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水通道蛋白4在不同类型脑水肿中的表达及其作用

水通道蛋白4在不同类型脑水肿中的表达及其作用
水通道蛋白4在不同类型脑水肿中的表达及其作用

甘露醇与脑水肿 (4)

首先要知道颅内压由三个部分组成,一是脑组织,二是血液,三是脑脊液。 甘露醇脱的是细胞内的水,也就是脑组织的水,这样会减轻对出血点的压迫,引起继续或者再出血,所以活动出血期不能用甘露醇。 速尿脱的是血液里的水,也就是使血容量减少,同时也起到一定的降血压作用,继而减少脑脊液的生成,这样就达到了降颅内压的作用。 但是减少血容量和降血压会使缺血半暗带灌注不足,影响愈后,所以在过了活动出血期后,脱水仍以甘露醇为主。 甘露醇的药理机制和特点,及其副作用。 20%的甘露醇是六碳多元醇,其分子量为163是尿素的三倍,PH值为5-7。为高渗透压性脱水剂,无毒性,作用稳定。 甘露醇静脉注入机体后,血浆渗透压迅速提高主要分布在细胞外液,仅有一小部分(约为总量的3%)在肝脏内转化为糖元,绝大部分(97%)经肾小球迅速滤过,造成高渗透压,阻碍肾小管对水的再吸收;同时它能扩张肾小动脉,增加肾血流量,从而产生利尿作用。所以甘露醇对机体的血糖干扰不大对患有糖尿病的患者仍可应用。由于血浆渗透压迅速提高形成了血-脑脊液间的渗透压差,水分从脑组织及脑脊液中移向血循环,由肾脏排出。使细胞内外液量减少,从而达到减轻脑水肿、降低颅内压目的。甘露醇也可能具有减少脑脊液分泌和增加其再吸收,最终使脑脊液容量减少而降低颅内压。此外,甘露醇还是一种较强的自由基清除剂,能较快清除自由基连锁反应中毒性强、作用广泛的中介基团羟自由基,防止半暗区组织不可逆性损伤而减轻神经功能损害,降低血液粘稠度,改善循环,故近年已将甘露醇作为神经保护剂用于临床[。 甘露醇的降颅压作用,不仅是单纯的利尿,而且主要在于造成血液渗透压增高,使脑组织的水分吸入血液,从而减轻脑水肿、降低颅内压。 一般在静脉注射后20分钟内起作用,2-3小时降压作用达到高峰,可维持4-6小时。常用剂量为0.25-0.5克/kg.次成人一次用量。但多年的临床实践证明,甘露醇除了能引起低钾,诱发或加重心衰,血尿、肾功不全、肾功衰竭及过敏反应外还具有下列并发症: ⑴使脑水肿加重:甘露醇脱水降颅压有赖于BBB的完整性,甘露醇只能移除正常脑组织内的水分,而对病损的脑组织不仅没有脱水作用,而且由于血脑屏障破坏,甘露醇可通过破裂的血管进入病灶区脑组织内,造成病灶内脑水肿形成速度加快,程度加重。对于脑缺血患者,由于缺血区血管的通透性增强,甘露醇分子易由血管内进入缺血区细胞间隙,同时由于甘露醇不能够被代谢,过多的积聚导致逆向渗透,从而使缺血区水肿加重。临床动物试验也证实5次以前有降低脑压,减轻脑水肿作用。5-7次后水肿反而加重。 ⑵颅内压反跳明显:当血液内的甘露醇经肾脏迅速排出后血液渗透压明显降低从而使水分从血液内向脑组织内移动颅内压重新升高。 ⑶颅内再出血加重:以往的观点认为脑内出血是一个短暂的过程大约为30-40分钟,随着血凝块的出现而停止;但随着影象学的不断发展和CT、MRI应用于临床后发现,大约有38%的脑出血患者的血肿在发病后24小时内,尤其是在6小时内继续扩大其扩大范围是约为33%。除了与机体本身的因素外,主要与不恰当的使用甘露醇有关。甘露醇造成再出血

脂多糖对人肠微血管内皮细胞水通道蛋白1表达及功能的影响陈信浩

[6] Si ML,Zha S,Wu H,et al.miR-21-mediated tumor growth[J].Oncogene,2007,26(19):2799-2803. [7] AsanganiI A,Rasheed SA,Nikolova DA,et al.MicroRNA-21(mir-21)post-transcriptionally downregulates tumorsuppressor PDCD4and stimulates invasion and metastasis incolorectal cancer[J].Oncogene,2008,27(15):2128-2136.[8] Zhu S,Wu H,Wu F,et al.MicroRNA-21targets tumorsuppressor genes in invasion and metastasis[J].Cell Res,2008,18(3):350-359. [9] Meng F,Henson R,Wehbe-Janek H,et al.MicroRNA-21regulates expression of the PTEN tumor suppressor gene inhuman hepatocellular cancer[J].Gastroenterology,2007,133 (2):647-658. [10] Gabriely G,Wurdinger T,Kesari S,et al.MicroRNA-21promotes glioma invasion by targeting matrix metalloproteinase regulators[J].Mol Cell Biol,2008,28(17):5369-5380. [11] Selaru FM,Olaru AV,Kan T,et al.MicroRNA-21isoverexpressed in human cholangiocarcinoma and regulates programmed cell death 4and tissue inhibitor of metalloproteinase 3[J].Hepatology,2009,49(5):1595-1601. [12] 史春梅,陈玲,徐广峰,等.人miR-17-92cluster慢病毒载体构建及其在人脂肪细胞的表达验证[J].江苏医药,2012,38(6):624-627. (收稿日期:2012-06-11)(供稿编辑:单晓光) ·论著· 脂多糖对人肠微血管内皮细胞水通道 蛋白1表达及功能的影响 陈信浩 纪俊标 吕纯业 戴存才 【摘要】 目的 研究脂多糖(LPS)对人肠微血管内皮细胞(HIMEC)水通道蛋白(AQP)1表达及功能的影响。方法 40份HIMEC均分为A、B、C、D四组。A、B、C组分别经浓度为0.1、1、10mg/L的LPS作用;D组为对照组,只加培养基。各组细胞培养12h。Western blot法检测HIMEC AQP-1的表达;RT-PCR检测HIMEC AQP-1mRNA的表达;放射法测定HIMEC的摄水功能。结果 随着作用于HIMEC的LPS浓度增加,AQP-1蛋白及其mRNA表达和HIMEC的摄水功能均逐步减少(P<0.05)。结论 HIMEC AQP-1表达与LPS浓度呈负性相关。 【关键词】 细菌内毒素;内皮细胞;水通道蛋白1;脂多糖 【中图分类号】 R329 【文献标识码】 A 【文章编号】 0253-3685(2012)22-2649-03 Effects of lipopolysaccharide on aquaporin 1expression and function in human intestinal microvascularendothelial cell CHEN Xinhao,JI Junbiao,LV Chunye,et al.Department of General Surgery,FirstAffiliated Hospital,Nanjing Medical University,Nanjing 210029,CHINA 【Abstract】 Objective To study the effects of lipopolysaccharide(LPS)on aquaporin 1(AQP-1)expression and function in human intestinal microvascular endothelial cells(HIMEC).MethodsFourty pieces of HIMEC were equally randomized into 4groups of A(treated with LPS 0.1mg/L for12h),B(with LPS 1mg/L),C(with LPS 10mg/L)and D(blank control).The expressions of AQP-1protein and mRNA in HIMEC were detected by Western blot and RT-PCR,respectively.Water intakeof HIMEC was measured by radioactive method.Results As the concentration of LPS increased,theexpressions of AQP-1protein and mRNA in HIMEC were decreased(P<0.05).So did the ability ofwater intake of HIMEC(P<0.05).Conclusion AQP-1expression is negatively correlated to LPSconcentration. 【Key words】 Lipopolysaccharide;Human intestinal microvascular endothelial cell;Aquaporin 1;lipopolysaccharide [Jiangsu Med J,November 2012,38(22):2649-2651.] 基金项目:南京市科技计划项目(201201085);南京市青卫工程资助项目 作者单位:210029 江苏省,南京医科大学第一附属医院普通外科 (陈信浩、戴存才);南京医科大学附属江宁医院(陈信浩、纪俊标、吕纯业) 通讯作者:戴存才 E-mail:daicuncaidy@sina.com · 9 4 6 2 · 江苏医药2012年11月第38卷第22期 Jiangsu Med J,November 2012,Vol 38,No.22

水通道蛋白

水通道蛋白 水通道蛋白是介导水跨膜转运的一大 膜蛋白家族,分布于高等脊椎动物上皮细胞或内皮细胞。结构上由28-KDa 亚单位组成 四聚体,每个亚单位构成孔径约的水孔通道,在渗透压驱动下实现水双向跨膜转运【1】。目前11 种亚型已经在哺乳动物中被确定, 各种亚型的体内分布具有组织特异性,其中水通道蛋白-4 (Aquaporin 4,AQP4)以极化 形式集中分布于中枢神经系统脑毛细血管 周边的星形胶质细胞足突或室管膜细胞【2】。血脑屏障为脑内另一调控水平衡的复合体,由无窗孔的脑毛细血管内皮细胞及细胞间 紧密连接、基底膜、星形胶质细胞等组成,介于血液和中枢神经系统之间,限制血液中某些离子、大分子物质转移到脑实质,此屏障作用为维持CNS 内环境稳定、保障脑功能正常行使提供了重要保障。BBB 分化发育过程中脑毛细血管内皮细胞间紧密连接的形 成虽被认为是其成熟的标志,但BBB 生理功

能的实现有赖于各组成成分间的相互作用。近来对星形胶质细胞调控BBB 物质交换和 脑内水平衡方面的作用日益受到重视,并认为与AQP4 表达有关。 本文就AQP4 与血脑屏障发育及其完整性关系的研究进展作一综述。 分化发育过程中AQP4 的表达 目前由于对鸡胚视顶盖中血管及BBB 分化的研究已较完善,因此常被用于BBB 的研究模型。Nico 及其同事【3】采用免疫细胞化学、分子生物学技术研究了鸡胚视顶盖AQP4 在BBB 分化发育过程的动态表达。免疫电镜显示鸡胚视顶盖发育第9 d,BBB仅由不规则的内皮细胞组成,内皮细胞间紧密连接尚未形成,AQP4 未见表达。待发育至第14 d,Western blot 技术首次在约30 kDa 链附近检测出AQP4 的免疫活性,电镜下显示短的内皮细胞间紧密连接已形成,并串联构成BBB 的微血管,星形胶质细胞间断黏附于血管壁,AQP4 不连续地表达于血管周边,血管周围仍然存在小空隙。发育第20 d BBB 成熟,内皮细胞间紧密连接形成,BBB 微血管

水通道蛋白

水通道蛋白 水通道蛋白(Aquaporin),又名水孔蛋白,是一种位于细胞膜上的蛋白质(内在膜蛋白),在细胞膜上组成“孔道”,可控制水在细胞的进出,就像是“细胞的水泵”一样。 水通道是由约翰霍普金斯大学医学院的美国科学家彼得·阿格雷所发现,他与通过X射线晶体学技术确认钾离子通道结构的洛克斐勒大学霍华休斯医学研究中心的罗德里克·麦金农共同荣获了2003年诺贝尔化学奖。 水分子经过Aquaporin时会形成单一纵列,进入弯曲狭窄的通道内,内部的偶极力与极性会帮助水分子旋转,以适当角度穿越狭窄的通道,因此Aquaporin的蛋白构形为仅能使水分子通过之原因 水通道蛋白的发现 编辑 Agre等(1988)在分离纯化红细胞膜上的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-forming inte—gral membrane protein,CHIP28),1991年完成了其cDNA克隆(Verkman,2003)。但当时并不知道该蛋白的功能,在进行功能鉴定时,将体外转录合成的CHIP28 mDNA 注入非洲爪蟾的卵母细胞中,发现在低渗溶液中,卵母细胞迅速膨胀,并于5 min 内破裂。为进一步确定其功能,又将其构于蛋白磷脂体内,通过活化能及渗透系数的测定及后来的抑制剂敏感性等研究,证实其为水通道蛋白。从此确定了细胞膜上存在转运水的特异性通道蛋白,并称CHIP28为Aquaporinl(AQPl)。 水通道蛋白分类 编辑 AQP0 AQP0最初称之为主体内在蛋白(major intrinsic protein,MIP),在晶状体纤维中细胞中表达丰富,与晶状体的透明度有关.AQpo的突变可能导致晶状体水肿和白内障。小鼠缺乏AQPO将患先天性白内障[61]。 AQP1 AQP1是1988年发现的,开始将这种蛋白称为通道形成整合蛋白(CHIP),是人的红细胞膜的一 种主要蛋白。它可以使红细胞快速膨胀和收缩以适应细胞间渗透性的变化。AQP1蛋白也存在于

水通道蛋白4在中枢神经系统疾病中的研究进展

四综述四 通信作者:曹磊,E m a i l :C a o _L e i 1988@163.c o m 水通道蛋白4在中枢神经系统疾病中的研究进展 吝 娜1,曹 磊2 (1.石家庄心脑血管病医院神经内二科,河北石家庄050000;2.河北医科大学第三医院放射科,河北石家庄050051 ) 摘 要:水通道蛋白(a q u a p o r i n s ,A Q P s )是一跨膜蛋白家族,主要调节体内水的转运,A Q P 4是水通道蛋白家族成员,在中枢神经系统主要表达于星形胶质细胞终足三近年来,A Q P 4在多种神经系统疾病发生发展中的作用机制备受关注,通过深入研究A Q P 4在中枢神经系统疾病中的变化,有助于在分子层面阐明疾病的发生机制,从而为中枢神经系统疾病的诊疗提供新的思路和方法三 关键词:水通道蛋白质4;脑水肿;视神经脊髓炎;阿尔茨海默病;帕金森病;癫痫中图分类号:R 742 文献标志码:A 文章编号:1004-583X (2019)06-0567-05 d o i :10.3969/j .i s s n .1004-583X.2019.06.017 水通道蛋白(A Q P s )是一种膜转运蛋白,它可以转运水分子通过细胞膜,可根据渗透梯度促进双向 水转运三在哺乳动物中,已经有13个水通道蛋白 (A Q P 0-A Q P 12)被发现[1] 三A Q P 的相对分子质量约30000[2],其中A Q P 4是中枢神经系统A Q P s 家 族的主要成员,参与了多种神经系统疾病三 A Q P 4于1994年在同源克隆大鼠的肺组织中发 现三在结构上,A Q P 4存在8个膜嵌入域, 其中包括6个跨膜结构和面向胞质的氨基酸与羧基端三A Q P 4在所有表达的细胞中,主要表现为两种亚型,包括以选择性拼接产生的较长的M 1亚基型,其含有M e t -1位点翻译起始区,由323个氨基酸残基构成; 以及较短的M 23亚型,其含有M e t -23位点翻译起始区,由301个氨基酸残基构成[1] 三A Q P 4分子密集聚集形成正交粒子阵列(O A P s ),其大小取决于A Q P 4-m 1 与A Q P 4-m 23的比例,而A Q P 4-m 23则来稳定O A P 以及促进形成更宽的阵列[3] 三A Q P 4在侧脑室 和导水管的室管膜细胞二脉络丛上皮二软脑膜二下丘脑二视上核二海马齿状回和小脑浦肯野细胞均有显著表达,与神经兴奋二神经元兴奋后细胞外K +清除二细胞迁移和水运动等有关[ 1 ]三1 A Q P 4与脑水肿1.1 脑水肿 脑水肿的特征在于脑组织中水的净增加引发组织肿胀三在头骨的有限空间中脑组织体积的增加直接导致血液灌注减少,导致缺血事件和 颅内压增加[4 ]三目前脑水肿分为3类:细胞毒性脑 水肿,离子性脑水肿,血管源性脑水肿三细胞毒性脑水肿的特点为细胞内水分子聚集而不伴有血脑屏障 破坏三离子性脑水肿是内皮功能障碍的早期阶段,其仍保持血脑屏障的完整三血管源性脑水肿是离子性脑水肿之后内皮功能障碍的第二阶段,其伴有血脑屏障的破坏[ 3 ]三1.2 A Q P 4与脑水肿 尽管在各种脑部疾病中经常观察到脑水肿,但是目前仍然不完全了解水肿形成和消退的分子和细胞机制三虽然脑水肿定义很简单,但脑水肿形成的过程非常复杂,取决于脑部疾病 的类型二严重程度和大脑的发育阶段[5] ,作为位于星形胶质细胞上的水通道,A Q P 4可能在脑水肿过程中起到相关作用,然而,A Q P 4的作用在很大程度上取 决于损伤后的时间和大脑区域等[ 3 ]三在啮齿类动物卒中模型中,A Q P 4早期表达增加与离子性脑水肿和 星形胶质细胞肿胀相一致[ 3] 三在系统性低渗应激后,A Q P 4敲除小鼠显示大脑水摄取减少了31%[6] 三 在大脑中动脉(M C A O )短暂闭塞的卒中小鼠模型中,血管周围星形胶质细胞的A Q P 4表达迅速上调, 其中位于梗死核心和缺血半暗带中的A Q P 4在卒中后1小时达到峰值三但在更严重的卒中模型中没有 观察到A Q P 4表达的增加, 说明在严重缺血情况下,大脑在再灌注早期不能合成A Q P 4[3] 三A k d e m i r 等[7]对全脑缺血模型进行的研究显示,在全脑缺血 后第3天和第5天A Q P 4基因敲除小鼠脑脑含水量显著低于野生型小鼠三说明A Q P 4的表达促进了脑水肿的形成三此外,有研究表明,给予A Q P 4基因敲除大鼠脑内注入生理盐水可以导致颅内压显著升 高[8 ]三然后,增加的A Q P 4表达的时间分布与体内 水肿的消退相关三在大多数脑损伤模型研究中,在损伤发生48小时后检测到A Q P 4表达增加,同时发现A Q P 4表达增多的部位位于损伤部位附近血管周 四 765四‘临床荟萃“ 2019年6月20日第34卷第6期 C l i n i c a l F o c u s ,J u n e 20,2019,V o l 34,N o .6

水通道蛋白的发现及对人体的作用

水通道蛋白的发现及对人体的作用 刘彦成 (渭南师范学院环境与生命科学系陕西渭南 714000)摘要:水通道蛋白(aquaporin,AQP) 是一种对水专一的通道蛋白。具有介导水的跨膜转运和调节体内水代谢平衡的功能。水通道蛋白调节失控与水平衡紊乱等一系列疾病密切相关。 关键词:细胞膜;水通道蛋白(AQP);跨膜转运;疾病;调节 Abstract:The pass of water protein (aquaporin, AQP) is one kind of adding water single-minded channel protein.Has lies between leads the water the cross membrane transportation and the adjustment body domestic waters metabolism balance function.Pass of water protein adjustment out of control and level balance disorder and so on a series of disease close correlation. Key word:Cell membrane pass of water protein (AQP) cross membrane transportation disease adjusts 1 水通道蛋白的发现 1.1 细胞膜的运输方式 细胞是构成生物的基本单位,细胞与细胞之间则是通过细胞膜来沟通和实现基本的生命活动。细胞膜的主要成分为磷脂和蛋白质,其结构为磷脂双分子层,磷脂双分子层上有糖蛋白,糖蛋白所在一侧为细胞外侧。物质跨膜运输可分为自 图1 细胞膜的立体结构 由扩散(不需能量、载体),协助扩散(不需要能量、需载体),主动运输(要能量、需载体)三种。还有一些大分子物质是通过胞吞、胞吐方式通过细胞膜,它们需要能量、不要载体。另外还有一种很主要的方式就是通道蛋白。 1.2 生物膜水通道的发现【1】 长期以来对于水的运输方式研究者普遍认为主要有两种:即简单的扩散方式和借助离子通道通过磷脂双分子层。 近些年研究者发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高, 很难用简单扩散来解释。如将红细胞移入低渗溶液后,很快吸水膨胀而溶血,而水生动物的

水通道蛋白的基本结构与特异性通透机理

水通道蛋白的基本结构与特异性通透机理 王晶桑建利 (北京师范大学生命科学学院北京 100875) 摘要水通道蛋白是一个具有跨膜运输水分子功能的蛋白家族。从1988 年Agre 等发现水通道蛋白起,目前在不同物种中已经发现了200 余种水通道蛋白,其中存在哺乳动物体内的有13 种。概述了水通道蛋白的结构、组织特异性分布及特异性通透机理。 关键词水通道蛋白水分跨膜转运 水分子的跨膜转运对维持不同区域的液体平衡和内环境稳态非常重要。水分子作为一种不带电荷且半径极小的极性分子,很早被证实能通过自由扩散穿透脂质双分子层。在发现水通道蛋白以前,人们一直认为这是水分子透过质膜的唯一方式。但通过实验发现,红细胞和肾小管细胞中水的通透速率之快远非简单扩散强度所能提供的,因此猜测,质膜上可能存在某种通道介导水的转运。 1 水通道蛋白的发现 1988年,Agre 等从人类红细胞膜上纯化分离分子量为32×106的Rh 多肽时,偶然鉴定到一种新的分子量为28×106的整合膜蛋白,并且通过免疫印迹发现这类蛋白也存在于肾脏的近端肾小管中[1],把它称为类通道整合膜蛋白(channel-like integralmembrane protein, CHIP28)。随后,在1991 年Agre 和Preston 成功克隆得到了CHIP28 的cDNA,通过分析其编码的氨基酸序列,发现CHIP28 含有6个跨膜区域、2个N-糖基化位点、且N 端和C 端都位于膜的胞质一侧。另外,对比CHIP28 与早期从牛晶体纤维中克隆得到的主要内源性蛋白(major intrinsicprotein,MIP)的DNA 序列,发现二者具有高度同源性。由于很早以前就证实了MIP 家族的成员蛋白参与形成允许水和其他小分子通透的膜通道,因此,推测CHIP28 可能也具有类似功能[2]。1992 年,Preston 等通过在非洲爪蟾的卵母细胞中表达CHIP28,首次证实它是一种水通道蛋白。非洲爪蟾的卵母细胞对水具有极低的渗透性,当向其中显微注射体外转录的CHIP28 的RNA后,卵母细胞在低渗溶液中迅速膨胀,并于5 min内破裂。这一现象表明注射CHIP28 的RNA 后卵母细胞膜的水通透性有了明显提高。为了进一步确定CHIP28 的功能,将提纯的CHIP28 构建在蛋白磷脂体中,构建后的蛋白磷脂体对水的通透性增长了50 倍,但对尿素却不具备通透性[3]。这些结果最终证实了CHIP28 为水通道蛋白,后来它被命名为水通道蛋白-1(aquaporin-1,AQP1)。水通道蛋白的发现,开辟了一个崭新的领域。随着更多亚型的发现,水通道蛋白相关研究成为了膜转运方向的研究热点,Agre 也因其对水通道蛋白做出的突出贡献而获得2003 年诺贝尔化学奖。 2 水通道蛋白的分子结构 水通道蛋白分布广泛,目前已在哺乳动物、两栖类、植物、酵母、细菌以及各种各样的有机体中发现水通道蛋白的存在。水通道蛋白是一类高度保守的疏水小分子膜整合蛋白,各种亚型之间蛋白序列及三维结构非常相似。哺乳动物水通道蛋白的分子大小在26×106~34×106之间,氨基酸序列同源性为19%~52%[4]。因水通道蛋白的三维结构相似,一般以AQP1的结构作为代表。AQP1 是一条由269 个氨基酸残基构成的单肽链,对比AQP1 分子前后半段的氨基酸序列,发现2 段序列具有相关性,推测AQP1在进化上可能是通过基因复制而来。单肽链

水通道蛋白1在哺乳动物体内的分布及功能_蔡倩倩

解剖科学进展 Progress of Anatomical Sciences 2012 Sep,18(5):469~472 水通道蛋白1在哺乳动物体内的分布及功能 *蔡倩倩,高俊英,谭美芸,肖 明 (南京医科大学人体解剖学系,江苏 南京 210029) 【摘要】 水通道蛋白1(aquaporins1,AQP1)是参与水分子跨膜转运的重要膜通道蛋白家族成员之一,广泛分布于各组织中,在机体物质代谢和水平衡中起着重要的作用。本文就AQP1在哺乳动物各组织中的表达和分布及其参与脑脊液的产生、细胞生物学特性的调节和感觉传导等方面相关功能的研究现况和进展作一综述。 【中图分类号】 Q 469 【文献标识码】 A 【文章编号】 1006-2947(2012)05-0469-04 【收稿日期】 2011-12-05 【基金项目】国家自然科学基金资助项目 ( Ky1010121091111127 )*通讯作者(To whom correspondence should be addressed) Distribution and function of aquaporin 1 in the mammalian body *CAI Qian-qian, GAO Jun-ying , TAN Mei-yun, XIAO Ming ( Department of Anatomy, Nanjing Medical University, Nanjing 210029, China ) 【Abstract】 Aquaporin1 (AQP1), one of the most important water-transport membrane channel protein family members, is extensively distributed in various tissue and contributes to the maintenance of metabolism and water balance. In this review, we summarized the localization and expression of AQP1 in different tissues in the mammalian body and recent progress of its role in the cerebrospinal fluid production, cellular biological characteristic modulation and sensory transduction. Agre研究小组(1988)在分离红细胞膜、纯化RT-PCR、原位杂交,组织化学、免疫电镜、Rh多肽时发现了一个28kDa的疏水性跨膜蛋白,并Western blot等方法的研究从基因和蛋白水平证实于1991年完成了对该蛋白的cDNA克隆,分析得出其AQP1在哺乳动物体内的分布。结果表明AQP1广泛是由269个氨基酸组成的多肽序列,他们将之命名为分布于直接参与液体平衡调节的组织和细胞,如肾[1,2]单位的近端小管和髓袢降支细段上皮细胞的顶质CHIP28(28kDa的通道样整合膜蛋白)。由于其在膜、红细胞膜、肺泡上皮细胞、毛细血管内皮细红细胞膜表面的表达量较高,而红细胞对水分子有胞、肝胆管、胆囊、睫状体和晶状体上皮以及角膜高度通透性,因而推测该蛋白可能参与水分子的跨内皮细胞的顶侧和基底侧膜以及脉络丛上皮细胞的膜转运。为此,他们将非洲爪蟾的卵母细胞转染[4, 5]CHIP28 RNA后发现其对水的通透性增加,从而证实顶膜。不仅如此,在神经组织中也发现了AQP1的[3]表达与分布。如鼠类的三叉神经节、背根神经节中CHIP28参与水分子的跨膜转运。1997年国际基因组[6]将这种蛋白正式命名为水通道蛋白1(aquaporin 1, 部分初级感觉神经元;人类的脑内星形胶质细胞除[7]AQP1)。Arge也因此获得2003年的诺贝尔化学奖。了表达AQP1 外,也表达AQP4。人类内脏神经丛内[8]的胶质细胞和坐骨神经轴突亦表达AQP1。1 AQP1在组织中的表达与分布 2 AQP1在脑脊液的产生过程中起重要作用 AQP1作为第一个被发现的水通道蛋白,在机体多种组织细胞上均有表达,在与体液产生和循环密大量的研究表明AQP1在脑脉络丛上皮细胞上特切相关的上皮细胞与内皮细胞中含量尤其丰富,在异性分布,并参与脑脊液的产生和循环过程。来自[9]水转运和平衡方面起重要作用。一系列基于免疫、 Oshio等的研究表明AQP1基因敲除小鼠脑脊液的生成较野生型小鼠有所减少,减少量为20%-25%。这一数据表明,脉络丛参与60%-80%脑脊液的生成,脉络丛外的脑实质细胞辅助这一过程,当前者结构

水通道蛋白相关疾病阅读材料

四.水通道蛋白相关疾病 当水通道蛋白的调节出现紊乱的时候,则可能引起多种疾病。 (一)肾脏水通道蛋白和相关疾病 研究表明,水通道蛋白基因突变将引起尿崩症(diabetesinsipidus,DI)。尿崩症广义上讲是指多饮、低比重尿和低渗尿为特征的一组综合征。目前报道的多数遗传性肾性尿崩症病例是以X连锁方式遗传的,由编码V2 受体的基因突变引起,另外的病例则是由于编码AQP2基因的突变引起,以常染色体显性或隐性方式遗传[11]。 (二)肺部水通道蛋白和相关疾病 肺水通道蛋白的异常与肺疾病的关系已有诸多实验报道。AQP可能参与肺水肿的发病机制。在各种肺损伤中,存在着大量的水的异常跨膜转运及在肺组织中的异常聚集等情况,这些情况均可能与水通道蛋白有关。在小鼠病毒性肺炎模型中,发现AQP1和AQP5在鼠肺中的表达降低,这说明肺水在肺间质中聚集的重要原因就是水通道蛋白的减少,导致水不能及时排出而出现水肿。 哮喘发作时,水分子运动在气道阻塞中起重要作用,特别在冷哮喘或运动哮喘时, 上皮黏膜下血管(含AQP1) 、气管及支气管(含AQP3 和AQP4) 的肿胀是形成气道阻塞的重要原因[1]。从而说明了水通道蛋白和哮喘的发生也有密切关系。 (三)水通道蛋白及癌症 水通道蛋白在肿瘤组织的表达及其与肿瘤细胞转移的关系可能将会是今后研究的热门。 多年研究表明,为满足快速增殖、分裂和侵袭转移的需要,肿瘤细胞内一系列酶的活性和表达会发生改变,细胞基本结构成分如蛋白质、脂类和核酸的合成加强。癌细胞的所有生命活动都离不开水的微环境和参与,癌细胞比正常细胞更需要水分子的快速跨膜转运。

目前的研究表明,部分AQPs在肿瘤组织中表达明显增高或降低。在脑胶质瘤中水通道蛋白的表达明显增多,脑胶质瘤多伴有脑水肿的发生。经证实,AQP 1和AQP4在脑胶质瘤中的表达明显高于正常组织,且在星型细胞的表达量与恶性程度有直接关系[8]。 AQPs同时还可能促进肿瘤血管增生,增强肿瘤血管渗透性,在肿瘤的生长和扩散、侵袭和转移中有重要作用。多数肿瘤有很高的组织间隙液体压力,其新生血管对血浆蛋白及其他循环体系中的高分子物质具有很高的通透性。目前认为这种不正常的通透性是因为许多肿瘤细胞分泌的血管渗透性因子(vascular pe rmeability factor,VPF)和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)。 目前已知AQP1表达于红细胞膜上,毛细血管内皮细胞,人大、小动脉以及动脉粥样硬化斑的血管平滑肌细胞上。AQP1基因敲除小鼠表明AQP1提供了一定数量的水通路的排出,引起水通过毛细血管内皮细胞的渗透性升高。AQP1通路代表了微血管壁整个通过细胞间的10%~45%的液体渗透性,因此认为AQP1可能与血管渗透性有很大关系。 同时还发现应用AQP抑制剂可以部分抑制肿瘤侵袭和转移。肿瘤侵袭和转移是一个高度选择性的过程,其依赖于肿瘤特性和它们周围独特的微环境之间的复杂反应。据报道恶性肿瘤细胞外环境的酸化可以提高肿瘤的侵袭性,在正常组织,酸性产物可以被碳酸酐酶催化,碳酸酐酶在肿瘤生长和转移中有重要作用,某些碳酸酐酶在特定的肿瘤上有过量表达。大部分肿瘤的高血管渗透性和高组织间隙渗透压可能是由于肿瘤微环境的酸化,以及广泛分布于肿瘤上的水通道蛋白的活性引起。AQP1是唯一表达于肾脏近曲小管上皮细胞的水通道,对尿液的浓缩和稀释过程起重要作用。碳酸酐酶抑制剂是一类作用于肾脏近曲小管的利尿剂,如乙酰唑胺,其作用位点与AQP1的组织分布一致,体外实验表明可以抑制肿瘤细胞的侵袭能力。荷瘤小鼠癌组织中AQP1的蛋白水平显著高于正常组织,用乙酰唑胺治疗后,AQP1表达明显降低,显著抑制肿瘤转移。因此认为乙酰唑胺抑制肿瘤转移的作用是因为下调了AQP1的表达。以上理论为我们提供了一种全新的思路,或许可以开发应用水通道蛋白抑制剂来治疗肿瘤。[8]

水通道蛋白综述与展望

水通道蛋白水通道- 从原子结构到临床医学 生物膜的透水性在生理学上是一个长期存在的问题,但负责此类蛋白质的蛋白质仍然未知,直到发现水通道蛋白1(AQP1)水通道蛋白。AQP1由渗透梯度驱动的水选择性渗透。人类AQP1的原子结构最近被定义。四聚体的每个亚基含有允许水分子单文件通过但中断氢键通过质子所需的单独水孔。已经鉴定了至少10种哺乳动物水通道蛋白,并且它们被水(水通道蛋白)或水加甘油(水甘油聚糖)选择性渗透。表达位点与临床表型密切相关,从先天性白内障到肾源性尿崩症。在植物,微生物,无脊椎动物和脊椎动物中发现超过200个水通道蛋白家族成员,并且它们对这些生物体的生理学的重要性正在被揭开。 在20世纪20年代发现脂质双层提供了当沐浴在较低或较高pH或含有毒性浓度的Ca2 +或其他溶质的细胞外液中时细胞如何维持其最佳细胞内环境的解释。从1950年代开始发现离子通道,交换剂和共转运体为溶质的跨膜运动提供了分子解释。然而,长期以来,假定水的输送是由于通过脂质双层的简单扩散。来自具有高膜渗透性的多个实验系统的观察,例如两栖膀胱和哺乳动物红细胞,表明通过脂质双层的扩散不是水跨越膜的唯一途径。虽然提出了各种解释,但直到10年前发现AQP1才能知道分子水- 特异性转运蛋白(Preston等,1999)。

现在人们普遍同意扩散和通道介导的水分运动都存在。通过所有生物膜以相对较低的速度发生扩散。水通道蛋白水通道发现于上皮细胞的一部分10至100倍的水渗透能力。值得注意的是,水通道蛋白水通道的选择性非常高,甚至质子(H3O +)被排斥。在大多数组织中,扩散是双向的,因为水进入细胞并从细胞释放,而水通道蛋白介导的体内水流则由渗透或液压梯度引导。扩散的化学抑制剂是未知的,扩散发生在高Ea(Arrhenius活化能)。相比之下,大多数哺乳动物水通道蛋白受汞的抑制,Ea等同于大量溶液中水的扩散(?5 kcal mol_1)。 水通道蛋白的发现说明了偶发性在生物学研究中的重要性,并且引起了上游流体运输过程中水如何穿过生物膜的范式的完全转变。这个话题对正常生理学以及影响人类的多种临床疾病的病理生理学非常重要。水通道蛋白在几乎每一种生物体中被鉴定出来,包括高等哺乳动物,其他脊椎动物,无脊椎动物,植物,真细菌,原细菌和其他微生物,表明这种新认可的蛋白质家族参与了整个自然界的不同生物过程。 一、发现AQP1 红细胞Rh血型抗原不知道参与水运(Heitman&Agre,2000),但是Rh的研究导致了水通道蛋白的偶然发现。用于纯化Rh多肽的生物化学技术产生污染的28kDa多肽(Agre等,1987)。基于洗涤剂中的28kDa蛋白质的相对不溶性,N-月桂酰肌氨酸,开发了产生大量蛋白质的简单纯化系统。红细胞和肾近端小管- 具有最高已知水渗透性

脑水肿与颅内高压

脑水肿(cerebral edema)是指脑实质液体增加引起脑容积增大,是中枢神经系统受内源或外源性的有害刺激所产生的一种非特异反应。如液体主要蓄积在脑细胞内,即脑肿胀;女口液体蓄积在脑细胞组织间隙,即脑水肿。 颅内高压(increased intracranial pressure)? ____ 是由于脑实质及其液体量增加所致的一 种综合征,当颅内压过高引起脑疝时,可引起患儿突然死亡,因此,颅内高压是儿科常见的需紧急处理的危急重症之一。 【病因和分型】 脑水肿是引起颅内高压的主要原因之一,其他如颅内肿瘤、颅脑外伤、颅内出血、硬膜下积液、先天或后天性脑积水以及颅腔狭小、颈静脉回流受阻等,也可引起颅内高压。 (一)病因 1. 急性感染包括:①颅内感染:各种原因引起的脑炎、脑膜炎、脑脓肿等;②全身感染: 中毒性痢疾、重症肺炎、败血症、暴发性肝炎等。 2. 缺氧严重缺氧数小时即可发生脑水肿,颅内损伤、窒息、心跳骤停、休克、癫痫持续状态、一氧化碳中毒、溺水、严重心力衰竭等均可导致脑缺氧。 3. 中毒如铅或其它重金属中毒、农药中毒、药物中毒、食物中毒等。 4. 水、电解质紊乱如严重的低钠血症、水中毒、酸中毒等。 5. 其它如高血压脑病、瑞氏综合征、各种代谢性疾病、脑膜白血病等。 (二)临床分型 临床上脑水肿可分为血管性、细胞性和间质性三个主要类型: 表6-4-1 脑水肿的临床分类 脑水肿类型血管源性细胞性间质性 病因脑血管通透性f.胶质细胞和神经吸收阻塞 渗出T细胞代谢障碍 水肿主要部位白质白质和灰质脑室周围白质 水肿液成分血浆成分多细胞内水钠f脑脊液 细胞外液量增加正常增加 血脑屏障通透性增加正常正常 细胞内水肿无有无 常见疾病肿瘤、创伤、化脓脑缺氧、缺血、脑脑积水、良性 性脑膜炎、脑脓肿病、化脓性脑膜炎颅内咼压 【临床表现】 (一)一般症状 1. 剧烈头痛颅内高压引起硬脑膜、脑血管牵扯,脑神经受刺激而引起头痛。头痛很剧烈,以清晨明显。咳嗽、喷嚏、头部位置改变均可使头痛加重。婴幼儿由于颅缝分开和前囟 膨隆的代偿作用,头痛可以不明显,也可以因头痛但不会自述,表现为烦躁不安、尖声哭叫、 拍打头部等。 2. 喷射性呕吐由于脑室及延髓呕吐中枢受刺激所致,呕吐与饮食无关,不伴恶心,多为喷射状。婴幼儿无其它诱因的频繁呕吐,多提示第四脑室或后颅存在占位性病变。 3. 眼的改变①视神经乳头水肿:具有重要的诊断价值。视神经乳头水肿出现的早晚与

脑水肿治疗方法

脑水肿治疗方法 文章目录*一、脑水肿治疗方法*二、脑水肿的检查*三、脑水肿的病因 脑水肿治疗方法1、糖皮质激素疗法治疗脑水肿 大剂量糖皮质激素尤其地塞米松对解除血管源性脑水肿有明显效果、对细胞中毒性脑水肿也有良好效果。其作用是抑制炎症反应、降低微血管通透性(抗渗出)、稳定细胞膜并恢复钠泵功能,改善线粒体功能,防止或减弱自由基引起的脂质过氧化反应,对炎症引起的间质性脑水肿也有效。 2、脱水疗法治疗脑水肿 渗透疗法:目的是使水分由脑组织转移到血液中,引起脑容积缩小和颅内降压,可作为应急措施。被选用的药物有尿素、甘露醇和甘油等,前两者静脉输注,后者口服;利尿疗法:目的是增加钠水排出,减少细胞外积液。 3、常规治疗脑水肿治疗 限制水入量:水入量过大可加重脑水肿,故在最初几日,应保持轻度脱水状态,使水出量略多于水入量。一般情况下水入量可按前一日尿量加500ml计算。 控制血压;脑水肿时血压高会加重脑水肿,血压低会加重脑血液灌注不良。因此,对高血压及低血压均应纠正。 4、疾病治疗脑水肿

脑水肿的治疗原则是解除病因及采用综合性的脑水肿治疗,两方面相辅相成。 脑水肿的治疗原则是解除病因及采用综合性的脑水肿治疗 5、手术治疗脑水肿 及时解除病因是治疗脑水肿的根本。脑挫裂伤、侵润、坏死、液化的脑组织及蛛网膜下腔出血,清除颅内血肿,去除刺入脑内的骨片与整复凹陷骨折,解除对脑组织的刺激和压迫,脑瘤切除,非外伤性脑内血肿清除等,将病因清除后,脑水肿逐渐消退。 脑水肿的检查1、脑水肿多继发于原发疾病,如在短时间内临床症状显着加重,应考虑局限性脑水肿,乳沟病人迅速出现严重颅内压增高症状,昏迷,多为广泛性或全脑水肿。应用脱水治疗,如出现利尿效果,且病情也随之改善,也表明存在脑水肿。 2、颅内压监护:颅内压监护可以显示和记录颅内压的动态变化,如颅内压升高,从颅内压曲线结合临床过程分析,可以提示脑水肿的发展与消退。 3、CT或MRI:CT或MRI扫描时直接提示脑水肿的最可靠诊断方法,CT图像所显示的征象,在病灶周围或白质区域,不同范围的低密度区,MRI在T1或T2加权像上,水肿区为高信号,较之CT 扫描结果更确切。

脑水肿与颅内高压

脑水肿(cerebral edema)是指脑实质液体增加引起脑容积增大,是中枢神经系统受内源或外源性的有害刺激所产生的一种非特异反应。如液体主要蓄积在脑细胞内,即脑肿胀;如液体蓄积在脑细胞组织间隙,即脑水肿。 颅内高压(increased intracranial pressure)?是由于脑实质及其液体量增加所致的一种综合征,当颅内压过高引起脑疝时,可引起患儿突然死亡,因此,颅内高压是儿科常见的需紧急处理的危急重症之一。 【病因和分型】 脑水肿是引起颅内高压的主要原因之一,其他如颅内肿瘤、颅脑外伤、颅内出血、硬膜下积液、先天或后天性脑积水以及颅腔狭小、颈静脉回流受阻等,也可引起颅内高压。 (一)病因 1.急性感染包括:①颅内感染:各种原因引起的脑炎、脑膜炎、脑脓肿等;②全身感染:中毒性痢疾、重症肺炎、败血症、暴发性肝炎等。 2.缺氧严重缺氧数小时即可发生脑水肿,颅内损伤、窒息、心跳骤停、休克、癫痫持续状态、一氧化碳中毒、溺水、严重心力衰竭等均可导致脑缺氧。 3.中毒如铅或其它重金属中毒、农药中毒、药物中毒、食物中毒等。 4.水、电解质紊乱如严重的低钠血症、水中毒、酸中毒等。 5.其它如高血压脑病、瑞氏综合征、各种代谢性疾病、脑膜白血病等。 (二)临床分型 临床上脑水肿可分为血管性、细胞性和间质性三个主要类型: 表6-4-1 脑水肿的临床分类 ─────────────────────────────────脑水肿类型血管源性细胞性间质性 ─────────────────────────────────病因脑血管通透性↑,胶质细胞和神经吸收阻塞 渗出↑细胞代谢障碍 水肿主要部位白质白质和灰质脑室周围白质 水肿液成分血浆成分多细胞内水钠↑脑脊液 细胞外液量增加正常增加 血脑屏障通透性增加正常正常 细胞内水肿无有无 常见疾病肿瘤、创伤、化脓脑缺氧、缺血、脑脑积水、良性 性脑膜炎、脑脓肿病、化脓性脑膜炎颅内高压 ─────────────────────────────────【临床表现】 (一)一般症状 1.剧烈头痛颅内高压引起硬脑膜、脑血管牵扯,脑神经受刺激而引起头痛。头痛很剧烈,以清晨明显。咳嗽、喷嚏、头部位置改变均可使头痛加重。婴幼儿由于颅缝分开和前囟膨隆的代偿作用,头痛可以不明显,也可以因头痛但不会自述,表现为烦躁不安、尖声哭叫、拍打头部等。 2.喷射性呕吐由于脑室及延髓呕吐中枢受刺激所致,呕吐与饮食无关,不伴恶心,多为喷射状。婴幼儿无其它诱因的频繁呕吐,多提示第四脑室或后颅存在占位性病变。 3.眼的改变①视神经乳头水肿:具有重要的诊断价值。视神经乳头水肿出现的早晚与

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