AQP3介导的过氧化氢转运在皮肤病发病机制中的研究进展

2021-01-08柯国琳范婷刘雯蓓

沈阳医学院学报 2021年5期

柯国琳，范婷，刘雯蓓

（皖南医学院弋矶山医院皮肤性病科，安徽芜湖241001）

水通道蛋白家族（aquaporins，AQPs）是一类高度保守的小型疏水性跨膜水通道蛋白，为同源四聚体，每个单体由六个跨膜域组成，N－末端和C－末端向细胞质突出。目前已经确定了13种AQP亚型，分别为AQP0~12。根据AQPs氨基酸序列的同源性可将其分为三组：经典的水选择通道亚家族（CAQP），其对水分子的通透性具有高度选择性，包括AQP0、1、2、4、5、6、8和9；水－甘油通道亚家族（AQGP），这类通道对水分子、甘油和尿素等中性小分子均具有通透性，包括AQP3、7和10［1］；AQP超级通道即超AQP家族（SAQP），包括AQP11和12，其生理功能尚不清楚［2］。AQPs在调节多种组织和器官的生理功能中发挥重要作用，而与人类皮肤关系最密切的水通道蛋白亚型为AQP3。

1 AQP3在皮肤中的功能

人AQP3基因定位于9p13，由6个外显子和5个内含子组成。AQP3含有279个氨基酸，相对分子质量约为29×103［1］，是一种与多种细胞功能有关的水、甘油及H2O2转运蛋白［3］，主要表达于表皮的基底层及棘层。

1.1 促进角质形成细胞的增殖及分化应用核酸酶保护试验表明，AQP3mRNA在生长和分化的人角质细胞中均有表达［4］。研究报道证实AQP3有促进角质形成细胞增殖及分化的作用［5－6］。促分化剂激素核受体可以使AQP3表达水平上调［7］。利用小干扰RNA敲除人角质形成细胞中AQP3基因，可以降低由于细胞外钙离子浓度升高导致的角蛋白10的上调［6］。以上均说明AQP3可以促进角质形成细胞的增殖及分化。AQP3将甘油输送到磷脂酶D2（PLD2）中，用于合成脂质第二信使甘油磷脂（PG），从而介导AQP3／PLD2信号通路，对角质细胞增殖和分化的起调控作用［8］。

1.2 促进皮肤伤口愈合甘油是皮肤重要的代谢物，参与ATP的产生及膜脂的生物合成，AQP3介导的甘油转运可促进角质形成细胞的增殖及迁移［9］，在皮肤的水合、弹性、屏障功能恢复、伤口愈合中均起重要作用［10］。Sebastian等［11］研究发现，AQP3在烧伤的创面中表达增加，提示AQP3对烧伤皮肤的愈合有潜在作用。Hamed等［12］研究发现，促红细胞生成素治疗糖尿病猪皮肤的烧伤伤口时，通过AQP3依赖机制刺激血管生成和细胞外基质产生从而加速伤口愈合。Martinotti等［13］研究发现蜂蜜可以促进伤口的愈合，其机制主要是通过AQP3转运细胞外的H2O2穿入细胞膜，进而诱导细胞外的Ca2＋通过Melastatin瞬态受体电位2和Orai1通道进入细胞内，从而促进伤口愈合。AQP3还可表达于培养的人皮肤成纤维细胞，通过调节成纤维细胞的迁移来促进皮肤伤口的愈合［14］。

1.3 参与皮肤的水合作用通过对AQP3基因缺陷小鼠的研究发现了AQP3可维持皮肤水合的作用，减少水和甘油的渗透性可使角质层保持水分的能力下降［15］。通过胶带剥离使小鼠皮肤发生急性屏障障碍，AQP3基因缺陷小鼠渗透屏障功能的恢复要迟于正常小鼠［10］。相反，过表达AQP3的转基因小鼠，可加速皮肤屏障的恢复。Ikarashi等［16］将3个月和20个月的小鼠分别指定为幼龄鼠组和老龄鼠组，幼龄鼠与老龄鼠的经皮水分流失无明显差异；然而，老龄鼠的皮肤水分含量明显低于幼龄鼠，显示皮肤干燥；在小鼠皮肤上有AQP1、AQP3、AQP4、AQP7和AQP9的表达，老龄鼠组AQPs的mRNA表达水平均显著降低，老龄鼠AQP3蛋白水平明显低于幼龄鼠。上述研究结果表明，随着年龄的增长，皮肤中AQPs的表达水平呈下降趋势，提示这是导致年龄相关性皮肤干燥的原因之一。Ikarashi等［17］研究糖尿病皮肤干燥的机制发现，糖尿病患者皮肤AQP3表达下降，AQP3表达下降可能会限制水从血管侧到皮肤角质层的运输，从而导致皮肤干燥，而AQP3表达下降的机制可能与氧化应激增加有关。Agha－Hosseini等［18］选择30例扁平苔藓患者及30例健康对照者，发现扁平苔藓患者口腔上皮中AQP3mRNA表达水平较正常患者高，提示AQP3表达与扁平苔藓口腔干燥和唾液腺功能低下的发病有关。

2 AQP3介导的H2O2转运在皮肤病发病机制中的作用

Miller等［19］使用显微成像技术研究发现，在人胚肾细胞中AQP3可介导H2O2的转运。内源性AQP3的表达可调节细胞内的H2O2水平，进而影响下游的细胞信号级联放大。表达于皮肤T细胞和巨噬细胞的AQP3介导的H2O2转运，可以促进T细胞向趋化因子的迁移，从而可以调控皮肤的免疫反应［20］。因此AQP3介导的H2O2的转运可参与T细胞介导疾病的发病，如银屑病、硬皮病及接触性皮炎等。AQP3参与肿瘤的发病已早有报道。

2.1 硬皮病硬皮病是一种以皮肤和内脏纤维化为特征的疾病。Luo等［21］用博来霉素诱导建立硬皮病小鼠模型，发现硬皮病小鼠真皮成纤维细胞AQP3表达较正常小鼠高，沉默AQP3基因可阻断博来霉素诱导的小鼠真皮成纤维细胞H2O2、TGFβ1、Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原的增多，并可以使H2O2水平、TGF－β1表达及纤维化程度降低。研究说明AQP3可介导H2O2转运至小鼠成纤维细胞中，从而激活下游TGF－β1，导致胶原合成增加，参与硬皮病发病。

2.2 银屑病银屑病的发病机制至今尚不明确。Lizzul等［22］研究发现，银屑病患者皮损有NF－κB表达而正常皮损则不表达。Dou等［23］用PAMs抑制NF－κB信号通路可减轻小鼠银屑病的皮损处的炎症反应，提示NF－κB信号通路在银屑病发病机制中起重要作用。研究发现IL－23诱导的银屑病小鼠模型敲除AQP3基因可导致NF－κB信号削弱和细胞内H2O2减少；在原代培养的角质形成细胞，AQP3可促进细胞膜NADPH氧化酶2产生的H2O2转运至细胞内，进而激活TNF－α诱导的NFκB信号通路［24］。由此可见AQP3介导的H2O2向角质形成细胞中转运从而激活TNF－α诱导的NFκB信号通路在银屑病发病机制中起重要作用。

2.3 接触性皮炎AQP3缺陷可以削弱水／H2O2的渗透能力及T细胞的迁移，并伴随趋化因子介导的肌动蛋白动力学功能及Cdc42激活能力受损，导致AQP3基因敲除小鼠不能发生皮肤接触性超敏反应，然而在半抗原激发皮肤部位注射T细胞后可以重建接触超敏反应，因此仅仅是由于致敏T细胞趋化致半抗原激发的皮肤部位能力受损才导致的接触超敏反应不能发生。再次敲除AQP3基因，T细胞内H2O2水平的降低可抑制趋化因子诱导的Cdc42的激活、F－机动蛋白动力学过程及细胞的迁移。外源性补充T细胞内的H2O2可以改善上述功能［20］。以上研究表明，在皮肤接触性超敏反应中，AQP3介导的H2O2的转运可调节T细胞的趋化并对Cdc42的激活及趋化因子依赖的T细胞的迁移至关重要。

2.4 皮肤肿瘤王小勇等［25］研究发现，AQP3在光化性角化病、Bowen病和浸润性鳞状细胞癌中表达显著增高。Lekshmy等［26］发现，与正常口腔黏膜相比，口腔上皮异常增生和口腔鳞状细胞癌中AQP3的表达显著增加。以上提示了AQP3参与了皮肤肿瘤的发病。AQP3通过转运H2O2至表皮生长因子（EGF）受体阳性的人鳞状细胞癌A431细胞株，调节EGF诱导的细胞信号转导；AQP3基因敲除的A431细胞株EGF依赖的细胞信号削弱，胞外信号调节激酶（ERK）和丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶（Akt）的激活受影响，EGF诱导的肿瘤细胞的增殖和迁移减低；SCID小鼠异种移植敲除AQP3基因的A431细胞株后，肿瘤细胞停止增殖，小鼠存活率大大增加［27］。研究结果说明，AQP3通过转运H2O2下调EGF依赖细胞信号从而抑制肿瘤的增殖和存活。麦卢卡蜂蜜的抗肿瘤机制就是使AQP3保持高的H2O2渗透性，从而诱导细胞内活性氧自由基的改变和细胞内钙浓度的平衡导致上皮癌细胞的凋亡［28］。