殖道上AQP9的表達，而對AQP1、AQP2的表達影響不大。

綜上所述，AQPs的表達在多種妊娠相關疾病的病理生理過程中起了重要作用，雖然其具體機制的研究尚處于初級階段，但隨著進一步的研究，深化相關機制的理解，AQPs將會為這些與水代謝相關的妊娠相關疾病的治療方法提供理論依據，為開發(fā)新型有效的治療妊娠期相關疾病的治療方法提供新思路，最終改善妊娠結局，降低圍生兒發(fā)病率和死亡率，提高圍生醫(yī)學的質量。