水通道蛋白调控腹泻型肠易激综合征的研究进展*

金琳莹　张　烁

浙江中医药大学附属第一医院消化内科(310006)



水通道蛋白调控腹泻型肠易激综合征的研究进展*

金琳莹#张烁&

浙江中医药大学附属第一医院消化内科(310006)

摘要分布于肠黏膜中的水通道蛋白(AQPs)作为介导水液跨膜转运的重要因子，在肠道细胞内外环境稳态的维持和肠神经功能调控中具有重要作用。腹泻型肠易激综合征(IBS-D)是临床上较为常见的功能性胃肠病之一。近年来有关AQPs在IBS-D中作用的研究并不少见，但其究竟如何在IBS-D中发挥保护或损伤作用仍不甚明确。本文就AQPs调控IBS-D的相关研究进展作一综述。

关键词肠易激综合征；腹泻；水孔蛋白质类；水液代谢；神经调控

肠易激综合征(irritable bowel syndrome, IBS)是临床上较为常见的功能性胃肠病之一，患病率高达10%～25%[1]。参照功能性胃肠病罗马Ⅲ标准， IBS可分为腹泻型(IBS-D)、便秘型(IBS-C)、混合型(IBS-M)和不定型(IBS-U)四种亚型[2]，我国以IBS-D更为常见，但因发病机制不明，临床疗效差强人意。根据相关文献报道，IBS-D的发生与肠道动力异常、脑-肠轴异常、内脏敏感性异常等多种因素有密切联系，并通过神经系统、免疫系统、内分泌系统等多个系统的综合作用导致肠道平滑肌运动障碍和水液代谢紊乱。分布于肠黏膜中的水通道蛋白(aquaporins, AQPs)作为介导水液跨膜转运的重要因子，在肠道细胞内外环境稳态的维持和肠神经功能调控中具有重要作用。近年来有关AQPs在IBS-D中作用的研究并不少见，但其究竟如何在IBS-D中发挥保护或损伤作用仍不甚明确。本文就AQPSs调控IBS-D的相关研究进展作一综述。

一、AQPs的生物学特征及其在消化系统的表达

AQPs又名水孔蛋白，是一类相对分子质量约为30 kDa(1 Da=0.992 1 u)的糖蛋白家族，家族成员由不同基因编码，多肽链由约270个氨基酸构成。迄今为止，在哺乳动物中发现的AQPs有AQP0～AQP12共13种。根据其对水和其他溶质的通透性，AQPs可分为三类：第一类为经典的选择性AQPs，只能通透水，包括AQP0、1、2、4、5、6、8；第二类为相对选择性AQPs，能通透水、甘油和尿素，包括AQP3、7；第三类为能通透中性溶质的AQPs，包括AQP9、10。此外，对脑组织中AQP11的研究发现其不能转运水、甘油、尿素或离子，应属于新的AQPs家族[3]。

AQPs广泛分布于机体中，目前至少已发现9种AQPs在消化系统中有表达，其中AQP1分布于小肠和结肠，在胰腺导管、肝脏和胆管中亦有表达；AQP2、AQP4分布于结肠，后者在胃壁细胞中亦有表达；AQP3在口腔、胃、小肠、结肠、肛门均有表达；AQP5、AQP12分布于十二指肠；AQP8分布于小肠、结直肠、胰腺、肝脏；AQP10主要在小肠中表达，直肠和胃内亦有一定量分布；AQP9分布于小肠、结肠杯状细胞和肝脏[4-6]。

二、AQPs对肠道功能的影响及其作用机制

水液转运如水分的分泌和吸收为肠道主要功能之一。AQPs定位于细胞膜，在细胞膜上构成“孔道”，不仅在多种上皮和内皮组织中发挥水液转运、分泌、吸收作用，同时也参与细胞的增殖、迁移、凋亡、吞噬，并对神经功能有重要调控作用[7]。

1. 对肠道水液代谢的影响：在刺激因子的作用下，分布于肠黏膜的AQPs表达可发生一定程度的变化，从而影响肠道水液代谢。研究[8]显示AQP3可调节结肠中的粪便含水量，以HgCl2或CuSO4抑制正常大鼠结肠AQP3功能，大鼠结肠粪便含水量增加约4倍，并发生持续性腹泻，证实AQP3参与介导了肠腔与血管之间的水液转运。另有研究[9]发现，血管活性肠肽(VIP)可上调人结肠上皮细胞株HT-29中的AQP3表达，伴环磷酸腺苷(cAMP)结合活性增强，而蛋白激酶A(PKA)抑制剂可抑制VIP和cAMP引起的AQP3表达增强，提示VIP可能通过cAMP-PKA依赖性途径上调AQP3表达，从而介导AQP3的运输、门控作用及其重新分布，改变膜对水的通透性，调节跨膜水流动，影响胃肠道分泌、吸收功能。

AQP4定位于结肠表面上皮细胞的基底外侧膜。有研究[10]利用AQP4基因敲除小鼠分析其在结肠水液转运中的作用，结果显示AQP4 +/+小鼠近端结肠上皮水通透性显著高于远端结肠，AQP4 -/-小鼠全结肠和近端结肠上皮水通透性均较AQP4 +/+小鼠显著降低，两组间远端结肠上皮水通透性无明显差异；此外，两组间盲肠粪便含水量和结肠分泌功能亦无明显差异。上述结果表明结肠上皮AQP4水通道参与了跨细胞水液转运，但对结肠液体分泌和粪便脱水无明显影响。

AQP8广泛表达于人结肠黏膜。对IBS患者结肠黏膜AQP8表达的研究[11-12]显示，其表达在IBS-D患者结肠黏膜中较正常人显著降低，其中降结肠又显著低于升结肠，患者病程越长、排便频率越高、粪便含水量越多，AQP8表达水平越低，提示了AQP8与IBS-D之间的密切联系。AQP8 表达降低，其跨细胞水液转运功能受阻，导致肠腔内水的重吸收严重不足，肠内容物含水量增加，从而出现腹泻症状。对结肠炎模型小鼠的研究[13]同样发现小鼠结肠黏膜AQP8表达明显下调，伴结肠液体分泌减少。此外，该研究还发现，与正常人结肠黏膜AQP8表达相比，IBD患者的结肠黏膜上皮顶端膜AQP8表达显著降低，并转移至质膜和基底侧膜。AQP8在胞内的重新分布可能是由cAMP所介导[14]。

2. 对肠道黏液合成、分泌的调控：杯状细胞参与肠道黏液的合成、分泌，对肠道表面起润滑作用，有利于肠道转运的顺利进行。研究[5]发现AQP9在小肠和结肠中的表达局限于杯状细胞基底外侧膜，由此推测其可能参与了肠道中某种特定黏液的合成和(或)分泌，从而保护肠道表面，并使肠内容物顺畅通过。

3. 对肠神经系统的影响：AQPs在肠神经系统中亦有分布，可通过神经调控改善肠道症状。有研究[15]应用免疫组化技术发现大鼠回肠肠神经系统中存在AQP1免疫阳性神经元，一般分布于肠肌丛，极少数位于黏膜下丛，推测这些AQP1免疫阳性神经元可能在胃肠功能调控中起重要作用。除AQP1外，AQP4亦被发现可定位于肠神经系统[7]。对AQP1基因敲除小鼠的研究提示，AQP1参与了外周痛觉的感知[7]；而AQP4在肠肌丛和黏膜下丛神经元中均有表达，参与肠道能动性和肠黏膜运输的调控[16]。

4. 对肠道微血管的影响：有研究[17]以AQPs抑制剂乙酰唑胺抑制裸鼠人结肠癌移植瘤中的AQP1表达，结果显示21 d后移植瘤生长明显减慢，AQP1表达下调并与血管内皮生长因子(VEGF)和CD34表达下调呈正相关，提示AQP1与结肠微血管形成有关。对人回肠中AQPs表达的研究[4]亦发现AQP1的表达局限于黏膜微血管内皮细胞。

三、AQPs在IBS-D治疗中的作用

近年来，祖国医学在IBS-D治疗中的应用有一定进展。针灸为祖国医学的一大特色，有研究[18]探讨了眼针辨证取穴治疗对IBS-D的疗效及其可能作用机制。予IBS-D大鼠模型针刺眼针“下焦区”、“大肠区”、“肝区”、“脾区”穴位，并设立不予针刺干预的模型组，结果显示两组大鼠粪便含水率较正常大鼠显著增加，结肠组织黏膜层、肠肌丛、黏膜下丛VIP表达增高，AQP8表达降低，但针刺组的上述改变显著轻于模型组，表明针刺眼针穴区可能通过上调结肠组织AQP8表达并抑制VIP表达而在一定程度上对IBS-D发挥止泻作用。

食物中的某些成分，如纤维素，可在末端回肠和结肠内发酵，产生短链脂肪酸和气体，有助于调节肠道菌群，改变肠黏膜通透性和肠道免疫功能，促进肠道水液吸收，达到止泻的目的[19]。而另一些药物如5-羟色胺3(5-HT3)受体拮抗剂可通过调节神经递质5-HT，在一定程度上通过抑制非选择性阳离子通道的活化调节肠神经系统，减少肠道分泌、蠕动和疼痛信号传入，从而缓解IBS-D患者的腹痛、腹泻等症状[20]。但上述两种途径与AQPs之间的联系尚待进一步研究。

四、结语

综上所述，AQPs作为一种已被熟知的调控水液代谢的蛋白质，尽管关于其作用机制的研究众多，但相关研究仍在不断进展、完善。目前已发现AQPs可通过影响肠道水液代谢、黏液合成和分泌以及调节肠神经系统和肠道微血管等作用于IBS-D患者的肠道内环境，对IBS-D起一定调控作用。AQPs在IBS-D治疗中作用的研究亦已取得一定进展。随着科技的不断进步和研究者的不断探索，以AQPs为靶点的IBS-D治疗研究将更为深入，并期待出现更加完善的药物和治疗方案，从而为肠道动力障碍性疾病的研究提供新的方向和更广阔的治疗前景。

参考文献

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(2015-07-26收稿)

DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2016.06.015

*基金项目：浙江省本科院校中青年学科带头人学术攀登项目(pd2013209)；浙江省中医药科技计划(2014ZA030)；浙江省医药卫生一般研究计划(2014KYB175)

Role of Aquaporins in Modulating Diarrhea-predominant Irritable Bowel Syndrome

JINLinying,ZHANGShuo.

DepartmentofGastroenterology,theFirstAffiliatedHospitalofZhejiangChineseMedicalUniversity,Hangzhou(310006)

Correspondence to: ZHANG Shuo, Email: zhangshuo@medmail.com.cn

AbstractAquaporins, known as a family of water channel proteins, are crucial factors involved in colonic transmembrane water transport and play important roles in maintaining the homeostasis of internal and external environment of intestinal cells and modulating enteric nerve functions. Diarrhea-predominant irritable bowel syndrome (IBS-D) is a commonly seen gastrointestinal functional disorder in clinical practice. Recently, there are more and more researches focusing on the roles of aquaporins in IBS-D, however, mechanisms of its protective or damaging effects on IBS-D are still not clear. In this review article, the progress of research on the modulatory effect of aquaporins in IBS-D was summarized.

Key wordsIrritable Bowel Syndrome;Diarrhea;Aquaporins;Water Metabolism;Neuromodulation

#Email: 2458629921@qq.com

&本文通信作者，Email: zhangshuo@medmail.com.cn