水通道蛋白

水通道蛋白的名词解释水通道蛋白是一类存在于生物体细胞膜上的蛋白质，其主要功能是调节细胞内外水分的平衡。

这些蛋白质以其独特的细胞膜通透性，通常被形容为“细胞的水渠”。

尽管细胞膜对水具有一定的渗透性，但水通道蛋白的出现使得水分的跨膜运输变得更加高效和方便。

水通道蛋白主要通过形成一个微小的通道，让水分子直接穿过细胞膜，从而加速细胞内外的水分交换。

水通道蛋白最早被发现于红细胞膜，其中最为著名的是被称为Aquaporin-1（AQP1）的蛋白质。

AQP1被发现能够高效地传输水分子，使其成为研究者们研究水通道蛋白的重要起点。

此后，越来越多的水通道蛋白被发现，它们在各种生物体的细胞膜上广泛存在。

水通道蛋白家族主要包括两类：小分子量蛋白（20～35kDa）和大分子量蛋白（约为50～90kDa）。

小分子量蛋白包括AQP1、AQP2和AQP4等，它们主要负责水分子的传输。

大分子量蛋白则包括AQP0、AQP5和AQP6等，除了与水分交换有关，这些蛋白质还可能参与其他细胞功能的调节。

水通道蛋白在生物体中具有广泛而重要的作用。

例如，在人体内，水通道蛋白在器官和组织中起着维持水分平衡的关键作用。

当体内水分过多或过少时，水通道蛋白能够根据需要调整细胞膜的通透性，控制水分大量吸收或排泄。

这一过程在保持人体内部环境稳定方面非常重要。

此外，水通道蛋白还在植物、昆虫、微生物等生物体中发挥着类似的功能。

在植物体内，水通道蛋白不仅参与了水分的吸收和输送，还对维持细胞渗透稳定性和调节植物生长发育起到了重要作用。

在昆虫和微生物中，水通道蛋白也发挥着类似的水分调节作用，确保它们能够在不同环境下生存和繁衍。

随着科学技术的发展，研究人员对水通道蛋白进行了深入的研究。

他们通过结构生物学、细胞生物学以及分子生物学等多种手段，揭示了水通道蛋白的分子结构和生理功能，并进一步研究了其与疾病之间的关系。

例如，某些疾病，如肾脏功能障碍、肿瘤、水肿等，与水通道蛋白的异常表达或功能失调密切相关。

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AQP0AQP0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]。

AQP1AQP1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。

细胞膜上的水通道蛋白作者：Marokko摘要：物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。

主要分为被动运输，主动运输，胞吞作用及胞吐作用。

但是事实上细胞的物质转运过程中，透过脂双层的简单扩散现象很少，绝大多数情况下，物质是通过载体或者通道来转运的。

离子、葡萄糖、核苷酸等物质有的是通过质膜上的运输蛋白的协助，按浓度梯度扩散进入质膜的，有的则是通过主动运输的方式进行转运。

而维持细胞之间的跨膜运输的膜转运蛋白则主要分为载体蛋白与通道蛋白。

其中通道蛋白(channel protein)是跨膜的亲水性通道,允许适当大小的离子顺浓度梯度通过,故又称离子通道。

有些通道蛋白长期开放,如钾泄漏通道;有些通道蛋白平时处于关闭状态,仅在特定刺激下才打开,又称为门通道(gated channel).而水扩散通过人工膜的速率很低,所以人们推测膜上有水通道.1991年Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28 (28 KD )，目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种,被命名为水通道蛋白（Aquaporin,AQP)。

水通道蛋白广泛存在于生物体中的各组织部位，影响着生物机体水代谢的过程。

随着分子生物学技术的进步，对水通道蛋白的基础研究已经比较深入和成熟。

目的可以利用水通道蛋白研究的基础成果，阐释临床水代谢障碍类疾病的发病机理提供可能的解决思路。

关键词：跨膜运输，通道蛋白，水通道蛋白正文：包括人类在内的大多数生物都是由细胞组成的。

单个细胞就像一个由城墙围起来的微小城镇，有用的物质不断被运进来，废物被不断运出去。

早在100多年前，人们就猜测细胞这一微小城镇的城墙中存在着很多“城门”，它们只允许特定的分子或离子出入。

这就是细胞之间的跨膜运输。

物质的跨膜运输主要分为被动运输，主动运输，胞吞作用及胞吐作用。

而事实上细胞的物质转运过程中，透过脂双层的简单扩散现象很少，绝大多数情况下，物质是通过载体或者通道来转运的。

下图分别为载体蛋白与通道蛋白。

动物医学进展,021,42(3)=102-105Progress in Veterinary Medicine水通道蛋白在动物疾病发生过程中的作用研究进展张玉婷，张琪，郭抗抗，许信刚*，周宏超*(西北农林科技大学动物医学院，陕西杨凌712100)摘要：水通道蛋白(AQP)是细胞上存在的一种膜孔道蛋白。

动物、植物、微生物细胞上均有水通道蛋白的表达，其主要功能是参与机体的水与电解质代谢。

近年来，针对水通道蛋白在机体所发挥的功能方面研究较多，发现水通道蛋白不仅参与机体生理方面的调控，而且在一些疾病的发生发展过程中也发挥重要的作用。

综述概括了水通道蛋白在脑、肺、肾脏、肠道等组织器官的定位；重点阐述了水通道蛋白在动物脑部疾病、肺部疾病、肾脏疾病、肠道疾病发展过程中所发生的变化。

旨在为患病动物出现水与电解质代谢紊乱症状时，对水通道蛋白发生的变化研究提供参考。

关键词：水通道蛋白；脑水肿；肺动脉高压；肾损伤；腹泻中图分类号：S852.2文献标识码：A 文章编号=^^5038^1)3-0102-0.-1水通道蛋白(aquaporin,AQP)作为一种水转运蛋白在机体各个部位广泛分布，尤其在涉及水液输送的组织细胞内分布量较多，例如在大脑、胃、肠道,肾脏及膀胱等器官均有表达，水通道蛋白在保持机体内环境稳态方面发挥重要作用，增强了机体的代谢能力［］。

研究发现，哺乳动物体内所表达的水通道蛋白已经有13种亚型，分别为AQP0、AQP1、AQP2、AQP3、AQP4、AQP5、AQP6、AQP7、AQP8、AQP9、AQP10、AQP11、AQP12。

水通道蛋白家族根据各个亚型在机体发挥的功能不同，可分为3类：①单纯的水通道蛋白，如AQP1,AQP2,AQP4, AQP5；②水甘油通道蛋白，如AQP3,AQP9、AQP10；③超级水通道蛋白，如AQP6,AQP8, AQP11、AQP12［］。

近年来，某些疾病的发生与水通道蛋白异常表达现象，得到了广泛的关注。

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。

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。

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。