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4、编辑雷培香） 综述 水通道蛋白亚型在耳鼻咽喉科学的研究进展 唐鸿1综述魏莲枝1张成永2审校 【中图分类号】 R339.16【文献标识码】 A 【文章编号】 1006 - 7299 （2006） 03 - 0231 - 02 水输送是生命必须的活动， 为完成机体动态的水输送， 生物体内必须具有特殊的水输送装置。1988 年 Agre 等 1， 2 在研究红细胞膜分离纯化 Rh 多肽时发现了一个 28 kD 的疏 水性跨膜蛋白， 称为形成通道的整合膜蛋白 28 （channel form- ing integral membrane protein， CHIP28） 。1991 年 Agre 完成
5、大鼠 cDNA 克隆， 并于次年成功地转染非洲蟾卵母细胞， 显示了其 选择性水通透的功能， 后来证实这就是水通道蛋白 （aquapor- in， Aqp） ， 称为 Aqp - 1。随后， 一大群水通道蛋白家族成员被 发现， 在哺乳类动物身上发现至少有 10 个， 即 Aqp - 0 9。 目前认为 Aqp 在机体内分布广泛： Aqp - 0、 Aqp - 1、 Aqp - 2、 Aqp- 4、 Aqp - 5 和 Aqp - 8 只对水有高度选择性； Aqp - 3、 Aqp - 7、 Aqp - 9 对水和其它小分子溶质均有通透性； 而 Aqp - 6 等还可允许离子通过。 1水通道蛋白亚
6、型在耳部的分布及作用 耳是管理听觉及平衡觉的外周器官， 中耳腔是一个含气 空腔， 主要功能是将外耳道空气中的声能传递到耳蜗的淋巴 液， 使声音传播至内耳。内耳则有听觉和平衡觉的感受装 置。水和电解质的内环境失衡被认为是引起内耳疾病的原 因， 通过研究水通道蛋白是否在中耳和内耳表达， 检测内耳 水的内环境稳定机制得出： 只有维持内淋巴的内环境稳定， 才能保证内耳的听觉和平衡功能， 因此对内耳水稳态起着关 键作用的一组蛋白是水通道蛋白。 1.1Aqp 在血迷路屏障中的表达和作用 血迷路屏障是内耳水的内环境稳定的基础， 研究显示水 通道蛋白家族在中耳表达以维持血迷路屏障正常运行。反 转录调控多聚酶链
7、反应和免疫印迹分析显示 mRNAs 编码的 Aqp - 1、 4 和 5 表达于小鼠中耳的上皮组织， 而 2、 3 亚型没有 表达。Aqp - 4 单独位于纤毛细胞的基底膜， Aqp - 5 则位于 1重庆医科大学附属第一医院耳鼻咽喉科 （重庆400016） ； 2 重庆市第三人民医院耳鼻咽喉 - 头颈外科 纤毛细胞和扁平、 柱状上皮细胞表面的顶端。中耳内 Aqp - 1、 4 和 5 亚型不同特征性的定位表明中耳的水内环境稳定以 及血迷路屏障的维持要求这些 Aqp 亚型的共同协调作用 3。 1.2Aqp 在维持内淋巴稳态中的作用 内耳腔运用免疫组织化学分析显示 Aqp - 1 在豚鼠耳蜗 基
8、底膜的间质细胞中表达最多， 在紧靠骨部的螺旋神经节内 的纤维细胞上也有表达。Aqp - 3 在螺旋缘、 前庭唇和内外 螺旋沟表面的表达最强， 其次在基底膜嵴与螺旋韧带连接 处， 且呈扇形反应， 越向表面反应越强， 此外在前庭膜、 内淋 巴囊、 内淋巴管、 内耳血管壁、 椭圆囊和球囊、 基底膜鼓阶侧， 壶腹部嵴的中央部表达亦较强 4， 5。运用免疫组织化学和反 转录 PCR 筛选法及蛋白质印迹法， 均发现 Aqp - 2 在早期小 鼠胚胎的听泡及耳蜗管中有广泛的表达， 在成年鼠内淋巴管 的结构边缘、 螺旋器、 前庭膜、 内外螺旋沟细胞以及螺旋缘都 有表达。上述结果表明 Aqp - 2 和 Aqp
9、 - 3 在小鼠发育过程 中维持内淋巴环境稳定起重要作用。Mhatre 等 4对 12 例梅 尼埃病个体进行 Aqp - 2 的突变筛选， 未发现 Aqp - 2 的 4 个 编码外显子和其他内含子连接上的突变或是任何序列的改 变。Aqp - 2 水传输的生理作用和其在耳蜗内的表达方式说 明， Aqp - 2 在内耳液体稳态起着重要作用， 为梅尼埃病的发 病机制研究揭开了帷幕 6。免疫荧光分析结果显示 Aqp - 4 蛋白和 mRNA 集中分布在包括 Hensen 细胞和内沟细胞在内 的支持细胞、 前庭壶腹嵴的支持细胞， 毛细胞内却未发现。 对螺旋器的上皮细胞， Aqp - 4 可快速促进渗透
10、平衡， 可导致 机械 - 电信号转导中 K + 的大量出胞现象 7。通过反转录聚 合酶链反应对小鼠内耳 Aqp - 1 6 mRNA 以及内淋巴囊内 Aqp - 1、 3、 4、 5 和 6 进行标识后， 发现鼓室内类固醇药物注射 后呈剂量依赖方式上调了小鼠耳蜗内 Aqp - 1 mRNA， 得出小 鼠内耳水的稳态主要通过 Aqp - 1 调节。 1.3Aqp 维持听力的作用 通过将 4 5 周龄 CD1 遗传背景和 C57/bl6 遗传背景下 132 听力学及言语疾病杂志 2006 年第 14 卷第 3 期 的小鼠进行选择性 Aqp - 1、 Aqp - 4 基因敲除， 经免疫定位后 行听性
11、脑干反应阈值测定， 分别与野生型小鼠和 Aqp - 1、 Aqp - 3、 Aqp - 4、 Aqp - 5 基因敲除的转基因小鼠比较： CD1 背 景下 Aqp - 4 基因敲除小鼠听性脑干反应阈值显著增加了 12 dB， 而 Aqp - 1、 Aqp - 3、 Aqp - 5 基因敲除的小鼠却没有相似 的倾向性。C57/bl6 背景下， 所有 Aqp - 4 基因敲除小鼠均不 能诱发出听性脑干反应， 而在对照组野生型小鼠却能引出。 用 4 20 kHz 的脉冲声音刺激， CD1 遗传背景下的 Aqp - 4 基 因敲除小鼠能够引出听性脑干反应。该结论表明： Aqp - 4 对于听力起着重要
12、作用 8。同时免疫组织化学分析得出 Aqp - 5 分布在耳蜗导管的外侧壁细胞和外螺旋沟细胞以及 螺旋隆突部的细胞， 表达于耳蜗的顶回而不表达于底回， 前 庭神经上皮和支持细胞中亦无表达， 这说明 Aqp - 5 在低频 听力中起着重要作用 9， 10。 1.4Aqp 在不同物种耳蜗的表达差异 用免疫组织化学方法对沙鼠、 小鼠以及豚鼠这 3 种不同 种系啮齿动物的耳蜗进行 Aqp - 1 和 Aqp - 4 的定位， 发现豚 鼠耳蜗基底膜下的间质细胞和螺旋韧带内的 III 型纤维细胞 有明显的 Aqp - 1 免疫表达， 在螺旋韧带内的一些 IV 型纤维 细胞、 螺旋缘的纤维细胞和与骨迷路内的
13、外淋巴间隙的间充 质细胞也有表达； 相反， 在小鼠的耳蜗基底膜没有表达， 但前 庭膜的内侧部有着明确表达； 在沙鼠的耳蜗， 较之其它两种， Aqp - 1 免疫表达较弱。而 Aqp - 4 表达在三种鼠类耳蜗壶腹 嵴支持细胞 （Hensen 细胞、 Claudius 细胞、 内螺旋沟细胞） 和螺 旋缘一些间质细胞， 在豚鼠耳蜗顶回有弱表达， 相反在其它两 种鼠类耳蜗顶回没有表达。由此得到因物种差别而致啮齿动 物耳蜗内 Aqp - 1 和 Aqp - 4 蛋白的表达有所差异 11。 水通道蛋白在中耳和内耳以及物种间的特异性表达， 进一 步揭示了中耳及内耳作用的相关机制， 也提示了内淋巴囊的重 要
14、地位， 为上述的生理、 病理及病因的研究提供了一条新思路。 2水通道蛋白亚型在喉部的分布和作用 喉的主要功能是呼吸、 发声和吞咽。水通道蛋白对该部 位腺体的正常分泌具重要作用， 表达异常则导致相应疾病。 2.1Aqp 在喉部的分布 运用免疫组织化学、 原位杂交和免疫荧光法 12 14， 确定 Aqp - 5 在表层柱状上皮和黏膜下腺体的腺泡细胞有表达， 对喉部黏膜下腺体上皮转运水起着重要作用。Aqp - 4 在基 底膜的纤毛管和腺泡细胞有表达， Aqp - 3 在喉部假复层纤 毛上皮、 腺泡细胞有表达， 且表达于单层上皮细胞和复层上 皮细胞的基底部分， 从而得到 Aqp - 3 阳性表达的上皮
15、具有 共同特点： Aqp - 3 均分布在与外界相通并且可能有水丢失 的部位， 通过对这些上皮细胞上皮下一侧进行水转运而防御 上皮下的水份丢失 15， 16。 2.2Aqp 对喉部腺体分泌的调控作用 运用液体容量标记稀释法分别测定 Aqp - 5、 Aqp - 4 基 因敲除小鼠气管切开术前后对干燥空气的湿化能力， 结合腺 体分泌率、 分泌液总量和构成的差异分析， 推翻了小鼠鼻咽 部至喉部缺乏 Aqp - 5 和 Aqp - 4 的说法， 得出 Aqp - 5 基因 敲除小鼠液体分泌率下降， 但分泌液的蛋白总量和 Cl - 有增 加的结论。这表明有一套能通过跨相关非渗透性上皮屏障 的完整蛋白和
16、盐的分泌系统， 通过 Aqp - 5 促进黏膜下腺体 的分泌， 腺上皮细胞内膜能限制水的渗透运动 12。 但水通道蛋白各亚型在喉部良恶性病变的发病机制有 何重要意义， 喉部黏膜不同部位、 不同生理、 病理状态下分别 起何种作用及如何发挥作用等许多问题还有待进一步深入 研究证实。 3参考文献 1Agre P， Preston GM， Smith BL， et al. Aquaporin CHIP： the archetypal molecular water channel J .Am J Physiol， 1993， 265： F463. 2King LS，Agre P. Pathophysi
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