妊娠相关疾病胎盘胎膜中水通道蛋白的表达和意义

罗慧 华莹 谢爱兰 朱雪琼

水通道蛋白（auaporins,AQPs）是一类对水具有高度选择的糖蛋白，介导水和小分子自由快速被动地跨生物膜转运，在机体选择性地表达于与水代谢相关的多种组织和器官[1]。至今在哺乳动物中发现了13种AQPs（AQP0~AQP12）[2]。分子量为 26~34KD 的膜蛋白，与水通过脂质双分子层相比，AQPs使细胞膜的透水性提高了5~50倍[3]。近年来研究发现，AQPs在异常妊娠，包括妊娠期羊水量异常、妊娠期高血压疾病、妊娠期糖尿病、妊娠期胆汁淤积症和妊娠期营养不良等疾病的发病机制中起了重大作用，故本文将AQPs在妊娠相关疾病中的表达改变和调节作用以及AQPs在羊水代谢中的重要性作一综述。

1 AQPs在羊水量异常胎盘胎膜中的表达和意义

羊水量异常，包括羊水过多和羊水过少，均会导致围生儿的发病率和死亡率显著升高[4]。有研究发现，胎盘、胎膜中表达的 AQPs主要有 AQP1、3、8、9，在母胎及体内液体交换平衡中发挥了重要作用[5-6]。

1.1 羊水过少中胎盘胎膜AQPs的变化 Shioji等[7]用前列腺素 F2α（prostaglandin F2α receptor,PGF2α）受体缺陷小鼠建立了羊水过少模型，发现随着羊水量的明显减少，羊膜中AQP8的表达亦明显减少。羊膜中AQP8的减少可能是胎盘老化所致，也可能是随着羊水减少，为了维持羊水平衡而下调AQP8的表达。本课题组率先对AQP1、3、8、9等在原因不明的羊水过少胎盘胎膜中的表达进行系统的研究[8-9]，选取孕妇年龄在22~36周岁，孕龄37~40周的羊水过少孕妇30例及羊水量正常孕妇30例，其中羊水过少指B超检测下羊水指数（amniotic fluid index,AFI）≤5cm，而羊水量正常产妇的AFI在8~18cm。发现原因不明的羊水过少组羊膜上AQP1、3、8、9的表达较羊水量正常组明显下调；而胎盘滋养层细胞上AQP3、8、9的表达较羊水量正常组明显上调。笔者认为羊水量减少时，胎盘、胎膜中这些AQPs的表达出现不同程度的代偿性改变，以此来维持羊水的平衡。1.2 羊水过多中胎盘胎膜AQPs的变化 Mann等[10]通过敲除AQP1基因建立了小鼠羊水过多模型，考虑是由于羊水膜内转运途径减少而导致稀释的羊水显著增加，提出特发性的羊水过多可能是由于胎膜的AQP1表达减少所致。但在随后对妊娠37～40周的孕妇AQP1 mRNA表达的研究中，Mann等[11]却发现羊水过多的孕妇胎膜AQP1的表达较羊水量正常的孕妇并未下降，而是明显增加，尤其是在羊膜，其表达量增加达33倍。认为AQP1的表达改变不是引起羊水过多的原因，而是羊水过多后的一种生理的代偿反应。Zheng等[12]研究结果显示AQP1敲除妊娠小鼠与野生型小鼠相比，随着孕周的增加，羊水量增加，伴随着羊水成分发生相应的改变。本课题组利用实时荧光定量PCR技术和免疫组化SP法检测21例特发性羊水过多足月孕妇和30例羊水量正常足月孕妇中AQP3、8、9 mRNA和蛋白的表达，羊水过多孕妇AFI＞20cm。发现特发性羊水过多组羊膜上AQP3、8、9的表达较羊水量正常组明显上调，而胎盘滋养层细胞上AQP3、8、9的表达较羊水量正常组明显下调[13-14]，考虑羊水过多后羊膜上AQP3、8、9的表达代偿性增加从而增加了羊水的膜内吸收，同时胎盘上AQP3、8、9的表达代偿性减少，从而减少了母体循环中通过胎盘的水流量。可见羊膜上皮细胞中AQPs的表达变化与羊水量异常密切相关，但是具体的病理生理机制尚未明确。

2 AQPs在妊娠期高血压疾病胎盘胎膜中的表达和意义

研究表明，妊娠期高血压疾病（hypertensive disorder complicating pregnancy,HDCP）患者有明显的水代谢紊乱，AQPs的表达或功能改变在HDCP发生、发展中发挥了重要作用[15]。在本课题的前期研究中[16]，利用免疫组化SP法检测子痫前期轻度（20例），子痫前期重度（20例）及正常足月妊娠孕妇（20例）胎盘、胎膜组织中AQP1和AQP3的分布及表达。结果发现，与正常足月妊娠组相比，AQP1和AQP3在子痫前期组羊膜和绒毛膜上的表达降低，且降低程度与高血压的进展呈一定的线性关系。而AQP1和AQP3在子痫前期组胎盘上表达升高，且升高程度与高血压的进展呈相关性。同时，本课题组的研究还发现子痫前期患者胎盘上的AQP1和AQP3表达强度与24h尿蛋白量呈线性正相关，而与胎儿出生体重无明显相关。此后其他学者的研究与我们的研究结果相似[17-18]。可见，胎盘胎膜组织中AQP1和AQP3的表达变化与子痫前期疾病发生、发展及病情轻重程度密切相关。本课题组的研究和其他研究均发现[19-20]，与正常妊娠组相比，AQP8在子痫前期组羊膜上皮细胞和绒毛膜滋养细胞中的表达升高，而在胎盘上的表达降低，AQP9在胎盘滋养细胞和羊膜上皮细胞表达升高，提示AQP8和AQP9的表达变化在妊娠期高血压疾病的发生、发展中发挥重要作用。具体哪种AQPs的作用最主要以及AQPs相互之间是否存在代偿作用还需要进一步研究。

关于AQPs影响妊娠期高血压疾病机制的研究主要是关于AQP9方面的。Castro-Parodi等[21]发现，囊泡性纤维跨膜调控因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator,CFTR）在胎盘的表达位置与AQP9相似，在子痫前期中，CFTR表达量下降，参与调控AQP9的功能。随后他们进一步研究发现，胎盘在缺氧时，AQP9表达下调，恢复供氧后上调，与缺氧诱导因子1α的表达呈负相关[22]。在子痫前期中存在胎盘间断缺氧，AQP9可能通过改变乳酸、甘油、单糖等能量代谢底物的通透性，参与缺血缺氧再灌注损伤，干扰滋养层细胞能量代谢和功能，进一步造成螺旋动脉血管重铸障碍及胎盘缺血。另有研究发现[23-24]，绒毛膜促性腺激素（HCG）可通过cAMP途径上调正常胎盘AQP9表达量，胰岛素则下调正常胎盘AQP9表达量，然而，子痫前期胎盘AQP9对胰岛素的应答明显减弱，虽然血清胰岛素水平升高，但高胰岛素血症可能导致胰岛素受体底物磷酸化失活，干扰胰岛素应答的信号通路，反而造成胰岛素的功能减弱。由此推测，子痫前期胎盘中AQP9表达量上调可能与HCG升高及胰岛素失活有关，但其机制尚需进一步研究。

3 AQPs在妊娠期糖尿病胎盘胎膜中的表达和意义

妊娠期糖尿病孕妇易并发羊水过多、流产、早产、胎儿生长受限、巨大儿等并发症[25]，关于妊娠期糖尿病胎膜上水通道蛋白的异常表达，研究报道较少。

Bednar等[26]利用逆转录PCR、蛋白免疫印记等方法检测20例正常足月孕妇和13例妊娠期糖尿病足月孕妇胎盘胎膜上AQPs的表达情况，发现妊娠期糖尿病孕妇胎膜上AQP1、3 mRNA和蛋白表达水平最高，AQP8 mRNA和蛋白表达水平最低，而AQP9、11 mRNA和蛋白介于两者之间，与正常组孕妇胎膜上AQPs表达情况一致，且发现无论在正常组还是妊娠期糖尿病组，各种AQPs mRNA或蛋白水平均与羊水量无关；而段赵宁等[27]利用逆转录PCR及蛋白免疫印迹技术检测了妊娠期糖尿病孕妇羊水过多、羊水量正常和正常足月孕妇（各20例）的胎盘和胎膜中AQP8、9的表达变化，发现在羊膜和胎盘组织中，妊娠期糖尿病羊水量过多组AQP8、9 mRNA及其蛋白表达均高于妊娠期糖尿病羊水量正常组和正常对照组，而妊娠期糖尿病羊水量正常组AQP8、9 mRNA及蛋白表达水平与正常对照组无明显差异。由此推测，羊膜和胎盘组织中AQP8、9的高表达可能是妊娠期糖尿病羊水量异常时的代偿性调节作用，而不是引起妊娠期糖尿病羊水量异常的病因。另有研究发现，妊娠期糖尿病孕妇胎盘滋养层上AQP9表达明显高于正常妊娠组，推测AQP9在妊娠期糖尿病产妇胎盘上表达上调可以增加甘油转运至胎儿，以满足巨大儿较高的能量需求[28-29]；同时研究发现，瘦素在妊娠期糖尿病孕妇血浆中上升，是AQP9上调的潜在调节因子，但具体调节机制尚不清楚。

4 AQPs在妊娠期肝内胆汁淤积症胎盘胎膜中的表达和意义

近年研究发现，AQPs在妊娠期肝内胆汁淤积症（intrahepatic cholestasis of pregnancy,ICP）的发病中起了重要作用，至少有 7 种 AQPs（AQP0、1、3、4、8、9、11）表达在肝细胞、胆道系统以及胆囊上[30]。

Carreras等[31]利用17α-炔雌醇诱导肝内胆汁淤积的大鼠发现，窦状间隙AQP9蛋白表达没有发生明显的变化，而肝细胞AQP8蛋白的表达明显下调（减少约70%），此变化与胆汁淤积肝细胞的胆汁分泌功能减弱密切相关。同样利用17-α乙炔雌二醇建立肝内胆汁淤积症孕鼠，李莉琼等[32]研究发现AQP8蛋白主要在两组孕鼠肝细胞的细胞质中表达，在中央静脉周围的肝细胞胞质表达更明显，肝内胆汁淤积孕鼠组中AQP8 mRNA相对表达量较正常妊娠孕鼠组明显升高，而AQP8蛋白相对表达量明显下降，推测可能是AQP8mRNA翻译低下，引起AQP8蛋白合成下降；另一可能机制是AQP8蛋白的降解增加，导致肝细胞AQP8的半衰期缩短。提示AQP8蛋白相对表达量的下降可能是妊娠期肝内胆汁淤积症胆汁分泌功能异常的机制之一。

5 AQPs在绒毛膜羊膜炎胎盘胎膜中的表达和意义

有文献报道发现，AQP9表达于胎膜及中性粒细胞，通过不同机制参与绒毛膜羊膜炎的病理过程[33]。在早产胎膜早破患者中，合并绒毛膜羊膜炎（根据胎膜和胎盘病理学检查，中性粒细胞浸润每高倍镜视野＞5个）的胎膜中AQP9mRNA水平明显上升，提示AQP9在胎膜介导的营养物质转运方面发挥作用，从而满足绒毛膜羊膜炎时机体发生免疫反应时的代谢需求。

Mittal等[34]研究发现AQP9在足月和未足月孕妇的绒毛膜上均有表达，AQP9在足月产胎膜上的表达远高于未足月胎膜，在患有绒毛膜羊膜炎的足月前胎膜早破的胎膜上，AQP9mRNA的表达显著高于无绒毛膜羊膜炎的胎膜。与上述研究结果相似，然而，AQP9与绒毛膜羊膜炎的相互关系及调节机制仍需进一步研究证实。

6 AQPs在妊娠期营养不良胎盘胎膜中的表达和意义

Belkacemi等[35]研究了妊娠期营养不良时胎盘胎膜中AQPs的表达量与胎儿和胎盘重量、羊水量、羊水渗透压以及离子浓度的关系，发现孕鼠胎盘基底部（激素产生部位）AQPs的表达变化与孕龄或胎儿/胎盘的生长受限程度无关。但是妊娠期营养不良的胎盘迷路部（母胎交换场所）AQP1蛋白表达较正常饮食组显著减少，而AQP8、9蛋白表达明显升高，此变化发生在出现羊水过少之前，考虑是母体营养不足状态下的一个代偿机制。Arrighi等[36]研究了妊娠期营养不良导致出生后雄性大鼠生殖道上AQPs的表达差异，结果发现，营养正常组和营养不良组的AQP1和AQP2蛋白表达无明显差异，而营养不良组AQP9蛋白表达明显降低。因此，在胎儿期的营养不良往往影响成年雄鼠生殖道上AQP9的表达，而对AQP1、AQP2的表达影响不大。

综上所述，AQPs的表达在多种妊娠相关疾病的病理生理过程中起了重要作用，虽然其具体机制的研究尚处于初级阶段，但随着进一步的研究，深化相关机制的理解，AQPs将会为这些与水代谢相关的妊娠相关疾病的治疗方法提供理论依据，为开发新型有效的治疗妊娠期相关疾病的治疗方法提供新思路，最终改善妊娠结局，降低围生儿发病率和死亡率，提高围生医学的质量。