水通道在雄性生殖系统表达的研究进展

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1、水通道在雄性生殖系统表达的研究进展关键字：生殖系统　　摘要水通道属于主体内在蛋白家族成员，分布广泛，参与细胞液体代谢过程，其基本结构是一个单肽链，含有特征性的重复串联序列。至少有两种水通道在睾丸的曲细精管中有丰富的表达，提示水通道在生精过程及至受精过程中的重要作用。睾丸输出小管的非纤毛细胞的刷状缘和基底膜及附属性腺上皮存在水通道表明：水通道在生精小管原初分泌液体的重吸收方面有作用，也对精子的成熟与浓缩产生间接的影响。另外，水通道也可能参与了雌激素对大鼠输出小管液体吸收功能以及输出小管和睾丸网进一步生长发育的调节过程。　　关键词水通道睾

2、丸精细胞　　水是活细胞及其周围环境的重要组成部分，水的跨膜转运具有重要的生物学和生理学意义。例如：肾对渗透压和水代谢的调节；胃肠道、呼吸道和生殖道上皮细胞液体的分泌和吸收；脑脊液的形成；汗液的分泌等，在参与上述过程细胞的细胞膜上都有水通道的表达。水通道蛋白的发现使人们重新认识水转动的生理和病理生理过程。本文对近年来水通道的研究进展，特别是其在生殖系统表达的研究作一综述。　　一、水通道家族成员　　水通道属于主体内在蛋白家族（majorintrinsicprotein’6MIP），迄今为止，已在细菌、酵母、植物、昆虫和脊椎动物中发现至少5

3、0余种水通道。世界上第一个哺乳动物的水通道是由Agre等于1988年发现的，1991年确定了其反向转录脱氧核糖核酸（cDNA）顺序[1]，随后进行了功能鉴定，证明了其协助细胞转运水的作用。　　AQP0（MIP26）[2]主要表达在眼晶状体，其基因变异可导致白内障。AQP1（CHIP28）[3]分布极其广泛，在肾、肺、眼、血管、生殖道、消化道等上皮都有表达。AQP2[4]只局限于肾集合管主细胞内，并受血管加压素的调节。AQP3[5]在肾等多种组织有表达，其特点是不仅能够转运水，也能转运甘油。AQP4[6]主要表达在脑，但在肾及呼吸道等多

4、种组织亦有表达。AQP5[7]只见于唾液腺、泪腺等腺体组织。AQP6[8]其水通道活性类似AQP0，但选择性表达在肾。AQP7和AQP8[9，10]主要见于睾丸中处于不同生长阶段的精子细胞中。AQP9[11]见于人外周血白细胞、肝脏、肺脏和脾脏等，但未见于胸腺。　　二、水通道分子结构及生化特性6　　AQP家族的基本结构是一个单肽链（图1），含有6个跨膜区域及5个环，B、D环及羟基、氨基末端均在细胞内A、C、E环定位于质膜外侧。B、E环显著疏水，A环有N-连接糖基化部位。整个分子为两个重复部分，在序列上是相似的，在膜上特此呈180&or

5、dm;中心对称排列，水通道的这种结构或许可以解释其在水的吸收与分泌两个运动方向上所起的作用。B、E环含有Asn-Pro-Ala(NPA)重复串连序列，这是该蛋白家族成员所共同具有的、高度同源的特征性序列，E、B环的任何变异都会引起水通道活性的下降。定位在AQP1的E环NPA序列前有一半胱氨酸（C-189），被认为是AQP1的汞抑制部位。汞离子和有机汞可以通过与C-189结合而堵塞这个孔或破坏这个孔，在汞不敏感的AQP4的相应部位则无半胱氨酸的存在[12，13]。　　水通道是由4个对称排列的圆筒状亚基包绕而成的四聚体，已证明这4个亚基作

6、为水通道的作用都是独立的，但四聚体的结构对于维持单个亚基的位置是重要的。利用高分辨率电镜，人们计算出AQP1晶体的三维结构为沙漏（hourglass）模式：分别位于细胞内外的B、E环向上及向下行，使NPA在浆膜处析叠形成一个单水孔道（图2）。这一结构模型已被最新的电子晶体学所提供的质膜平面图所证实[14，15]。　　在整个发育和成熟阶段，睾丸内生殖细胞的结构和代谢都要经历复杂的变化，特别是精子细胞膜有较强的水通透性，它在形成过程中存在活跃的物质代谢及液体交换。附睾具有重吸收、分泌和浓缩的功能，水及相关物质的转运是非常重要的。因此，水通

7、道在睾丸、附睾及其附属性腺的存在是可以理解的，但出人预料的是，在睾丸内生殖细胞存在两种水通道：AQP7和AQP8的表达。　　（一）睾丸内的水通道Ishibashi小组在1997年利用Northern分析和免疫组化等研究发现，在大鼠睾丸内生殖细胞存在两种水通道蛋白：AQP7和AQP8（附表）。随后又报道了人和小鼠AQP7的表达。AQP7和AQP8都具有该家族蛋白特征性NPA序列，人与大鼠AQP7氨基酸同源性约68%，人AQP7基因包含6个外显子，共6.5kb’6内含子大小与AQP3类似，内含子与外显子交界处的核酸序列也与AQP3一致，并

8、位于同一染色体9p13处。AQP7与AQP3的蛋白同源性最高，可达到48%，也能够协助转运甘油和尿素，故认为AQP7与AQP3属同一亚家族。　　AQP7与AQP8均在睾丸的曲细精管中有丰富的表达，但两种类型的水通道结构和