郑跃英 祝胜美
浙江大学医学院附属第一医院麻醉科
水通道蛋白（Aquaporins,AQPs）是介导水跨膜转运的一大膜蛋白家族，分布于高等脊椎动物上皮细胞或内皮细胞。结构上由28-KDa 亚单位组成四聚体，每个亚单位构成孔径约0.38nm的水孔通道，在渗透压驱动下实现水双向跨膜转运【1】。目前11 种亚型已经在哺乳动物中被确定（AQP0-10），各种亚型的体内分布具有组织特异性，其中水通道蛋白-4 (Aquaporin 4,AQP4)以极化形式集中分布于中枢神经系统脑毛细血管周边的星形胶质细胞足突或室管膜细胞【2】。
血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）为脑内另一调控水平衡的复合体，由无窗孔的脑毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接、基底膜、星形胶质细胞等组成，介于血液和中枢神经系统（central nervous system,CNS）之间，限制血液中某些离子、大分子物质转移到脑实质，此屏障作用为维持CNS 内环境稳定、保障脑功能正常行使提供了重要保障。BBB 分化发育过程中脑毛细血管内皮细胞间紧密连接的形成虽被认为是其成熟的标志，但BBB 生理功能的实现有赖于各组成成分间的相互作用。近来对星形胶质细胞调控BBB 物质交换和脑内水平衡方面的作用日益受到重视，并认为与AQP4 表达有关。
本文就AQP4 与血脑屏障发育及其完整性关系的研究进展作一综述。
1.BBB分化发育过程中AQP4 的表达
目前由于对鸡胚视顶盖中血管及BBB 分化的研究已较完善，因此常被用于BBB 的研究模型。Nico 及其同事【3】采用免疫细胞化学、分子生物学技术研究了鸡胚视顶盖AQP4 在BBB 分化发育过程的动态表达。免疫电镜显示鸡胚视顶盖发育第9 d，BBB仅由不规则的内皮细胞组成，内皮细胞间紧密连接尚未形成，AQP4 未见表达。待发育至第14 d，Western blot 技术首次在约30 kDa 链附近检测出AQP4 的免疫活性，电镜下显示短的内皮细胞间紧密连接已形成，并串联构成BBB 的微血管，星形胶质细胞间断黏附于血管壁，AQP4 不连续地表达于血管周边，血管周围仍然存在小空隙。发育第20 d BBB 成熟，内皮细胞间紧密连接形成，BBB 微血管被星形胶质细胞紧紧包被，血管周边星形胶质细胞足突上的AQP4 呈现强阳性表达，且冷冻断裂研究显示AQP4 的正交排列阵也同步形成。而在啮齿类动物， BBB 分化发育发生于出生后，AQP4 表达与BBB 发育也表现出一定的同步性。大鼠出生后脑毛细血管呈最大速率增殖，BBB 逐步发育完全，脑内AQP4 的首次检出也恰在出生后（生后第7 d 的小脑内），且随BBB分化发育逐渐增加【4】。
以上证据显示不论BBB 于胚胎期发育完全的禽类还是出生后发育完全的啮齿类动物，AQP4 表达与BBB 分化发育都表现出一定意义的同步性，说明脑内水调控与血脑屏障关系密切。
2.AQP4 在BBB发育过程中的作用
水通道蛋白的表达与BBB生理功能间的联系在胚脑发育过程中得到了很好地体现。啮齿类动物胚脑发育之初，巨大的细胞外间隙（ECS）容纳着大量水和离子，仅通过简单扩散将其转移入血液，ECS 容积改变不明显。随着BBB分化发育，胶质细胞在脑毛细血管外层被膜形成，AQP4表达增多，待到脑发育后期BBB分化发育成熟时，ECS 内水及离子得以高效转运，ECS容积迅速减小，完成了脑的最后发育【4】。
为进一步揭示AQP4在BBB发育过程中的作用，研究者【3】采用脂多糖（LPS）破坏发育20 d的鸡胚视顶盖（即发育成熟的BBB）以模拟脑膜脑炎时的病理病变。受LPS影响电镜下BBB形态发生明显改变，内皮细胞间紧密连接被分开，血管周边星形胶质细胞足突明显水肿，AQP4免疫反应活性变微弱且呈间断分布，表明BBB受损时AQP4 也发生相应改变，AQP4是脑水肿发生的关键因素，且BBB与调控水流的AQP4关系密切。
3.mdx和mdx3cv模型中BBB结构和AQP4表达的变化
mdx模型模拟了人类Duchenne型肌营养不良症（DMD）。此病为X性连锁隐性遗传性肌病，由于编码抗肌萎缩蛋白（dystrophin）的 DMD基因缺陷（缺失或突变），肌细胞内缺乏dystrophin，导致肌纤维膜细胞骨架功能缺失，产生对称性肌无力、肌萎缩为主要特征的临床症状【5】。
