馬東玥，徐雨辰，牛青松，郝宗耀，梁朝朝

(安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院泌尿外科，安徽醫(yī)科大學泌尿外科研究所，泌尿生殖系統(tǒng)疾病安徽省重點實驗室，安徽合肥 230022)

常染色體顯性遺傳性多囊腎病(autosomal dominant polycystic kidney disease，ADPKD)是最常見的導致腎臟功能衰竭的遺傳性腎臟疾病之一，發(fā)病率為1/400～1/1 000，其特征是進行性形成及增大的雙腎彌漫性囊腫，對腎功能造成損害[1-5]。ADPKD主要由基因PKD1或PKD2突變引起，前者約占85%，后者占15%，分別編碼多囊蛋白1(polycystin1，PC1)和多囊蛋白2(polycystin2，PC2)，最新的研究表明另2個罕見基因GANAB和DNAJB11的突變也能引起ADPKD[6-7]。多囊蛋白的缺失會通過激活mTOR、cAMP、Wnt等信號通路引起囊腫上皮過度增殖，分泌增加，同時還能引起纖毛功能缺陷，細胞極性異常，使腎小管上皮細胞呈球形排列，最終導致囊腫形成及增大[8]。此外，ADPKD常伴有尿液濃縮功能缺陷。作為尿液濃縮及維持水平衡的重要分子，水通道蛋白(aquaporin，AQP)廣泛分布于哺乳動物各種組織中，在促進體內(nèi)水和一些溶質(zhì)在細胞內(nèi)外的跨膜運輸中具有重要的功能，參與多種生理過程[9-11]。迄今為止，已在哺乳動物中鑒定出13種AQP亞型(AQP0-AQP12)[12]。其中AQP1、AQP2、AQP3及AQP11可能在ADPKD的發(fā)生發(fā)展中起到作用。本文將總結水通道蛋白在ADPKD中作用機制的研究進展。

1 水通道蛋白1(AQP1)

AQP1是最早發(fā)現(xiàn)的水通道蛋白，在腎近端小管上皮的頂膜和基底外側膜以及髓袢降支細段的上皮細胞膜上高度表達[13]，因此AQP1可作為近端小管標記物。HUANG等[14]利用ADPKD患者和健康對照者的成纖維細胞誘導分化為多能干細胞(induced pluripotent stem cell，iPSC)，結果顯示ADPKD-iPSC自細胞外向內(nèi)的水轉運能力與健康對照-iPSC相比下降，并且ADPKD-iPSC中的AQP1表達顯著低于健康對照-iPSC，此結果提示AQP1缺失可能降低ADPKD囊腫上皮對囊腔內(nèi)水的重吸收，進而促進囊腫增大。

WANG等[15]利用PKD1和AQP1基因敲除小鼠對此現(xiàn)象進行了進一步研究，結果顯示AQP1完全缺陷的PKD1敲除小鼠(PKD1flox/flox;Ksp-cre;AQP1-/-)與AQP1雜合的PKD1敲除小鼠(PKD1flox/flox;Ksp-cre;AQP1+/-)相比，腎臟體積、囊腫數(shù)目及直徑均增加，并且這些增加的囊腫主要來源于近端小管區(qū)域，這一發(fā)現(xiàn)確認了AQP1在ADPKD近端小管囊腫形成中的作用。同時該研究還發(fā)現(xiàn)AQP1缺陷促進多囊腎的進展可能是通過激活Wnt/β-catenin信號通路所實現(xiàn)。在經(jīng)典Wnt信號通路未被激活時，胞質(zhì)中的β-catenin被GSK3β磷酸化，進而被蛋白酶體降解。當經(jīng)典Wnt信號通路激活時，β-catenin的磷酸化和降解受到抑制，β-catenin積累并入核，促進下游靶基因表達[16]。我們的研究發(fā)現(xiàn)在ADPKD小鼠模型腎臟中Wnt/β-catenin信號通路存在異常激活[17]。在PKD1缺陷小鼠模型中敲除AQP1后，Wnt/β-catenin信號通路進一步活化，而過表達AQP1能夠抑制細胞模型中囊腫的形成及β-catenin的表達，提示AQP1的缺失通過激活Wnt/β-catenin信號通路促進ADPKD近端小管囊腫進展。此外，Dweep在對ADPKD大鼠模型(PKD/Mhm)腎臟進行了mRNA和miRNA測序，結果顯示AQP1表達下調(diào)，且在顯著上調(diào)的miRNA中，miR-199a-5p、miR-214和miR-503可能對AQP1具有調(diào)控作用。提示ADPKD中AQP1的表達下調(diào)可能是通過miRNA介導[18]。

2 水通道蛋白2(AQP2)

腎臟的集合管表達水通道蛋白家族的另一個成員AQP2。AQP2在集合管主細胞中含量豐富，因此常作為集合管標記物。目前，已發(fā)現(xiàn)ADPKD中約2/3的囊腫表達AQP1或AQP2，且含有AQP2的囊腫是最常見的，但一般不同時含有兩者，這種現(xiàn)象提示囊腫起源于腎單位不同部位的細胞。在一項最新的研究中，TSUKIYAMA等[19]構建了PKD1缺陷的獼猴多囊腎模型，結果顯示在重度表型的腎臟中，大多數(shù)囊腫AQP2陽性而少數(shù)AQP1陽性，表明大多數(shù)嚴重的囊腫起源于集合管。更重要的是，AQP2陽性囊腫的平均直徑大于AQP1陽性囊腫。此外，重度表型的腎臟與輕、中度表型的腎臟相比，AQP1陽性的囊腫大小無明顯變化，而AQP2陽性的囊腫大小顯著增大。上述結果提示，AQP2陽性的集合管囊腫可能與ADPKD的囊腫進展具有更高的相關性。

血管加壓素(arginine vasopressin，AVP)與集合管主細胞上的V2受體(V2 receptor，V2R)結合能夠誘導AQP2從細胞內(nèi)囊泡到細胞頂膜之間運輸，進而促進集合管水的重吸收，參與水平衡調(diào)控[20]。由于ADPKD的囊腫多起源于集合管[21]，且水平衡失調(diào)是ADPKD的特征之一，這些提示AVP-AQP2可能參與ADPKD的發(fā)生發(fā)展[22]。研究顯示，多種多囊腎疾病的動物模型和ADPKD患者均檢測到AVP水平升高且與GFR成負相關，同時ADPKD腎臟V2R和AQP2的表達增加，cAMP水平升高[4,23-25]。cAMP信號通路激活是ADPKD囊腫形成的關鍵機制之一，它能夠促進囊腫上皮增殖及囊液分泌[26]，在人ADPKD囊腫上皮細胞中能夠檢測到cAMP的合成酶腺苷酸環(huán)化酶AC 1、3、5、6表達且與AQP2共定位[27]。據(jù)此，選擇性V2R拮抗劑托伐普坦，可以通過靶向AVP-cAMP-AQP2信號通路，減緩囊腫生長，延緩腎功能損害，是目前唯一被批準用于ADPKD臨床治療的藥物[28]。

3 水通道蛋白3(AQP3)

AQP3是存在于集合管主細胞基底外側膜上的一個功能獨特的水通道，主要運輸水及一些小分子物質(zhì)，如甘油等[13]。AQP3參與了多種細胞內(nèi)信號轉導過程涉及能量代謝、增殖和炎癥等[29]。AQP3在ADPKD集合管囊腫上皮細胞中也有表達，研究表明AQP3的表達可以抑制腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)的磷酸化，增加囊腫上皮細胞的ATP濃度，并活化ERK/mTOR信號通路，促進細胞增殖[30]。與表達AQP3的PKD1flox/flox、Ksp-cre、AQP3+/-小鼠相比，AQP3缺失的PKD1flox/flox、Ksp-Cre、AQP3-/-小鼠的腎臟大小和囊腫指數(shù)顯著降低，并且囊腫的減少主要位于集合管區(qū)域。AQP3缺失能夠抑制囊腫上皮細胞能量代謝，抑制mTOR和ERK信號轉導，進而抑制囊腫上皮細胞的增殖。該研究在細胞模型中也觀察到了AQP3缺失對囊腫形成的抑制作用[30]。上述研究顯示AQP3可能是ADPKD腎囊腫進展的新影響因素，但其作用還有待更多的研究確認。

4 水通道蛋白11(AQP11)

AQP11是轉運特性尚不完全清楚的水通道蛋白[10]，在腎臟、肝臟、大腦、睪丸、尿路上皮等均有表達[31]，在亞細胞結構中，AQP11與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(rough endoplasmic reticulum，RER)共定位，可能具有調(diào)節(jié)RER膜對水和其他溶質(zhì)滲透性的功能。此外，AQP11可能參與PC1和PC2的正確糖基化[32]。

在腎臟中，AQP11表達于腎近端小管的上皮細胞內(nèi)。AQP11敲除的小鼠表現(xiàn)出近端小管的空泡化和囊腫形成，常在出生早期死于多囊腎導致的腎衰竭[33]。因此，AQP11缺失小鼠的疾病表現(xiàn)更接近人類常染色體隱性遺傳性多囊腎病(autosomal recessive polycystic kidney disease，ARPKD)。但不同的是，ARPKD的囊腫起源于集合管，而AQP11缺陷小鼠的囊腫僅限于近端小管。KOIKE[34]及SAITO等[35]的研究也證實AQP11在腎臟的近端小管中選擇性表達，AQP11缺失的小鼠腎臟上皮表現(xiàn)出PC1向細胞膜的轉運障礙，該多囊腎小鼠常在1個月內(nèi)死亡。此外，AQP11的缺陷能導致近端小管上皮的增殖增加[36]。INOUE等[37]的實驗進一步探明了AQP11缺失引起多囊腎病的發(fā)病機制。與野生型小鼠的腎臟相比，AQP11-/-小鼠的腎臟PC1表達升高，PC2表達降低，且上皮的初級纖毛長度增加。雖然AQP11-/-小鼠腎臟的PC1表達升高，但AQP11的缺失使得PC1在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處的糖基化過程受損，并且使PC1向細胞膜的轉運及定位異常，這可能是AQP11-/-小鼠囊腫發(fā)生的關鍵機制。此外，轉基因AQP11可以完全挽救3周齡AQP11-/-小鼠的腎臟囊腫表型[35,37]。因此，AQP11的表達可以在囊腫形成中發(fā)揮抑制作用，有望成為新的潛在治療靶標。

5 總結與展望

目前ADPKD仍然是臨床上難以治愈的疾病，除了托伐普坦已進入臨床用藥階段外，尚無其他明確有效減緩疾病進程的治療方案[38]。AQP在腎的水及溶質(zhì)轉運的過程中扮演著重要角色，不僅能夠作為ADPKD中囊腫起源的標記，與疾病表型嚴重程度相關，還參與cAMP、Wnt、mTOR等多種信號通路以及多囊蛋白的細胞內(nèi)轉運，可能對ADPKD囊腫形成及疾病進展產(chǎn)生調(diào)控作用。深入研究AQP在ADPKD中的作用機制，在尋找ADPKD藥物靶點方面具有廣闊的前景。