水通道蛋白在不同肿瘤中的表达

田　鲲,刘　溪,章怡苇(综述),王爱忠(审校)

(上海交通大学附属第六人民医院麻醉科，上海 200233)



水通道蛋白在不同肿瘤中的表达

田鲲△,刘溪△,章怡苇△(综述),王爱忠※(审校)

(上海交通大学附属第六人民医院麻醉科，上海 200233)

摘要：水通道蛋白(AQPs)是一组跨膜的水引导蛋白，广泛地分布在全身各个脏器，在跨细胞和上皮的水转运中起着重要作用。近年研究发现AQPs参与了多种类型肿瘤细胞迁移、增殖、生长以及血管生成，在肿瘤的发生发展过程中起着重要作用。该文综述了不同AQPs在不同肿瘤组织中的变化情况，阐述了它们相关的作用机制，有利于从新的视角研究肿瘤发病的分子机制,为肿瘤的临床治疗提供新的思路。

关键词：水通道蛋白；肿瘤细胞；血管形成

水通道蛋白(aquaporins，AQPs)是一组位于细胞膜上的跨膜蛋白，选择性高效转动水分子的通道。第一个AQP，即水通道蛋白1(AQP1)是1991年在红细胞上发现的，研究至今，在哺乳动物中已经发现了13种AQPs，分别分布于各种不同的器官，其中包括肾小管、骨骼肌、胰腺、胃、小肠、气管和肺泡上皮细胞，视网膜细胞，睾丸细胞和脑细胞等，各AQPs表达量以及其细胞和功能的完整对维持人体各器官正常生理功能起着重要作用。AQPs在组织分布上有一个显著特点，即在同一细胞定位上，没有两种以上AQPs重叠分布，表明每种水通道AQP都具有独特的地位和作用。AQP1、AQP2、AQP4、AQP5、AQP8只能专一地转运水分子，而AQP6在一定条件下还可以转运氯离子，另外一类被称作水甘油通道的包括AQP3、AQP7、AQP9、AQP10还可以转运甘油以及小分子物质[1]。现对AQPs在不同肿瘤组织中的变化情况进行综述，并阐述了它们相关的作用机制。

1AQPs的在肿瘤中的作用

目前在人和啮齿动物中至少有14种不同的肿瘤细胞已经被报道表达AQPs。对于某些肿瘤来而言，AQPs的表达肿瘤组织学分级呈正相关，如低分化的星形胶质细胞瘤组织中，AQP8的转录和蛋白水平是升高的，而在高分化的星形胶质细胞瘤AQP8的增加更加明显，特别是胶质母细胞[2]。在某些情形下，某些AQPs可以在一些肿瘤细胞表达，即便这些AQPs在其正常的来源的细胞上没有表达；也有研究报道AQPs在肿瘤组织中表达减少，但它们都只研究了一种AQPs，没有在此基础之上探究其他AQPs表达的变化，如在人的胃癌细胞中，其中一项研究表明AQP4减少[3]，而另一项研究则表明AQP5增加[4]。总的来说，肿瘤细胞中AQPs表达是上调的，但是从这种表达变化研究中暂时仍不能确定这是否是一种异常的表达以及这是否在肿瘤生物学过程中起到了作用。由于AQPs能高速转运水分子，大部分研究推测AQPs能让水分子快速渗透到生长的肿瘤组织，从而引起肿瘤组织的膨大，加重肿瘤相关的水肿。除了能引起肿瘤相关的水肿以外，近年来还发现AQPs可能参与了血管生成，肿瘤细胞的迁移、增殖、侵袭。AQP在各型肿瘤中的表达情况见表1。

表1　AQP在各型肿瘤中的表达情况

AQP：水通道蛋白

2不同AQPs在不同人和动物肿瘤中的具体表达变化及意义

2.1AQP1在肿瘤中的作用研究显示，AQP1在神经胶质瘤、室管膜细胞瘤、肝脏肿瘤、结肠癌中的表达是增多的[5-6, 13, 18, 23-24],而在肝内胆管上皮癌中是减少的，肝内胆管上皮癌中AQP1表达的下调与肿瘤的发展和黏蛋白的表达有关，AQP1的表达与黏液核心蛋白5AC呈负相关，而且两者的分布比较互补，大部分AQP1高表达的肝内胆管癌组织没有黏液核心蛋白5AC，而大部分黏液核心蛋白5AC高表达的肝内胆管癌组织没有AQP1的表达，与正常的胆管相比较，在胆管发育异常的组织中AQP1是上调的，在肝内胆管癌组织中AQP1是下调的，肿瘤体积越大，分化越差，AQP1表达阴性的细胞越多，AQP1的低表达或者阴性表达与该肿瘤淋巴结转移成正相关[14]，在所有胆管细胞癌中有93%的可以看到AQP1的表达，AQP1很可能成为胆管癌的一种高度选择性的标志物[13]。在所有的胶质母细胞中可以观察到AQP1的表达明显增多，多形性胶质母细胞瘤细胞是通过有氧酵解来获得能量的，肿瘤周围的糖代谢增加可以促进AQP1、乳酸脱氢酶和组织蛋白酶表达增加，这些反应提供了一种酸性环境，增加胶质细胞侵袭外周血管间隙的能力[6]。 AQP1的表达变化有着重要的临床意义，AQP1的免疫表达和高度分化的肿瘤呈正相关，病灶周围高度分化的肿瘤AQP1上调显示了它在血管源性水肿当中的作用[23]。AQP1和AQP4表达与儿科肿瘤有关，髓母细胞瘤、神经外胚层肿瘤、生殖细胞瘤及高度分化的神经胶质瘤均不表达AQP1和AQP4，在后窝的室管膜细胞瘤AQP1和AQP4的表达都明显上调，而幕上的室管膜细胞瘤AQP4的表达没有变化，只有AQP1有适当的增加[24]。融合泛素和AQP1产生的一种DNA疫苗给小鼠注射之后，可以通过靶向的阻断通过AQP1介导的血管发生，有效地抑制黑色素瘤的生长，与对照相比其微血管密度明显减少，肿瘤组织周围的血管也大大地减少，从而有效地抑制肿瘤的生长，这种靶向治疗非常具有针对性[25]。

2.2AQP3在肿瘤中的作用AQP3对水具有相对选择通透性，对尿素和甘油均具有较高的通透性。AQP3的表达变化与泌尿道上皮肿瘤的分化程度和分期有关系，对肿瘤的预后预测有重要的意义。在浸润固有膜，但未侵及肌层的泌尿道上皮肿瘤中AQP3表达缺乏的肿瘤更有可能侵入到肌肉层，预后更差，但是肿瘤的复发和AQP3的表达不存在太大的联系[20, 26]。AQP3在成纤维细胞生长因子2诱导的细胞迁移中发挥着重要作用，用慢病毒短发夹RNA沉默AQP3的表达或者用CuSO4抑制AQP3可以抑制成纤维细胞生长因子2诱导的细胞迁移[8]。AQP3在胰腺癌细胞也有表达，表皮生长因子可以通过表皮生长因子受体信号转导通路提高AQP3的表达和细胞的迁移能力，而姜黄素可以减弱表皮生长因子诱导的AQP3上调和细胞的迁移能力[17, 27]。AQP3在人的原发性非小细胞癌中表达增多，用AQP3小干扰RNA可以降低成簇黏附激酶的磷酸化，导致细胞外调节蛋白激酶和丝裂原活化蛋白激酶通路的磷酸化减少，整联蛋白α5和β1减少，从而抑制鳞状细胞癌细胞的黏附和生长，但是对腺癌细胞和成纤维细胞却没有作用[11]。

2.3AQP4在肿瘤中的作用在肺腺癌细胞、原发性脑瘤组织以及激活的星形胶质细胞中AQP4的表达是增加的[3-4, 28-30]。高分化预后良好的肺腺癌细胞中AQP4的转录和蛋白水平显著升高。除水转运外，AQP4还参与了细胞间的信号转导、细胞的迁移、脂质的代谢，在良性的肺组织中起着正常的生理作用[29]。在原发性脑肿瘤组织以及原发性脑瘤病灶周围激活的星形细胞中AQP4的表达是增多的，但是在继发性脑肿瘤中只有病灶周围的星形细胞AQP4表达才呈阳性，肿瘤细胞和激活的星形胶质细胞AQP4的表达增多是引起脑水肿的主要原因，AQP4可能通过改变血脑屏障导致对比增强和病灶周围的水肿[10]，瘤旁组织AQP4的表达与血管内皮生长因子和缺氧因子1α呈正相关，渗透压和缺氧程度共同调节AQP4的表达，主要由渗透压调节。瘤旁组织的水肿程度只与瘤旁组织AQP4的表达水平呈正相关，AQP4主要在胶质瘤细胞的胞质中表达，AQP4的再分布是对由血管内皮生长因子诱导的血管源性水肿的一种反应，可以更好地促进多余液体的吸收[4]，其表达水平并且与胶质瘤的分化程度呈正相关[30]。AQP4的表达减少是不伴癫痫发作的多型胶质母细胞瘤的一种特征表现，很可能是由于翻译后的一种机制所导致的[3]。胶质母细胞瘤细胞上胃癌组织中的AQP4的转录和蛋白水平明显低于正常组织，可以将AQP4作为正常增殖的胃上皮细胞的一种标志[15]。

2.4AQP5在肿瘤中的作用AQPs主要分布于唾液腺、泪腺等各种腺体以及肺组织，人的舌鳞状细胞癌中AQP5和AQP3的表达都是增多的，而人口腔腺囊癌中AQP5和AQP3的表达却是减少的，用AQP5小干扰RNA沉默AQP5的表达可以使整联蛋白α5和β1抑制人舌鳞癌细胞的生长，AQP5可能是通过抑制细胞外基质的黏着力导致局部黏着斑激酶——丝裂原活化激酶信号通路的抑制[12]。脑膜瘤患者中瘤旁水肿的发展和程度与AQP5的表达呈正相关，水肿的程度与AQP5A(-1364)C基因型有很强的联系[31]。AQP5A(-1364)C的单核苷酸多态性还与乳腺癌患者孕酮受体阳性存在一定的关联[32]，在浸润性导管癌乳腺癌的发生过程中，AQP5在癌细胞上的表达异常明显，同时伴随AQP5在导管上皮细胞上的表达失去极性，主要在顶端表达，伴随淋巴转移的癌组织比不伴有淋巴转移的癌组织AQP5的表达更明显，通过小干扰RNA技术或者高渗作用诱导乳腺癌细胞的AQP5表达下调，可以显著地减少细胞的增殖和迁移[9]。AQP5参与了人胃腺癌细胞的分化，当低分化的人胃腺癌细外源性的表达AQP5时，可以看到分化的细胞比例明显增加，碱性磷酸酶的活性明显增强，层粘连蛋白的表达明显增加，而给予水通道的抑制剂氯化汞后，分化细胞的比例明显减少，碱性磷酸酶的活性也降低[16]。对子宫内膜腺癌细胞的研究表明，AQP5的表达减少可以减慢细胞的迁移速度，雌二醇可以上调AQP5的表达，增加膜联蛋白2的表达，使细胞的迁移力，侵袭力和黏附力增强[22]。在肺癌中，AQP5可以通过它在丝氨酸156位点上的磷酸化和后续与羧基端的酪氨酸交叉反应来增强非小细胞肺癌的侵袭力[19]。儿茶素可以抑制卵巢癌细胞的增殖并诱导其凋亡，同时还可能通过核因子降低AQP5的表达[22]。

2.5AQP2、AQP8、AQP9在肿瘤中的作用AQP2在子宫内膜癌和子宫内膜异位患者的子宫内膜上有表达，雌二醇通过位于AQP2启动子上的雌激素反应原件增加AQP2的表达，降低肌动蛋白和膜联蛋白2的表达，促进子宫内膜癌细胞迁移、侵袭、黏附的能力，剔除人子宫内癌细胞AQP2的表达后，由雌激素导致的细胞迁移、侵袭、黏附能力明显减弱[21]。AQP8在大脑中的分布比较微弱，主要存在星形胶质瘤细胞的胞质中，在低分化的星形胶质细胞瘤当中AQP8的转录和蛋白水平是升高的，而在高分化的星形胶质细胞瘤AQP8的增加更明显，特别是胶质母细胞瘤[7]。在肿瘤祖细胞中AQP9的转录水平明显增多，同时在衍生分化而来的细胞中AQP4的表达是下调的，而AQP9的转录和蛋白水平也明显增加，这些结果表明AQP9在肿瘤干细胞的演化成肿瘤的过程中发挥着重要作用[2]。

3展望

AQPs参与细胞的迁移、增殖，血管生成暗示其在肿瘤的发生、生长过程中起着重要作用。AQPs在不同来源的肿瘤细胞中都有较强的表达，AQPs在肿瘤细胞的表达可能增加肿瘤的侵袭力，促进肿瘤血管生成。肿瘤细胞中AQPs表达的水平和肿瘤相关的水肿以及肿瘤细胞的组织分化程度有关。因此，AQPs是极具价值的药理学靶点，抑制内皮细胞以及肿瘤细胞上的AQPs可能减慢肿瘤的生长和扩散。目前可以非特异地抑制AQPs的表达或者其介导的水运输影响细胞增殖、迁移侵袭和血管生成的药包括乙酰唑胺、环磷酰胺、托吡酯、苯巴比妥、丙泊酚、布美他尼[33]。乙酰唑胺是一种碳酸酐酶抑制剂，可以明显降低AQP1的转录水平和蛋白表达，已经有研究发现它能抑制裸鼠身上异种移植的结肠癌的生长[34]。在细胞外给予蟾蜍卵母布美他尼衍生物AqB013，半抑制浓度为20 μmol/L可以有效地抑制AQP1和AQP4的水通透性[35]。最新发现的AQP1和AQP4的一种抑制剂AqF026是呋塞米的衍生物，可以直接与人AQP1内侧的精氨酸159结合，有体内实验显示AqF026可以提高小鼠腹膜对水的通透性，但是不影响渗透梯度，小分子的转运以及AQP1在质膜上的表达和定位[36]。但是至今为止，可用于临床特异性的水通道抑制剂或者激动剂还没有被发现，相信随着人们对AQPs结构和功能的进一步了解，特异的AQPs抑制剂或者激动剂终有一天会来临，这为肿瘤的治疗提供更坚实的基础。

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Expression of Aquaporins in Different TumorsTIANKun,LIUXi,ZHANGYi-wei,WANGAi-zhong.(DepartmentofAnesthesiology，ShanghaiSixthPeople′sHospitalofJiaotongUniversity，Shanghai200233，China)

Abstract：The aquaporins(AQPs) are a family of transmembrane water channel proteins widely distributed and play a major role in transcellular and transepithelial water movement.Recent evidence indicates that AQPs may be involved in tumor cell migration,proliferation，growth，and angiogenesis.Here is to make a review of the changes of AQPs in cancer tissues，including how it happens，which helps us to understand the molecular mechanism of tumors in a new way and suggests a potential therapeutic approach.

Key words：Aquaporins; Tumor cell; Angiogenesis

收稿日期：2014-08-04修回日期：2014-11-11编辑：楼立理

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.11.025

中图分类号：R73；R33

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)11-1989-04