金琳瑩　張　爍

浙江中醫(yī)藥大學附屬第一醫(yī)院消化內(nèi)科(310006)

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水通道蛋白調(diào)控腹瀉型腸易激綜合征的研究進展*

金琳瑩#張爍&

浙江中醫(yī)藥大學附屬第一醫(yī)院消化內(nèi)科(310006)

摘要分布于腸黏膜中的水通道蛋白(AQPs)作為介導水液跨膜轉(zhuǎn)運的重要因子，在腸道細胞內(nèi)外環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持和腸神經(jīng)功能調(diào)控中具有重要作用。腹瀉型腸易激綜合征(IBS-D)是臨床上較為常見的功能性胃腸病之一。近年來有關(guān)AQPs在IBS-D中作用的研究并不少見，但其究竟如何在IBS-D中發(fā)揮保護或損傷作用仍不甚明確。本文就AQPs調(diào)控IBS-D的相關(guān)研究進展作一綜述。

關(guān)鍵詞腸易激綜合征；腹瀉；水孔蛋白質(zhì)類；水液代謝；神經(jīng)調(diào)控

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome, IBS)是臨床上較為常見的功能性胃腸病之一，患病率高達10%～25%[1]。參照功能性胃腸病羅馬Ⅲ標準， IBS可分為腹瀉型(IBS-D)、便秘型(IBS-C)、混合型(IBS-M)和不定型(IBS-U)四種亞型[2]，我國以IBS-D更為常見，但因發(fā)病機制不明，臨床療效差強人意。根據(jù)相關(guān)文獻報道，IBS-D的發(fā)生與腸道動力異常、腦-腸軸異常、內(nèi)臟敏感性異常等多種因素有密切聯(lián)系，并通過神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等多個系統(tǒng)的綜合作用導致腸道平滑肌運動障礙和水液代謝紊亂。分布于腸黏膜中的水通道蛋白(aquaporins, AQPs)作為介導水液跨膜轉(zhuǎn)運的重要因子，在腸道細胞內(nèi)外環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持和腸神經(jīng)功能調(diào)控中具有重要作用。近年來有關(guān)AQPs在IBS-D中作用的研究并不少見，但其究竟如何在IBS-D中發(fā)揮保護或損傷作用仍不甚明確。本文就AQPSs調(diào)控IBS-D的相關(guān)研究進展作一綜述。

一、AQPs的生物學特征及其在消化系統(tǒng)的表達

AQPs又名水孔蛋白，是一類相對分子質(zhì)量約為30 kDa(1 Da=0.992 1 u)的糖蛋白家族，家族成員由不同基因編碼，多肽鏈由約270個氨基酸構(gòu)成。迄今為止，在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的AQPs有AQP0～AQP12共13種。根據(jù)其對水和其他溶質(zhì)的通透性，AQPs可分為三類：第一類為經(jīng)典的選擇性AQPs，只能通透水，包括AQP0、1、2、4、5、6、8；第二類為相對選擇性AQPs，能通透水、甘油和尿素，包括AQP3、7；第三類為能通透中性溶質(zhì)的AQPs，包括AQP9、10。此外，對腦組織中AQP11的研究發(fā)現(xiàn)其不能轉(zhuǎn)運水、甘油、尿素或離子，應屬于新的AQPs家族[3]。

AQPs廣泛分布于機體中，目前至少已發(fā)現(xiàn)9種AQPs在消化系統(tǒng)中有表達，其中AQP1分布于小腸和結(jié)腸，在胰腺導管、肝臟和膽管中亦有表達；AQP2、AQP4分布于結(jié)腸，后者在胃壁細胞中亦有表達；AQP3在口腔、胃、小腸、結(jié)腸、肛門均有表達；AQP5、AQP12分布于十二指腸；AQP8分布于小腸、結(jié)直腸、胰腺、肝臟；AQP10主要在小腸中表達，直腸和胃內(nèi)亦有一定量分布；AQP9分布于小腸、結(jié)腸杯狀細胞和肝臟[4-6]。

二、AQPs對腸道功能的影響及其作用機制

水液轉(zhuǎn)運如水分的分泌和吸收為腸道主要功能之一。AQPs定位于細胞膜，在細胞膜上構(gòu)成“孔道”，不僅在多種上皮和內(nèi)皮組織中發(fā)揮水液轉(zhuǎn)運、分泌、吸收作用，同時也參與細胞的增殖、遷移、凋亡、吞噬，并對神經(jīng)功能有重要調(diào)控作用[7]。

1. 對腸道水液代謝的影響：在刺激因子的作用下，分布于腸黏膜的AQPs表達可發(fā)生一定程度的變化，從而影響腸道水液代謝。研究[8]顯示AQP3可調(diào)節(jié)結(jié)腸中的糞便含水量，以HgCl2或CuSO4抑制正常大鼠結(jié)腸AQP3功能，大鼠結(jié)腸糞便含水量增加約4倍，并發(fā)生持續(xù)性腹瀉，證實AQP3參與介導了腸腔與血管之間的水液轉(zhuǎn)運。另有研究[9]發(fā)現(xiàn)，血管活性腸肽(VIP)可上調(diào)人結(jié)腸上皮細胞株HT-29中的AQP3表達，伴環(huán)磷酸腺苷(cAMP)結(jié)合活性增強，而蛋白激酶A(PKA)抑制劑可抑制VIP和cAMP引起的AQP3表達增強，提示VIP可能通過cAMP-PKA依賴性途徑上調(diào)AQP3表達，從而介導AQP3的運輸、門控作用及其重新分布，改變膜對水的通透性，調(diào)節(jié)跨膜水流動，影響胃腸道分泌、吸收功能。

AQP4定位于結(jié)腸表面上皮細胞的基底外側(cè)膜。有研究[10]利用AQP4基因敲除小鼠分析其在結(jié)腸水液轉(zhuǎn)運中的作用，結(jié)果顯示AQP4 +/+小鼠近端結(jié)腸上皮水通透性顯著高于遠端結(jié)腸，AQP4 -/-小鼠全結(jié)腸和近端結(jié)腸上皮水通透性均較AQP4 +/+小鼠顯著降低，兩組間遠端結(jié)腸上皮水通透性無明顯差異；此外，兩組間盲腸糞便含水量和結(jié)腸分泌功能亦無明顯差異。上述結(jié)果表明結(jié)腸上皮AQP4水通道參與了跨細胞水液轉(zhuǎn)運，但對結(jié)腸液體分泌和糞便脫水無明顯影響。

AQP8廣泛表達于人結(jié)腸黏膜。對IBS患者結(jié)腸黏膜AQP8表達的研究[11-12]顯示，其表達在IBS-D患者結(jié)腸黏膜中較正常人顯著降低，其中降結(jié)腸又顯著低于升結(jié)腸，患者病程越長、排便頻率越高、糞便含水量越多，AQP8表達水平越低，提示了AQP8與IBS-D之間的密切聯(lián)系。AQP8 表達降低，其跨細胞水液轉(zhuǎn)運功能受阻，導致腸腔內(nèi)水的重吸收嚴重不足，腸內(nèi)容物含水量增加，從而出現(xiàn)腹瀉癥狀。對結(jié)腸炎模型小鼠的研究[13]同樣發(fā)現(xiàn)小鼠結(jié)腸黏膜AQP8表達明顯下調(diào)，伴結(jié)腸液體分泌減少。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)，與正常人結(jié)腸黏膜AQP8表達相比，IBD患者的結(jié)腸黏膜上皮頂端膜AQP8表達顯著降低，并轉(zhuǎn)移至質(zhì)膜和基底側(cè)膜。AQP8在胞內(nèi)的重新分布可能是由cAMP所介導[14]。

2. 對腸道黏液合成、分泌的調(diào)控：杯狀細胞參與腸道黏液的合成、分泌，對腸道表面起潤滑作用，有利于腸道轉(zhuǎn)運的順利進行。研究[5]發(fā)現(xiàn)AQP9在小腸和結(jié)腸中的表達局限于杯狀細胞基底外側(cè)膜，由此推測其可能參與了腸道中某種特定黏液的合成和(或)分泌，從而保護腸道表面，并使腸內(nèi)容物順暢通過。

3. 對腸神經(jīng)系統(tǒng)的影響：AQPs在腸神經(jīng)系統(tǒng)中亦有分布，可通過神經(jīng)調(diào)控改善腸道癥狀。有研究[15]應用免疫組化技術(shù)發(fā)現(xiàn)大鼠回腸腸神經(jīng)系統(tǒng)中存在AQP1免疫陽性神經(jīng)元，一般分布于腸肌叢，極少數(shù)位于黏膜下叢，推測這些AQP1免疫陽性神經(jīng)元可能在胃腸功能調(diào)控中起重要作用。除AQP1外，AQP4亦被發(fā)現(xiàn)可定位于腸神經(jīng)系統(tǒng)[7]。對AQP1基因敲除小鼠的研究提示，AQP1參與了外周痛覺的感知[7]；而AQP4在腸肌叢和黏膜下叢神經(jīng)元中均有表達，參與腸道能動性和腸黏膜運輸?shù)恼{(diào)控[16]。

4. 對腸道微血管的影響：有研究[17]以AQPs抑制劑乙酰唑胺抑制裸鼠人結(jié)腸癌移植瘤中的AQP1表達，結(jié)果顯示21 d后移植瘤生長明顯減慢，AQP1表達下調(diào)并與血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和CD34表達下調(diào)呈正相關(guān)，提示AQP1與結(jié)腸微血管形成有關(guān)。對人回腸中AQPs表達的研究[4]亦發(fā)現(xiàn)AQP1的表達局限于黏膜微血管內(nèi)皮細胞。

三、AQPs在IBS-D治療中的作用

近年來，祖國醫(yī)學在IBS-D治療中的應用有一定進展。針灸為祖國醫(yī)學的一大特色，有研究[18]探討了眼針辨證取穴治療對IBS-D的療效及其可能作用機制。予IBS-D大鼠模型針刺眼針“下焦區(qū)”、“大腸區(qū)”、“肝區(qū)”、“脾區(qū)”穴位，并設立不予針刺干預的模型組，結(jié)果顯示兩組大鼠糞便含水率較正常大鼠顯著增加，結(jié)腸組織黏膜層、腸肌叢、黏膜下叢VIP表達增高，AQP8表達降低，但針刺組的上述改變顯著輕于模型組，表明針刺眼針穴區(qū)可能通過上調(diào)結(jié)腸組織AQP8表達并抑制VIP表達而在一定程度上對IBS-D發(fā)揮止瀉作用。

食物中的某些成分，如纖維素，可在末端回腸和結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵，產(chǎn)生短鏈脂肪酸和氣體，有助于調(diào)節(jié)腸道菌群，改變腸黏膜通透性和腸道免疫功能，促進腸道水液吸收，達到止瀉的目的[19]。而另一些藥物如5-羥色胺3(5-HT3)受體拮抗劑可通過調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)5-HT，在一定程度上通過抑制非選擇性陽離子通道的活化調(diào)節(jié)腸神經(jīng)系統(tǒng)，減少腸道分泌、蠕動和疼痛信號傳入，從而緩解IBS-D患者的腹痛、腹瀉等癥狀[20]。但上述兩種途徑與AQPs之間的聯(lián)系尚待進一步研究。

四、結(jié)語

綜上所述，AQPs作為一種已被熟知的調(diào)控水液代謝的蛋白質(zhì)，盡管關(guān)于其作用機制的研究眾多，但相關(guān)研究仍在不斷進展、完善。目前已發(fā)現(xiàn)AQPs可通過影響腸道水液代謝、黏液合成和分泌以及調(diào)節(jié)腸神經(jīng)系統(tǒng)和腸道微血管等作用于IBS-D患者的腸道內(nèi)環(huán)境，對IBS-D起一定調(diào)控作用。AQPs在IBS-D治療中作用的研究亦已取得一定進展。隨著科技的不斷進步和研究者的不斷探索，以AQPs為靶點的IBS-D治療研究將更為深入，并期待出現(xiàn)更加完善的藥物和治療方案，從而為腸道動力障礙性疾病的研究提供新的方向和更廣闊的治療前景。

參考文獻

1 Goodwin L, White PD, Hotopf M, et al. Life course study of the etiology of self-reported irritable bowel syndrome in the 1958 British birth cohort[J]. Psychosom Med, 2013, 75 (2): 202-210.

2 Longstreth GF, Thompson WG, Chey WD, et al. Functional bowel disorders[J]. Gastroenterology, 2006, 130 (5): 1480-1491.

3 Liu H, Wintour EM. Aquaporins in development -- a review[J]. Reprod Biol Endocrinol, 2005, 3: 18.

4 Mobasheri A, Shakibaei M, Marples D. Immunohistochemical localization of aquaporin 10 in the apical membranes of the human ileum: a potential pathway for luminal water and small solute absorption[J]. Histochem Cell Biol, 2004, 121 (6): 463-471.

5 Okada S, Misaka T, Matsumoto I, et al. Aquaporin-9 is expressed in a mucus-secreting goblet cell subset in the small intestine[J]. FEBS Lett, 2003, 540 (1-3): 157-162.

6 Matsuzaki T, Tajika Y, Ablimit A, et al. Aquaporins in the digestive system[J]. Med Electron Microsc, 2004, 37 (2): 71-80.

7 Ma T, Gao H, Fang X, et al. Water channel proteins in the peripheral nervous system in health and disease[J]. Mol Aspects Med, 2012, 33 (5-6): 605-611.

8 Ikarashi N, Kon R, Iizasa T, et al. Inhibition of aquaporin-3 water channel in the colon induces diarrhea[J]. Biol Pharm Bull, 2012, 35 (6): 957-962.

9 Itoh A, Tsujikawa T, Fujiyama Y, et al. Enhancement of aquaporin-3 by vasoactive intestinal polypeptide in a human colonic epithelial cell line[J]. J Gastroenterol Hepatol, 2003, 18 (2): 203-210.

10Wang KS, Ma T, Filiz F, et al. Colon water transport in transgenic mice lacking aquaporin-4 water channels[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2000, 279 (2): G463-G470.

11趙志忠，王俊平，劉俊. 腸易激綜合征患者結(jié)腸黏膜AQP8的表達[J]. 胃腸病學和肝病學雜志, 2011, 19 (11): 1029-1031.

12王俊平，侯曉華，馬瑞軍. 腹瀉型腸易激綜合征患者臨床特征與結(jié)腸黏膜水通道蛋白8的表達[J]. 中華內(nèi)科雜志, 2006, 45 (12): 1000-1003.

13Hardin JA, Wallace LE, Wong JF, et al. Aquaporin expression is downregulated in a murine model of colitis and in patients with ulcerative colitis, Crohn’s disease and infectious colitis[J]. Cell Tissue Res, 2004, 318 (2): 313-323.

14García F, Kierbel A, Larocca MC, et al. The water channel aquaporin-8 is mainly intracellular in rat hepatocytes, and its plasma membrane insertion is stimulated by cyclic AMP[J]. J Biol Chem, 2001, 276 (15): 12147-12152.

15Nagahama M, Ma N, Semba R, et al. Aquaporin 1 immunoreactive enteric neurons in the rat ileum[J]. Neurosci Lett, 2006, 395 (3): 206-210.

16Kong H, Fan Y, Xie J, et al. AQP4 knockout impairs proliferation, migration and neuronal differentiation of adult neural stem cells[J]. J Cell Sci, 2008, 121 (Pt 24): 4029-4036.

17Bin K, Shi-Peng Z. Acetazolamide inhibits aquaporin-1 expression and colon cancer xenograft tumor growth[J]. Hepatogastroenterology, 2011, 58 (110-111): 1502-1506.

18劉慧慧，劉旭東，王艷杰，等. 針刺眼針穴區(qū)與非穴區(qū)對D-IBS模型大鼠結(jié)腸組織VIP及AQP8表達的影響[J]. 中國針灸, 2012, 32 (10): 919-924.

19Eswaran S, Muir J, Chey WD. Fiber and functional gastrointestinal disorders[J]. Am J Gastroenterol, 2013, 108 (5): 718-727.

20Rahimi R, Nikfar S, Abdollahi M. Efficacy and tolerability of alosetron for the treatment of irritable bowel syndrome in women and men: a meta-analysis of eight randomized, placebo-controlled, 12-week trials[J]. Clin Ther, 2008, 30 (5): 884-901.

(2015-07-26收稿)

DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2016.06.015

*基金項目：浙江省本科院校中青年學科帶頭人學術(shù)攀登項目(pd2013209)；浙江省中醫(yī)藥科技計劃(2014ZA030)；浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生一般研究計劃(2014KYB175)

Role of Aquaporins in Modulating Diarrhea-predominant Irritable Bowel Syndrome

JINLinying,ZHANGShuo.

DepartmentofGastroenterology,theFirstAffiliatedHospitalofZhejiangChineseMedicalUniversity,Hangzhou(310006)

Correspondence to: ZHANG Shuo, Email: zhangshuo@medmail.com.cn

AbstractAquaporins, known as a family of water channel proteins, are crucial factors involved in colonic transmembrane water transport and play important roles in maintaining the homeostasis of internal and external environment of intestinal cells and modulating enteric nerve functions. Diarrhea-predominant irritable bowel syndrome (IBS-D) is a commonly seen gastrointestinal functional disorder in clinical practice. Recently, there are more and more researches focusing on the roles of aquaporins in IBS-D, however, mechanisms of its protective or damaging effects on IBS-D are still not clear. In this review article, the progress of research on the modulatory effect of aquaporins in IBS-D was summarized.

Key wordsIrritable Bowel Syndrome;Diarrhea;Aquaporins;Water Metabolism;Neuromodulation

#Email: 2458629921@qq.com

&本文通信作者，Email: zhangshuo@medmail.com.cn