水通道蛋白与急性缺血性脑卒中的关系

杨会杰 乐 婷 程宝仓 王金兰

1）郑州大学第二附属医院神经内科研究生 郑州 450014 2）郑州大学第二附属医院神经内科 郑州 450014

·综述与讲座·

水通道蛋白与急性缺血性脑卒中的关系

杨会杰1）乐 婷1）程宝仓1）王金兰2）△

1）郑州大学第二附属医院神经内科研究生 郑州 450014 2）郑州大学第二附属医院神经内科 郑州 450014

水通道蛋白；急性缺血性脑卒中；血脑屏障

脑卒中（stroke）是神经科最常见的疾病，其发病率、致残率、复发率、病死率均较高，严重威胁着人们的健康与生命，急性缺血性脑卒中（acute ischemic stroke，AIS）占脑卒中总的发病率80％左右［1］，可造成患者出现偏瘫、认知功能障碍、精神障碍等，严重影响患者的生活。所以，研究其发病机制和防治方法一直是当今医学界的热点之一。AIS可造成血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）破坏、脑水肿和颅内压增高，使病情进一步加重，造成脑组织的二次损伤。研究表明脑水肿的发生、发展与水通道蛋白（aquaporins，AQPs）有密切关系［2］。

AQPs是一类高选择、低活化的跨膜通道蛋白家族，选择地表达于多种细胞并行使重要的生理功能，能快速转运水分子［3］。1988年，Agre等在红细胞上克隆出第一个水通道蛋白，发现其对水有极强通透性，被命名为水通道蛋白-1（AQP-1）；不同的水通道蛋白亚型逐渐被人们发现，到目前为止，在哺乳动物中共发现了13种蛋白亚型，分别是AQP-0～12［4］。AQPs在体内分布具有组织特异性，在脑组织中有7种AQPs，分别是AQP-1、3、4、5、8、9、11，与脑水肿关系密切的是AQP-1、4、9，其中AQP-4表达最多。AQPs不仅调节脑的正常水代谢，且在AIS中也发挥重要作用［2］；根据其序列同源性及对水通透性可分为水通道蛋白、水甘油通道蛋白和超水通道蛋白，其中AQP-1、4是水通道蛋白，AQP-9是水甘油通道蛋白［4，5］。

1 水通道蛋白-1（AQP-1）

AQP-1是最早发现的一种水通道蛋白。在中枢神经系统中，AQP-1主要分布于脑脉络膜上皮微绒毛的顶膜，与Na+-K+-ATP酶共同定位于该组织中，参与脑脊液的形成并调节其水和离子的平衡；最近发现AQP-1也分布于海马、室管膜和软脑膜，主要表达于胶质细胞［6］；AQP-1在外围血管内皮细胞中大量表达，但在正常脑毛细血管内皮细胞中不表达，因星形胶质细胞可抑制AQP-1在毛细血管内皮的表达；但在星形胶质细胞瘤中，因星形胶质细胞缺乏正常功能，使血管内皮细胞表达大量的AQP-1，随着星形胶质细胞瘤恶性程度的增加，AQP-1表达也明显增加［6］。因此，AQP-1主要与脑脊液和胶质瘤有关，研究主要集中在这两方面。

AQP-1与AIS所导致的BBB损坏、脑水肿的关系较密切［7］，并且发现AQP-1在AIS中有一定的变化规律。朱小兵等［8］通过脑缺血再灌注模型发现AQP-1在小鼠大脑海马区的表达较正常小鼠高，并且随时间延长逐渐升高，3d达到高峰，然后逐渐下降。姜丹等［9］通过脑缺血再灌注发现AQP-1在小鼠缺血半暗带表达明显增强，3d时表达量最高，然后逐渐下降，并主要表达于神经胶质细胞、少量神经元细胞胞浆和血管内皮细胞。有研究发现在AIS中，AQP-1在缺血同侧脑室的脉络丛中无明显减少，而在对侧脑室的脉络丛明显减少［10］。所以AQP-1与AIS关系密切，需要进一步研究为临床应用提供理论依据。

2 水通道蛋白-4（AQP-4）

AQP-4在1994年首次从大鼠肺中克隆出来，它是在中枢系统中最早发现的水通道蛋白，也是含量最丰富、分部最广、研究最多的水通道蛋白，在中枢神经系统起着重要作用［11］。AQP-4分布于中枢胶质界膜、室管膜、脉络丛上皮细胞、下丘脑的视上核和室旁核、海马齿状回、脑表面的软脑膜、小脑Purkinje细胞、脑微血管的细胞表面，特别在与软脑膜和毛细血管接触面直接相连的星形胶质细胞足突上表达最丰富［12］。

AQP-4在脑组织中发挥多种作用，分布部位不同，表达的高低不同，所起的作用也不相同［4］。AQP-4可调节细胞外压力、水平衡和某些离子的浓度，是介导脑组织水与电解质运输和平衡的重要通道，调节脑内水转运，对水的通透呈高度选择性和特异性，与脑水肿的形成与消除有着密切关系［12］；分布于海马与小脑神经细胞上的AQP-4主要参与调节细胞间隙的大小及细胞间隙K+的浓度，与钾离子通道Kir4.1相互作用共同调节相关神经元的兴奋性［6］；AQP-4参与神经胶质细胞迁移和神经胶质瘢痕形成；也参与自身免疫性疾病和肌营养不良症等多种疾病［13］；还参与气体如二氧化碳的扩散［4］。

AQP-4与BBB的功能密切相关，可促进BBB发育和维持BBB完整［14］，Zhou等［15］通过敲除AQP-4基因可使脑毛细血管内皮紧密连接破坏、血管周围星形胶质细胞终足肿胀和BBB通透性增高等病理改变；但是Wolburg等［16］认为BBB的破坏程度与AQP-4表达上调密切相关。

在AIS中，AQP-4扮演着非常重要的角色，与脑水肿形成和BBB破坏关系密切，AQP-4的表达变化与脑水肿的发生、发展和消退基本一致。Hirt等［17］研究发现，AQP-4的表达变化与缺血后脑水肿的变化有密切关系；有研究通过敲除AQP-4基因，发现小鼠脑缺血后脑水肿程度明显减轻，并且小鼠的神经功能缺损程度也相应减轻；Igarashi等［18］采用AQP-4抑制剂，可使脑缺血后脑水肿程度减轻。

研究发现AQP-4在AIS中有一定的变化规律，不同的研究发现其变化规律不一样。在脑缺血再灌注模型中，王秀辉等［19］发现AQP-4和脑水肿呈正相关，在24h内随着时间的推移逐渐上升，在24h达到高峰，然后下降；闵国文［20］发现AQP-4表达在6h开始增强，48h达高峰，然后略有下降；赵春艳等［21］发现AQP-4在6h开始上升，3d达到高峰，5d有所下降。在大脑中动脉阻塞的脑缺血模型中，石贺元等［22］发现AQP-4表达及脑组织水含量在缺血后第一天达到最高；沙杜鹃等［23］发现大鼠脑缺血后AQP-4表达及脑组织水含量均于缺血48h达最高峰，然后下降；孟飞等［24］发现大鼠脑缺血后AQP-4含量及脑组织含水量均在缺血后3d达到最高峰，然后有所下降；甚至有研究发现AQP-4在脑缺血模型半暗带可持续表达到28d［25］。

AQP-4在AIS的不同时间点所起的作用可能不一样。AIS后可出现细胞性脑水肿和血管性脑水肿，对于细胞毒性脑水肿，AQP-4是水分子跨过BBB进入脑实质的限速步骤，AQP-4表达增多可促进细胞性脑水肿的形成，如果AQP-4过度表达超过细胞自身调节范围可造成自溶破裂，细胞内毒性物质释放，进而加重BBB破坏，出现血管性脑水肿；又因为AQP-4参与BBB的形成，可保护BBB，所以对于血管源性脑水肿，AQP-4是水分离开脑实质、脑水肿消退的主要途径，AQP-4表达增多可减轻血管源性脑水肿。由此可见，AQP-4表达增加在AIS中有利有弊。所以今后还需进一步对AQP-4在AIS作用进一步研究，明确AQP-4在不同时间、不同部位起的作用和作用机制，为治疗AIS提供理论基础。

3 水通道蛋白-9（AQP-9）

AQP-9首次在1997年被发现，它是脑组织中表达的第二多水通道蛋白，属于水甘油通道亚族［4］。AQP-9广泛分布在蛛网膜下腔和脑室周围的星形胶质细胞、白质及海马的星形胶质细胞、脑室周围室管膜细胞、下丘脑室旁核、视上核和视交叉上核上均有表达，主要分布于星形胶质细胞；有研究发现［26］，在肾上腺素能、去甲肾上腺素能、多巴胺能神经元等儿茶酚胺类神经元中，也存在AQP-9表达，且可被胰岛素调节，推测AQP-9在此类特殊神经元的表达可能与能量代谢有关。所以，AQP-9分布于中枢神经系统的星型胶质细胞、血管内皮细胞和特殊类型的儿茶酚胺类神经元的细胞膜上，AQP-9在前两者的表达与中枢神经系统的水调节有关，在儿茶酚胺类神经元的高表达与调控神经物质的活性有关。AQP-9对一些中性溶质也有通透性，包括乳酸、甘油、尿素、嘌呤、嘧啶、多元醇等的转运，故AQP-9被称为“广泛选择性通道”［5］。所以AQP-9参与调节脑脊液循环、维持中枢神经系统内环境稳定、保持脑能量代谢平衡。

在AIS中，研究表明AQP-9表达上调可促进脑水肿的发生发展，AQP-9的表达与缺血后脑水肿呈正相关［27］。AQP-9在AIS中有一定的变化规律，AQP-9的表达变化与脑水肿的发生、发展和消退基本一致。在脑缺血再灌注模型中，姜丹等［9］发现，AQP-9在缺血半暗带表达明显增强，3d时表达量最高，然后逐渐下降，主要表达于神经胶质细胞、少量神经元细胞胞浆和血管内皮细胞。在大脑中动脉阻塞的脑缺血模型中，赵静等［28］发现在脑缺血后6h，AQP-9表达开始上调，并随着缺血时间的延长表达增加，上升趋势持续至48h达到高峰，以后略降，至72h仍较正常高。

AQP-9参与缺血后脑水肿呈正相关，但是不像AQP-4与脑水肿相关程度大，在脑水肿形成中不起最主要角色［4］；但是AQP-9还参与AIS的能量代谢，脑缺血可造成乳酸增多，引起酸中毒，AQP-9表达增加，对乳酸盐的通透性增加，进而加剧脑水肿的发生。目前还需要对AQP-9在AIS中的作用、分布特点以及动态变化进一步研究，通过干预AQP-9的表达和功能，可减轻脑水肿以及维持脑组织的能量代谢平衡，为治疗AIS提供了一定的理论基础。

总之，AQPs在AIS中扮演着重要角色，可引起BBB的破坏、脑水肿及影响能量代谢。通过在AIS不同时期干预不同部位的AQPs，可对脑组织起保护作用，减轻二次损伤。AQPs可作为治疗AIS，减轻脑水肿的治疗靶点，为临床治疗AIS提供新治疗方法。目前，对AQPs研究有了一定结果，但对其作用机制还不完全清楚，并且在临床上没有相应的药物应用，仍需进一步研究。

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（收稿2014-09-12）

R743.3

A

1673-5110（2015）05-0123-02

△通讯作者：王金兰，女，医学博士，主任医师，副教授，硕士生导师，主要从事脑血管疾病研究。