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水通道蛋白的研究

水通道蛋白的研究

【关键词】水通道蛋白，法医病理学

【中图分类号】q503；d919．1

【文献标识码】b

【文章编号】10079297（20XX）01—0053—03

一

、水通道蛋白的发现

水是生物机体细胞的主要成分，每时每刻有大量的水分子

通过细胞膜进出细胞。

在90年代以前，对于水分子的转运机

制，主要有两种理论解释，一种是水分子的简单扩散学说，认为

细胞内外渗透压差是其动力源，需要较高的阿里纽斯活动能

（arrheniusactivationenergy，以下简称ea），一般ea>10keal／

mol，达到平衡时渗透率（coefficientofosmoticpermeability，简称

pf）与扩散率（coefficientofdiffusionalpermeability，简称pd）趋于

相等，不能被汞等通道蛋白阻断剂所抑制。

但水分子简单扩散

理论不能解释一些生理现象，如尿的浓缩、pf／pd>1时水的转

·法医学理论与实践·

运及有些细胞水转运可被通道蛋白阻断剂抑制等，所以就产生

了另一种理论，认为细胞膜上存在水分子转运的特殊通道，即水

通道学说。

水分子通过该通道进出细胞，水通过水通道时需要

的ea较低，一般ea

aqp3和aqp7对甘油

和尿素等有机小分子有一定的通过性，并且它们的核苷酸序列

也很相似，[14,]可据此将aqps家族分为两个亚家族，即aqp3

和aqp7为一个亚家族，其余aqps为另一个亚家族。

对aqps的调节存在长期和短时调节之分。

长期调节作用

在核酸转录水平上，主要表现为aqps的mrna合成增加，蛋白

表达量增强，如皮质醇类激素可以从该水平上增加aqp1的表达

等。

[]短时调节主要表现为细胞浆内的囊泡等膜单位短时与细

胞膜融合，它们膜上的aqps转移到细胞膜上，导致细胞膜单位

面积上aqps的量短时增加，如当受到加压素的作用时，肾组织

细胞浆中的囊泡与肾脏细胞顶端膜融合，使囊泡中的aqp2转移

到胞膜中发挥作用，一旦刺激消失，又通过形成囊泡载体，aqp2

返回到胞浆中，从而减少细胞膜上的aqp2，水通透性降低，所以

这种短时调节机制又称为“穿梭机制”。

l

四、aqps的组织分布

水通道蛋白在人类妊娠早期就开始表达，胎儿12周龄时就

可以检测到，36周龄时aqps表达明显增加，出生时其红细胞和

肾小管中的aqps表达量就几乎与成人相等，而在小鼠的表达需

出生后1～2个月才趋于高峰并持续。

ll

aqps在大鼠中的分布研究得比较多，也比较清楚，在人体

法律与医学杂志20XX年第11卷（第1期）

组织中的研究比较少，但近年来增加较快。

（一）aqf）0

aqpo是一种古老的内在蛋白，又称mip。

有水通道作用．

同时对其它离子及小分子也有通过作用，主要在晶状体内皮细

胞表达。

【19

（二）aqp1

aqp]是第一个最先发现并被鉴定的水通道蛋白。

r它在组

织中的分布极其广泛，如血液循环系统中的心肌肉、毛细血管、

淋巴管内皮细胞和红细胞等，[。

神经系统中的脑脉络丛上皮细

胞，呼吸系统中的肺泡i型细胞、支气管粘膜下腺细胞和气管腔

上皮，l2消化系统中的胰腺、胆囊、肝管、胆管和结肠隐窝上皮细

胞等，泌尿系统中的肾近曲小管及髓袢降支细段上皮细胞，以及

唾液腺、泪腺和汗腺等腺体上皮细胞和视网膜_2一等均有水通道

蛋白aqp1的表达。

（三）aqp2

以前认为aqp2仅在肾脏集合管上皮细胞顶质膜表达，但国

内杨军等研究证实，它在人的涎腺中也有表达。

[一

（四）aqp3

aqp3在肾脏集合管主细胞的基底侧和气管、鼻咽等上皮细

胞有表达l2，在消化系统的结肠、肝脏、胰腺和小肠组织中也有

表达。

（五）aqp4

aqp4主要分布在脑和脊髓中，特别是在神经胶质细胞和室

管膜细胞上表达比较强烈，[243在其他组织中也有表达，如肾内髓

集合管上皮细胞，支气管、气管的柱状上皮和鼻咽上皮细胞，胃

粘膜层腺细胞等。

（六）aqp5

aqp5位于肺的i型细胞、上气道的分泌上皮细胞，在一些

分泌性细胞中也有表达，如颌下腺、腮腺上皮细胞等。

l2

（七）aqp6

aqp6仅分布于肾脏组织中。

（八）aqp7、aqp8、aqp9

aqp7、aqp8、aqp9在消化系统的唾液腺、食管、胃肠道、肝

胆及胰腺有表达。

[27aqp7在肾脏、心脏、骨骼肌和脑组织中有

表达，[28aqp8、aqp9在肺组织中有表达，但具体定位不清

楚。

[28]

五、aqps的检测方法及发展前景

aqps是随着生物学和化学技术的发展而发现的。

最早a—

gre等利用电泳技术对红细胞rh抗原蛋白进行分离、纯化时发

现了aqpa，并测定了它的分子量，[又利用标记重组、冰冻蚀刻

和形态测量术等方法证实了它们的核酸序列和空间结构，并用

分子克隆技术对aqp1进行了cdna克隆o[4,6,1oi

现阶段对aqps的研究方法主要有：

（一）免疫组化

aqp1～aqp5的单克隆抗体已经研究成功，并且商品化，可

以用于定位、半定量研究aqps蛋白在组织中的表达o[2t-23~该

方法比较成熟，简单易行，研究用组织块条件比较宽松，可用于

常规固定的新鲜组织。

该方法可以比较好地检测到细胞膜上的

aqps，但对细胞内膜性器官上的aqps定位不理想。

（二）原位杂交

该方法与免疫组化方法类似。

免疫组化检{昊4蛋白质，原位

法律与医学杂志20XX年第11卷（第1期）

杂交检测它的dna。

现大鼠、兔和人的水通道蛋白核苷酸序列

已经全部测定，可在世界上各大基因库中查到相关的基因序列，

合成核酸探针，进行原位杂交，从而在核酸水平上测定aqps的

表达和存在。

（三）免疫电镜

可以很好地定位aqps在细胞结构中的存在，[特别是在

细胞浆内膜性器官上的定位，弥补了免疫组化的不足。

该法对

组织块的条件要求很高，组织块要新鲜，用锇酸固定，环氧树脂

包埋，并且进行超薄切片，需专业人员进行操作。

（四）rt—pcr

蛋白质的mrna丰度很小，比且容易降解。

rt—pcr可以

成千上万倍地对mrna进行扩展，通过电泳扩展产物，可以检测

到aqps的mrna。

六、aqps在法医学上的研究

aqps的发现比较晚，研究现主要集中在临床、生物学和植

物学领域，本文作者还没有检索到相关法医学方面的研究。

本

作者认为只少在以下几个方面值得法医工作者进行探讨研究。

（一）基础研究

aqps在人体组织内广泛存在，人体机能的运转（不论是正

常生理还是异常病理）均与水有关，说明aqps或多或少都在发

挥积极作用。

在法医学研究中，经常遇到与水转运有关的病理

问题，如各种死因导致的肺水肿、脑水肿、皮肤皮革样化以及角

膜浑浊等，特别是一些不明原因的猝死。

通过对aqps的研究，

对阐明这些疑难疾病、现象的机理有所帮助。

（二）应用研究

在法医学实践中，对于一些具体问题的正确鉴定还存在很

大的模糊性和不精确性。

如生前溺死与死后抛尸的鉴定、死亡

时间的推定等，现在都是凭大体病理解剖和经验进行推断，科学

性较差。

如果借助于aqps的理论和技术成果进行相关研究，寻

找它们之间的差别，建立相应的数据库，也许在一些问题的解决

方面会有所突破。

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