离子泵及水通道蛋白研究进展总结
水通道蛋白在ADPKD中的研究现状与进展
・综述・水通道蛋白在ADPKD中的研究现状与进展马东癑，徐雨辰，牛青松，郝宗耀，梁朝朝(安徽医科大学第一附属医院泌尿外科，安徽医科大学泌尿外科研究所，泌尿生殖系统疾病安徽省重点实验室，安徽合肥230022)Research progress of aquaporins in autosomal dominant polycystic kidney disease MA Dongyue，XU Yuchen，NIU Qingsong，HAOZongyao，LIANG Chaozhao(Department of Urology,The First Affiliated Hospital of Anhui Medical University,Institute of Urology, AnhuiProvinceKeyLaboratoryofGenitourinaryDiseases，Hefei230022，China)ABSTRACT:Autosomal dominant polycystic kidney disease(ADPKD)is one of the most common inherted kidney diseases characterized by diffuse and progressive cyst formation in bilateral kidneys.The cyst compresses and damages renal parenchy-ma,eventua l yleadingto%enalfailu%e.Aquapo%insa%ewidelydist%ibutedinva%iousti s uesofthebody%egulatingthet%ansmem-b%anet%anspo%tofwate%andsomesolutesandplayinganimpo%tant%oleinhumanhealthanddisease.Ithasbeen%epo%tedthat some aquaporins including AQP1,AQP2,AQP3and AQP11are closely related to ADPKD and may participate in the regulation of cyst formation through a variety of signaling pathways.This article will review the molecular mechanism of aquaporins in ADPKD,soastoexplorenewpotent(altargets(n(tstreatment.KEY WORDS:autosomal dominant polycystic kidney disease；aquaporins；signaling pathway摘要：常染色体显性遗传性多囊肾病(ADPKD)是一种以双侧肾脏弥漫进行性囊肿形成为主要表现的遗传性肾病，囊肿压迫并损害肾实质，最终导致肾功能衰竭(水通道蛋白广泛分布于机体多种组织中，可以调节水和一些溶质在细胞内外的跨膜运输，在人类健康和疾病中扮演着重要角色(目前已发现一些水通道蛋白包括AQP1、AQP2、AQP3和AQP11,与ADPKD关系密切，可能通过多种信号通路参与调控囊肿形成，本文将综述水通道蛋白成员在ADPKD中的分子作用机制，为ADPKD的治疗探索新的潜在靶点(关键词：常染色体显性遗传性多囊肾病；水通道蛋白；信号通路中图分类号:R692.1文献标志码:R DOI：10.3969/j.issn.1009-8291.2021.06.020常染色体显性遗传性多囊肾病(autosomal dominant polycystic kidney disease,ADPKD)是最常见的导致肾脏功能衰竭的遗传性肾脏疾病之一,发病率为1/400〜1/1000,其特征是进行性形成及增大的双肾弥漫性囊肿，对肾功能造成损害.15/(ADPKD主要由基因PKD1或PKD2突变引起，前者约占85%,后者占15%，分别编码多囊蛋白1(polycystin1, PC1)和多囊蛋白2(polycystin2,PC2),最新的研究表明另2个罕见基因GANAB和DNAJB11的突变也能引起ADPKD】67/多囊蛋白的缺失会通过激活mTOR、cAMP、Wnt等信号通路引起囊肿上皮过度增殖，分泌增加，同时还能引起纤毛功能缺陷，细胞极收稿日期：2020-08-24修回日期：2020-10-16基金项目：安徽省对外科技合作计划项目(No.1704el002230)安徽医科大学第一附属医院青年基金培育计划项目(No.2016KJ08)通信作者：梁朝朝，主任医师,博士生导师.E-mail:liang_chaozhao@作者简介：马东癑，医学学士，住院医师.研究方向：多囊肾疾病•E-mail:madongyue07@ 性异常，使肾小管上皮细胞呈球形排列，最终导致囊肿形成及增大归。
离子通道生物学的研究进展
离子通道生物学的研究进展离子通道可以看做是神经元细胞膜上的一种蛋白质，其本质作用是在神经元细胞内外之间传输离子，从而控制神经细胞兴奋性和突触传递。
正是由于离子通道的重要作用，近几十年来，在离子通道生物学领域的研究不断深入，为各个医学领域的研究和应用提供了巨大的帮助。
离子通道是具有可逆性的离子选择性通道。
在神经元兴奋过程中，不同的离子通过离子通道流入或流出。
典型的离子通道包括钠通道、钾通道、钙通道、氯离子通道等。
离子通道的开闭状态可以受到多种因素的影响，例如电压、配体结合、温度等。
离子通道的开闭状态决定了细胞内外部离子浓度差异，从而控制细胞兴奋性和传递神经信号。
离子通道研究的影响离子通道的研究对于治疗癫痫、脑卒中、帕金森病、自闭症等神经系统疾病深入了解，有重要的贡献。
例如，在癫痫治疗方面，离子通道的开发可以寻找针对某些离子通道的药物，从而发挥治疗效果；在自闭症领域，自闭症的研究表明，在某些情况下离子通道功能紊乱是引起该疾病的原因之一。
针对同一种离子通道存在不同的变异型，不同的变异型对离子通道功能、离子通道药物靶向不同，因此得到精准效果需要对不同的变异型进行研究。
快速肿瘤细胞和迟缓肿瘤细胞之间在离子通道水平上的差别，揭示了某些快速生长细胞如何发挥高效、准确的细胞功能。
在心血管系统疾病治疗方面，如高血压、心肌梗塞、心电图异常等，离子通道功能异常是导致许多心血管系统疾病的原因之一。
与其他疾病的离子通道功能异常不同，心血管系统疾病的离子通道异常主要由常染色体显性突变造成。
离子通道研究的缺陷目前，离子通道仍存在研究的缺陷。
首先，在对仍未知的离子通道进行研究时，如钠离子通道草酸钾通道、镁离子通道等无法完全阐明。
其次是，因离子通道存在变异，尽管各种变异型已得到广泛识别，但是仍然有许多突变型无法判断其作用方式。
未来展望因为离子通道的研究涵盖了不同的领域，难免会出现交叉学科研究不充足等问题。
未来需要加强基础研究，推动离子通道生物学的发展。
离子通道研究的新进展
离子通道研究的新进展离子通道是生物膜中的蛋白质结构，在细胞膜中负责离子选择性转运，细胞电位的调节和细胞兴奋性的传导等生理功能。
因此，离子通道的研究一直是生命科学领域中的热点和难点之一。
近年来，离子通道研究在技术手段、结构分析、药物开发等方面都有了新的进展，大大促进了对这一重要蛋白质家族的认识和应用。
技术手段方面，拓扑学分析及结构再现技术是较新的手段，意在揭示离子通道功能机制和构象变化。
近年来该技术的飞速发展使得揭示蛋白质的空间结构更加深入和详细。
同时，离子通道的储存与表达技术也得到骤然发展。
通过利用此类技术，可以快速、可控地制备出完整的膜蛋白前体，以供后期进行药物筛选和分析。
此外，果蝇、线虫、酵母这些模式生物也成为了离子通道研究的热点，由其简便的遗传操作和高效的表达系统搭载，有助于对离子通道的功能、调节、结构等方面进行深入研究。
在离子通道的结构分析中，膜蛋白晶体学的飞速发展带来了全新的希望和进展。
传统的膜蛋白晶体学技术手段普遍受限于膜蛋白的稳定性、表达量等问题，但新型的多样性芯片技术，人工重构膜蛋白等技术保证了大量高纯度膜蛋白样品可以低成本快速获得，进而实现基于膜蛋白的晶体化研究。
这一技术的快速发展使我们对于离子通道结构研究有了全新的认识。
在离子通道的药物开发方面，离子通道抑制剂发展的突破是其中的不可缺少的一环。
离子通道抑制剂的作用机制的深入探究能够揭示该类药物在阳离子通道和阴离子通道方面的作用。
目前已经发现并掌握了一些有效的抑制剂，从而使得治疗相关疾病的药物研发工作越来越成为可能。
其中，一种名为Ionscope的测量系统，用于单细胞离子通道测量和阈值分析，已经大幅提升了膜电位和离子通道的研究，特别是在下游药物研究和应用中发挥了重要作用。
总的来说，离子通道研究的新进展一方面得益于新技术的普及和快速发展，另一方面也得益于关注度的提高。
相信在不久的将来，这些进展将会为离子通道研究的深入认识、对药物设计和研发提供更广阔的发展空间。
离子通道的结构与功能研究进展
离子通道的结构与功能研究进展离子通道是细胞膜上的蛋白质，它们能够控制离子进出细胞，从而对细胞活动起到调节作用。
离子通道的研究是复杂的，因为它们的结构和功能都受到多种因素的影响。
然而，在过去的几十年里，科学家们对离子通道的研究取得了很多进展。
本文将介绍离子通道的结构和功能研究进展。
一、离子通道的结构离子通道是一种跨越细胞膜的蛋白质，具有高度的空间特异性。
它们的结构与功能有密切关系，因此离子通道研究的首要任务是揭示其结构。
实际上，离子通道的结构一直是科学家们关注的焦点，因为其结构决定其功能，为药物设计提供了重要依据。
近年来，基于X射线晶体学和电子显微镜等技术，科学家们成功破解了许多离子通道的晶体结构。
其中最具代表性的是研究钾通道的英国科学家芙朗西斯·克里克和美国科学家詹姆斯·怀特。
1982年，他们发表了钾通道晶体结构的文章，这一结果也奠定了现代分子生物学的基础，赢得了1982年诺贝尔生理学或医学奖。
目前，已经发现了许多不同结构的离子通道，包括钾通道、钠通道、钙通道、氯离子通道等。
这些离子通道的三维晶体结构被确定，为我们深入了解其功能提供了基础。
二、离子通道的功能离子通道在生命活动中发挥着不可替代的作用。
它们能够产生和传递神经冲动、调节心脏节律、调节肌肉收缩等多种生理功能。
因此，了解离子通道的功能也是研究的重点之一。
离子通道的功能主要与离子进出细胞有关。
离子通道分为静止状态和动态状态两种，静态状态指通道处于关闭或开放状态，而动态状态指通道处于激活或失活状态。
离子通道的动态状态是由于其蛋白质在细胞膜上的特定区域受到不同的刺激导致的。
例如，物理因素如温度、电压、压力等，以及化学因素如离子浓度、药物等都能够对离子通道的结构和功能产生影响。
三、离子通道的疾病治疗离子通道在机体内的调节作用非常重要，如果出现离子通道缺陷，就会导致相关疾病的发生。
例如，一些遗传性离子通道疾病，如长QT综合症、周期性瘫痪等，均与离子通道缺陷密切相关。
细胞膜通道和离子泵的研究进展
细胞膜通道和离子泵的研究进展细胞膜通道和离子泵是细胞内外物质传输的重要机制。
细胞膜通道指的是细胞膜上的孔道，通过这些孔道，一些水溶性小分子和离子可以通过扩散的方式跨越细胞膜，从而实现细胞内外物质的交换。
而离子泵是指能够将特定离子从一个体液区向另一个体液区输送的特定蛋白。
在过去的几十年里，科学家们对细胞膜通道和离子泵的研究不断深入，揭示了它们在生命体系中的重要性。
下面我们将分别从细胞膜通道和离子泵两个方面介绍一下它们的研究进展。
一、细胞膜通道的研究进展细胞膜通道主要包括离子通道和水通道。
离子通道可分为阳离子通道和阴离子通道。
这些通道可以通过与蛋白相互作用而被调节。
细胞膜通道的研究进展首先要介绍电生理学。
电生理学研究导电性物质的运动和附在细胞上的皮膜电位的变化。
一般情况下，电生理学通过记录当前流记录膜电位来定量分析细胞膜上的离子通道活性。
近年来，高通量筛选技术的发展也推动了细胞膜通道研究的进展。
以往的研究方式主要是采用人工合成或募集细胞的方法获得膜蛋白。
而现在通过大规模的基因表达和高通量筛选技术可以更快捷地获得更多的膜蛋白。
此外，最新的微观技术也被运用到了细胞膜通道的研究里。
作为一项非常有前途的技术，X光自由电子激光(LCLS)能够影响物质的状态，使人们能够观察到在细胞膜通道中离子和水的运动状态。
这个技术的发展使人们更深入地了解了通道的运作机制。
二、离子泵的研究进展离子泵是细胞膜上的一类重要蛋白质，它们是通过化学能转换为机械能将离子从细胞内外进行运输的。
典型的例子包括Na+/K+ ATP酶和离子转运蛋白。
在过去的几十年里，离子泵的研究不断深入，特别是在对机械性能和结构的研究方面取得了一定的突破进展。
例如，利用冷冻电镜技术可提供纳米级的图像，使我们在离子泵的结构和演化方面有了更深入的认识。
此外，在生物医学领域，离子泵也是一个非常有前途的领域。
离子泵扮演着许多疾病的关键角色，如前列腺癌，糖尿病和药物耐受性。
水通道蛋白3的研究进展
Ｒ Ｔ—Ｐ Ｒ和免 疫组 织化 学研 究 正 常 晚期 妊 娠 孕妇 胎 Ｃ
膜上 Ａ Ｐ Ｑ ３的表 达 ， Ｔ—Ｐ Ｒ 发 现 Ａ Ｐ Ｒ Ｃ Ｑ ３在 人 类 胎 盘 、 毛膜 、 绒 羊膜 上 表达 ， 疫组 化发 现 Ａ Ｐ 免 Ｑ ３在 胎 盘
在 肾脏 的基 膜细胞 、 端结 肠 、 远 空肠上 皮细 胞 、 管 和 气 支气 管上 皮 细胞 等 呈 高表 达 ３ Ａ Ｐ ８； Ｑ ３在前 列 腺 基 膜
鼠妊 娠第 １ ０—１ ６天 时 胎 盘 上 Ａ Ｐ Ｑ ３表 达 增 加 ， 妊 在 娠 １ ０～１ ９天 时胎 盘 上 Ａ Ｐ Ｑ ３的 表 达没 有 变 化 ， 着 随 妊娠 的进 展 Ａ Ｐ Ｑ ３在羊 膜上 的表达 没 有变 化 ， 羊水 的
月妊 娠产 妇 的羊膜 上皮 细胞 中 Ａ Ｐ ｍＲ Ａ表 达 的关 Ｑ３ Ｎ 系 ， 现 ｆｒ ｏ ｎ（ 苷 酸 环 化 酶 激 动 剂 ） Ｓ 发 ｏｓ ｌ 腺 ｋｉ 和 Ｐ—
加 细胞膜 水 的通 透性 ， 与水 的分 泌 、 收 及 细 胞 内 参 吸
外平衡 的调节 。水 通道 蛋 白同时具 有促 进 细胞 迁移 、 细胞 增殖 、 胞 凋 亡 的作 用 。水 通 道 蛋 白 ３ Ａ Ｐ ） 细 （ Ｑ ３ 是水 通 道蛋 白家 族 成 员 之一 ， 除对 水 有 通 透 性 以外 ， 还 能够 通透甘 油 和 尿 素 的 水通 道 蛋 白。现 就 水 通 道
天时表 达增 加 １ ６倍 。２ ０ ０ ２年 Ｍ ｎ ａ ｎ等 在人 类 胎膜 上未 发 现 Ａ Ｐ Ｑ ３的 表 达 。２ ０ ０ ４年 Ｌｕ等 用 Ｒ ｉ Ｔ—
Ｐ Ｒ发 现 Ａ Ｐ Ｃ Ｑ ３在 羊 的胎 盘滋养 细胞 表 达 ， 羊 妊娠 在 ６ 、０ 、４ ６ １０ １ ０天 时呈 高表 达 。２ ０ ０ ５年 在人 类 的组 织 芯 片研 究 中发 现 ， Ｑ ３在 人 类 很 多组 织 中表 达 ， 其 Ａ Ｐ 尤
水通道蛋白2的研究进展
水通道蛋白2的研究进展水通道蛋白-2（AQP2）主要表达在肾脏组织，起着肾脏对水转运的重要功能。
AQP2参与了许多疾病的病理过程，如多囊肾、尿崩症。
AQP2可能为泌尿系统疾病提供更有效的治疗新途径。
标签：水通道蛋白-2;泌尿系统;水是生命存在的先决条件。
水分子是极性分子，这使得它们能够非常容易地彼此间形成氢键以及与其它分子形成氢键。
作为极好的溶剂，它们适合于各种极性物质存在于细胞中。
水提供围绕生物聚合物的带电基团的溶剂壳，这些溶剂壳是蛋白质生物活性所必需的[1]。
水占人类体重的70%，在新生足月婴儿，总水分占体重的75%，早产儿更高，可达80-85%[2]。
细胞外和细胞内水含量之间的比率在产后期变化显著。
出后后不久，体内水含量迅速减少，这种降低主要是细胞外水含量的减少。
水含量的变化引起了广泛的关注。
1988年Perter Agre及其同事在红细胞膜上及肾小管中偶然发现的，一种分子量为28000的完整跨膜蛋白，1991年这种蛋白被克隆并命名为CHIP28（channel-forming integral protein），也就是现在的AQP1。
随着AQP1的发现，其它AQPs也相继被被发现及克隆。
迄今为止，已经发现AQPs广泛存在于细菌、植物及动物中，在哺乳动物组织中已经发现有13种AQPs存在[3]，其中，分布在肾组织的AQPs至少有8种[4]。
AQPs的发现不仅从分子水平上揭示水跨膜转运调节的机制，而且也揭示水平衡在遗传性及获得性疾病时的病理生理机制，证实其与人类许多疾病密切相关[5]。
尿液浓缩稀释功能主要由肾脏集合管（CD）主细胞的水通道蛋白2（AQP2）完成。
肾脏的集合管可重吸收水，排K+，H+和NH3，而AQP2是肾脏集合管表达的主要的水通道蛋白，对尿液浓缩和维持体液的酸碱平衡起着重要作用。
本文对AQP2的结构、分布、功能、表达及在泌尿系统疾病中作用的研究进展作一综述。
AQP2的分子结构AQP2由Fushimi在1993年克隆并确认的水通道蛋白家族中的一种[6]。
离子通道及其应用研究进展
离子通道及其应用研究进展离子通道是细胞膜上一类重要的蛋白质通道，能够控制离子通量，参与了细胞内外环境的维持、神经传导、心跳调控等生理过程。
在过去10年中，离子通道及其应用的研究引起了越来越广泛的关注，新的科学成果不断涌现。
本文将对离子通道及其应用的研究进展进行综述。
1. 离子通道的分类离子通道可分为多种类型，常见的有钠通道、钾通道、钙通道和氯通道等。
这些通道根据对哪一种离子最为选择性地通道，又可分为单一离子通道、多种离子通道、有选择通道和非选择通道等。
2. 离子通道的结构离子通道分子有四个子单位，其中两个α亚基构成了离子通道的主体，其余两个亚基则帮助离子通道稳定和调节功能。
每个亚基由多个跨膜结构的α螺旋组成，这些α螺旋形成了一个环状结构，其中含有大量的氨基酸，对于通道的功能有着极为重要的影响。
3. 离子通道在生物学中的重要性离子通道在维持细胞内外环境平衡、参与神经传导、心跳调控等方面具有重要的作用。
例如，钠通道和钾通道参与了神经元动作电位产生和维持；钙通道则在肌肉收缩、神经传递、胰岛素分泌等过程中发挥了重要作用。
此外，离子通道与病理生理上的关系也引起了广泛的关注。
许多疾病，例如肌无力症、细胞色素C氧化酶缺乏症、心脏病等，与离子通道的异常功能有关，因此，对离子通道及其功能的了解对于疾病的预防、诊断和治疗都有着重要作用。
4. 离子通道技术的应用离子通道技术被广泛应用于新药研发、毒理学研究和基因治疗等方面。
例如，离子通道阻塞剂可以制备为治疗不同疾病的药物，这些药物在体外和体内都可以测试其效果。
此外，在毒理学研究中，离子通道的活性也被应用于筛选可能有毒性的化合物。
在基因治疗中，使用CRISPR/Cas9技术可以将离子通道的基因修饰，从而可能治疗一系列的遗传疾病。
总而言之，离子通道在细胞生理学和神经生物学中具有十分重要的作用。
离子通道技术的发展，为新药研发、毒理学研究和基因治疗等方面提供了有力的工具。
未来，在离子通道和其应用研究方面还有很多待解决的问题，我们期待着更多的科学成果。
水通道蛋白综述与展望
水通道蛋白水通道- 从原子结构到临床医学生物膜的透水性在生理学上是一个长期存在的问题，但负责此类蛋白质的蛋白质仍然未知，直到发现水通道蛋白1（AQP1）水通道蛋白。
AQP1由渗透梯度驱动的水选择性渗透。
人类AQP1的原子结构最近被定义。
四聚体的每个亚基含有允许水分子单文件通过但中断氢键通过质子所需的单独水孔。
已经鉴定了至少10种哺乳动物水通道蛋白，并且它们被水（水通道蛋白）或水加甘油（水甘油聚糖）选择性渗透。
表达位点与临床表型密切相关，从先天性白内障到肾源性尿崩症。
在植物，微生物，无脊椎动物和脊椎动物中发现超过200个水通道蛋白家族成员，并且它们对这些生物体的生理学的重要性正在被揭开。
在20世纪20年代发现脂质双层提供了当沐浴在较低或较高pH或含有毒性浓度的Ca2 +或其他溶质的细胞外液中时细胞如何维持其最佳细胞内环境的解释。
从1950年代开始发现离子通道，交换剂和共转运体为溶质的跨膜运动提供了分子解释。
然而，长期以来，假定水的输送是由于通过脂质双层的简单扩散。
来自具有高膜渗透性的多个实验系统的观察，例如两栖膀胱和哺乳动物红细胞，表明通过脂质双层的扩散不是水跨越膜的唯一途径。
虽然提出了各种解释，但直到10年前发现AQP1才能知道分子水- 特异性转运蛋白（Preston 等，1999）。
现在人们普遍同意扩散和通道介导的水分运动都存在。
通过所有生物膜以相对较低的速度发生扩散。
水通道蛋白水通道发现于上皮细胞的一部分10至100倍的水渗透能力。
值得注意的是，水通道蛋白水通道的选择性非常高，甚至质子（H3O +）被排斥。
在大多数组织中，扩散是双向的，因为水进入细胞并从细胞释放，而水通道蛋白介导的体内水流则由渗透或液压梯度引导。
扩散的化学抑制剂是未知的，扩散发生在高Ea（Arrhenius活化能）。
相比之下，大多数哺乳动物水通道蛋白受汞的抑制，Ea等同于大量溶液中水的扩散（〜5 kcal mol_1）。
水通道蛋白的发现说明了偶发性在生物学研究中的重要性，并且引起了上游流体运输过程中水如何穿过生物膜的范式的完全转变。
离子通道及其应用研究进展
离子通道及其应用研究进展离子通道是一种在细胞膜上负责离子传输的蛋白通道。
它们可以在正常生理条件下调节细胞内外离子交换和细胞内外电位差，从而参与一系列生物过程。
离子通道在医学领域有着广泛的应用研究，并取得了重要的进展。
首先，离子通道在药物研发方面有着重要的作用。
离子通道是许多药物的靶点，调节离子通道活性可以影响神经传导、心脏肌肉收缩等功能。
通过研究离子通道结构和功能，科学家们可以设计出能够选择性激活或抑制特定离子通道的药物，用于治疗神经系统疾病、心脏病等疾病。
例如，钙离子通道是心脏肌肉收缩的关键调节者，研究人员通过开发钙离子通道拮抗剂，成功用于治疗心律失常等疾病。
其次，离子通道在神经系统疾病研究中发挥重要作用。
神经系统疾病如癫痫、帕金森病等常常与离子通道的异常功能有关。
通过研究离子通道的突变及异常活性，科学家们可以揭示神经系统疾病的病理机制，并开发针对特定离子通道的治疗方法。
例如，帕金森病与钾离子通道的突变相关，研究人员可以通过开发靶向这些突变通道的药物，改善患者的病情。
再次，离子通道在科学研究中用于细胞内外电活动的记录。
离子通道参与神经元之间的电信号传导，记录离子通道的活性可以帮助科学家们理解神经网络的功能和调节机制。
近年来，出现了许多新的电生理方法，如膜片钳技术和蛋白表达技术，使研究人员能够更准确地记录和操控离子通道的活性，从而揭示细胞内外的离子流动和电位差的变化。
最后，离子通道还在生物传感器的设计中发挥重要作用。
利用离子通道对特定离子的选择性传递性质，科学家们可以将离子通道嵌入到生物传感器中，用于检测环境中的特定离子浓度。
通过监测离子通道的离子流动，可以实现对环境中离子浓度的快速和准确的检测。
这在环境监测和医学诊断等领域具有重要意义。
总的来说，离子通道在医学和生物科学研究中有着广泛的应用。
通过研究离子通道的结构和功能，科学家们能够揭示离子流动的机制，并开发新的药物和技术来治疗疾病、了解神经系统的功能和发展先进的生物传感器。
水通道蛋白4的研究进展
水通道蛋白4的研究进展作者：王永军李坤正肖宗宇来源：《中国医学创新》2016年第26期【摘要】水通道蛋白4（AQP4）是一种与水的通透性有关的蛋白，主要存在于中枢神经系统，并广泛表达于中枢神经系统的星形胶质细胞、脉络丛上皮细胞、室管膜上皮细胞等支持细胞中，目前大量研究表明，AQP4不仅与脑水肿的发生发展密切相关，同时还参与多种神经系统疾病的病理过程，对临床神经系统疾病的诊断及治疗具有重要的意义，本文就AQP4与几种常见神经系统疾病的联系作一综述。
【关键词】水通道蛋白质4；脑水肿；脑肿瘤；抑郁症；癫痫【Abstract】 Aquaporin 4 is a kind of protein which is related to the permeability of water，mainly in the central nervous system.It express in astrocytes，choroid plexus epithelial cells，cell membrane epithelial cells and other supporting cells.At present a large number of studies show that AQP4 is not only related to the occurrence and development of brain edema，but also is involved in the pathological process of many kinds of nervous system diseases which is of great significance for the diagnosis and treatment of clinical nervous system diseases.Therefore，this article reviews the relationship between AQP4 and several nervous system diseases.【Key words】 Aquaporins 4； Brain edema； Brain tumor； Depression； EpilepsyFirst-author’s address：Qinghai University，Xining 810000，Chinadoi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.26.034水通道蛋白（aquaporins，AQPS）就是一组与水的通透性有关的蛋白，其中AQP1最早被发现，随后又陆续发现了包括AQP0-AQP12在内的13种水通道蛋白，其中AQP1、AQP3、AQP4、AQP5、AQP8和AQP9主要存在于哺乳动物的脑组织中，尤以AQP4的存在及表达最为重要，参与了脑水肿及多种神经系统疾病的发展。
水通道蛋白4的研究进展
水通道蛋白4的研究进展水通道蛋白4（AQP4）是一种与水的通透性有关的蛋白，主要存在于中枢神经系统，并广泛表达于中枢神经系统的星形胶质细胞、脉络丛上皮细胞、室管膜上皮细胞等支持细胞中，目前大量研究表明，AQP4不仅与脑水肿的发生发展密切相关，同时还参与多种神经系统疾病的病理过程，对临床神经系统疾病的诊断及治疗具有重要的意义，本文就AQP4与几种常见神经系统疾病的联系作一综述。
水通道蛋白（aquaporins，AQPS）就是一組与水的通透性有关的蛋白，其中AQP1最早被发现，随后又陆续发现了包括AQP0-AQP12在内的13种水通道蛋白，其中AQP1、AQP3、AQP4、AQP5、AQP8和AQP9主要存在于哺乳动物的脑组织中，尤以AQP4的存在及表达最为重要，参与了脑水肿及多种神经系统疾病的发展。
1 AQP4基本结构及分布AQP4基因位于人类染色体18q11.2与q12.1的连接处，包含4个外显子，负责127、55、27、92位氨基酸序列的编码，3个内含子位于其间。
从结构上看，其包括6个跨膜结构和A、C、E 3个细胞外环和B、D 2个细胞内环。
AQP4的四级结构是由相对分子质量约34 KD的4个具有独立活性的且均含有6条疏水性跨膜结构的单体组成的四聚体，每个单体的6条疏水性跨膜结构形成类似沙漏的水通道，仅允许单线通过1个水分子。
AQP4主要分布于中枢神经系统的星形胶质细胞、脉络丛上皮细胞、室管膜上皮细胞等支持细胞中，并大量表达在星形胶质细胞足突、胶质界膜、软脑膜及室管膜与其下星形胶质细胞的空隙中，目前尚未发现其在兴奋性细胞中表达[1]。
此外，AQP4呈极性分布于星形胶质细胞足突上，锚定蛋白和细胞周围环境对其这种分布起到了一定的作用[2]。
由此可以简单的通过AQP4的分布及表达特点推断其与中枢系统的水平衡有关。
2 AQP4与Kir4.1内向整流钾离子通道4.1（Inwardly rectifying K+ channel，Kir4.1）是中枢神经系统的一种膜蛋白，其具有内向整流的特点并能通过调节胞外过高的钾离子浓度而维持内环境的稳态。
水通道蛋白研究进展
水通道蛋白研究进展水通道蛋白是一种专门负责水分子跨膜运输的蛋白，对于生物体的水分平衡和调节具有重要意义。
近年来，随着研究的深入，水通道蛋白的作用机制和应用领域逐渐引起人们的。
本文将概述水通道蛋白的基本概念、分类、功能，并重点介绍其研究进展。
水通道蛋白概述水通道蛋白是一种位于细胞膜上的运输蛋白，主要负责水分子在细胞膜上的跨膜运输。
水通道蛋白可根据其分布位置和功能不同分为不同类型，例如：AQP0、AQP1、AQP2等。
这些蛋白在细胞膜上形成水通道，帮助水分子快速、高效地通过细胞膜，从而维持细胞内外水平衡及细胞生长代谢。
水通道蛋白研究进展1、水通道蛋白的分子结构与功能关系水通道蛋白的分子结构由6个跨膜片段组成，形成一种特定的构象，从而有利于水分子通过。
不同的水通道蛋白具有不同的构象和功能，例如：AQP0主要分布于视网膜色素上皮细胞，参与调节眼部水分平衡；AQP1主要分布于肾脏、膀胱等器官，参与调节水平衡和尿生成；AQP2主要分布于肾小管和集合管，参与调节尿浓缩和稀释。
2、水通道蛋白的研究方法与技术目前，水通道蛋白的研究方法主要包括以下几种：基因克隆、表达与纯化；蛋白质结晶与结构解析；功能及动力学研究等。
这些方法分别从基因、蛋白质和功能等方面对水通道蛋白进行研究。
同时，随着生物技术的发展，如荧光标记、基因敲除等技术也为水通道蛋白研究提供了有力支持。
3、水通道蛋白的应用领域与展望水通道蛋白在生物学、医学等领域具有广泛的应用价值。
首先，水通道蛋白参与维持生物体内环境稳态，对治疗与预防水肿、脱水等疾病具有重要意义。
例如，AQP1在急性肾损伤和慢性肾功能衰竭等疾病中表达异常，成为治疗上述疾病的潜在靶点。
此外，水通道蛋白还与某些肿瘤细胞的生长和转移密切相关，因此有望为肿瘤治疗提供新思路。
其次，水通道蛋白在物质跨膜转运、药物研发等方面也具有潜在应用价值。
例如，通过研究AQP4在脑内的分布和作用机制，有助于理解脑内物质跨膜转运的规律，为药物研发提供新靶点。
浅析植物水通道蛋白的研究进展-植物学论文-生物学论文
浅析植物水通道蛋白的研究进展-植物学论文-生物学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——水通道蛋白（也称水孔蛋白，AQPs）促使着水分的双向跨膜运动，它所介导的自由水快速被动地跨生物膜转运，是水进出细胞的主要途径。
第1 次从分子水平上证实细胞膜上存在水转运通道蛋白是Pe-ter Agre 研究小组[1]于1988 年从血红细胞和肾小管中分离纯化出的CHIP28 蛋白，并由实验证明了CHIP28 蛋白具有允许水分子进入的功能。
CHIP28 蛋白也因此被重新命名为l 号水通道蛋白（AQPl）。
第1 个植物水通道蛋白---2-TIP 是Maurel 等[2]于1993 年从拟南芥Arabidopsis thaliana 中分离出来的。
目前，已经从细菌、酵母、植物、动物中分离出多种水通道蛋白的同源基因，并且证明水通道蛋白除了担负细胞间或细胞内外水分子输导的功能，还参与细胞伸长与分化、气孔运动等生理过程。
本文主要从水通道蛋白家族成员组成、结构、生理功能及表达等方面对植物水通道蛋白的研究进展进行系统介绍。
1 水通道蛋白家族成员植物水通道蛋白的结构与动物水通道蛋白同属于一个古老的跨膜通道蛋白MIP 超家族。
已经测序的植物基因组揭示植物水通道蛋白是一个超家族：拟南芥中有38 个水通道蛋白基因编码的35 种水通道蛋白同源蛋白，其中10 个属于液泡膜水通道及其类似蛋白，13 个为质膜水通道及其类似蛋白，12 个属于NLM 类。
此外，玉米Zea mays 和水稻Oryza sativa 中分别有35 个和33 个水通道蛋白基因[3]. Johan-son 等[4]根据氨基酸序列同源性和亚细胞定位将水通道蛋白划分为5 个家族：质膜内在蛋白（PIPs），液泡膜内在蛋白（TIPs），类Nodulin26（NOD26）膜内在蛋白（NIPs），小的碱性膜内在蛋白（SIPs）和类GlpF 膜内在蛋白（GIPs）。
离子通道蛋白及其生物功能的研究
离子通道蛋白及其生物功能的研究离子通道蛋白（ion channel protein）是一类形状多样、在生物细胞中起重要作用的蛋白质。
离子通道蛋白可以通过调节细胞内离子的流动来调节细胞的生理功能。
离子通道蛋白的发现和研究是细胞生物学、生物化学和生理学等多个领域的重大突破，并且被认为是近年来最重要的生物学发现之一。
本文将探讨离子通道蛋白的结构、调节机制以及生物功能的研究进展。
离子通道蛋白的结构离子通道蛋白结构的发现可以追溯到20世纪50年代，当时科学家们发现了钾离子（K+）在细胞膜上的通透性，之后又发现了钙离子（Ca2+）和钠离子（Na+）的通透性。
这些离子的通透性来源于细胞膜上可控制的离子通道蛋白，这些通道蛋白若干年后被分离鉴定了。
离子通道蛋白可以分为四个主要部分:跨膜区域、通道口、激活区和模块区。
其中跨膜区域由6个跨膜α螺旋构成，α螺旋周围环绕有多种辅助亚基，形成离子通道的通道口。
这些离子通道具有高度的选择性和特异性，不同的离子通道可以让不同的离子通过。
例如，K+通道专门让钾离子通过，Na+通道让钠离子通过，Ca2+通道让钙离子通过。
通道口通过细胞膜上的信号传递机制，以达到细胞内外离子浓度的平衡。
除了主要的跨膜区域外，离子通道蛋白还具有几个功能区域。
激活区和模块区通常被用于调节通道的开闭状态。
激活区位于蛋白质的N端，这一区域用于通过细胞内的信号传递机制促进通道的打开。
模块区域由蛋白质的C端组成，结构上类似于激活区，不同之处在于其可以接受通过其他蛋白质的结合，来调节通道的开闭状态。
离子通道蛋白的调节机制离子通道蛋白的开闭状态是通过多种机制实现的，包括电信号、化学信号和机械信号等。
电信号是指细胞膜上电势的变化，电势的高低决定了离子通道开闭状态的转换。
化学信号是指传递到细胞内部的分子信号，这些信号可以通过激活蛋白激酶受体来启动离子通道开闭的转换。
机械信号涉及细胞形态改变时产生的压力，这些压力可以改变通道口的构型，从而影响离子通道的开闭状态。
离子通道和转运蛋白分子模拟的研究进展
离子通道和转运蛋白分子模拟的研究进展离子通道和转运蛋白分子对生命活动具有重要影响，因此它们的结构和功能研究一直是生物学和生物物理学等学科的重要领域。
现代计算机技术的快速发展，促进了该领域研究的进展。
利用分子动力学模拟等计算方法，可以从原子尺度上研究离子通道和转运蛋白分子的运动、结构和功能，探究它们与生命活动的联系。
本文将就离子通道和转运蛋白分子模拟的研究进展进行探讨。
一、离子通道模拟研究离子通道是生物大分子系统中的重要组分，具有传递离子、调节电信号、维持离子平衡等生理功能。
研究离子通道的结构和动力学可以从分子级别深入了解它们的功能机制，发现新型药物等。
随着计算机性能的提升，分子动力学模拟已经成为研究离子通道的主流方法之一。
在离子通道的分子动力学模拟方面，近年来取得了不少重要进展。
在模拟系统的建立方面，通常采用周期性边界条件来模拟大分子系统，在模拟期间令离子通道周围的溶剂分子形成一个水箱来模拟溶剂环境。
在模拟计算时，系统要受到能量守恒的约束条件。
通过对系统的仿真运算，可以计算得到离子通道的稳定状态、离子在通道内的动态行为等重要参数。
在离子通道的模拟计算中，主要有两种方法：加速动力学方法和机械平衡方法。
加速动力学方法常见有Umbrella采样和Metadynamics方法等。
Umbrella采样是利用电势平面来对离子通道进行加速动力学模拟，从而计算出离子在通道内的运动状态；Metadynamics方法则是将离子通道内的自由能和不同的构象进行联系，通过计算离子通道内的自由能差来获得离子通道的稳定状态。
机械平衡方法主要有平衡分子动力学方法和Brownian动力学方法等。
其中，平衡分子动力学方法采用投影方法计算离子的通道内能量分布，通过卡诺热力学定理计算出离子的分布状态。
Brownian动力学方法则是从热力学方程角度来考虑，通过求解Langevin方程的积分方程，计算出离子通道内的平均温度和粘度等参数。
总的来说，离子通道模拟方法只是离子通道研究的一部分，分子动力学模拟进一步提高了我们对离子通道的认识，拓宽了离子通道研究的广度和深度。
生命体系中的离子传输过程研究
生命体系中的离子传输过程研究离子传输是生命体系中不可或缺的过程。
通过离子传输，细胞可以控制其内外环境的离子浓度，从而维持正常的生理功能。
离子传输涉及到细胞膜上的离子通道、离子泵等多种分子和生物化学过程。
在本文中，我们将探讨生命体系中离子传输的机制和研究进展。
1. 细胞膜上离子通道的研究细胞膜上离子通道是细胞内外离子传输的重要途径。
它们通过选择性地允许离子通过，从而维持细胞膜两侧离子浓度的平衡。
离子通道大多数为膜蛋白，可分为离子选择性通道和非离子选择性通道两类。
离子选择性通道是指它们只能允许一种或几种特定的离子通过，如钾离子通道、钠离子通道等。
这些通道的选择性取决于特定的氨基酸残基或其他结构，如水合腔的大小和形状。
以钾离子通道为例，其水合腔和钾离子之间的相互作用有助于钾离子的选择性通过。
非离子选择性通道允许多种离子通过，如水孔蛋白等。
这些通道的选择性主要取决于通过通道的离子水合膜的大小和极性，以及通道上的电荷等离子体。
近年来，对离子通道的研究重点之一是其结构和动力学的解析。
使用先进技术，如X射线晶体学、核磁共振等，可以获得离子通道复合物的高分辨率结构，在三维空间中揭示其分子机制，为开发新型药物提供了重要参考。
2. 离子泵在离子传输中的作用离子泵是单向地将离子从低浓度区域输送到高浓度区域的分子泵，主要包括ATP酶和离子转运体两类。
离子泵通过消耗ATP来推动离子传输，维持细胞膜潜电位的稳定和离子平衡。
ATP酶是一种利用ATP加水解开，并释放出能量的酶。
在细胞膜上，ATP酶参与钠离子泵和钙离子泵等的运输过程。
钠离子泵是使细胞内钠离子的浓度低于外部的重要分子泵。
钠离子泵同时也是细胞膜潜电位的稳定器，能够消耗三分之二的细胞内的ATP。
离子转运体是一类可将特定离子或离子复合物从低浓度区域主动地转移到高浓度区域的异构体蛋白。
它们通常通过重复的转运循环，将离子输送到特定的细胞器或细胞外。
它们在人类体内广泛存在，如肝细胞中的乳糖转运体、肠道细胞中的钙离子转运体等。
水离子运输蛋白的研究及其在药物设计中的应用
水离子运输蛋白的研究及其在药物设计中的应用水离子运输蛋白是一类能够媒介细胞内外水分子交换的蛋白质，它们对于维持细胞内外水分平衡以及维持生物体内各种生理活动的正常进行起到重要的作用。
近年来，对水离子运输蛋白的研究得到了广泛关注，并且在药物设计和开发领域也取得了一些重要的进展。
水离子运输蛋白的结构研究为药物设计提供了重要的理论依据。
通过解析水离子运输蛋白的高分辨率三维结构，科学家们能够更好地理解其在水离子转运过程中的作用机制。
通过这些结构研究，我们可以确定药物与水离子运输蛋白之间的相互作用方式，进而进行针对性药物设计。
例如，利用水离子运输蛋白的结构研究，科学家们可以设计出可选择性地干扰蛋白功能的药物，从而影响细胞内外水平衡。
此外，水离子运输蛋白的功能研究也为药物设计提供了重要的线索。
水离子运输蛋白在维持细胞内外水分平衡、酸碱平衡以及离子平衡中发挥着关键作用。
一些疾病如高血压、恶性肿瘤等与水离子运输蛋白的正常功能紊乱密切相关。
针对这些疾病，研究人员可以通过对水离子运输蛋白的功能调控来设计新型药物。
例如，一些研究表明，通过抑制或激活水离子运输蛋白的活性，可以有效调节细胞内外水离子平衡，从而达到治疗高血压等疾病的效果。
最近的研究还证实，水离子运输蛋白的表达水平与一些疾病的发生、发展与临床预后密切相关。
例如，一些研究表明，水离子运输蛋白在恶性肿瘤的发展中起着关键作用。
因此，通过检测水离子运输蛋白的表达水平，可以作为一个可靠的生物标志物用于医学诊断，同时也可以作为药物设计和治疗策略的重要依据。
总的来说，水离子运输蛋白的研究为药物设计和开发提供了重要的理论基础和实验依据。
通过对水离子运输蛋白结构和功能的深入研究，我们可以更好地理解其在维持细胞内外水平衡中的作用机制，进而利用这些知识设计和开发新型的药物。
随着对水离子运输蛋白的研究的深入进行，我们相信将有更多的药物设计基于水离子运输蛋白的机制，为人类的健康带来更大的福祉。
水离子运输蛋白的研究及其在药物设计中的应用
水离子运输蛋白的研究及其在药物设计中的应用水离子运输蛋白（AQP）是一类普遍存在于生物体内的膜蛋白。
它们能够选择性地传输水分子，同时限制其他物质的通过。
由于水对生命体系的重要性，AQP在生理与病理过程中发挥着至关重要的作用。
而随着对AQP的深入研究，越来越多的治疗性靶点和应用细胞减毒方案被提出。
本文将介绍AQP结构与功能、对人类健康的影响以及相关的药物研究和应用现状。
1. AQP结构与功能AQP主要分为两类：水转运蛋白（Aquaporin，AQ）和水分子的调节蛋白（Aquaglyceroporin，AG），其中AQ家族中的膜蛋白只传输水分子，而AG家族不仅可以传输水分子，还可以传输甘油、荷尔蒙和小分子离子等多种底物。
AQ家族的膜蛋白在不同的生物体中数量、种类和大小各有不同，比如在人体中，AQ家族共有13种。
AQP由六个跨膜螺旋构成，其中二、三、四、五、六个螺旋成为了一个环形的“骨架”，而第一、第七个螺旋则形成了侧链向外的两个合集。
这些通道的直径大约为2.8埃，并提供由氢键支承的具有高度静电质子选择性的方案，使其选择性地只传输水分子。
通过控制水分子的传输，AQP能够维持体内外水分子的平衡，为生物体提供维持正常生理过程所需的水分子，同时防止过多的水分子在细胞内或外液滞留过久。
2. AQP对人类健康的影响AQP对人类健康的影响非常广泛。
其中，最为突出的是AQP在水分子过程、细胞体内平衡和药物设计等方面的作用。
2.1 水分子过程AQP通过水分子的选择性运输，在维持水分子平衡的同时，保障着一些关键生理过程的正常工作。
当人体缺水时，肾脏中的AQP4会针对细胞膜进行二次磷酸化，用于储存体内水分。
而当水分子在神经元中流动时，AQP4会通过其在膜上的位置来调节神经元的兴奋性。
如果在抗利尿激素不足或对其反应不佳的情况下，这些过程会被打破，导致细胞失控、有害荒凉乃至休微微。
此外，一些阿兹海默症、癫痫等疾病与AQP的失调有关。
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（一）离子泵
离子泵是存在于细胞膜上的运输蛋白之一，是一类特殊的载体蛋白，其本质是受外能驱动的可逆性ATP酶。
在有能量供应时可使离子在细胞膜上逆电化学势梯度能、光能等主动地吸收，致使细胞内离子浓度与外界环境中相差很大。
被活化的离子泵水解ATP，与水解产物PO43-结合后自身发生变构，从而将离子由低浓度转运到高浓度处，这样ATP的化学能转变成离子的电化学梯度能。
目前已知的离子泵有多种，每种离子泵只转运专一的离子。
细胞内离子泵主要有钠钾泵、钙泵和质子泵。
（1）Na+-K+泵：存在于细胞质膜上，有大小两个亚基，大亚基α催化ATP 水解，小亚基β是一个糖蛋白。
大亚基以亲Na+态结合Na+后，触发水解ATP。
每水解一个ATP释放的能量输送3个Na+到胞外，同时摄取2个K+入胞，造成跨膜梯度和电位差，这对神经冲动传导尤其重要，Na+-K+泵造成的膜电位差约占整个神经膜电压的80%。
若人为地增大膜两边的Na+、K+梯度到一定程度，当梯度所持有的能量大于ATP水解的化学能时，Na+、K+会反向顺浓度差流过Na+-K+泵，同时合成ATP。
这种可逆现象是离子泵的普遍性质。
（2）Ca2+泵：是分布在动、植物细胞质膜、线粒体内膜、内质网样囊膜、肌肉细胞肌质网膜上，由1000个氨基酸的多肽链形成的跨膜蛋白，它是Ca2+激活的ATP酶，每水解一个ATP转运两个Ca2+到细胞外，形成钙离子梯度。
通常细胞质游离Ca2+浓度很低，细胞间液Ca2+浓度较高，胞外的Ca2+即使很少量涌入胞内都会引起胞质游离Ca2+浓度显著变化，导致一系列生理反应。
钙流能迅速地将细胞外信号传入细胞内，因此Ca2+是一种十分重要的信号物质。
线粒体内腔、肌质网、内质网样囊腔中含高浓度Ca2+，名为“钙库”。
在一定信号作用下Ca2+从钙库释放到细胞质，调节细胞运动、肌肉收缩、生长、分化等诸多生理功能。
（3）质子泵：即H+泵，包括H+-ATP泵和H+-焦磷酸泵，根据现有了解，一切有液泡的细胞中都存在这两类质子泵。
①H+-ATP泵：存在于植物细胞原生质膜上，由ATP酶驱动，主要功能是调节原生质体的pH，从而驱动对阴阳离子的吸收。
由线粒体生成的ATP供质膜质子泵需要，ATP释放的能量建立跨膜的质子梯度和电位差，质子梯度活化离子通道或反向运输器或同向运输器，调节离子或不带电溶质的进出。
液泡膜上的质子泵将H+泵入液泡，质外体、胞质溶胶和液泡的pH就有差异。
对物质跨膜运输来说，一般的营养物质，尤其是离子，运输的主要驱动力是引起跨膜电位梯度的H+-ATP泵。
阴、阳离子的运输是一种梯度依赖型或偶联式的运输，运输速率不仅取决于电位和化学位的梯度，也取决于离子的理化性质及其对质膜上载体的亲和性。
②H+-焦磷酸泵：H+-焦磷酸泵是位于液泡膜上的H+泵，它利用焦磷酸（PPi）
中的自由能量（而非利用ATP），主动把H+泵入液泡内，造成膜内外电化学势梯度，从而导致养分的主动跨膜运输。
位于原生质膜与液泡膜上的两类ATP驱动的H+泵不仅所在位置不同，而且对阴、阳离子的敏感程度也不同。
原生质膜上的H+-ATP泵能被一价阳离子激活，其激活力顺序为：K+>NH4+>Na+，对阴离子较不敏感；液泡膜H+-ATP泵对一价阳离子很不敏感，但大多数阴离子，尤其是氯化物对它有激活作用。
这种对阴离子敏感程度的差异可能对阴、阳离子在根内共质体中横向运输的速率及其向木质部的释放都会产生重要的影响。
（二）水通道蛋白
水可以通过简单扩散通过脂质双层膜，但大量水的流动是被一种细胞膜上存在的通道机制所介导。
人们早已发现红细胞和某些上皮细胞在渗透压梯度存在时，其水通透性远超出简单扩散强度，因此提出了膜蛋白可介导水转运的理论。
到目前为止，在哺乳动物至少发现有13种水通道蛋白（Aquaporin,AQP），即AQP0~12，它们与主要内源性蛋白（major intrinsic protein，MIP）有20%~40%的氨基酸序列同源性，目前所发现的水通道均属MIP家族，后经证明MIP亦有弱的水通道活性，被命名为AQP0；这些相继发现的专一性运输水的通道蛋白被统称为AQPs。
水分子经过Aquaporin时会形成单一纵列，进入弯曲狭窄的通道内，内部的偶极力与极性会帮助水分子旋转，以适当角度穿越狭窄的通道，因此Aquaporin的蛋白构型为仅能使水分子通过之原因。
（1）AQPs的结构与分布
AQPs分子的一级结构由2个分别位于肽链两侧的重复部分构成，各自拥有天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸（Asn-Pro-Ala，APA）特征性序列，呈180°中心对称排列。
每个分子包括6个跨膜区域和5个环（A、B、C、D、E），其中：B、D 环及羧基、氨基末端均在胞内，A、C、E环定位于质膜外侧。
B、E环显著疏水，E、B环的任何变异都会引起水通道活性的下降；A环有N-连接糖基化位点；E 环APA序列前的半胱氨酸是AQPs的汞抑制部位。
多数AQPs分子在细胞内环中含有蛋白激酶磷酸化位点，参与AQPs分子的功能调控。
水通道的立体结构资料源于AQP1的分子结构研究。
AQP1在质膜中形成4聚体。
在4个单体的中空部分含有独立的孔道，每一个孔道的大小约为一个单水分子，直径3.8Å。
孔道中间部位的正电荷阻止带电荷的质子和其他离子通过。
AQPs普遍存在于微生物、植物及动物界，广泛分布于机体组织细胞中，尤其与液体分泌和吸收有关的上皮细胞及内皮细胞含量颇丰，参与水的分泌、吸收及细胞内外水的平衡。
（2）AQPs的功能
AQPs在机体内行使重要的生理功能。
水通道的多个成员在肾脏的各级结构
中参与尿的形成和浓缩。
在消化道中，水通道家族在消化液的分泌与水的吸收过程中扮演重要角色。
水通道还参与中枢神经系统脑脊液的分泌、循环和吸收，保持脑和脊髓的内环境稳态。
在呼吸系统的气管和肺，粘膜的形成和维持都是由水通道调控。
在眼球中，视觉的透明度和眼压的调节都依赖于水通道。
另外水通道还参与皮肤湿润度和弹性的调节。
根据AQPs的渗透特异性可将AQPs的作用分为2类：第一类只对水有渗透性；第二类除转运水之外，还对其他小分子溶质有渗透性，尤其是甘油。
（3）AQPs的调节
AQPs的调节机制可以大致分为3种：第一种是通过调节AQP的活性来调节其功能。
AQP1、AQP2、AQP4、AQP5都含有蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）和蛋白激酶C（PKC）磷酸化的同源序列，这些水通道受磷酸化作用直接调节。
研究表明，磷酸化和AQP的运输、门控以及重新分布有关。
第二种是至少有3种哺乳动物的AQPs直接为pH值所调节。
第三种是通过改变膜上AQP
的含量来调节跨膜水流动，该调节方式主要通过胞吐及内吞作用使AQPs在胞内贮存囊泡与质膜之间不断地循环，从而调节膜对水的通透性。
（4）研究意义
随着人们对AQPs研究的不断深入，将不仅为有机体水转运的生理现象提供分子解释，而且还将促进人类对某些因水平衡紊乱而引起的疾病的发病机理的进一步认识，从而为对其的有效治疗提供理论依据。
如AQPs的抑制剂在高血压、心衰、高钠血症、青光眼、脑水肿、鼻炎和鼻窦炎方面表现出广阔的应用前景。
AQPs的基因治疗研究有望给口干症、干皮病及尿崩症提供治疗前景。