水通道在雄性生殖系统表达的研究进展

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，散布普遍，参与细胞液体代谢进程，其大体结构是一个单肽链，含有特点性的重复串联序列。

至少有两种水通道在睾丸的曲细精管中有丰硕的表达，提示水通道在生精进程及至受精进程中的重要作用。

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说明：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阻碍。

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和输出小管和睾丸网进一步生长发育的调剂进程。

关键词水通道睾丸精细胞
水是活细胞及其周围环境的重要组成部份，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剂；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，在参与上述进程细胞的细胞膜上都有水通道的表达。

水通道蛋白的发觉令人们从头熟悉水转动的生理和病理生理进程。

本文对最近几年来水通道的研究进展，专门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’MIP），迄今为止，已在细菌、酵母、植物、昆虫和脊椎动物中发觉至
少50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年发觉的，1991年确信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]要紧表达在眼晶状体，其基因变异可致使白内障。

AQP1（CHIP28）[3]散布极为普遍，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剂。

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]要紧表达在脑，但在肾及呼吸道等多种组织亦有表达。

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]要紧见于睾丸中处于不同生长时期的精子细胞中。

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
AQP家族的大体结构是一个单肽链（图1），含有6个跨膜区域及5个环，B、D环及羟基、氨基结尾均在细胞内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份，在序列上是相似的，在膜上特此呈180º中心对称排列，水通道的这种结构或许能够说明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)重复串联序列，这是该蛋白家族成员所一起具有的、高度同源的特点性序列，E、B环的任何变异都会引发水通道活性的下降。

定位在AQP1的E环NPA序列前有一半胱氨酸（C-189），被以为是AQP1的汞抑制部位。

汞离子和有
机汞能够通过与C-189结合而堵塞那个孔或破坏那个孔，在汞不灵敏的AQP4的相应部位那么无半胱氨酸的存在[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个亚基作为水通道的作用都是独立的，但四聚体的结构关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：别离位于细胞内外的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明[14，15]。

在整个发育和成熟时期，睾丸内生殖细胞的结构和代谢都要经历复杂的转变，专门是精子细胞膜有较强的水通透性，它在形成进程中存在活跃的物质代谢及液体互换。

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超级重要的。

因此，水通道在睾丸、附睾及其附属性腺的存在是能够明白得的，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觉，在大鼠睾丸内生殖细胞存在两种水通道蛋白：AQP7和AQP8（附表）。

随后又报导了人和小鼠AQP7的表达。

AQP7和AQP8都具有该家族蛋白特点性NPA序列，人与大鼠AQP7氨基酸同源性约68%，人AQP7基因包括6个外显子，共’内含子大小与AQP3类似，内含子与外显子交壤处的核酸序列也与AQP3一致，并位于同一染色体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，故以为AQP7与AQP3属同一亚家族。

AQP7与AQP8均在睾丸的曲细精管中有丰硕的表达，但两种类型的水通道结构和功能有所不同，二者的散布也略有不同：曲细精管内AQP7的表达与生精进程处于不同时期有关，多散布于生精进程晚期的生殖细胞中，提示其表达可能是时刻依托性的；而AQP8那么是持续表达的水通道蛋白，见于每一个曲细精管内从低级精母细胞到精子细胞的各级细胞，提示两种蛋白的不同作用。

在睾丸中发觉有两种水通道的存在，说明了睾丸内生殖细胞成熟、分化和代谢的复杂性，也提示水通道在生精进程乃至受精进程中的重要作用。

Ma也报导，除睾丸外，AQP8在小鼠的胃肠道、胎盘和心脏有很强的表达，在肾、肺、腺、脑等多种组织中也有发觉，说明AQP8散布极为普遍[9，10，16]。

目前，尚无支持细胞水通道表达的研究报导。

值得注意的是，支持细胞除营养生殖细胞外，还参与形成血睾屏障，使曲细精管的基底小室和管腔小室间维持必然的渗透梯度，以利于生精上皮产生的液体向管腔方向排泌；支持细胞本身也分泌大量的管腔液，这些似乎都应该与水通道相关，或许是支持细胞上存在另外的水通道蛋白？这些问题还需进一步研究探讨。

（二）附睾、输精管及附属性腺的水通道
Brown[7]利用Western分析和免疫细胞化学方式发觉雄性生殖道中输出小管的非纤毛细胞的刷状缘和基底膜存在AQP1，在浆膜、输精管壶腹部上皮、精囊腺、前列腺上皮可见AQP1的表达，而在曲细精管上皮、附睾和输精管远端上皮那么未见表达，这提示水通道在生
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阻碍。

AQP1可能是输出小管和生殖道其他具有吸收和分泌功能的上皮细胞跨膜水转运的要紧介导者。

近几年对这些部位水通道有了更详细的研究。

最新报导说明，在鼠输精管和曲细精管上皮发觉AQP2表达。

这一发觉是出乎意料的。

因为过去一直以为只有肾集合管上皮才表达AQP2，说明雄性生殖系统水通道表达是很复杂的[18]。

由于雌激素在调剂输出小管液体吸收方面可能起着重要作用，Fisher[19]等研究了雌激素对不同年龄段雄性大鼠和猴的输出小管上皮细胞AQP1的阻碍。

他们发觉，从诞生晚期、青春期到成年，在输出小管上皮细胞刷状缘AQP1均有很强的表达，一旦这些上皮细胞分化，那么只有非纤毛上皮细胞表达AQP1。

当抑制促性腺激素分泌时，诞生18d和25d大鼠输出小管AQP1表达未见转变；而给与雌激素样物质（DES）后，在诞生后10d’AQP1表达开始减少，25d明显减少，诞生后35d减至最少。

与水通道表达减少相伴随的是输出小管和睾丸网的显著扩张和液体重吸收的减少。

值得注意的是，在各年龄段，DES 处置的大鼠输出小管上皮细胞呈立方状而不是高柱状。

这些结果说明，雌激素可能参与调剂新生鼠输出小管液体吸收功能和输出小管和睾丸网进一步生长发育，而AQP1可能作为重要因素介导了这一进程。

这些研究为人类了解生殖生理和病理生理，专门是精子的成熟、代谢进程，提供了有利的参考。

由于水通道在生殖系统的研究还方才开始，它在生殖细胞及
生殖细胞输出管道的表达仍有许多不太清楚的地址。

包括人类在内的哺乳动物精子的水通透性是很高的（即渗透系数专门大），可能同大鼠一样，精子细胞也有两种或两种以上的水通道表达。

由于人类精子细胞的水通透性是汞不灵敏的，因此，若是人类精子细胞也存在类似大鼠AQP8一样的水通道的话，必然是半胱氨酸被替换了的水通道或有第三种类型的水通道表达。