水通道蛋白綜述與展望

水通道蛋白水通道-從原子構(gòu)造到臨床醫(yī)學(xué)生物膜的透水性在生理學(xué)上是一種長久存在的問題，但負責(zé)這類蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)仍然未知，直到發(fā)現(xiàn)水通道蛋白1（AQP1）水通道蛋白。AQP1由滲入梯度驅(qū)動的水選擇性滲入。人類AQP1的原子構(gòu)造近來被定義。四聚體的每個亞基含有允許水分子單文獻通過但中斷氫鍵通過質(zhì)子所需的單獨水孔。已經(jīng)鑒定了最少10種哺乳動物水通道蛋白，并且它們被水（水通道蛋白）或水加甘油（水甘油聚糖）選擇性滲入。體現(xiàn)位點與臨床表型親密有關(guān)，從先天性白內(nèi)障到腎源性尿崩癥。在植物，微生物，無脊椎動物和脊椎動物中發(fā)現(xiàn)超出200個水通道蛋白家族組員，并且它們對這些生物體的生理學(xué)的重要性正在被揭開。在20世紀(jì)代發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)雙層提供了當(dāng)沐浴在較低或較高pH或含有毒性濃度的Ca2+或其它溶質(zhì)的細胞外液中時細胞如何維持其最佳細胞內(nèi)環(huán)境的解釋。從1950年代開始發(fā)現(xiàn)離子通道，交換劑和共轉(zhuǎn)運體為溶質(zhì)的跨膜運動提供了分子解釋。然而，長久以來，假定水的輸送是由于通過脂質(zhì)雙層的簡樸擴散。來自含有高膜滲入性的多個實驗系統(tǒng)的觀察，例如兩棲膀胱和哺乳動物紅細胞，表明通過脂質(zhì)雙層的擴散不是水跨越膜的唯一途徑。即使提出了多個解釋，但直到前發(fā)現(xiàn)AQP1才干懂得分子水-特異性轉(zhuǎn)運蛋白（Preston等，1999）。現(xiàn)在人們普遍同意擴散和通道介導(dǎo)的水分運動都存在。通過全部生物膜以相對較低的速度發(fā)生擴散。水通道蛋白水通道發(fā)現(xiàn)于上皮細胞的一部分10至100倍的水滲入能力。值得注意的是，水通道蛋白水通道的選擇性非常高，甚至質(zhì)子（H3O+）被排斥。在大多數(shù)組織中，擴散是雙向的，由于水進入細胞并從細胞釋放，而水通道蛋白介導(dǎo)的體內(nèi)水流則由滲入或液壓梯度引導(dǎo)。擴散的化學(xué)克制劑是未知的，擴散發(fā)生在高Ea（Arrhenius活化能）。相比之下，大多數(shù)哺乳動物水通道蛋白受汞的克制，Ea等同于大量溶液中水的擴散（?5kcalmol_1）。水通道蛋白的發(fā)現(xiàn)闡明了偶發(fā)性在生物學(xué)研究中的重要性，并且引發(fā)了上游流體運輸過程中水如何穿過生物膜的范式的完全轉(zhuǎn)變。這個話題對正常生理學(xué)以及影響人類的多個臨床疾病的病理生理學(xué)非常重要。水通道蛋白在幾乎每一種生物體中被鑒定出來，涉及高等哺乳動物，其它脊椎動物，無脊椎動物，植物，真細菌，原細菌和其它微生物，表明這種新承認的蛋白質(zhì)家族參加了整個自然界的不同生物過程。一、發(fā)現(xiàn)AQP1紅細胞Rh血型抗原不懂得參加水運（Heitman＆Agre，），但是Rh的研究造成了水通道蛋白的偶然發(fā)現(xiàn)。用于純化Rh多肽的生物化學(xué)技術(shù)產(chǎn)生污染的28kDa多肽（Agre等，1987）?；谙礈靹┲械?8kDa蛋白質(zhì)的相對不溶性，N-月桂酰肌氨酸，開發(fā)了產(chǎn)生大量蛋白質(zhì)的簡樸純化系統(tǒng)。紅細胞和腎近端小管-含有最高已知水滲入性的組織中，28kDa蛋白質(zhì)顯示出非常豐富（Denker等，1988）。另外，28kDa蛋白質(zhì)體現(xiàn)為四聚體整合膜蛋白-普通是膜通道蛋白的特性（Smith＆Agre，1991）。使用28kDa多肽的N-末端序列克隆編碼來自紅細菌文庫的269個氨基酸多肽的cDNA（Preston＆Agre，1991）。遺傳數(shù)據(jù)庫的分析顯示了多個物種的同源物，涉及微生物和植物，但其分子功效是未知的?！癈HIP28”臨時用于描述這種蛋白質(zhì)為“28kDa的通道樣整合蛋白”。二、AQP1的構(gòu)造AQP1的構(gòu)造非常有力，由于它含有獨特的滲入特性。推導(dǎo)的序列揭示了以前未描述的拓撲，兩個串聯(lián)重復(fù)每個由含有兩個高度保守的環(huán)（B和E）的跨膜構(gòu)造域形成，包含簽名基序，天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸（NPA）。奇怪的是，重復(fù)序列被預(yù)測為相對于彼此以180度取向（圖2，頂部）。通過在非洲爪蟾卵母細胞中體現(xiàn)AQP1的位點定向插入突變體來證明這種獨特的對稱性（Preston等人，19994a）。在環(huán)路E中，在靠近NPA基序的Cys-189處證明了汞克制的位點。用較大分子量的殘基替代NPA側(cè)翼殘基的突變體沒有體現(xiàn)出水滲入性，表明環(huán)E形成水孔的一部分（Preston等，1993）。當(dāng)環(huán)B（Ala-73）中的NPA基序之前的對應(yīng)位置被半胱氨酸取代時，水分滲入性也受到汞的克制。當(dāng)NPA基序側(cè)翼的殘基被更大的殘基取代時，觀察到該環(huán)B也體現(xiàn)為似乎形成水孔的一部分。這些研究一起造成了AQP1亞基各自含有部分由“沙漏”形成的內(nèi)部水孔（圖2，底部）的建議，其由從相反的雙層折疊成雙層的環(huán)B和E產(chǎn)生的構(gòu)造膜的兩側(cè)在雙層傳單之間的中間接觸（Jungetal。，1994b）。1992年，瑞士巴塞爾大學(xué)Biozentrum的AndreasEngel和同事們開始了長久合作，隨即與日本京都大學(xué)的YoshinoriFujiyoshi及其同事一起解決了AQP1蛋白的構(gòu)造。使用通過用N-月桂酰肌氨酸預(yù)萃取膜囊泡的純化辦法，能夠?qū)⒏哌_5mg的AQP1純化成來自一品脫人血液的同質(zhì)性（Smith＆Agre，1991）。當(dāng)通過透析將高濃度的蛋白質(zhì)小心地重構(gòu)成脂質(zhì)雙層體時，形成均勻的晶格（“膜晶體”），其中蛋白質(zhì)保存其100％的水輸送活性（Walz等人1994b）。蛋白質(zhì)的四聚體組織在低分辨率下明確擬定，并且其通過3D電子顯微鏡測定其在膜中的組織（Walz等人，1994a）。用高達60度的傾斜研磨的精細膜晶體，由我們在京都的同事開發(fā)的技術(shù)先進的電子顯微鏡，以3.8?分辨率產(chǎn)生電子密度圖。使用由重組體研究建立的約束，使用AQP1的主序列進行建模產(chǎn)生了AQP1構(gòu)造的第一種原子模型（Murata等人，）。另外一種基于電子顯微鏡的模型以不同的主鏈方向以相似的螺旋排列出版（Renetal.）。與其中四個亞基圍繞中心孔的離子通道不同，AQP1作為每個亞單位的四聚體存在含有自己的孔。在雙層傳單之間的中間孔的孔徑變窄至約3埃。在這一點上，由跨膜構(gòu)造域TM1,2,4和5形成的壁是疏水的，而NPA圖案中的兩個高度保守的Asn-76和Asn-192被并置，如在沙漏模型中預(yù)測的那樣，提供極性用于氫鍵的殘基（圖3）。另外，成孔環(huán)B和E的末端部分均含有短的α-螺旋，其在膜的中心產(chǎn)生部分正電荷。這種構(gòu)造剛好在由殘基Phe-56，His-180，Cys-189（汞克制位點）和Arg-195所包圍的2.8A的縮合物之下，Arg-195在精制的AQP1構(gòu)造中是公認的（deGroot等人）。Arg-195在大水通道蛋白基因家族的全部組員中幾乎完全保守，并且在通道的最窄部分提供功效上重要的正電荷。His-180在中性pH下不帶電，但在較低的pH下變質(zhì)子化，提供第二個正電荷。Arg-195，His-180和來自孔螺旋的正偶極子在水滲入期間提供抵抗質(zhì)子（水合氫離子）通過的強排斥電荷。AQP1的這些構(gòu)造特性較好地解釋了排除較大或帶電溶質(zhì)的最小抗?jié)B入能力。特別地，阻斷質(zhì)子傳遞的能力澄清了腎臟如何每天從腎小球濾液中重吸取數(shù)百升的水，同時排泄酸。重要的是，分辨率為2.2的大腸桿菌同源物GlpF的三維晶體的X射線衍射分析（Fu等人）允許對AQP1構(gòu)造進行改善（deGroot等人，），其實質(zhì)上與模型由2.2A分辨率的牛AQP1的三維晶體擬定（Suietal。）。實時分子動力學(xué)模擬表明，在通過NPA圖案的并置Asn-76和Asn-192（deGroot＆Grubmuller，）期間，水的旋轉(zhuǎn)發(fā)生。分子動力學(xué)研究也由其它研究者進行（Kong＆Ma，;Tajkhorshidetal.）。構(gòu)造研究和分子動力學(xué)模擬對膜水輸送過程帶來了非常高的原子認知水平。生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的調(diào)查人員現(xiàn)在認識到，水通道蛋白提供了水通過生物膜快速和選擇性運動的機制。三、AQP1的分布1991年11月，丹麥奧胡斯大學(xué)的SorenNielsen及其團體長久合作。我們的目的是使用光學(xué)顯微鏡和免疫電子顯微鏡在細胞和亞細胞水平的腎臟和其它組織中定位AQP1（和隨即的其它水通道蛋白）。這些研究為AQP1的生理和病理作用提供了明確的證據(jù)，并且在其它部位牢固地預(yù)測了同源蛋白的存在。自20世紀(jì)30年代荷馬史密斯早期的職業(yè)生涯以來，腎臟比其它器官吸引了運輸生理學(xué)家的愛好。使用對AQP1蛋白的C末端特異性的親和純化抗體和N末端的第二抗體，將AQP1的位置精確地定位在近端小管的頂端刷邊界和基底外側(cè)膜（圖4）和下降薄來自大鼠腎臟的Henle四肢（Nielsen等，1993c）和人（Maunsbach等，1997）。另外，蛋白質(zhì)在下垂血管直腸中被鑒定（Pallone等人，1997），其定義了將大量水從管腔轉(zhuǎn)移到間質(zhì)，然后進入血管空間的途徑。AQP1蛋白質(zhì)清晰顯示僅存在于這些部位的質(zhì)膜中，而不存在于細胞內(nèi)部位。因此，建立了這樣的范例，即通過AQP1在頂端和基底外側(cè)血漿膜中將水輸送穿過近端小管上皮和下肢細胞，其驅(qū)動力由通過特異性轉(zhuǎn)運蛋白的溶質(zhì)的矢量運動產(chǎn)生的小立場滲入梯度提供在這些膜（Nielsen＆Agre，1995）..在其它組織中也證明了AQP1蛋白，其中涉及脈絡(luò)叢（腦脊髓液），前房室內(nèi)的非色素上皮（房水），膽管細胞（膽汁）和毛細血管內(nèi)皮等重要分泌作用，涉及肺支氣管循環(huán)（Nielsen等，1993b）。重要的是發(fā)現(xiàn)腎臟收集管道完全缺少AQP1，能夠較好的預(yù)測多個水通道蛋白質(zhì)的需要。同樣，唾液腺上皮缺少AQP1蛋白，預(yù)測其它同源物的存在。四、AQP1空人鑒定完全缺少AQP1蛋白質(zhì)的人們證明了這種蛋白質(zhì)對人體生理學(xué)的重要性。通過熒光原位雜交將AQP1基因座定位于人染色體7p14（Moon等，1993）。Colton（Co）血型抗原以前已經(jīng)連接到人類7號染色體的短臂（Zelinski等，1990）。來自含有擬定的Co血型的個體的DNA的抗Co免疫沉淀研究和測序表明，Co抗原是連接第一和第二雙層跨越構(gòu)造域的環(huán)A的胞外位點的AQP1的多態(tài)性的成果-Coa含有Ala-45，而較不常見的科巴Val-45（史密斯等人，1999）。據(jù)理解，缺少Coa和Cob的人非常罕見，由于英國布里斯托爾的國際血型登記處只列出了6名親屬。Co陰性的先證者是在懷孕期間變得敏感的婦女，造成它們含有循環(huán)的抗Co抗體。這些抗體使得這些患者不可能接受異源輸血，因此每個Co無效個體都有在本地血庫冷藏保存的血液單位。我們從三個不同親屬的Co無效個體獲得血液，尿液和DNA，發(fā)現(xiàn)紅細胞和尿沉渣中缺少AQP1蛋白。發(fā)現(xiàn)每個親屬中的先證者對于AQP1基因（因此“AQP1null”）的不同破壞-外顯子1的缺失，外顯子1中的位移或第一跨膜構(gòu)造域末端的不穩(wěn)定突變都是純合的Preston等人1994b）。令人驚訝的是，AQP1無效個體造成正常生活，完全不懂得任何身體上的限制。進行AQP1無效個體的認真臨床分析，以鑒定腎臟濃度和毛細血管通透性的可能的生理異常。在第一項研究中，兩名不有關(guān)的AQP1無效個體在約翰霍普金斯醫(yī)院進行了具體分析，在通過承認的方案之前和之后，在含有擬定的終點和安全機制的狀況下進行了水剝奪?；€研究是完全正常的。當(dāng)口渴達24小時時，兩名受試者均體現(xiàn)出正常的血清滲入壓和正常的血清升壓素水平，如預(yù)期大概6小時的渴望后升高。重要的驚喜是，即使在24小時口渴之后，AQP1無效個體也不能將尿濃縮至450mosmol以上。另外，即使在輸注加壓素或3％NaCl后，患者也不能將尿濃縮至450mosmolkg_1以上，以最大程度地刺激尿濃度（King等，）。與AQP1無效個體相比，正常人全部通過將尿濃縮至約1000mosmolkg_1來響應(yīng)過夜口渴。AQP1無效對象不是多尿的，它們沒有體現(xiàn)出腎小球濾過率，自由水去除率或鋰去除率（近端小管功效指標(biāo)）的異常。濃縮缺點被認為是由減少的薄肢體上的水輸送減少和減少水輸送進入和排除直腸的結(jié)合而產(chǎn)生的。因此，AQP1無效個體部分喪失了通過逆流機制產(chǎn)生有效濃縮所需的髓質(zhì)高滲入壓的能力。即使這并不影響正常的日常生活，但是由于另一種疾病或環(huán)境因素，如果它們變得脫水，Co無效個體將面臨危及生命的臨床問題。毛細血管內(nèi)皮的腔內(nèi)和外膜中AQP1的體現(xiàn)表明，蛋白質(zhì)可能在空間和間質(zhì)之間的水運動中起重要作用（Nielsen等，1993b，c）。另外，AQP1在毛細血管內(nèi)皮中的體現(xiàn)似乎在體內(nèi)受到多個刺激的主動調(diào)節(jié)。例如，大鼠肺毛細血管內(nèi)皮中AQP1的體現(xiàn)由皮質(zhì)類固醇增加至10倍，大鼠肺中的體現(xiàn)也在出生時精確出現(xiàn)（King等，1996,1997）。培養(yǎng)的成纖維細胞中的AQP1被泛素-蛋白酶體途徑快速降解（Leitch等，）。認為這些過程很可能發(fā)現(xiàn)在人類生理學(xué)中發(fā)生。通過第二同意的臨床研究方案評定人類AQP1無效個體因血管內(nèi)皮缺少AQP1蛋白而出現(xiàn)生理異常的可能性。AQP1無效個體通過高分辨率計算機斷層掃描檢查快速輸注3h的溫?zé)嵘睇}水之前和之后的肺（Kingetal。）。五個正常人和兩個AQP1無效個體中的每一種在流體輸注后持續(xù)肺血管充血（橫截面積增加20％）。五個正常個體中的每一種體現(xiàn)出與早期的靜脈周邊水腫形成一致的細支氣管壁厚度（壁面積增加高達40％）的顯著增加。每個正常人都懂得在下列時間內(nèi)消失的中度肺充血（早期肺水腫）。令人驚訝的是，兩個AQP1無效個體都沒有發(fā)現(xiàn)增加細支氣管壁厚度，也沒有埋怨任何肺充血癥狀。這些發(fā)現(xiàn)矛盾地表明缺少AQP1能夠避免急性肺水腫。然而，在諸如充血性心力衰竭的設(shè)立中，肺水腫在幾小時或幾天內(nèi)出現(xiàn)。由于AQP1也是流體再攝入血管床的途徑，因此這些研究預(yù)測，如果AQP1無效個體經(jīng)歷亞急性或慢性流體超載，則會出現(xiàn)嚴(yán)重缺點。因此，預(yù)計AQP1無效個體不能通過將流體返回到血管空間而快速消散水腫。即使未經(jīng)證明，在AQP1無效對象中，從肺部快速去除水可能無法完全運行，因此可能會解釋為什么AQP1無效受試者非常罕見。另外，AQP1在早產(chǎn)兒肺中的體現(xiàn)減少可能對新生兒重癥監(jiān)護病房常見的嚴(yán)重呼吸系統(tǒng)疾病有很大的協(xié)助。1、多水通道蛋白

在AQP1發(fā)現(xiàn)之后，歐洲，日本和美國的研究小組加入了分離編碼水通道蛋白的cDNA，從而將水分運輸已知高度評定（由Agre等1998）。高度保守的序列的存在已經(jīng)使得使用聚合酶鏈擴增減少嚴(yán)格性成為可能。從這些研究中，已經(jīng)鑒定了10種哺乳動物水通道蛋白（圖5）。已經(jīng)出版了第十一同系物（AQP10）的序列，但仍缺少蛋白質(zhì)體現(xiàn)確實認（Hatakeyama等，）。已經(jīng)對人類和實驗動物進行了研究。有目的基因的小鼠還產(chǎn)生了破壞（由Agre，1998年;Verkman，審查）。許多研究的成果強調(diào)了這些蛋白質(zhì)對基本生理學(xué)以及幾個疾病狀態(tài)的病理生理學(xué)的重要性。另外，遺傳學(xué)數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)出現(xiàn)了來自不同物種的200多個不同水通道蛋白序列，其中表明水通道蛋白在自然界中的重要性。2、AQP2加壓素調(diào)節(jié)腎通道的水通道AQP1的鑒定吸引了腎臟生理學(xué)家的直接愛好。另外，AQP1在收集管道主體細胞中的缺少預(yù)示著長久以來已知加壓素調(diào)節(jié)水輸送的位點存在同源蛋白質(zhì)。使用由AQP1的高度保守的NPA基序設(shè)計的寡核苷酸引物，從收集管中分離出cDNA（Fushimi等，1993）。現(xiàn)在稱為AQP2的這種收集管同源物被證明在非洲爪蟾卵母細胞中體現(xiàn)時賦予增加的透水性，并被汞的克制。AQP2定位在收集管主體細胞中，長久口渴大鼠的研究表明AQP2體現(xiàn)增強（Nielsen等，1993）。AQP2的功效和分布通過收集管的分析明擬定義（Nielsen等人，1999）。在不加血管加壓素的狀況下，在分離的灌注大鼠收集管中，加入100pM血管加壓素后，以及在除去藥劑后測量水輸送。收集導(dǎo)管固定，AQP2蛋白通過免疫金電子顯微鏡定位（圖6）。通過這種辦法，顯示AQP2在很大程度上局限于基礎(chǔ)狀態(tài)的細胞內(nèi)囊泡，但是加壓素誘導(dǎo)重新分派到頂膜，隨著著透水性增加五倍。當(dāng)加壓素被去除時，AQP2被重新外化，水滲入率恢復(fù)到基線。隨即顯示AQP2通過受體激活的腺苷酸環(huán)化酶-蛋白激酶A的蛋白質(zhì)的C末端胞質(zhì)構(gòu)造域中的Ser-256磷酸化被胞吐所影響（Katsura等，1995;Christensen等，）。隨即，AQP3顯示存在于主細胞的基底外側(cè)膜（Ecelbarger等，1995）。頂端膜中的AQP2和基底外側(cè)膜中的AQP3一起提供了透過細胞的途徑，使水從內(nèi)腔通過收集管移動到間質(zhì)中。這些研究表明AQP2可能參加某些類型的腎源性尿崩癥（NDI）。以前已顯示這種重要的臨床疾病是由X連鎖NDI中加壓素的V2受體編碼基因的突變引發(fā)的（Bichet，1998）。荷蘭奈梅亨大學(xué)的調(diào)查人員以前已經(jīng)擬定了在編碼V2的基因中沒有突變的隱性遺傳性NDI患者。通過對構(gòu)造AQP2基因進行測序，他們鑒定了AQP2的跨膜和孔形成構(gòu)造域的突變（Deen等，1994）。這些突變造成保存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的AQP2蛋白錯誤折疊。隨即，擬定了含有顯著遺傳的NDI的家族，并且發(fā)現(xiàn)突變位點位于遠離PKA磷酸化位點的兩個殘基（Mulders等人，1998）。有趣的是，突變蛋白與野生型AQP2低聚，復(fù)合物保存在高爾基體中。重要和經(jīng)常碰到的水分平衡障礙的動物模型已經(jīng)被多個研究組顯示出來，涉及AQP2蛋白的異常體現(xiàn)（參見Schrier等，1998;Yamamoto＆Sasaki，1998;Kwon等，）。發(fā)現(xiàn)AQP2在含有多尿癥，涉及典型尿崩癥（血管加壓素簡樸缺少），鋰療法（普通用于治療雙相情感障礙）），阻塞后（經(jīng)常經(jīng)尿道前列腺切除術(shù)），低鉀血癥（后果）的抗高血壓藥品），甚至夜間遺尿。相比之下，AQP2被發(fā)現(xiàn)在流體保存狀態(tài)如充血性心力衰竭，ADH不適綜合征，肝硬化甚至懷孕中過分體現(xiàn)。因此，AQP2的繼發(fā)性疾病對臨床醫(yī)學(xué)的實踐至關(guān)重要。另外，這些研究預(yù)測，水通道蛋白家族的其它組員將被鑒定，并且這些水通道蛋白參加由體現(xiàn)蛋白質(zhì)的位點預(yù)測的其它重要的臨床疾病。3、腎臟收集管的AQP6門控離子通道水通道蛋白的功效譜通過發(fā)現(xiàn)AQP6而擴大。盡管AQP6可能存在于收集管外部的組織中，但是AQP6抗體的交叉反映性已經(jīng)排除了對非腎組織的嚴(yán)格研究。盡管如此，AQP6在酸性轉(zhuǎn)運蛋白被限制在細胞內(nèi)部位的腎收集管中已被明確鑒定（Yasuietal。，1999b）。進一步的分析表明，AQP6與細胞內(nèi)囊泡中H+-ATPase一起共定位，但在質(zhì)膜中不共定位（Yasuietal.1999a）。AQP6不是一種簡樸的水道。當(dāng)在非洲爪蟾卵母細胞中體現(xiàn)時，AQP6位于卵母細胞質(zhì)膜中，其體現(xiàn)出最小的透水性。盡管克制水滲入性，預(yù)期的成果先前已被其別人報道，但用氯化汞解決AQP6卵母細胞未能減少透水性（Maetal.1996）。非常令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)低濃度的氯化汞增加了透水性并引發(fā)隨著的膜電流（Yasuietal。，1999a）。因此，即使AQP6的重要序列最靠近AQP2和AQP5（都被氯化汞克制），但AQP6的構(gòu)造必須含有功效上的重要差別。AQP6在含有H+-ATPase的細胞內(nèi)囊泡中的位置（Yasuietal。，1999b）表明在酸的分泌中起作用。重要的是，AQP6離子電流在低pH下快速且可逆地活化，證明AQP6可能參加被插入細胞的酸分泌。暴露于慢性酸中毒的大鼠的研究未見AQP6體現(xiàn)的變化，但慢性堿中毒和水分負荷造成AQP6體現(xiàn)顯著增加（Promeneur等，）。AQP6攜帶的膜電流對于陰離子是相對選擇性的，單通道研究表明發(fā)生快速閃爍。通過對編碼AQP6的基因進行靶向破壞的小鼠的分析進一步描述這些研究（M.Yasui，未發(fā)表的觀察）?，F(xiàn)在認為，AQP6可能與某些形式的酸堿紊亂有關(guān)。4、AQP0-鏡片重要內(nèi)在蛋白（MIP）

在AQP1的功效鑒定之前，在晶狀體纖維細胞中已經(jīng)鑒定了豐富的蛋白質(zhì)（Gorin等人，1984;Zampighi等人，1989），盡管其功效尚不清晰。MIP最初被認為是間隙連接蛋白，但發(fā)現(xiàn)與連接蛋白無關(guān)（Ebihara等，1989）。發(fā)現(xiàn)AQP1的功效后，MIP在卵母細胞中的體現(xiàn)顯示出誘導(dǎo)水分滲入性的增加不會受到汞的克制-因此符號AQP0（Mulders等，1995）。與其它水通道蛋白不同，AQP0的電子和原子力顯微鏡研究已經(jīng)證明該蛋白質(zhì)可能含有作為細胞間粘附蛋白的構(gòu)造作用（Fotiadis等人，）。盡管AQP0的這一作用尚未建立，但是通過對泳道3（VanDort等人）的研究已經(jīng)建立了運輸?shù)鞍踪|(zhì)可能是細胞骨架構(gòu)造重要構(gòu)成部分的范例。AQP0與人類疾病的關(guān)系來自含有先天性白內(nèi)障的大型親緣遺傳連鎖研究。來自英國的兩個這樣的家族與人染色體12q13有關(guān)，并且在一種家族中的每個Glu-134-Gly中鑒定了點突變，另一種家族中有Thr-138-Arg（Berry等人，）。將人AQP0克隆并突變?yōu)镚ly-134或Arg-138，并將cRNA注入非洲爪蟾卵母細胞。盡管突變體蛋白質(zhì)被體現(xiàn)，但對質(zhì)膜的運輸受損（Francis等，）。白內(nèi)障的遺傳格局在每個家庭中顯然占主導(dǎo)地位。兩個家庭的失明在家庭組員中初次出現(xiàn)在小孩子身上，但白內(nèi)障的形態(tài)卻明顯不同。Glu134-Gly患者遭受了與出生時鏡片大小相對應(yīng)的層狀不透明度。奇怪的是，這個觀察成果表明鏡片在新生兒期間以特殊的方式受到某種程度的壓力，但不是在出生之前或之后?；加蠺hr-138-Arg突變的患者在整個晶狀體中持續(xù)存在新出現(xiàn)的不透明度的終身問題。發(fā)現(xiàn)這些突變的位點位于重要的構(gòu)造區(qū)域。Glu-134在全部已知的水通道蛋白同源物中是保守的，并且AQP1的原子構(gòu)造表明該殘基位于高度保守的殘基Arg-187附近，并且能夠限制六個跨膜構(gòu)造域內(nèi)環(huán)E的取向（deGroot等人;Suietal.）。當(dāng)Thr-138被大致積的Arg取代時，空間限制和競爭性正電荷可能變化Glu-134的取向。與AQP0構(gòu)造中的重要缺點有關(guān)的早發(fā)性白內(nèi)障的發(fā)生強烈地表明，在老年人常見的典型的晚發(fā)性白內(nèi)障或某些與糖尿病有關(guān)的白內(nèi)障患者中，某些患者將發(fā)現(xiàn)較不嚴(yán)重的缺點或慢性紫外線照射。因此，正在追求在編碼AQP0的基因中搜索人突變。5、AQP4-腦中水通道蛋白編碼AQP4的cDNA從蛋白質(zhì)豐富的腦中獲得（Jungetal。，1994a）。水通道蛋白家族的這一組員對汞克制作用不敏感（Hasegawa等，1994），并且在循環(huán)E中缺少NPA基序之前的半胱氨酸，已知其對AQP1含有汞敏感性（Preston等，1993）。AQP4的構(gòu)成型活性與AQP1類似?？赡茉谄渌鞴僦校鞍踪|(zhì)的位置比中樞神經(jīng)系統(tǒng)更重要。AQP4在腦和視網(wǎng)膜中的體現(xiàn)通過免疫組織化學(xué)和免疫膠體電子顯微鏡（Nielsen等，1997b;Nagelhus等，1998）建立。AQP4蛋白在星形膠質(zhì)細胞中最豐富，其中存在腦和液體界面-鄰近于蛛網(wǎng)膜下腔，鄰近毛細血管，以及在室壁內(nèi)部的室管膜細胞。與毛細血管基底膜相鄰的星形膠質(zhì)末端形成膠質(zhì)極限，當(dāng)通過電子顯微鏡分析冷凍斷裂復(fù)制品時，長久以來已知其含有正方形陣列（也稱為正交陣列）的構(gòu)造域。直接的抗AQP4免疫金標(biāo)記鑒定為AQP4的微晶組裝的方陣（Rash等，1998）。AQP4蛋白在腦的滲入感區(qū)域也很豐富，涉及視神經(jīng)核，其中存在于加壓素分泌神經(jīng)元周邊的膠質(zhì)細胞層中;AQP4在神經(jīng)元中尚未擬定。因此，在膠質(zhì)細胞中，AQP4位于與已知谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白所在的膜相對的膜（圖7），并且AQP4在視網(wǎng)膜中與特定鉀通道Kir4.1（Nagelhus等人，1999）共定位。AQP4也被證明存在于骨骼肌中快速抽搐纖維的肌膜內(nèi)（Frigeri等人，1999）。幾個線索提供了AQP4在膠質(zhì)細胞和快速抽搐骨骼肌纖維中的精擬定位的分子機制的見解。AQP4（-Ser-Ser-Val-COOH）的C末端符合結(jié)合PDZ構(gòu)造域的基序-蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)關(guān)聯(lián)構(gòu)造域，命名為初次鑒定的蛋白質(zhì)，PSD-95，DiscsLarge和Z-Occludins（松陽等，1997）。這表明AQP4的定位可能是由于與細胞骨架蛋白的結(jié)合引發(fā)的。在Duchenne肌營養(yǎng)不良患者中發(fā)現(xiàn)編碼肌營養(yǎng)不良蛋白的人基因中的突變，并且mdx小鼠是該重要疾病的動物模型。當(dāng)在mdx小鼠中分析分布時，成熟動物中AQP4體現(xiàn)嚴(yán)重異常，表明AQP4可能是與肌營養(yǎng)不良蛋白有關(guān)蛋白復(fù)合物的一部分（Frigeri等人，）。選擇性免疫沉淀證明，肌營養(yǎng)不良蛋白復(fù)合物中的α-合成蛋白，PDZ構(gòu)造域蛋白與AQP4有關(guān)（Neely等人;Adams等人，）。AQP4也在a-合成蛋白無效小鼠的星形膠質(zhì)細胞中靶向靶向。另外，當(dāng)通過轉(zhuǎn)染到培養(yǎng)的哺乳動物細胞中體現(xiàn)時，全長AQP4的存活半衰期比缺少末端Ser-Ser-Val的AQP4長三倍。已經(jīng)顯示AQP4在Duchenne肌營養(yǎng)不良癥和某些Becker肌營養(yǎng)不良病例（A.Frigeri，未發(fā)表的觀察）的骨骼肌中減少。AQP4蛋白的生理功效尚不清晰。與鉀通道的關(guān)聯(lián)表明，腦中AQP4的功效可能是為了增進流體跨越細胞膜的轉(zhuǎn)移，以響應(yīng)在神經(jīng)刺激后發(fā)生的鉀虹吸（Nagelhus等人，1999）。據(jù)信AQP4可能允許水穿過分離實質(zhì)和血管空間的血腦屏障。即使大多數(shù)證據(jù)表明AQP4是構(gòu)成型活性的，但一組研究人員已經(jīng)提出，卵磷脂中的AQP4可能通過磷酸化作用而被關(guān)閉，從而響應(yīng)于佛波酯解決（Hanetal。1998）。與此相一致，當(dāng)存在佛波酯二酯時，培養(yǎng)細胞中的AQP4體現(xiàn)出水滲入性的小變化（M.Zelenina和A.Aperia，未發(fā)表的觀察）。如果AQP4被門控，橫跨血腦屏障的流體通道可能不是構(gòu)成性開放的。對含有針對性破壞編碼AQP4基因的小鼠的分析顯示，當(dāng)用急性低鈉血癥應(yīng)激時，無效動物的相對保存（Manley等，）。盡管研究人員建議克制AQP4可能是有益的，但相反的狀況可能很容易實現(xiàn)，由于腦水腫的消散對于維持閉合性頭部損傷或腦血管意外的患者至關(guān)重要。因此，AQP4在人腦水腫中的重要性尚未擬定。6、AQP5-分泌腺，肺和眼中的水通道首先從頜下腺cDNA文庫（Raina等人，1995）克隆出來，AQP5已經(jīng)定位于多個分泌腺的頂膜，涉及淚腺，唾液腺和氣道粘膜下腺（Nielsen等，1997）。這些網(wǎng)站預(yù)測，AQP5可能是限制腺體液釋放的速率，正如已經(jīng)在編碼AQP5基因靶向破壞的小鼠的唾液腺和氣道中所證明的（Ma等，1999;Song＆Verkman，）。AQP5存在于大鼠，小鼠和人類的汗腺頂端膜中，并且在AQP5無效小鼠的爪子中汗液分泌顯著減少（Nejsum等人，）。這一觀察的普通意義尚待擬定，由于其它研究者已經(jīng)得出結(jié)論，AQP5不參加小鼠的汗液分泌（Songetal.）。AQP5對人類疾病的重要性也可能涉及肺和氣道的重要疾病。AQP5已經(jīng)局限于在大鼠肺內(nèi)肺泡上的1型上皮細胞的頂端膜（Nielsen等，1997a）。分布在小鼠肺中更廣泛，令人驚訝的是，AQP5無效小鼠被發(fā)現(xiàn)在膽堿能刺激響應(yīng)中體現(xiàn)出增加的支氣管痙攣（Krane等，）。更廣泛的AQP5分布也在人肺中顯示（Kreda等人）。某些形式的人類哮喘已經(jīng)與染色體12q相連，該染色體靠近AQP5已被鑒定的位點（Lee等，1996），但AQP5在人類哮喘中的作用尚未得到證明。AQP5對人眼的生理學(xué)很重要。AQP5在眼睛表面的角膜上皮中體現(xiàn)（Hamannetal.1998），懷疑它有助于上皮水化和透明度，并可能參加角膜傷口愈合。已經(jīng)在人眼淚腺中研究了AQP5（Greszetal.）。通過來自6例Sj?gren綜合征患者的淚腺活組織檢查的免疫組織化學(xué)分析注意到細胞運輸不良，但在4例非Sj?gren干眼癥患者（Tsubota等，）中未見。等待這一點的普通意義是由于AQP5的缺點販運已被發(fā)現(xiàn)在某些Sj?gren患者的唾液腺活檢（Steinfeld等人），而不是其別人（Beroukas等人）。7、AQP3,7和9-水分甘油三聚體AQP3（水和甘油滲入的同源物）的鑒定與水通道蛋白家族的全部組員僅被水滲入的原則相矛盾（Echevarriaetal.1994;Ishibashietal.1994;Maetal。1994）。AQP3分布于多個器官，涉及腎臟（Ecelbargeretal.1995），氣道（Nielsen等，1997），皮膚（Nejsum等，）和眼（Hamannetal。1998）。甘油滲入已經(jīng)被認真統(tǒng)計（Zeuthen＆Klaerke，1999），但甘油滲入的生理意義仍然不明確（Yangetal。）。在脂肪組織中鑒定出AQP7，并顯示出被水加甘油滲入（Ishibashi等，1997;Kishida等，）。AQP9在肝細胞中被鑒定，并被顯示為被水，甘油和多個其它小的不帶電荷的溶質(zhì)滲入（Tsukaguchi等1998）。AQP7在脂肪細胞中的存在和肝細胞中的AQP9表明甘油滲入在空腹?fàn)顟B(tài)下可能是重要的。甘油三酸酯在脂肪細胞中降解，其中AQP7能夠提供甘油的出口途徑，并且AQP9能夠提供進入糖異生發(fā)生的肝細胞。因此，水甘油聚糖作為甘油轉(zhuǎn)運蛋白的生理作用在空腹或饑餓期間可能是重要的。AQP7和AQP9的功效譜近來被亞砷酸鹽As（OH）3滲入的發(fā)現(xiàn)得到加強（Liu等，）。這一