水通道蛋白在子宫内膜异位症中作用机制的研究进展

杨东霞，张良，蒋志恒，姚慧，李红梅,2

(1.黑龙江中医药大学，哈尔滨 150040；2.黑龙江中医药大学附属第二医院妇二科，哈尔滨 150001；3.湖北中医药高等专科学校，湖北 荆州 434000)

子宫内膜异位症(endometriosis，EMS)是指具有活性的子宫内膜细胞出现在子宫内膜被覆以外的部位，有浅表EMS、卵巢EMS和深部浸润型EMS三种亚型。近年研究发现，EMS的发病率呈逐年升高趋势，在育龄期妇女中的发病率为5%～10%[1]，主要表现为慢性盆腔痛及不孕，其易复发性是临床治疗的难题，给患者的生活质量造成严重影响。EMS在组织学上虽然呈现良性肿瘤的病理状态，但具有内膜细胞迁移、黏附和新生血管生成等恶性肿瘤的特点。目前，公认的EMS发病机制为在位子宫内膜组织和细胞逆流至盆腔后，经过黏附、侵袭、血管生成进而种植生长形成异位病灶。但此过程受多种因素影响，是否存在关键的调控因子及调控因子的作用靶点尚未阐明。目前从哺乳动物中鉴定出的水通道蛋白(aquaporin,AQP)共有13种亚型(AQP0～12)。水通道是水分子选择性通过的孔道，AQP参与跨膜运输流体、细胞迁移、神经兴奋细胞增殖、脑水肿等生物学功能。AQP存在于在女性生殖器官中的子宫、卵巢、输卵管等部位，参与卵泡的排卵、月经的形成以及恶性肿瘤或具有恶性行为的良性妇科疾病的发生发展，而子宫内膜发生变异时AQP表达出现异常[2]。因此，AQP可能是EMS发生发展的调控因子或调控因子的作用靶点，然而针对AQP与EMS的相关性，尤其是与EMS发病机制的相关性研究报道较少。现就AQP在EMS发病机制中的研究进展予以综述。

1 AQP

水分子及其他小分子物质通过细胞膜的运动是生物学上的普遍现象。AQP1于1991年被发现，经典AQP的作用主要是水的运输[3]，AQP形成的同四聚体通道可促进水通过生物膜的导入，进而促进细胞迁移和增殖，调节水盐平衡和脂肪代谢以及神经信号的传递等[4]。由于女性生理的特殊性，在病理生理过程中卵泡的排出、月经周期的形成以及恶性肿瘤疾病均涉及液体的流动和细胞容积表型的改变，而水的运输也可能通过改变细胞体积来调节细胞的功能。AQP属于疏水性蛋白质，是一类能促进水转运的小分子跨膜蛋白家族，作为水分子选择性通过的孔道，其广泛参与女性生殖器官生理和妇科疾病病理机制的发生。AQP是维持体液平衡的基本物质，同时AQP及其信使RNA(messenger RNA,mRNA)参与细胞迁移，促进新血管生成、增殖等生理病理过程。此外，EMS与子宫相关的AQP部分亚型的异常表达有关[5]。

2 AQP与EMS的发病机制

目前，EMS公认的发生机制是在位内膜发生异地黏附-侵袭-血管生成及免疫系统功能异常。1927年Sampson提出经血逆流学说，1940年Sampson提出了第二种EMS发病理论和机制，即内膜组织可沿着输卵管逆行流动，并可能植入腹膜或卵巢表面，验证了EMS的发病机制[6]。

免疫系统功能异常是EMS发病的机制之一，EMS中的慢性局部炎症与自身免疫性疾病有相似之处。研究表明，巨噬细胞、T淋巴细胞及自然杀伤T细胞的数量和(或)功能异常可能导致异位子宫内膜种植，其中巨噬细胞是EMS患者腹腔液中发现的主要细胞群[7]。T细胞的反应活性和自然杀伤T细胞的细胞毒性降低，可激活效应T细胞和巨噬细胞，刺激局部炎症环境，促进血管生成，导致EMS的发展，说明EMS具有明显的免疫细胞浸润的炎症特征环境[8]。同时，EMS是雌激素依赖性疾病，局部高雌激素环境有利于异位子宫内膜细胞黏附-侵袭-血管生成，促进异位病灶的发生发展[9]。

2.1AQP与子宫内膜细胞迁移 AQP在恶性肿瘤等疾病中所表现出的对细胞迁移、侵袭以及新生血管生成的促进效果已经得到证实，虽然EMS具有恶性肿瘤的特点，但AQP对EMS的迁移过程尚未完全确定。有研究比较EMS在位子宫内膜、异位子宫内膜以及非EMS子宫内膜的AQP表达水平发现，在位子宫内膜细胞中的AQP表达水平明显高于异位子宫内膜细胞，且各组AQP9表达水平比较差异有统计学意义[10]。体外研究发现，AQP9参与胞外信号调节激酶/p38促分裂原活化的蛋白激酶途径，可刺激基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)2和MMP9的表达，而MMP可降解基膜和细胞外基质，促进血管内皮细胞增殖，同时与整合素相互活化，增强细胞间的黏附作用[11]。因此，MMP表达增强可刺激子宫内膜细胞的迁移和侵袭能力进而促进EMS的发生。Jiang等[12]研究发现，在位子宫内膜细胞中的AQP2、AQP5和AQP8表达水平明显高于异位子宫内膜细胞，且在位子宫内膜细胞的迁移活性高于异位子宫内膜细胞，提示AQP促进在位子宫内膜细胞迁移的作用更强。Zou等[13]研究发现，AQP2还能通过改变F肌动蛋白和膜联蛋白2的表达以及F肌动蛋白的重组来调控内膜细胞的迁移和侵袭。雌激素是EMS调控的关键。而AQP2受雌激素的调控，故子宫内膜细胞中雌激素的表达水平变化可影响细胞的迁移能力[14]。有实验发现，AQP2能通过降低雌激素的活性而抑制细胞侵袭，且AQP2敲低可下调雌激素的表达，而雌激素可诱导子宫内膜细胞形态改变[15]；另外，AQP4敲低能降低雌孕激素水平，进而抑制细胞的侵袭[16]。因此，AQP2、AQP4可能通过调控雌激素的表达影响细胞迁移，而雌激素由神经传递调控分泌，故AQP与神经传递之间可能存在一定关系。同时，研究发现EMS痛经症状突出患者的异位内膜组织中存在背根神经节的瞬时受体电位香草酸1型mRNA表达，当瞬时受体电位香草酸1型的活性被激发，AQP1与P物质和瞬时受体电位香草酸受体1型共定位导致EMS患者出现痛经[17]。神经传递在EMS中具有重要作用，而中枢神经系统控制神经传递和激素分泌，同时AQP4在大脑中枢神经系统的表达水平最高，所以AQP4与神经传递相互作用可能会影响子宫内膜细胞的迁移、侵袭能力，但仍需要更多的试验数据加以验证。肖新春等[18]采用自体移植的造模方法，观察桂枝茯苓胶囊对大鼠异位子宫内膜AQP1、AQP2、AQP5表达水平的影响，结果显示AQP1 mRNA在模型组异位内膜呈高表达，AQP2、AQP5 mRNA在模型组异位内膜呈低表达，并推测AQP1高表达可促进在位内膜的迁移和异位病灶血管的生长，黏附力增强形成异位病灶，AQP2、AQP5 mRNA低表达可导致异位内膜腺上皮细胞的迁移能力下降，促使异位内膜细胞的流动性下降，利于内膜黏附在异位病灶。且桂枝茯苓胶囊高剂量组异位内膜AQP1 mRNA表达显著减少，AQP2、AQP5 mRNA表达显著增加，提示桂枝茯苓胶囊治疗EMS的机制与大鼠异位内膜中AQP1 mRNA表达下调和AQP2、AQP5 mRNA表达上调有关。

2.2AQP与血管生成 新血管的生成是EMS发生发展的关键，且在EMS患者的异位病灶中发现AQP1高表达[19]，初步证明AQP与EMS的血管生成密切相关。近年来发现缺氧诱导因子家族广泛参与肿瘤的形成，缺氧诱导因子在低氧条件下高表达可导致肿瘤的发生。Chen等[20]研究发现，缺氧诱导因子1α高表达可介导促卵泡生成素驱动卵巢癌细胞增殖。在EMS患者的异位内膜中存在缺氧诱导因子1α的高表达[21]，且痛经症状越严重，缺氧诱导因子1α的表达水平越高。AQP的表达水平与缺氧诱导因子1α的稳定性密切相关，而AQP1和AQP5蛋白及其mRNA低表达保证了缺氧诱导因子1α的稳定性[22]。因此推测，AQP1和AQP5可能能通过干扰缺氧诱导因子家族的稳定性而促进异位内膜组织中血管的形成。Zhang等[23]证实血管内皮生长因子/核因子κB信号通路可以促进EMS患者血液和组织中miR-138诱导外源体介导的炎症和细胞凋亡的发生。Wang等[24]研究发现，血管内皮生长因子的分泌与AQP5的表达呈正相关，因此AQP5基因沉默可能能降低EMS血管形成能力，从而抑制EMS的形成。Narváez-Moreno等[25]研究了不同种类血管瘤中AQP1的表达，证实AQP1在良性病变中的表达水平高于恶性病变。有实验证明AQP1主要分布于血管内皮细胞，若AQP1减少则会导致微血管密度降低，说明AQP1能够促进血管生成，可作为EMS侵袭的标志物[26]。王运贤[27]采用免疫组织化学法检测发现，EMS模型大鼠在位内膜、异位内膜组织及正常大鼠子宫内膜组织中均有AQP1表达，其中内膜微血管表达最强。且异位内膜组织中AQP1的表达水平高于在位内膜组织，在位内膜组织的表达水平明显高于正常子宫内膜组织，提示AQP1可能通过促进微血管形成参与促进EMS的发生发展。同时，实验还发现EMS模型大鼠在位内膜组织中MMP9的表达水平高于正常子宫内膜组织，表明MMP9具有促进血管内皮细胞出芽，形成新生血管的作用，但未对AQP1与MMP9的相关性进行探讨。血管内皮细胞增殖和迁移是EMS血管生成的关键，也是侵袭、转移的解剖学和生理学基础，AQP参与血管内皮细胞增殖、迁移以及功能异常的发展过程，与EMS的发生发展密切相关。

2.3AQP与子宫内膜细胞增生 子宫内膜细胞异位植入后，经过增生、分泌一系列变化过程形成过度增殖的异常表达，增殖性细胞核抗原是细胞DNA合成期不可或缺的因子[28]，相较于在位子宫内膜，异位子宫内膜存在大量的增殖性细胞核抗原。AQP5基因沉默可抑制血管细胞黏附分子1，从而降低异位子宫内膜腺上皮细胞的增殖和迁移能力，其机制可能与蛋白激酶B活化有关[29]。AQP3在管腔和腺上皮细胞中高表达，且是一种水和甘油转运的AQP亚型，参与细胞增殖和迁移等功能。Bründl等[30]研究表明，AQP3表达与肿瘤等级存在相关性，随着恶性肿瘤分化程度的增加，AQP3的表达进行性下调，说明AQP3能抑制细胞的分化并促进细胞增殖。AQP5能够刺激雌激素分泌，有利于异位子宫内膜细胞植入，促进EMS的异位细胞增生，进而促进异位病灶的形成[31]。在卵巢癌的临床研究中，高渗应激能够刺激AQP5表达水平升高，增加顺铂的敏感性，从而抑制癌细胞增殖[32]。在曾有或存在组织学证据的EMS患者中，卵巢癌的发病率为1.90%～18.70%，而在无EMS患者中发病率为0.77%～0.89%[33]。

2.4AQP与免疫系统功能异常 EMS的发生与免疫系统功能异常密切相关，在不同时期(Ⅰ～Ⅱ期和Ⅲ～Ⅳ期)各种细胞亚型存在明显差异，在Ⅰ～Ⅱ期EMS患者的在位子宫内膜中，aDC、CD4 T细胞、嗜酸粒细胞、M1型巨噬细胞、自然杀伤T细胞占优势[34]；在Ⅲ～Ⅳ期EMS患者的在位子宫内膜中，主要含有M2型巨噬细胞和自然杀伤T细胞，而AQP4抑制T细胞改变T淋巴细胞的转运模式使趋化因子受体表达减少，以抑制不良免疫反应的发生[35]。此外，巨噬细胞能够增加EMS患者基质细胞的侵袭活性，且巨噬细胞中含有AQP3，表明AQP3可能通过免疫细胞调控内膜细胞的迁移[36]。研究证明，自噬能够调节EMS子宫内膜细胞的迁移和侵袭，低氧处理的人子宫内膜上皮细胞显示出较高的自噬水平和较强的迁移、侵袭能力，提示自噬在EMS发生发展中有重要作用[37]。诱导自噬机制在女性整个生理性月经周期的腺上皮细胞和基质细胞中存在，然而在EMS中发生了异常自噬，即通过促进子宫内膜异位组织和基质细胞的增生，限制细胞凋亡，是一种异常的免疫应答机制。Meng等[38]进行肺癌相关机制的实验证实，小檗碱与肉桂醛联合可诱导细胞自噬，并协同减少AQP1的表达以阻止肺癌的发生，说明自噬机制与AQP1共同调节肿瘤细胞的饥饿，提示AQP可能通过自噬对EMS进行调控。T细胞以及巨噬细胞等免疫细胞需要AQP3介导参与人体的生理病理等活动[36，39]，炎性脱髓鞘性综合征是自身免疫性疾病，其髓鞘少突胶质细胞糖蛋白抗体与AQP4抗体对相关免疫性疾病的严重发作频率和复发率相似[40]，髓鞘少突胶质细胞糖蛋白抗体主要分布在病变的微血管以及血管周围间隙，其与AQP4分子结合，并激活巨噬细胞、T细胞等一类免疫相关的细胞和分子，促进中枢神经系统的外周免疫反应[41]，因此AQP3、AQP4的稳定表达在免疫应答中具有重要作用。

3 结 语

AQP作为一种细胞膜的结构蛋白参与EMS的发生发展，在位子宫内膜细胞在子宫黏膜被覆之外的部位进行迁移、黏附、增殖和形成异位灶血管等一系列病理活动与AQP的跨膜运输活动高度一致。AQP可促进水分子以及甘油等小分子快速被动转运，调节细胞内外渗透压平衡环境，促使细胞迁移和增生，血管形成及传递神经信号等。目前EMS相关AQP的研究尚处于起步阶段，AQP各亚型调控EMS形成过程的作用机制尚不完全清楚，仍需要进一步研究。AQP参与EMS发病的主要机制为参与黏附-侵袭-血管生成及免疫异常，AQP调节剂可抑制子宫内膜细胞的迁移、增殖、血管生成以及调控免疫，可能成为潜在的治疗EMS及其相关并发症的新策略。