冉 呂綜述，梅浙川審校（重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科，重慶 400010）

水通道蛋白是一組對水有高選擇性的跨膜轉(zhuǎn)運蛋白，廣泛分布在機體各組織，在水的分泌吸收、細胞內(nèi)外水平衡等過程中起著重要作用。水通道蛋白9（AQP9）是水通道蛋白家族成員之一，是1998年發(fā)現(xiàn)的一種新的水通道蛋白亞型，現(xiàn)就AQP9的基本特點，在消化道的分布、表達，與疾病的關(guān)系作一綜述。

1 AQP9的發(fā)現(xiàn)

水通道蛋白是20世紀90年代初發(fā)現(xiàn)的一類介導自由水被動跨生物膜轉(zhuǎn)運的小分子膜蛋白，是存在于哺乳動物和植物細胞膜上的特異孔道，一般認為該孔道只通透水，對甘油和尿素有一定的選擇性。自1988年Agre等在鑒定人類Rh血型抗原時偶然發(fā)現(xiàn)了一種紅細胞膜上的新28ku蛋白，即后來被命名的AQP1以來，目前已經(jīng)確定13種（AQP0～12）水通道蛋白家族成員。這13種AQP在通透水的功能上有著相似之處，但因表達部位不同，而發(fā)揮著特異性的生理功能。

AQP9是1997年Kuriyame等在進行人類脂肪組織基因序列系統(tǒng)分析過程中，發(fā)現(xiàn)的一種在脂肪組織特異表達的新基因，之后在白細胞、肝臟、睪丸、脾、腦等器官也有發(fā)現(xiàn)。AQP9無論在結(jié)構(gòu)、分布以及功能等方面，與其他AQP相比都具有其獨特性。

2 AQP9基本特點

2.1 分子結(jié)構(gòu) AQP cDNA含有2 890個核苷酸分子，其核苷酸序列已經(jīng)通過實驗證實。AQP9基因由6個外顯子和5個內(nèi)含子組成。6個外顯子分別編碼398、127、138、119、218、1 958位氨基酸序列，外顯子6含有一個終止密碼和一個聚腺苷酸信號（AATAAA）。5個內(nèi)含子長度分別為10、5.5、1.5、4.0、4.8kb，比其他AQP的內(nèi)含子大得多。AQP9相對分子質(zhì)量小，為300×103左右，對水和多種中性溶質(zhì)通透。而AQP3和AQP7也是由6個外顯子和5個內(nèi)含子組成，其內(nèi)含子比AQP9小，只對水、甘油、尿素具有通透性。AQP1、AQP2、AQP4、AQP5的基因由4個外顯子和3個內(nèi)含子組成，它們只對水通透。

AQP9是一種糖蛋白，其基本結(jié)構(gòu)為跨越細胞膜6次的單肽鏈，每個單肽鏈由295個氨基酸組成31×103的單體，其天冬酰胺位置具有糖基化位點，在體外翻譯時產(chǎn)生28×103單一條帶，在絲氨酸位置有一蛋白激酶C磷酸化位點，無蛋白激酶A位點。在AQP家族中，不同AQP cDNA有高度同源性，內(nèi)部同源性最高的含有2個天冬酰胺－脯氨酸－丙氨酸（NPA）基元，NPA為AQP家族成員共有的特征性結(jié)構(gòu)。每個AQP氨基端結(jié)構(gòu)相似，而羧基端結(jié)構(gòu)各有特點，提示氨基端結(jié)構(gòu)決定了AQP功能的共性，羧基端結(jié)構(gòu)構(gòu)成了各成員功能的特異性［1］。

AQP9高級結(jié)構(gòu)是由同源四聚體組成，各單體均含有6個跨膜的ɑ螺旋，每個ɑ螺旋形成基本的含水孔，具有獨立的水通透活性。四個單聚體組成中心有明顯孔隙的結(jié)構(gòu)，每個四聚體都含有四個向外伸長圍繞中心孔隙排列的結(jié)構(gòu)域，代表四個水孔。Walz等認為該聚體在膜上的組裝是維持AQP穩(wěn)定性及正常功能所必需的。

2.2 遺傳性特性 原位免疫熒光實驗觀察到，人類AQP9基因位于染色體15q22.1－22.2。人類AQP9和鼠AQP9有76%同源，和AQP3有47%同源，和AQP7有41%同源，和AQP1僅有28%同源［2］。

2.3 化學特性 AQP9的分子結(jié)構(gòu)和對水的通透性與其他水通道蛋白類似，它不僅僅是一個水通道，還可以通透多種小分子，如脲、多羥基化合物、嘌呤、嘧啶、多元醇、甘油、尿素等，并且對尿素的通透可提高90倍，所以AQP9也被稱為“廣泛選擇性通道”［2］。但是AQP9對氨基酸、血糖、Na＋、K＋、Cl－、單羧基類不具有通透作用。

3 AQP9在消化系統(tǒng)的表達

目前，研究證實至少有9種水通道蛋白在胃腸道表達。AQP1在從食管到結(jié)腸的整個消化道黏膜下層和固有層的小血管小腸的中央乳糜管內(nèi)皮以及唾液腺、胰腺導管、肝膽管上皮都有分布。AQP2分布于末端結(jié)腸上皮的頂質(zhì)膜。AQP3分布于從口腔到胃以及結(jié)腸到肛門段的消化道黏膜上皮，并且在結(jié)腸表達明顯多于小腸。AQP4在胃、小腸、結(jié)腸都有表達。AQP5在胰腺外分泌部的小導管上皮細胞、唾液腺漿液細胞、幽門腺和十二指腸腺的腺泡細胞的頂質(zhì)膜和基側(cè)膜表達［3］。AQP7在小腸及結(jié)腸表達［4］。AQP8在大鼠十二指腸、近端空腸、近端結(jié)腸、直腸以及唾液腺、胰腺、肝臟都有表達，胃和遠段結(jié)腸也有少量表達。Mobasheri等［5］報道在十二指腸和空腸中，新發(fā)現(xiàn)的水通道蛋白亞型AQP10表達豐富。免疫組化技術(shù)定位顯示，AQP9在大鼠消化道不同部位的分布和表達強度存在差異性，由強到弱依次為：近端小腸、遠端小腸、近端結(jié)腸、胃腺及遠端結(jié)腸、食管及前胃，與各部位的水電解質(zhì)轉(zhuǎn)運活躍程度一致，這提示AQP9分布及強度與消化道各段吸收、分泌能力以及代謝活動強弱有關(guān)。AQP9在肝臟中主要分布于肝細胞竇狀隙質(zhì)膜上。近來研究發(fā)現(xiàn)，AQP9在大鼠肝臟上的表達與性別相關(guān)，雄性大鼠在肝臟上的表達高于雌性大鼠，但年齡和食譜對AQP9的表達和分布均沒有影響。AQP9對尿素有很高的通透性，肝臟是尿素生成和排出的器官，提示AQP9在肝臟可能是一個尿素通道，并且與尿素的清除相關(guān)［6］。由于AQP9對甘油和尿素有很高的通透性，它可能是吸收甘油的入口以及尿素和肝細胞產(chǎn)生代謝物的出口。研究表明，當大鼠饑餓時，肝臟吸收甘油作為糖異生的底物，在大鼠持續(xù)禁食之后，AQP9在肝臟中的表達增加，而重新進食后AQP9的表達逐漸下降。由此可見，AQP9在肝臟葡萄糖糖異生中起到了重要作用。另外，AQP9介導的水轉(zhuǎn)運位于竇狀隙血液與肝細胞內(nèi)部之間，可能和AQP8共同參與了小管的膽汁分泌［7］。

4 AQP9與消化系統(tǒng)疾病

4.1 AQP9與功能性便秘 在結(jié)腸內(nèi)，升結(jié)腸內(nèi)容物為稀便，橫結(jié)腸內(nèi)容物為軟便，降結(jié)腸內(nèi)容物為成形便。因此，結(jié)腸有吸收水分的功能。研究表明，AQP9主要位于結(jié)腸黏膜腔面杯狀細胞和腺體內(nèi)部分杯狀細胞的基底側(cè)。通過蛋白質(zhì)印跡技術(shù)發(fā)現(xiàn)，右半結(jié)腸比左半結(jié)腸表達少，這說明AQP9在左半結(jié)腸有分泌黏液的作用；并且發(fā)現(xiàn)便秘患者右半結(jié)腸AQP9無明顯變化，左半結(jié)腸表達明顯降低，可能正是因為這個原因，便秘患者出現(xiàn)排便困難癥狀［1］。

4.2 AQP9與肝癌 在我國，原發(fā)性肝癌的發(fā)病率是歐美國家的5倍以上，每年約有11萬人死于肝癌，占我國癌癥病死率的第二位，占全世界肝癌病死率的45%，目前對肝癌的徹底治療仍是一個大的難題［8］。最新的腫瘤分子生物學認為，水通道蛋白可能會是針對腫瘤細胞生存、侵襲和轉(zhuǎn)移的一種新的藥物靶點。通過免疫組化、蛋白質(zhì)印跡分析實驗等方法研究發(fā)現(xiàn)，AQP9在原發(fā)性肝細胞癌和非癌組織中均有高表達，但其表達水平在不同的病理類型中有較大差異［9］。在非肝細胞癌中多為高表達，而在癌組織中表達水平出現(xiàn)不同程度的下降［10］；其表達水平與原發(fā)性肝細胞癌的腫瘤細胞分化程度之間顯著性相關(guān)，即AQP9的表達水平隨著腫瘤細胞的分化程度下降而下降。這些結(jié)果表明AQP9的表達可能在原發(fā)性肝細胞癌的發(fā)生過程中產(chǎn)生了作用，并提示AQP9的表達情況有助于判斷原發(fā)性肝細胞癌的預后［11］。此外，由于其對嘌呤、嘧啶、尿素等非帶電中性物質(zhì)具有轉(zhuǎn)運活性，包括對5－Fu具有通透性；某些學者認為AQP9還有可能成為肝癌患者進行藥物治療的新的作用靶點［9］。

4.3 AQP9與非酒精性脂肪肝（NAFLD） 隨著生活水平的提高和生活方式的改變，NAFLD已成為嚴重威脅人們身心健康的常見疾病，在我國的發(fā)病率不斷升高［12］。水甘油通道蛋白是水通道蛋白家族的一個亞家族，對水甘油等小分子溶質(zhì)有選擇性跨膜轉(zhuǎn)運作用。AQP9作為水甘油通道蛋白的一員在血竇面肝細胞膜表達非常豐富，它是肝臟上惟一的甘油通道。用油酸誘導肝細胞脂肪變性的研究發(fā)現(xiàn)，AQP9mRNA及蛋白表達較正常肝組織增強，同時脂肪變細胞增多，游離脂肪酸、甘油、三酰甘油含量明顯增加［13］。推測是隨著AQP9表達增加，通過AQP9進入肝細胞內(nèi)的甘油增加，在甘油激酶的作用下轉(zhuǎn)化為3－磷酸甘油增多，同時促進游離脂肪酸吸收增加，最終導致三酰甘油合成增加，故肝細胞脂肪蓄積，發(fā)生脂肪變性。因此，AQP9介導的脂代謝異?？赡苁歉渭毎咀冃缘闹匾獧C制［6］。

4.4 AQP9與肝外膽汁淤積 通過對大鼠行膽道結(jié)扎術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)后AQP9mRNA在肝細胞基底外側(cè)膜表達明顯減少，而在細胞內(nèi)膜表達顯著增加。推測是由于AQP9是肝細胞基底外側(cè)膜的惟一水通道，它能促進整個肝細胞基底膜水的正弦運動；而肝細胞分泌的膽汁需要水滲透推動跨細胞運輸，當膽管阻塞時，基底膜滲透水通透性下降，因此大量的膽汁堆積在肝細胞［14］。

5 展 望

隨著分子生物學的迅速發(fā)展，AQP9的分子結(jié)構(gòu)、作用機制以及消化系統(tǒng)的表達越來越明確，但AQP9的研究還有許多有待拓寬的領(lǐng)域，它不僅能為某些疾病狀態(tài)提供理論上的解釋，而且可為臨床相關(guān)疾病的治療提供新的思路和方法。

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