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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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