王秀霞,劉 爽,付 璐,張文慧,關(guān)松磊,張林波

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130118)

水通道蛋白(Aquaporin,AQP)是細(xì)胞膜上能高效選擇性地轉(zhuǎn)運(yùn)水分子的特異性孔道[1]。迄今為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了13個(gè)不同類(lèi)型的水通道蛋白(AQP0-AQP12),在結(jié)構(gòu)上,AQPs是整合膜水轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白小分子混合物(～30 kDa)。組織定位和調(diào)節(jié)研究表明,AQPs在生理上涉及液體分泌和吸收的細(xì)胞中表達(dá),例如在眼睛,中樞神經(jīng)系統(tǒng),外分泌腺,腎臟和脂肪組織中[2]。AQPs根據(jù)功能可分為三類(lèi)[3]：(a)只轉(zhuǎn)運(yùn)水的AQPs,(AQP0,AQP1,AQP2,AQP4,AQP5,AQP6,AQP8)；(b)對(duì)水、甘油、尿素或其他小溶質(zhì)具有通透性的AQPs(AQP3,AQP7,AQP9,AQP10)；(c)超級(jí)水通道蛋白亞家族(AQP11,AQP12)[4],主要在細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)表達(dá),參與某些消化酶的共同分泌[5]。

AQPs幾乎存在于所有的生物體中,包括真核生物和原核生物[6]。在植物中,如玉米[7]和大豆[8]等,已有30多種植物水通道蛋白的全基因組被鑒定及分類(lèi)。在動(dòng)物中,AQPs在哺乳動(dòng)物中廣泛分布,且相關(guān)報(bào)道居多,如大鼠[9],小鼠[10]的腎臟、胃腸道和肺氣道等。近年來(lái),研究人員發(fā)現(xiàn),在非哺乳脊椎動(dòng)物中AQPs也廣泛表達(dá),比如雞[11],蟾蜍[12]等,并且隨著外界因素刺激,AQPs在體內(nèi)的表達(dá)量也會(huì)發(fā)生變化[13],但是相關(guān)報(bào)道較少。本文對(duì)雞水通道蛋白研究進(jìn)展進(jìn)行概述。

1 雞不同部位的AQPs研究進(jìn)展

雞屬于鳥(niǎo)綱雞形目雉科,其生理結(jié)構(gòu)不同于哺乳動(dòng)物,首先雞沒(méi)有膀胱,尿液被排到泄殖腔中,這是生殖、胃腸道、泌尿系統(tǒng)的共同終點(diǎn)。其次雞具有嗉囊,食物在嗉囊里經(jīng)過(guò)潤(rùn)濕和軟化,再被送入前胃和砂囊,有利于消化。雖然其結(jié)構(gòu)與哺乳動(dòng)物相比有差異,但已經(jīng)有研究人員報(bào)道[14],雞體內(nèi)不同位置表達(dá)不同種類(lèi)的水通道蛋白,且水通道蛋白與雞組織病變也有密切聯(lián)系。

1.1 雞泌尿系統(tǒng)的AQPs及其功能 最近在禽類(lèi)腎臟中報(bào)道了AQP1、AQP2、AQP4的存在[15-16-17],與哺乳動(dòng)物相似,AQP2在水份缺失或施加精氨酸血管舒緩素(AVT)后AQPs基因表達(dá)量增加[18],然而關(guān)于A(yíng)QPs的生理學(xué)作用及其在雞類(lèi)腎臟中基因表達(dá)調(diào)控的信息仍然有限[15]。Sugiura K.等[19]通過(guò)RT-PCR等方法確定了 AQP1、AQP2、AQP3、AQP4、AQP7 存在于幼雛雞腎中,此外該研究首次報(bào)道了AQP9也存在于雞腎中。后續(xù)研究顯示,除了AQP7以外,AQPs的表達(dá)可以被高滲刺激選擇性誘導(dǎo)和調(diào)節(jié),而AQP7并沒(méi)有明顯變化,說(shuō)明AQP7在雞腎臟水轉(zhuǎn)運(yùn)中不具有關(guān)鍵性作用。由于涉及雞體內(nèi)水分子平衡機(jī)制尚不明確,因此Orlowski S. 等[16]檢測(cè)了AQP2、AQP3、AQP4在不同種類(lèi)的雞中腎及全血中的表達(dá),該研究首次顯示,水通道蛋白和核糖核酸酶III家族酶以限水條件依賴(lài)于群體的差異性調(diào)節(jié),它們?cè)谘h(huán)中的表達(dá)可以為涉及適應(yīng)性水分脅迫應(yīng)激的新分子標(biāo)志開(kāi)辟新的前景。

1.2 雞消化系統(tǒng)的AQPs及其功能 消化系統(tǒng)是除腎臟以外體液吸收和分泌量最大的器官系統(tǒng),因此水通道蛋白在消化生理中可能扮演重要角色。禽類(lèi)的腸道具有吸收腎臟產(chǎn)生的大量流體的能力。Ramírez-Lorca R.等[19]通過(guò)Northern測(cè)定分析3種ck-AQP mRNA在哈伯德雞的腎和胃腸道系統(tǒng)中的表達(dá)情況。其中ck-AQP2的轉(zhuǎn)錄物僅在腎中被鑒定,ck-AQP4 mRNA在腎和胃中較低程度表達(dá),ck-AQP5mRNA在空腸和回腸中被發(fā)現(xiàn),在直腸中發(fā)現(xiàn)較少程度ck-AQP5 mRNA。從空腸到結(jié)腸,ck-AQP5 mRNA和蛋白的表達(dá)水平逐漸降低?？傊?ck-AQP5在雞胃腸道中可能具有一定作用,但是其是否受荷爾蒙或神經(jīng)肽控制有待于進(jìn)一步研究。Casotti G.等[15]在麻雀腎臟、腸胃、近端、遠(yuǎn)端直腸及下腸道中分離出971 bp AQP1的完整cDNA。這一發(fā)現(xiàn)具有重要意義,因?yàn)锳QP1的組織分布表明,水通道蛋白在禽類(lèi)水份保存中具有重要的生理作用,而且由于禽類(lèi)下腸的平滑肌處于持續(xù)收縮狀態(tài),允許輸尿管尿液在下腸中運(yùn)動(dòng),且其收縮速度慢,不太可能積累乳酸,因此AQP1在腸平滑肌的功能作用可能與其哺乳動(dòng)物骨骼肌不同。

1.3 生殖系統(tǒng)的AQPs及其功能 Yang等[14]確定了AQP3在雞輸卵管中高度表達(dá),此外AQP3表達(dá)隨著雌激素的影響呈依賴(lài)性改變,AQP3 mRNA表達(dá)隨著雌激素濃度的降低而降低(P＜0.001),在患有卵巢癌的蛋雞中,AQP3表達(dá)增加(P＜0.001)。以上結(jié)果表明,AQP3不是簡(jiǎn)單的將水輸入或輸出細(xì)胞,而是似乎密切參與由雌激素調(diào)節(jié)的輸卵管的發(fā)育?？傊?AQP3是一種激素誘導(dǎo)的雞輸卵管發(fā)育調(diào)節(jié)因子,也可以成為預(yù)測(cè)上皮細(xì)胞衍生的卵巢癌發(fā)展的潛在新生物標(biāo)志物。Socha J.K.等[21]用他莫昔芬(TMX,雌激素受體調(diào)節(jié)劑)處理母雞直至其停止產(chǎn)卵,通過(guò)實(shí)時(shí)PCR和免疫印跡檢測(cè)雞輸卵管中AQP4的基因和蛋白表達(dá)變化,結(jié)果表明,用TMX處理的母雞輸卵管中AQP4的mRNA和蛋白水平降低。免疫組織化學(xué)證實(shí)了AQP4在輸卵管壁中的組織和細(xì)胞中呈依賴(lài)性定位。以上結(jié)果表明,AQP4參與調(diào)節(jié)雞輸卵管中卵形成所需的水份運(yùn)輸,此外,雌激素作用與AQP4基因和蛋白表達(dá)之間的關(guān)系也具有研究前景。Nowak M.等[22]研究了AQP4在雞卵巢中的表達(dá)與卵泡發(fā)育的關(guān)系,通過(guò)實(shí)時(shí)PCR和蛋白質(zhì)印跡分析,在所檢查的卵巢區(qū)室中分別檢測(cè)到AQP4 mRNA和蛋白質(zhì)。AQP4的相對(duì)表達(dá)取決于濾泡的大小和毛囊壁的層次。隨著排卵最大卵泡的接近,顆粒層中AQP4蛋白水平逐漸降低(內(nèi)膜≥外膜 ＞顆粒)。以上結(jié)果表明,AQP4可能參與調(diào)節(jié)雞卵巢卵泡發(fā)育所需的水份運(yùn)輸。Tiwari A.等[23]確定了AQP5在雞卵巢腫瘤中的定位,揭示了AQP5在卵巢腫瘤組織中的COVCAR細(xì)胞與正常卵巢表面上皮的NOSE細(xì)胞相比的差異分布。說(shuō)明AQP5在卵巢腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲性中的具有潛在作用。

1.4 其他部位的AQPs及其功能 雞胚絨毛尿囊膜(CAM)通常同于研究體內(nèi)血管生成,Domenico等[24]通過(guò)蛋白質(zhì)印跡和免疫組化法研究了雞CAM中AQP1的發(fā)育表達(dá),結(jié)果顯示,AQP1在外胚層、內(nèi)胚層上皮細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞中明顯表達(dá)。由于A(yíng)QP1在正?；虿±頎顟B(tài)下的血管生成過(guò)程中報(bào)道較少,該數(shù)據(jù)可作為進(jìn)一步研究AQP1在CAM試驗(yàn)中刺激或抑制血管生成作用的基礎(chǔ)。AQP4是水通道家族的成員之一,具有高透水性,Yoshimura K.等[11]通過(guò)蛋白質(zhì)印跡分析表明,在腦、前胃、腸、胸肌、腎和輸尿管中存在A(yíng)QP4條帶,腦部的免疫組化結(jié)果顯示,腦、血管周?chē)腁QP4反應(yīng)性最高,說(shuō)明雞的大腦是AQP4主要表達(dá)部位。同年,Saito N.等[13]研究了水份剝奪對(duì)雞AQP4表達(dá)的影響,通過(guò)RT-PCR定量分析顯示,脫水后AQP4表達(dá)顯著增加,這說(shuō)明AQP4可能在雞腦滲調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用。Goodyear M.J.等[25]首次研究證明,小雞視網(wǎng)膜中存在A(yíng)QP4蛋白并且將內(nèi)視網(wǎng)膜中AQP4表達(dá)與視覺(jué)剝奪和最快軸向伸長(zhǎng)時(shí)間聯(lián)系起來(lái)。實(shí)驗(yàn)組在快速生長(zhǎng)期A(yíng)QP4表達(dá)量增加,說(shuō)明AQP4的表達(dá)在功能上與軸性屈光不正的發(fā)展有密切關(guān)系。

2 展望

在哺乳動(dòng)物中,AQPs在身體的大多數(shù)組織和器官中表達(dá)以提供各種功能,例如水,尿液和甘油的轉(zhuǎn)運(yùn),也能作為腎臟中尿液濃度的調(diào)節(jié)劑[26]。然而,鳥(niǎo)類(lèi)AQPs的組織特異性表達(dá)報(bào)道較少,研究表明,AQP2,AQP4分別在雞的腎、腦中特異性表達(dá)。在雞的卵巢和輸卵管等大部分器官中檢測(cè)到AQP1和AQP3的表達(dá)。綜上所述,雞水通道蛋白的分布及功能大部分與哺乳動(dòng)物中報(bào)道的相一致(AQP7除外),而隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,水通道蛋白的結(jié)構(gòu)與功能已經(jīng)逐漸揭開(kāi)面紗,它不僅僅是轉(zhuǎn)運(yùn)水和一些小分子的膜蛋白,還能夠通過(guò)參與機(jī)體的一些復(fù)雜病理和生理,從而對(duì)疾病產(chǎn)生重要的影響。因此開(kāi)發(fā)水通道蛋白相關(guān)抑制劑和激動(dòng)劑或許可以有望給尿崩癥、腹瀉、卵巢癌、腫瘤等疾病提供新的治療前景。