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摘要：水通道蛋白(Aquaporins，AQP；AQP0-AQP12)是一种在多种不同细胞类型中表达的水通道蛋白（内在膜蛋白），参与包括中枢神经系统（CNS）在内的细胞、组织和系统的各种功能。AQP功能障碍和对AQP家族的自身免疫与多种疾病有关。针对AQPs的自身免疫的最著名的例子涉及AQP4的抗体，其参与视神经脊髓炎谱系障碍（NMOSD）的发病机制，NMOSD是一种自身免疫性星形细胞病，也会导致中枢神经系统脱髓鞘。本综述重点在于“抗AQP1抗体”在中枢神经系统中的发现和潜在作用，以及它们在NMOSD病理生理学中的潜在作用。

水通道蛋白的功能、结构和组织分布

水通道蛋白（Aquaporins，AQP）是一类十分重要的跨膜蛋白，具有在生物膜上输送水分子的关键作用。AQP对维持细胞和组织中的水平衡至关重要，表现出高选择性，大多数情况下只允许水分子通过，同时排除大多数其他分子和离子。

在哺乳动物中，目前已经鉴定出13种不同类型的AQP（从AQP0到AQP12），根据它们的通透性状态，将它们分为三个类型：（a）水通道蛋白亚家族（AQP0，AQP1，AQP2，AQP4，AQP5，AQP6和AQP8），（b）可渗透尿素和甘油的水-甘油通道蛋白亚家族（AQP3，AQP7，AQP9和AQP10），以及（c）“非正统”水通道蛋白亚家族（AQP11和AQP12）。其中有几种水通道蛋白（即AQP1、AQP3、AQP6、AQP7、AQP8和AQP9）对氨具有选择透过性，然而它们通过哪种机制运输氨目前尚不明确。AQP在细胞膜中以四聚体形式组装，存在于肾脏、肺和大脑等各种组织中。表1总结了已知的AQP类型及其主要组织分布和功能。

AQP在疾病中的作用

AQP相关基因的缺陷和/或突变可能导致各种疾病。例如，AQP2基因的突变可能导致肾源性尿崩症（NDI），在NDI中肾脏无法对抗利尿激素加压素做出反应，导致无法浓缩尿液，进而导致口渴和多尿。

针对AQP通道的抗体参与了中枢神经系统（CNS）、血液和肾脏以及其他组织和器官的自身免疫性疾病的发病机制。在CNS中，最为人所知的AQP抗体是抗AQP4抗体，它与大多数视神经脊髓炎谱系疾病（NMOSD）病例有关，NMOSD是一种炎症性的、抗体介导的星形胶质细胞病变，导致CNS继发性脱髓鞘病变。

NMOSD中的血清抗体

NMOSD，也被称为Devic病，是一种复发性炎性自身免疫性星形胶质细胞病变，通常与纵向广泛性长节段横贯性脊髓炎（LETM）和视神经炎（ON）相关。NMOSD的临床特征包括视神经炎、急性脊髓炎、脊髓后区综合征、急性脑干综合征、症状性发作性睡病、急性间脑综合征和症状性脑综合征。由于临床表现和放射学特征重叠，NMOSD可被误诊为MS。不同于MS特异性免疫疗法，针对AQP4的特异性血清抗体的发现导致了NMOSD的鉴定和适当疗法的使用。另一方面，在相当大比例的NMOSD患者中缺乏抗AQP4抗体促使人们寻找针对额外星形细胞抗原的新型自身抗体。

一些研究报道显示，除了AQP4外，人类CNS星形胶质细胞表面也大量表达AQP1。具体地说，AQP1在易发生NMOSD损害的CNS区域（脊髓、视神经和脑白质）中高度表达，并参与血-脑脊液屏障功能。此外，与“正常”大脑相比，AQP1和AQP4在某些神经系统疾病（如MS）的大脑中都过度表达，这可能是为了维持水稳态。这些初步发现引起了人们对AQP1参与NMOSD和大脑自身免疫性脱髓鞘疾病的关注。本综述旨在简要概述当前对AQP1自身免疫的理解，特别是在NMOSD中，专注于抗AQP1抗体的活细胞的可靠检测，我们试图评估NMOSD中抗AQP1抗体的频率，以及它们在疾病发展中的可能意义。

AQP1水通道的结构生物学研究

AQP1是AQP家族的第一个被发现的成员，我们使用了X射线晶体学和电子显微镜对AQP1的结构进行了广泛的研究。AQP1单体由六个跨膜α-螺旋组成，标记为A-F，由五个环连接，标记为环A-E（图1）。螺旋A和B以及螺旋E和F彼此平行排列，形成了水分子扩散的中心通道，该通道内衬有亲水性残基，主要是天冬氨酸和苏氨酸，它们创建了一条对水分子有选择通过性且排除离子和其他溶质的通道。连接螺旋的环延伸到细胞质和细胞外空间，并包含用于翻译后修饰和蛋白质-蛋白质相互作用的位点。蛋白质的N’末端和C’末端也位于细胞质中。AQP1作为同源四聚体发挥功能，四个单体组装形成一个功能性通道，四聚体呈正方形，并通过细胞外环之间的相互作用而稳定。

AQP1在人体中的作用

AQP1在人体的许多组织内都有表达。在肾脏中，AQP1丰富地表达于近曲小管中，特别是在从尿液中重新吸收水分进入血液循环，调节体液平衡，保留必要的液体，防止过度水分流失中起到重要作用。在肺部，AQP1有助于呼吸过程中水蒸气的移动，以维持肺部的最佳功能状态。在红细胞（RBCs）中，AQP1有助于细胞体积的调节和溶血的预防。AQP1在血管内皮细胞和心肌细胞中也广泛表达，以促进跨上皮水转运。此外，AQP1也参与细胞迁移和血管生成，这对于人体各种生理过程如伤口愈合和肾脏损伤修复至关重要。

在CNS中，AQP1主要位于脉络丛上皮细胞中，这是控制脑脊液产生及血液与脑之间的营养和废物交换的关键组成部分。然而，在人类大脑中，AQP1也定位于皮质白质（WM）中，而在皮质灰质（GM）区域中则不太明显。在细胞水平上，人类星形胶质细胞同时表达AQP4和AQP1 mRNA和蛋白质。AQP1对于维持CNS的水稳态至关重要，因为它有助于细胞膜间的水分扩散，这对于防止液体过量积聚而导致水肿至关重要。在脊髓中，除了星形胶质细胞外，AQP1还表达于内膜细胞，但在背角浅层的感觉神经纤维中表达更为强烈。

抗AQP1抗体在NMOSD中致病吗？

有关AQP1抗体与CNS星形胶质细胞病变和相关脱髓鞘疾病的相关性的研究，以及AQP1抗体在NMOSD表型中可能的致病作用方面的研究十分有限，且目前的数据大多来自雅典研究小组和合作研究组，但现有结果强烈表明AQP1抗体与疾病相关。在最初的研究中，从22例抗AQP1抗体阳性/抗AQP4抗体阴性患者中获取了MRI成像和临床数据。其中17例患者表现为NMOSD表型的脊髓炎核心临床特征（LETM n=16，横贯性脊髓炎n=1），其中5例患者还伴有ON，另外5例患者表现为MS，尽管其中2名患者也有主要的脊髓损伤。该队列的临床和实验室数据汇总在表2中。使用几种方法对这些患者的血清样本抗AQP1抗体进行检测：（a）RIPA（检测所有这些血清的抗AQP1抗体阳性）；（b）ELISA；（C）间接CBA。有趣的是，17名NMOSD表型患者(以及两名以脊髓损害为主的MS患者)中的大多数人都有针对细胞外AQP1结构域的抗体，并与嵌入细胞的AQP1结合，而所有三名典型的MS患者都只有针对AQP1细胞质一侧的抗体，不与完整的AQP1转基因细胞结合（表2）。表2  22例AQP1抗体阳性患者的实验室和临床数据

NT，未检测；Most antibodies，表明血清中77%-100%的抗AQP1抗体与活细胞结合。

抗AQP1抗体阳性患者的个案研究进一步地支持了抗AQP1抗体的潜在致病作用。Turkoglu等人在E.Tuzun、H.Lassmann和J.Tzartos小组的合作研究中，研究了一位具有NMOSD表型的AQP1-Ab阳性/AQP4-Ab阴性患者的瘤样脱髓鞘病变（TDL）样本。有趣的是，在脱髓鞘病变区域（图6a）观察到AQP1的显著丢失（表现为低免疫反应水平）（图6e），而AQP4的表达得到了保留（图6d）。此外，还观察到抗体在星形胶质细胞中沉积，但没有星形胶质细胞的破坏和退化或神经轴突的退化（图6c），补体在小区域内的激活非常有限（图6f）。在正常情况下，AQP1在白质的皮质下区域丰富表达，并高度表达在星形胶质细胞的毛细血管周围足突上，而在健康对照组灰质组织中的表达受到限制（图6g）。此外，在灰质的星形胶质细胞上未检测到AQP1免疫反应性（图6h）。与对照组织中一样，AQP1在白质的反应性星形胶质细胞上中度表达（图6i）。此外，在正常外观的灰质的血管周围星形胶质细胞足突上检测到了低强度和弥散的IgG反应（图6h），并在白质中观察到强烈的IgG反应（图6i）。该病例的病理与AQP4-Ab阳性NMOSD病变有所不同，后者病变表现为AQP4的选择性丢失，AQP1的表达保留。因此，该AQP1-Ab阳性病例的发现进一步提示了AQP1抗体的可能致病的特性，并可能将由免疫反应信号减弱表达的AQP1表达降低与多余液体的排出不足联系起来，进而导致瘤样病变，但很可能与AQP4-Ab阳性NMOSD病例中的抗AQP4抗体致病机制不同。与这一概念一致的是该患者在血浆置换和利妥昔单抗治疗后的临床和放射学改善，进一步支持抗AOP1抗体的疾病相关性。NMOSD患者白质组织中AOP1减少的病理生理相关性仍有待证实。

抗AQP1抗体在中枢神经系统和红细胞功能障碍中可能起到作用的另一个可能的佐证是，一位被诊断为LEMS/MS并接受过阿伦单抗治疗的患者，在测量到高水平的AQP1抗体滴度时，出现了自身免疫性溶血性贫血（AIHA）和脑MRI活动性复发的病例。随后接受了血浆置换和抗CD20药物（利妥昔单抗）联合治疗并恢复健康，同时AQP1抗体浓度急剧下降。此外，患者约30%的抗AQP1抗体可以吸附在健康红细胞表面，而抗AQP1抗体也在患者的红细胞洗脱物中检测到（图7）。

讨论

未来的研究仍需进一步确认“抗AQP1抗体”在NMOSD中作为生物标志物的角色和致病作用，深入研究AQP1-NMOSD亚型的临床表型，并确定已知AQP4-NMOSD病例和MS病例的治疗方法对AQP1-NMOSD病例的影响。尽管目前有多种抗AQP1抗体检测方法，但开发一种可靠且易于直接检测的Live-CBA将进一步增强这些抗体在NMOSD诊断和治疗中的使用。
参考文献Pechlivanidou M, et al. Potential Role of Antibodies against Aquaporin-1 in Patients with Central Nervous System Demyelination. Int J Mol Sci. 2023 Aug 19;24(16):12982.

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HongWang

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