水通道蛋白5在干燥综合征中的作用综述*

沙明慧，吴素玲**南京中医药大学，南京 009；南京市第一医院，南京 000

水通道蛋白5（AQP5）是一种膜转运蛋白，最先是从大鼠颌下腺的cDNA中扩增出来的[1]，1996年被Lee等成功克隆，近年来关于其相关信号通路研究备受关注。干燥综合征（SS）是一种以侵犯外分泌腺为主的慢性炎症性自身免疫性疾病，临床多以口眼干涩为主要表现，可累及肺脾肝肾、甲状腺等多脏器，好发于40～50岁女性，男女比例为1∶9。目前病因及发病机制并不十分明确，现代医学尚无理想的治疗方案，主要是对症缓解干燥症状，阻止、延缓病情进展，治愈率较低，可严重影响患者健康水平及生活质量。SS是现代医学的一大疑难病问题，调控AQP5有可能是改善SS症状的关键点。

1 AQP5的生物学特征

1.1 AQP5的结构

水通道蛋白家族（aquaporins，AQPs，结构见图 1）是动植物细胞膜上的水孔蛋白簇，目前已发现有13种水通道蛋白（AQP 0-AQP 12），是一种整体膜蛋白。其中AQP5由六螺旋多肽链组成，可6次跨膜，分子量约28 kD，包含有5个襻，细胞外为亲水性A、C、E环，细胞内为疏水性B、D环。其中A、C、E环的氨基端和羧基端位于细胞内，两者重复部分构成AQP，分子前后蛋白基序相似，形成了以整个AQP分子为中心的对称镜像结构。而B环和E环均具有NPA基本序列（Asp-Pro-AIa，天冬酰氨酸-脯氨酸-丙氨酸基序），B、E 环在NPA处向细胞膜内凸起、褶皱形成一个单孔凹穴，使AQP5呈“沙漏样”结构、钩嵌在细胞膜上，4个单体形成四聚体以凹穴为中心排列，构成了腺体的特异性分泌通道，有高渗性特征，在水转运功能上起到了决定性作用。凹穴内侧的A-73和C-189残基若缺失或被替代，均可导致水液转运障碍。此外，AQP5是汞剂敏感性通道，182位的半胱氨酸可与汞剂结合、抑制水通道功能。AQPs中几乎所有亚型及同源蛋白中都具有NPA这个典型氨基酸序列。人的AQP5氨基酸序列与大鼠、小鼠的同源性分别为98%、90%，与大鼠基本无差异性[2]。

图1 AQP5的晶体结构[3]

1.2 AQP5的分布

AQPs因表达组织及具体部位的不同，有组织和细胞特异性，各自发挥不同的生理特征。其中AQP5主要分布于泪腺、涎腺以及角膜、上呼吸道、肺泡Ⅰ型细胞等各类分泌性上皮细胞及腺体处。在某些组织器官中AQP5也有高表达，如肺、肾；在脑、胰腺、小肠等器官及组织中未见表达。此外，在正常情况下，AQP5存在于细胞囊泡中，受到体内外某些刺激后出现由囊泡向细胞顶膜 “转位”并发生融合的现象，即AQP5的重新分布特性。李磊磊等[4]表明，AQP5可能参与了肺胀阳虚水泛证水液代谢失衡的过程。任鸿昌[5]实验结果表明，胰蛋白酶导致的急性肺损伤后期，AQP5在肺组织中表达逐渐下降，促进了肺水肿形成，肺损伤程度相应加重。秦崧[6]发现，AQP5高表达于肺、呼吸道黏膜下腺腺体细胞腔，为适应极干旱荒漠环境提供了蛋白水平依据。在气道高反应过程中，AQP5的表达下调，粘蛋白MUC5B高表达，气道粘液高分泌。Ma T等[7]发现，AQP5基因敲除小鼠较野生型小鼠肺内渗透压依赖的水转运下降90%。总之，AQP5的异常分布、转运对水液代谢、维持渗透压平衡和腺体分泌等有重大影响。

2 AQP5的生物学功能

2.1 AQP5及其相关信号通路

2.1.1 TLR4/MyD88/NF-κB/AQP5信号通路 Toll样受体4（Toll like receptor，TLR4）可通过与核因子 NF-κB（nuclear factor of kappa B）相应配体结合，激活NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶信号通路，来促进各类炎症因子的释放。NF-κB的激活可以使 AQP5低表达[8，9]。而髓样分化因子 88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）是TLR信号转导途径中主要的接头蛋白，故可调节TLR4/NF-κB信号通路。

2.1.2 MBD2/AQP5信号通路 去甲基化酶MBD2（methyl-CpG binding domain2）是一种特异性结构域蛋白，甲基化的胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（CpG）是MBD2的启动子，MBD2与其结合受到启动后，具有去甲基化功能，可使DNA甲基化，从而参与AQP5基因表达受抑，具体作用及调控机理尚不清楚。故MBD2/AQP5信号通路可能是AQP5表达的重要调控机制之一。

2.1.3TNF-α/TNFR/IKK/NF-κB、MKK/p38/c-Fos、TRAF6/JNK/c-Jun信号通路 肿瘤坏死因子TNF-α通过与其受体1（TNFR1） 相结合形成的复合物可激活 NF-κB；IκB 激酶（IKK）的激活可使 IκB磷酸化、降解，促使 NF-κB激活，从而抑制AQP5蛋白和mRNA的表达。p38、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）与 c-junN-末端激酶（JNK）并称为应激活化的蛋白激酶（SAPKs）。NF-κB 是细胞外调节蛋白激酶 （extracellular regulated protein kinases，ERK）/MAPK信号通路的下游调节因子。JNK属于MAPK家族的一种信号转导蛋白，受其上游激酶激活后，可传导ERK、JNK、p38等通路，调控细胞迁移。p38蛋白与JNK相似，同属MAPK家族亚类，p38-MAPK被上游激活后可磷酸化IκB，并将之降解，IκB、NF-κB 解聚，NF-κB 被激活，产生促炎效应，可调节细胞增殖、分化。NF-κB、JNK都是由TNF-α信号通路介导的。高表达的ERK、p38和JNK均抑制AQP5表达[10]。

以上各种信号通路均可调控AQP5，使AQP5转录抑制，故在功能上有相似之处，但属于不同途径来调节水液代谢和腺体分泌。目前对于影响AQP5的信号转导通路的研究及认识尚且不足，但为AQP5与SS之间的研究提供了思路，其主要区别为基因水平与分子水平的不同研究方向。

2.2 AQP5的调节机制

AQP5是一种利用渗透压差有效促进水分子快速转运的跨膜转运蛋白，在生物体内有长时调节和短时调节两种调节机制。长时调节主要是指通过某些方法干预可促使AQP5 mRNA和蛋白水平的上升，以及提升其跨膜转移的生物学功能，即调节AQPs含量作用。例如，Smith JK[11]将IFN-α加入人的唾液上皮细胞，经过1 h刺激，可显著上调AQP蛋白和mRNA。短时调节则是指在内环境等因素调节下，可以改变AQP5的生物学特征和功能，即调节AQPs活性作用，目前公认磷酸化机制和穿梭机制参与了AQP5的短时调节。AQP5结构的主要作用是蛋白激酶 A（protein kinaseA，PKA）和蛋白激酶 C（protein kinase C，PKC）介导的磷酸化，AQP5 含有PKA和PKC磷酸化的同源序列，使AQP5结构改变，膜通透性增加，从而产生“快速闸门”效应，证实了AQP5在水液的转运、门控等方面发挥着重要的调节作用，而AQP5的磷酸化功能是依赖cAMP实现的，可以通过调整cAMP活性来节制磷酸化作用。穿梭机制则是指通过改变内环境中Ca2+浓度、细胞结构等条件，在某些因素影响下，可使正常存在于细胞内囊泡中的AQP5转位，从而改变细胞膜通透性及功能性水通道数目，表明AQP5具有调节水分子重新分布的生物学功能。例如，在SS相关的AQP5表达下调研究中，用乙酰胆碱刺激腺体腺泡细胞表面M3受体，并与其相结合来启动二级信号传导效应，促使Ca2+浓度增加，诱导胞质内的AQP5经囊泡向腺泡细胞顶膜转运。上述现象主要通过增强电解质活跃转运及诱导AQP5“转位”等途径实现的，都可以增强腺泡细胞的水分子输出，从而共同参与AQP5的水跨膜转运调节功能。

2.3 AQP5与其他疾病相关性

AQP5的缺失及功能失调会引起多系统疾患。在角膜疾患中，AQP5功能失调会导致角膜水肿、干眼症。而Ⅰ型糖尿病引起的口腔干燥症、老年性口干症、头面部放疗后口干症，均与SS发病机制及临床表现相似。AQP5在类风湿关节炎（Rheumatoid arthritis，RA）小鼠中明显表达上调，并与 CD90、CD44在小鼠骨髓间充质干细胞膜上共表达[12]，这说明AQP5与RA的发病机制也有一定关系。在呼吸系统、温燥条件下和肺炎支原体（mycoplasma pneumoniae，MP）感染后均能引起肺部AQP5低表达[13]；在慢性阻塞性肺疾病大鼠模型中，AQP5在气道中的表达明显减少（P<0.01）[14]。刘春枝等[15]研究发现，新生儿呼吸窘迫综合征（respiratory distress syndrome of newborn，RDSN）患者的AQP5水平明显上调，且与病情严重程度、胎龄及预后呈一定相关性。中医药方面发现，参七化痰方、三仁汤、竹沥等均可通过调节AQP5表达水平，阻碍粘液高分泌，从而改善肺通气状态[14，16]；此外，AQP5与气道高反应相关，故与哮喘发病等也有一定关系。AQP5在皮肤系统主要表达于皮肤颗粒层角质细胞的细胞膜，对维持皮肤细胞间水稳态发挥重要影响。目前多项研究显示，AQP5失调与梅尼埃病、高血压病、糖尿病肾病、变异性鼻炎等的发病机制也具有一定相关性[17-19]。也有学者认为，AQP5可能还参与了近排卵期卵巢囊内液体动态平衡。另有研究显示，AQP5在乳腺癌、胃癌、肝癌、肺癌、宫颈癌、结直肠癌等人类多种肿瘤中过表达，由此证明AQP5的主要功能有调节肿瘤细胞的迁移、增殖和凋亡，与淋巴转移及预后不良也具有一定相关性[20-22]。

3 AQP5在SS发病中的作用

3.1干燥综合征概况

干燥综合征是一种主要侵犯泪腺、唾液腺等外分泌腺体的炎症性自身免疫性疾病，具有高度淋巴细胞浸润，腺体细胞受损的特征。属中医“燥证”“燥痹”范畴。中医认为，燥痹虽以阴虚津亏为本，然而津液输布障碍亦是关键。调控AQP5正是符合中医疏通布津通道之法，旨在促进津液输布通达，得以濡养四肢百骸及皮肤、官窍。临床研究已发现，SS患者泪液中AQP5的表达量较健康人群明显升高，目前认为是慢性淋巴细胞浸润和破坏导致泪腺腺泡细胞受损、AQP5漏入泪液中导致。同时AQP5表达量的减少，可引起唾液流量减少、粘稠度增加，导致分泌异常。结合AQP5的结构功能特性，不难得出AQP5与SS发病具有高度相关性。

西医治疗方面，干燥综合征目前尚无根治方法。一方面主要是人工唾液、泪液的替代治疗，可对症缓解口眼干燥症状，或者用毒蕈碱胆碱能受体（muscarinic receptors）激动剂，刺激外分泌腺分泌；另一方面，SS患者应及时给予系统治疗，包括以下几点：①免疫抑制和免疫调节治疗：羟氯喹（hydroxychloroquine,HCQ）200～400mg·d-1［6～7mg·（kg·d）-1］常作为初始治疗，其他有甲氨蝶呤（methotrexate，MTX）7.5～15 mg·w-1［2～3mg·（kg·w）-1］，环磷酰胺（CTX）50～150 mg·d-1或 0.5～1 g·（m2·4w）-1，来氟米特（leflunomid，LEF）10～20 mg·d-1，硫唑嘌呤（azathioprine，AZA）50～100 mg·d-1［1～2 mg·（kg·d）-1］，环孢素 A（cyclosporinA，CsA）2.5～5 mg·（kg·d）-1，吗替麦考酚酯（mycophenolate mofetil，MMF）0.75～2 g·d-1。 ②糖皮质激素治疗：根据病情决定用量，泼尼松10～60 mg·d-1，必要时甚至需要糖皮质激素冲击治疗。③生物制剂：目前有抗CD20单克隆抗体（利妥昔单抗，rituximab）、抗CD22单克隆抗体（依帕珠单抗，epratuzumab）等治疗活动性SS有一定临床疗效。④其他：非甾体抗炎药（NSAIDs），如洛索洛芬钠片、双氯芬酸、塞来昔布和美洛昔康等。

3.2AQP5与SS的关系

有关学说认为，AQP5的亚细胞分布及转运异常可能是SS发病的的重要机制之一。在炎症浸润的NOD小鼠颌下腺腺泡中，AQP5在其顶质膜表达减少而在基底膜表达增加。Konttinen YT等[23]发现，AQP5在SS模型小鼠的涎腺上皮表达减少或消失，在肌上皮表达增强。此后在pSS患者中也验证了上述结果。且目前已有临床试验[24]发现，在抗肿瘤坏死因子-α（TNF-α）抗体（infliximab）治疗 pSS 前后，AQP5 的分布由腺泡细胞表面的腔面、基底侧面集中转移至腔面，并据此推测恢复AQP5在腔面的适当分布，可以增加无刺激状态下SS患者的唾液流率。通常认为，AQP5主要是在涎腺腺泡细胞的顶质膜上定位，而目前已发现，在SS患者及小鼠模型的涎腺中，AQP5在顶质膜上分布减少，而在基底膜上增加，借此AQP5调节水分子重新分布功能发挥作用，这说明AQP5在SS的水转运及腺体分泌过程中，至少在刺激唾液分泌中有重要生理特性。而自身IgG抗体及其介导的抑制作用、体内渗透压、cAMP、PKA等因素都已被证实参与了AQP5以上调控过程。总之，AQP5的缺失、异常分布或转运对SS患者的水液代谢和腺体分泌过程都有重大影响。另外，免疫斑点实验证明，AQP5在分泌粘液的颌下腺及舌下腺的表达远较单纯分泌浆液的腮腺丰富。据此又推测，AQP5从本质上有粘液水合作用及溶解作用，而不是液体的分泌作用，但此观点仍需进一步研究证实。

目前众多研究已发现，AQP5及其相关信号通路在SS中可能发挥重要作用。从动物实验中发现，在SS动物模型中NF-κB表达增加，进而激活炎症反应，引起血清中相关炎症因子 TNF-α、IL-6、IL-10、IL-1β 和 IFN-γ 等的增加，可加剧SS小鼠腺体细胞的损害[25，26]。而 NF-κB是 AQP5的上游启动序列之一，在原发性干燥综合征 （Primary Sjogren's syndrome，pSS）的患者中，唇腺、涎腺细胞中的 TLR4和 MyD88较正常人群呈高表达状态。浸润性单核细胞、腺泡细胞和导管上皮细胞中也同样发现了TLR4和MyD88的表达。故不难得出结论：TLR4/MyD88/NF-κB/AQP5信号通路与 AQP5高度相关，并与SS的发病具有一定相关性。近年来亦有研究表明，AQP5及其相关信号通路对颌下腺炎症具有明显调节作用。据临床观察，放疗后患者唾液腺损伤导致的口干症与SS临床表现大致相仿，而AQP5的低表达与SS发病密切相关。李莹[27]已证实了因γ射线辐射引起的AQP5表达降低，从而致使SS的分子机制：在电离辐射致伤人颌下腺（human submandibular gland，HSG）的细胞中，MBD2可以促进AQP5的表达。AQP5的结构特征决定了一旦AQP5表达量减少、缺失及分布异常都可使水转运失代偿，腺体分泌减少，从而出现口干眼干等症状。故MBD2/AQP5信号通路可能在SS患者颌下腺的水分子跨膜转运及腺体分泌过程中发挥重要作用。赵红玉等[10]在蛋白印迹实验中检测到SS模型小鼠颌下腺细胞中NF-κB、p38、c-Jun三种蛋白明显高表达，同时AQP5低表达， 而且三者分别是 TNF-α/TNFR/IKK/NF-κB、MKK/p38/c-Fos、TRAF6/JNK/c-Jun信号通路发挥作用的关键蛋白，故提示以上三条信号通路可能通过抑制AQP5表达参与了SS的发病机制。同时该作者证实，增液汤对这三种关键蛋白均有抑制作用，进一步提示增液汤可能通过调控这三条信号转导通路，上调AQP5的表达，从而抑制炎症及免疫反应，达到治疗干燥综合征的目的。研究也发现，IL-1、IL-6、TNF-α、脂多糖（LPS）等都可激活JNK通路；另外，毒蕈碱M受体、肾上腺素受体介导的作用途径等也均可促进AQP5表达，改善SS患者唾液分泌[28]。故不难得出结论：通过调控AQP5及其相关信号通路来治疗SS，是目前及未来的重点研究方向。

3.3 AQP5与SS的相关中医药研究现状

既往动物实验显示，麦冬多糖可有效降低颌下腺淋巴细胞浸润度，上调颌下腺AQP5和VIP mRNA的表达，即麦冬多糖对NOD小鼠颌下腺具有保护作用[29]。复方制剂津血源颗粒长期研究的结果提示，其可明显调高SS模型鼠唾液腺细胞膜AQP5蛋白的表达，且使其分布均匀[30]；进一步研究后认为，津血源增加唾液分泌（养阴生津作用）的机制可能是通过毒蕈碱M受体（尤其是M3受体）、肾上腺素受体介导的作用途径，增加唾液腺细胞膜AQP5的表达，从而促进唾液分泌。中医清燥布津法有明显抑制腺体破坏、改善唾液分泌功能的作用，其作用机制可能与抑制免疫炎症、促进AQP-5在小鼠颁下腺的表达有关[31]。李碧霞[32]发现，利用乌梅喷雾剂干预2周后，能使大鼠颌下腺AQP5基因明显过表达，促进水跨膜运动。铁皮石斛可通过调节SS患者TNF-α、IL-1β和AQP5mRNA的表达，从而改善腺体的淋巴浸润状态，因而对SS具有治疗作用[33]。白芍总苷可通过上调AQP5及其mRNA的表达，改善NOD小鼠颌下腺的病理损害[34]。甘皂颗粒可通过上调AQP5的表达，降低细胞内Ca2+离子的浓度，抑制SS模型大鼠过度增强的免疫反应，减少颌下腺中淋巴细胞浸润，缓解炎症因子浸润，改善唾液腺分泌功能，从而缓解SS口腔干燥的症状[35]。李晓萌等[36]实验，利用AQP5荧光素酶基因启动子筛选到的人参皂苷Rb1药物，证明对AQP5基因有上调作用，并利用动物模型证实Rb1通过促进SS鼠唾液腺的分泌，减轻颌下腺炎症，上调颌下腺AQP5的蛋白表达，从而改善口腔干燥症状。结合动物实验[37]结果，PCR显示补骨脂盐炙后与补骨脂生品比较，AQP5mRNA表达明显升高（P<0.05），提示补骨脂盐炙后药物燥性有所缓解，可能与其对体内AQP的基因表达调控有关。

综上所述，AQP5在SS炎症发展、免疫调节、水分子转运及腺体分泌中发挥重要作用，调控AQP5可能是干燥综合征药物治疗作用的重要靶点，而上述中医药治疗SS已有成效，未来有很大研究开发空间，尚需临床及实验开发相关阻滞剂或基因替代疗法，这可能为许多与炎症、体液代谢有关的疾病提供治疗的新途径。而关于AQP5其上下游调控机制尚待进一步探讨和阐明。