水通道蛋白1与麻醉相关研究进展

田晓霞，李龙云，李 凯

(吉林大学中日联谊医院 麻醉科，吉林 长春130033)

水通道蛋白家族(AQPs)是一组对水有高度选择性的膜通道蛋白，它们在哺乳动物的组织和器官中广泛分布，至今已发现13种(AQP0-AQP12)，其中水通道蛋白1(AQP1)[1]是最早被发现且目前研究最深入的水通道。目前已发现许多麻醉药物对机体重要器官的保护作用与AQP相关，本文就其与AQP1的研究进展进行综述。

1 AQP1的发现

Agre等学者在1988年偶尔发现一种分子量约为28 kd的通道整合膜蛋白(CHIP28)，该蛋白在哺乳动物红细胞和肾近端小管中广泛分布[2]。为了明确这种通道蛋白的功能，他们在1992年进一步研究发现一种已知的水通道抑制剂氯化汞可逆地抑制其水渗透性，CHIP28就是后来被称为AQP1的水通道蛋白[1]。

2 AQP1的结构

AQP1在细胞膜上是由4个具有独立生物学活性的亚基构成的四聚体。每个亚基的基本结构都是6次跨膜且呈镜像对称的单肽链，其在细胞膜两侧形成5个襻环(A、C、E环在细胞外，B、D环在细胞内)。B环和E环呈显著疏水性，且包含AQPs的标志性重复序列，即天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸(NPA)。两个NPA序列从不同方向折叠嵌插入脂膜，形成选择性通过单个水分子的沙漏型孔道[3]。

影响水通道选择性的因素包括[4]:通道中点上方8Å处，孔径变窄为2.8Å(水分子直径)；在孔的最窄收缩处，保守残基(Arg-195)通过静电排斥作用阻止阳离子(包括H3O+)通过；“氢键分离机制”阻止质子渗透，两个短孔螺旋偶极矩产生的静电场将单水孔道中的水分子强制定向，同时水分子与NPA序列的两个天冬酰胺残基形成氢键后，无法继续形成氢键。综上所述，AQP1的晶体学和动态结构促成了其对水分子的高效运输，即每个亚单位(2～3)×109/s。根据主要结构，AQPs分为3个亚家族，即水选择性通道、水甘油通道、超级通道蛋白[5]。 AQP1与AQP0，AQP2，AQP4，AQP5，AQP6和AQP8同属水选择性通道亚家族。

3 AQP1与肺

在呼吸系统中，AQP1与胸腔内高渗液体转运，哮喘以及肺损伤[6]有关，还可促进缺氧条件下肺动脉平滑肌细胞的增殖和迁移[7]。单肺通气是胸科手术麻醉中的一项重要技术，术中在维持气道通畅的同时可以避免患侧肺分泌物及血液流入健侧肺叶，保证术野的清晰。但这种非生理性的通气方式会导致肺通气血流比例失调，引发非通气侧肺水肿。近年来有学者在术者单肺通气前给予七氟烷[8]，右美托咪定[9]或乌司他丁[10]术中维持后，发现肺组织AQP1表达升高，同时单肺通气所致的肺损伤及肺氧合也有所改善。大鼠机械通气时潮气量的变化也会影响大鼠肺AQP1的表达，高潮气量时表达降低，反之表达升高[11,12]。在脂多糖诱导的急性肺损伤中，高压氧(HBO)[13]、右美托咪定[14]也可通过增加AQP1的表达促进肺间质水肿液的吸收减轻水肿。 据报道，富含氢的盐水(HRS)对脓毒症相关的肺损伤具有保护作用。HRS治疗可下调AQP1的表达，并抑制LPS诱导的P38MAPK通路的激活[15]。AQP1还可通过p38-MAPK途径增强肝肺综合征(HPS)大鼠的肺动脉平滑肌细胞(PASMC)迁移[16]。有学者发现AQP1在脂肪栓塞综合征(FES)诱发的肺水肿病理过程中起重要作用，游离脂肪酸(FFA)混合物在肺微血管内皮细胞(PMVECs)中，以剂量和时间依赖性增加AQP1的mRNA和蛋白质水平。此外，p38 MAPK途径可能参与了PMFEC中FFA诱导的AQP1上调[17]。综上AQP1可作为治疗肺损伤的新治疗靶点。

4 AQP1与肾脏

AQP1主要表达于肾近端小管和亨氏袢降支细段(TDLH)的顶质膜、基底外侧膜及下行的直小血管。体外实验表明，该蛋白缺失使近端小管及亨氏袢降支细段的水渗透性和液体重吸收功能障碍，进而导致逆流倍增系统受到破坏[18]。肾移植、心血管大手术及术中不可控的低血压，大失血等都会严重影响肾脏功能，因此麻醉过程中肾脏缺血再灌注损伤的防治就非常关键。Asvapromtada等在大鼠单双侧肾缺血再灌注诱导的急性肾损伤(AKI)模型中发现尿液AQP1外泌体释放减少[19]。同时在脂多糖诱导的AKI中，AQP1可通过抑制p38MAPK信号通路活化来减弱巨噬细胞介导的炎症反应,该通路的药理学靶向可以为AKI提供新的治疗方法[20]。以往研究发现七氟醚预处理可上调肾脏缺血再灌注损伤后AQP2的表达，对肾脏有一定的保护作用[21]，而七氟醚对于肾脏的保护作用是否与AQP1的表达有关尚需进一步研究。

5 AQP1与神经系统

AQP1在中枢神经系统内主要分布于脉络丛上皮细胞顶膜、脑脊髓白质和星形胶质细胞，对脑脊液的形成发挥关键作用，并参与了神经系统的很多病理过程[22]。对于开颅手术的病人，在麻醉过程中血压控制不稳定，过敏，缺氧，补液过多等多种因素都会导致脑水肿进一步加重。Chen等在大鼠创伤性脑损伤(TBI)模型中发现，早期腹腔注射富氢水能够减轻AQP1mRNA和蛋白质上调的程度，减轻脑水肿并实现其保护作用[23]。脊髓缺血再灌注损伤常见于需要阻断腹主动脉、腰动脉等血管外科及脊柱手术等,脊髓水肿是脊髓缺血再灌注(IR)损伤后的严重并发症，Li等筛选得出在脊髓IR后miR-320a可通过负调节血液-脊髓屏障(BSCB)的AQP1直接和功能性地影响脊髓水肿[24]。

在周围神经系统中，AQP1是背根神经节(DRG)轴突再生的新决定因素，可能是加速神经元再生的潜在治疗靶标[25]。在背根神经节和脊髓中显着观察到坐骨神经损伤后AQP1表达增加与时间有关。而在坐骨神经损伤后48 h，这种急剧增加并不明显[26]。大量研究已证实其与外周痛觉有关，相关抑制剂也有望成为在突触前脊髓水平实现镇痛的新靶点。目前仍需更多研究以确定其在外周疼痛感知中的作用[18]。

6 AQP1与循环系统

AQP1在人类循环系统中，主要分布在血管，淋巴管内皮细胞，血管平滑肌细胞及心肌细胞[27]，对心血管系统有一定的保护作用。在缺乏AQP1的小鼠中，AngⅡ所诱导的动脉粥样硬化模型的病变进展加速[28]。在体外循环(CPB)过程中，主动脉阻塞、心脏骤停和复苏会引起心肌缺血、缺氧和再灌注损伤，严重影响心功能和术后恢复。临床研究表明，在人心脏直视手术中心脏停搏和再灌注后左心室AQP1mRNA表达降低[29]。学者Song等发现富氢溶液(HRS)治疗可抑制CPB治疗后AQP1的表达，并通过PI3K/Akt信号通路保护心肌细胞，减轻CPB诱导的心肌损伤[30]。AQP1抑制剂可能代表心肌缺血和损伤情况下心脏功能调节的新治疗靶点。

7 小结与展望

AQP1参与了许多水运输相关性疾病，对其分子结构，功能特征，生理作用和临床意义等方面的研究已取得了一定成果，相关抑制剂的研究也有很大进展。AQP1在疼痛信号传导，疼痛治疗方面将有很好的研究前景，但AQP1保护作用相关的p38MAPK通路是否与其他的AQP有关？如何针对性的选择最佳麻醉方式？其在麻醉药对机体保护作用的具体机制上仍有待进一步深入探索。未来研发以其为靶点的药物并应用于临床，有望成为未来的研究方向。