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【科研进展】水通道蛋白理论在疾病诊断中的应用
本文原载于：国际医学放射学杂志，2015年1月刊作者：中国医科大学附属盛京医院核医学科(杜名，辛军，郭启勇)；通用电气(中国)医疗系统集团(赵周社)
【摘要】水通道蛋白(AQPs)广泛分布于细胞，介导水分子的跨膜转运。AQPs与人类正常生理活动及多种疾病的发生发展有着密切的联系。以水通道蛋白理论为基础的诊断医学具有巨大的发展潜力，采用正电子核素标记示踪剂PET成像和MR水分子扩散加权成像采用多b值、高b值能够显示AQPs分布和表达水平。AQPs分子成像技术对于疾病早期诊断和指导个体化治疗均具有重要的价值。【关键词】水通道蛋白；磁共振成像；扩散加权成像；分子成像；分子治疗
自Agre等在1992年发现了水通道蛋白，即水孔蛋白(aquaporins，AQPs)后彻底改变了传统观念上水在细胞膜扩散(被动转运)观念，创立了水在细胞膜主动转运全新理论基础，迄今在哺乳动物体内发现至少存在13种水通道蛋白(AQP0-AQP12)分子[1-3]。本文对AQPs研究的最新进展予以介绍。1水通道蛋白分类及分布
根据水通道蛋白家族成员的渗透特性可以将其分成两类，一类对水的转运具有高度选择性，包括AQP1、2、4、5和8，其专门转运水，含有水通道蛋白的细胞膜上水的渗透率要高于无水通道蛋白的50倍；另一类对水的转运具有相对选择性，即水甘油通道蛋白，包括AQP3、7、9和10，除可转运水之外，还可以转运小分子氨基酸及糖类，尤其是甘油以及体内代谢的中间产物。一些研究者认为有些水通道蛋白还可以转运多种气体，包括二氧化碳、氨气、一氧化氮和过氧化氢，但存在争议[3]。在人体内，水通道蛋白存在于很多部位，包括大脑、眼睛、肝及肾等；其分布与作用如表1所示。AQP10-12作为新兴的水通道蛋白，目前研究尚少。2水通道蛋白理论的应用
水通道蛋白理论在诊断中的应用 研究已证实AQP1可促进肿瘤血管生成和血管内皮细胞迁移，最新研究发现在肝硬化过程中，AQP1可增强水的渗透率，加速了成纤维细胞生长因子诱导的肝窦内皮细胞膜的皱缩。从而促使病理性血管生成[4]，韩等[5]在水通道蛋白理论及基础上，构建大鼠肝纤维化模型，进行13NH3-H20的PET/CT成像，建立三室模型，从而证实大鼠肝纤维化过程中，13NH3-H20从组织间隙到血管内皮细胞转运的过程与AQP1数量及分布有密切关系。也有相关文献报道，AQP1在乳腺癌、神经母细胞瘤以及骨髓瘤等多种肿瘤内高表达[1]。在非肿瘤疾病方面，AQP1在类风湿关节炎滑膜细胞膜的表达增加所引起的水代谢及转运机制障碍可能是滑膜炎症和关节腔积液形成的机制之一[6]。另外，Gao等[7]在大鼠实验中证实AQP1的高表达与肺损伤和肺纤维化有密切关系。AQP2是抗利尿激素调控的水通道蛋白，与***性尿崩症存在一定关系。当AQP2表达异常时，抗利尿激素不再受AQP2调控，失去与肾脏的抗利尿激素受体的相互作用，以致肾小管不能浓缩尿液。AQP3属于水甘油通道蛋白，其表达引起的甘油转运是一些细胞增殖的关键因素。缺失AQP3的小鼠表现为皮肤干燥，结肠上皮细胞再生和角膜的修复延迟。这是因为AQP3的缺失影响了甘油的代谢和生物合成，使得三磷酸腺苷(ATP)减少，并且阻碍了促分裂素原活化