水通道蛋白综述与展望

水通道蛋白水通道-从原子构造到临床医学生物膜的透水性在生理学上是一种长久存在的问题，但负责这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由渗入梯度驱动的水选择性渗入。人类AQP1的原子构造近来被定义。四聚体的每个亚基含有允许水分子单文献通过但中断氢键通过质子所需的单独水孔。已经鉴定了最少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）选择性渗入。体现位点与临床表型亲密有关，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出200个水通道蛋白家族组员，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+或其它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，长久以来，假定水的输送是由于通过脂质双层的简朴扩散。来自含有高膜渗入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。即使提出了多个解释，但直到前发现AQP1才干懂得分子水-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。通过全部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倍的水渗入能力。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，由于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入或液压梯度引导。扩散的化学克制剂是未知的，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克制，Ea等同于大量溶液中水的扩散（〜5kcalmol_1）。水通道蛋白的发现阐明了偶发性在生物学研究中的重要性，并且引发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。这个话题对正常生理学以及影响人类的多个临床疾病的病理生理学非常重要。水通道蛋白在几乎每一种生物体中被鉴定出来，涉及高等哺乳动物，其它脊椎动物，无脊椎动物，植物，真细菌，原细菌和其它微生物，表明这种新承认的蛋白质家族参加了整个自然界的不同生物过程。一、发现AQP1红细胞Rh血型抗原不懂得参加水运（Heitman＆Agre，），但是Rh的研究造成了水通道蛋白的偶然发现。用于纯化Rh多肽的生物化学技术产生污染的28kDa多肽（Agre等，1987）。基于洗涤剂中的28kDa蛋白质的相对不溶性，N-月桂酰肌氨酸，开发了产生大量蛋白质的简朴纯化系统。红细胞和肾近端小管-含有最高已知水渗入性的组织中，28kDa蛋白质显示出非常丰富（Denker等，1988）。另外，28kDa蛋白质体现为四聚体整合膜蛋白-普通是膜通道蛋白的特性（Smith＆Agre，1991）。使用28kDa多肽的N-末端序列克隆编码来自红细菌文库的269个氨基酸多肽的cDNA（Preston＆Agre，1991）。遗传数据库的分析显示了多个物种的同源物，涉及微生物和植物，但其分子功效是未知的。“CHIP28”临时用于描述这种蛋白质为“28kDa的通道样整合蛋白”。二、AQP1的构造AQP1的构造非常有力，由于它含有独特的渗入特性。推导的序列揭示了以前未描述的拓扑，两个串联重复每个由含有两个高度保守的环（B和E）的跨膜构造域形成，包含签名基序，天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸（NPA）。奇怪的是，重复序列被预测为相对于彼此以180度取向（图2，顶部）。通过在非洲爪蟾卵母细胞中体现AQP1的位点定向插入突变体来证明这种独特的对称性（Preston等人，19994a）。在环路E中，在靠近NPA基序的Cys-189处证明了汞克制的位点。用较大分子量的残基替代NPA侧翼残基的突变体没有体现出水渗入性，表明环E形成水孔的一部分（Preston等，1993）。当环B（Ala-73）中的NPA基序之前的对应位置被半胱氨酸取代时，水分渗入性也受到汞的克制。当NPA基序侧翼的残基被更大的残基取代时，观察到该环B也体现为似乎形成水孔的一部分。这些研究一起造成了AQP1亚基各自含有部分由“沙漏”形成的内部水孔（图2，底部）的建议，其由从相反的双层折叠成双层的环B和E产生的构造膜的两侧在双层传单之间的中间接触（Jungetal。，1994b）。1992年，瑞士巴塞尔大学Biozentrum的AndreasEngel和同事们开始了长久合作，随即与日本京都大学的YoshinoriFujiyoshi及其同事一起解决了AQP1蛋白的构造。使用通过用N-月桂酰肌氨酸预萃取膜囊泡的纯化办法，能够将高达5mg的AQP1纯化成来自一品脱人血液的同质性（Smith＆Agre，1991）。当通过透析将高浓度的蛋白质小心地重构成脂质双层体时，形成均匀的晶格（“膜晶体”），其中蛋白质保存其100％的水输送活性（Walz等人1994b）。蛋白质的四聚体组织在低分辨率下明确拟定，并且其通过3D电子显微镜测定其在膜中的组织（Walz等人，1994a）。用高达60度的倾斜研磨的精细膜晶体，由我们在京都的同事开发的技术先进的电子显微镜，以3.8Å分辨率产生电子密度图。使用由重组体研究建立的约束，使用AQP1的主序列进行建模产生了AQP1构造的第一种原子模型（Murata等人，）。另外一种基于电子显微镜的模型以不同的主链方向以相似的螺旋排列出版（Renetal.）。与其中四个亚基围绕中心孔的离子通道不同，AQP1作为每个亚单位的四聚体存在含有自己的孔。在双层传单之间的中间孔的孔径变窄至约3埃。在这一点上，由跨膜构造域TM1,2,4和5形成的壁是疏水的，而NPA图案中的两个高度保守的Asn-76和Asn-192被并置，如在沙漏模型中预测的那样，提供极性用于氢键的残基（图3）。另外，成孔环B和E的末端部分均含有短的α-螺旋，其在膜的中心产生部分正电荷。这种构造刚好在由残基Phe-56，His-180，Cys-189（汞克制位点）和Arg-195所包围的2.8A的缩合物之下，Arg-195在精制的AQP1构造中是公认的（deGroot等人）。Arg-195在大水通道蛋白基因家族的全部组员中几乎完全保守，并且在通道的最窄部分提供功效上重要的正电荷。His-180在中性pH下不带电，但在较低的pH下变质子化，提供第二个正电荷。Arg-195，His-180和来自孔螺旋的正偶极子在水渗入期间提供抵抗质子（水合氢离子）通过的强排斥电荷。AQP1的这些构造特性较好地解释了排除较大或带电溶质的最小抗渗入能力。特别地，阻断质子传递的能力澄清了肾脏如何每天从肾小球滤液中重吸取数百升的水，同时排泄酸。重要的是，分辨率为2.2的大肠杆菌同源物GlpF的三维晶体的X射线衍射分析（Fu等人）允许对AQP1构造进行改善（deGroot等人，），其实质上与模型由2.2A分辨率的牛AQP1的三维晶体拟定（Suietal。）。实时分子动力学模拟表明，在通过NPA图案的并置Asn-76和Asn-192（deGroot＆Grubmuller，）期间，水的旋转发生。分子动力学研究也由其它研究者进行（Kong＆Ma，;Tajkhorshidetal.）。构造研究和分子动力学模拟对膜水输送过程带来了非常高的原子认知水平。生物医学研究领域的调查人员现在认识到，水通道蛋白提供了水通过生物膜快速和选择性运动的机制。三、AQP1的分布1991年11月，丹麦奥胡斯大学的SorenNielsen及其团体长久合作。我们的目的是使用光学显微镜和免疫电子显微镜在细胞和亚细胞水平的肾脏和其它组织中定位AQP1（和随即的其它水通道蛋白）。这些研究为AQP1的生理和病理作用提供了明确的证据，并且在其它部位牢固地预测了同源蛋白的存在。自20世纪30年代荷马史密斯早期的职业生涯以来，肾脏比其它器官吸引了运输生理学家的爱好。使用对AQP1蛋白的C末端特异性的亲和纯化抗体和N末端的第二抗体，将AQP1的位置精确地定位在近端小管的顶端刷边界和基底外侧膜（图4）和下降薄来自大鼠肾脏的Henle四肢（Nielsen等，1993c）和人（Maunsbach等，1997）。另外，蛋白质在下垂血管直肠中被鉴定（Pallone等人，1997），其定义了将大量水从管腔转移到间质，然后进入血管空间的途径。AQP1蛋白质清晰显示仅存在于这些部位的质膜中，而不存在于细胞内部位。因此，建立了这样的范例，即通过AQP1在顶端和基底外侧血浆膜中将水输送穿过近端小管上皮和下肢细胞，其驱动力由通过特异性转运蛋白的溶质的矢量运动产生的小立场渗入梯度提供在这些膜（Nielsen＆Agre，1995）..在其它组织中也证明了AQP1蛋白，其中涉及脉络丛（脑脊髓液），前房室内的非色素上皮（房水），胆管细胞（胆汁）和毛细血管内皮等重要分泌作用，涉及肺支气管循环（Nielsen等，1993b）。重要的是发现肾脏收集管道完全缺少AQP1，能够较好的预测多个水通道蛋白质的需要。同样，唾液腺上皮缺少AQP1蛋白，预测其它同源物的存在。四、AQP1空人鉴定完全缺少AQP1蛋白质的人们证明了这种蛋白质对人体生理学的重要性。通过荧光原位杂交将AQP1基因座定位于人染色体7p14（Moon等，1993）。Colton（Co）血型抗原以前已经连接到人类7号染色体的短臂（Zelinski等，1990）。来自含有拟定的Co血型的个体的DNA的抗Co免疫沉淀研究和测序表明，Co抗原是连接第一和第二双层跨越构造域的环A的胞外位点的AQP1的多态性的成果-Coa含有Ala-45，而较不常见的科巴Val-45（史密斯等人，1999）。据理解，缺少Coa和Cob的人非常罕见，由于英国布里斯托尔的国际血型登记处只列出了6名亲属。Co阴性的先证者是在怀孕期间变得敏感的妇女，造成它们含有循环的抗Co抗体。这些抗体使得这些患者不可能接受异源输血，因此每个Co无效个体都有在本地血库冷藏保存的血液单位。我们从三个不同亲属的Co无效个体获得血液，尿液和DNA，发现红细胞和尿沉渣中缺少AQP1蛋白。发现每个亲属中的先证者对于AQP1基因（因此“AQP1null”）的不同破坏-外显子1的缺失，外显子1中的位移或第一跨膜构造域末端的不稳定突变都是纯合的Preston等人1994b）。令人惊讶的是，AQP1无效个体造成正常生活，完全不懂得任何身体上的限制。进行AQP1无效个体的认真临床分析，以鉴定肾脏浓度和毛细血管通透性的可能的生理异常。在第一项研究中，两名不有关的AQP1无效个体在约翰霍普金斯医院进行了具体分析，在通过承认的方案之前和之后，在含有拟定的终点和安全机制的状况下进行了水剥夺。基线研究是完全正常的。当口渴达24小时时，两名受试者均体现出正常的血清渗入压和正常的血清升压素水平，如预期大概6小时的渴望后升高。重要的惊喜是，即使在24小时口渴之后，AQP1无效个体也不能将尿浓缩至450mosmol以上。另外，即使在输注加压素或3％NaCl后，患者也不能将尿浓缩至450mosmolkg_1以上，以最大程度地刺激尿浓度（King等，）。与AQP1无效个体相比，正常人全部通过将尿浓缩至约1000mosmolkg_1来响应过夜口渴。AQP1无效对象不是多尿的，它们没有体现出肾小球滤过率，自由水去除率或锂去除率（近端小管功效指标）的异常。浓缩缺点被认为是由减少的薄肢体上的水输送减少和减少水输送进入和排除直肠的结合而产生的。因此，AQP1无效个体部分丧失了通过逆流机制产生有效浓缩所需的髓质高渗入压的能力。即使这并不影响正常的日常生活，但是由于另一种疾病或环境因素，如果它们变得脱水，Co无效个体将面临危及生命的临床问题。毛细血管内皮的腔内和外膜中AQP1的体现表明，蛋白质可能在空间和间质之间的水运动中起重要作用（Nielsen等，1993b，c）。另外，AQP1在毛细血管内皮中的体现似乎在体内受到多个刺激的主动调节。例如，大鼠肺毛细血管内皮中AQP1的体现由皮质类固醇增加至10倍，大鼠肺中的体现也在出生时精确出现（King等，1996,1997）。培养的成纤维细胞中的AQP1被泛素-蛋白酶体途径快速降解（Leitch等，）。认为这些过程很可能发现在人类生理学中发生。通过第二同意的临床研究方案评定人类AQP1无效个体因血管内皮缺少AQP1蛋白而出现生理异常的可能性。AQP1无效个体通过高分辨率计算机断层扫描检查快速输注3h的温热生理盐水之前和之后的肺（Kingetal。）。五个正常人和两个AQP1无效个体中的每一种在流体输注后持续肺血管充血（横截面积增加20％）。五个正常个体中的每一种体现出与早期的静脉周边水肿形成一致的细支气管壁厚度（壁面积增加高达40％）的显着增加。每个正常人都懂得在下列时间内消失的中度肺充血（早期肺水肿）。令人惊讶的是，两个AQP1无效个体都没有发现增加细支气管壁厚度，也没有埋怨任何肺充血症状。这些发现矛盾地表明缺少AQP1能够避免急性肺水肿。然而，在诸如充血性心力衰竭的设立中，肺水肿在几小时或几天内出现。由于AQP1也是流体再摄入血管床的途径，因此这些研究预测，如果AQP1无效个体经历亚急性或慢性流体超载，则会出现严重缺点。因此，预计AQP1无效个体不能通过将流体返回到血管空间而快速消散水肿。即使未经证明，在AQP1无效对象中，从肺部快速去除水可能无法完全运行，因此可能会解释为什么AQP1无效受试者非常罕见。另外，AQP1在早产儿肺中的体现减少可能对新生儿重症监护病房常见的严重呼吸系统疾病有很大的协助。1、多水通道蛋白在AQP1发现之后，欧洲，日本和美国的研究小组加入了分离编码水通道蛋白的cDNA，从而将水分运输已知高度评定（由Agre等1998）。高度保守的序列的存在已经使得使用聚合酶链扩增减少严格性成为可能。从这些研究中，已经鉴定了10种哺乳动物水通道蛋白（图5）。已经出版了第十一同系物（AQP10）的序列，但仍缺少蛋白质体现确实认（Hatakeyama等，）。已经对人类和实验动物进行了研究。有目的基因的小鼠还产生了破坏（由Agre，1998年;Verkman，审查）。许多研究的成果强调了这些蛋白质对基本生理学以及几个疾病状态的病理生理学的重要性。另外，遗传学数据库中已经出现了来自不同物种的200多个不同水通道蛋白序列，其中表明水通道蛋白在自然界中的重要性。2、AQP2加压素调节肾通道的水通道AQP1的鉴定吸引了肾脏生理学家的直接爱好。另外，AQP1在收集管道主体细胞中的缺少预示着长久以来已知加压素调节水输送的位点存在同源蛋白质。使用由AQP1的高度保守的NPA基序设计的寡核苷酸引物，从收集管中分离出cDNA（Fushimi等，1993）。现在称为AQP2的这种收集管同源物被证明在非洲爪蟾卵母细胞中体现时赋予增加的透水性，并被汞的克制。AQP2定位在收集管主体细胞中，长久口渴大鼠的研究表明AQP2体现增强（Nielsen等，1993）。AQP2的功效和分布通过收集管的分析明拟定义（Nielsen等人，1999）。在不加血管加压素的状况下，在分离的灌注大鼠收集管中，加入100pM血管加压素后，以及在除去药剂后测量水输送。收集导管固定，AQP2蛋白通过免疫金电子显微镜定位（图6）。通过这种办法，显示AQP2在很大程度上局限于基础状态的细胞内囊泡，但是加压素诱导重新分派到顶膜，随着着透水性增加五倍。当加压素被去除时，AQP2被重新外化，水渗入率恢复到基线。随即显示AQP2通过受体激活的腺苷酸环化酶-蛋白激酶A的蛋白质的C末端胞质构造域中的Ser-256磷酸化被胞吐所影响（Katsura等，1995;Christensen等，）。随即，AQP3显示存在于主细胞的基底外侧膜（Ecelbarger等，1995）。顶端膜中的AQP2和基底外侧膜中的AQP3一起提供了透过细胞的途径，使水从内腔通过收集管移动到间质中。这些研究表明AQP2可能参加某些类型的肾源性尿崩症（NDI）。以前已显示这种重要的临床疾病是由X连锁NDI中加压素的V2受体编码基因的突变引发的（Bichet，1998）。荷兰奈梅亨大学的调查人员以前已经拟定了在编码V2的基因中没有突变的隐性遗传性NDI患者。通过对构造AQP2基因进行测序，他们鉴定了AQP2的跨膜和孔形成构造域的突变（Deen等，1994）。这些突变造成保存在内质网中的AQP2蛋白错误折叠。随即，拟定了含有显着遗传的NDI的家族，并且发现突变位点位于远离PKA磷酸化位点的两个残基（Mulders等人，1998）。有趣的是，突变蛋白与野生型AQP2低聚，复合物保存在高尔基体中。重要和经常碰到的水分平衡障碍的动物模型已经被多个研究组显示出来，涉及AQP2蛋白的异常体现（参见Schrier等，1998;Yamamoto＆Sasaki，1998;Kwon等，）。发现AQP2在含有多尿症，涉及典型尿崩症（血管加压素简朴缺少），锂疗法（普通用于治疗双相情感障碍）），阻塞后（经常经尿道前列腺切除术），低钾血症（后果）的抗高血压药品），甚至夜间遗尿。相比之下，AQP2被发现在流体保存状态如充血性心力衰竭，ADH不适综合征，肝硬化甚至怀孕中过分体现。因此，AQP2的继发性疾病对临床医学的实践至关重要。另外，这些研究预测，水通道蛋白家族的其它组员将被鉴定，并且这些水通道蛋白参加由体现蛋白质的位点预测的其它重要的临床疾病。3、肾脏收集管的AQP6门控离子通道水通道蛋白的功效谱通过发现AQP6而扩大。尽管AQP6可能存在于收集管外部的组织中，但是AQP6抗体的交叉反映性已经排除了对非肾组织的严格研究。尽管如此，AQP6在酸性转运蛋白被限制在细胞内部位的肾收集管中已被明确鉴定（Yasuietal。，1999b）。进一步的分析表明，AQP6与细胞内囊泡中H+-ATPase一起共定位，但在质膜中不共定位（Yasuietal.1999a）。AQP6不是一种简朴的水道。当在非洲爪蟾卵母细胞中体现时，AQP6位于卵母细胞质膜中，其体现出最小的透水性。尽管克制水渗入性，预期的成果先前已被其别人报道，但用氯化汞解决AQP6卵母细胞未能减少透水性（Maetal.1996）。非常令人惊讶的是，我们发现低浓度的氯化汞增加了透水性并引发随着的膜电流（Yasuietal。，1999a）。因此，即使AQP6的重要序列最靠近AQP2和AQP5（都被氯化汞克制），但AQP6的构造必须含有功效上的重要差别。AQP6在含有H+-ATPase的细胞内囊泡中的位置（Yasuietal。，1999b）表明在酸的分泌中起作用。重要的是，AQP6离子电流在低pH下快速且可逆地活化，证明AQP6可能参加被插入细胞的酸分泌。暴露于慢性酸中毒的大鼠的研究未见AQP6体现的变化，但慢性碱中毒和水分负荷造成AQP6体现显着增加（Promeneur等，）。AQP6携带的膜电流对于阴离子是相对选择性的，单通道研究表明发生快速闪烁。通过对编码AQP6的基因进行靶向破坏的小鼠的分析进一步描述这些研究（M.Yasui，未发表的观察）。现在认为，AQP6可能与某些形式的酸碱紊乱有关。4、AQP0-镜片重要内在蛋白（MIP）在AQP1的功效鉴定之前，在晶状体纤维细胞中已经鉴定了丰富的蛋白质（Gorin等人，1984;Zampighi等人，1989），尽管其功效尚不清晰。MIP最初被认为是间隙连接蛋白，但发现与连接蛋白无关（Ebihara等，1989）。发现AQP1的功效后，MIP在卵母细胞中的体现显示出诱导水分渗入性的增加不会受到汞的克制-因此符号AQP0（Mulders等，1995）。与其它水通道蛋白不同，AQP0的电子和原子力显微镜研究已经证明该蛋白质可能含有作为细胞间粘附蛋白的构造作用（Fotiadis等人，）。尽管AQP0的这一作用尚未建立，但是通过对泳道3（VanDort等人）的研究已经建立了运输蛋白质可能是细胞骨架构造重要构成部分的范例。AQP0与人类疾病的关系来自含有先天性白内障的大型亲缘遗传连锁研究。来自英国的两个这样的家族与人染色体12q13有关，并且在一种家族中的每个Glu-134-Gly中鉴定了点突变，另一种家族中有Thr-138-Arg（Berry等人，）。将人AQP0克隆并突变为Gly-134或Arg-138，并将cRNA注入非洲爪蟾卵母细胞。尽管突变体蛋白质被体现，但对质膜的运输受损（Francis等，）。白内障的遗传格局在每个家庭中显然占主导地位。两个家庭的失明在家庭组员中初次出现在小孩子身上，但白内障的形态却明显不同。Glu134-Gly患者遭受了与出生时镜片大小相对应的层状不透明度。奇怪的是，这个观察成果表明镜片在新生儿期间以特殊的方式受到某种程度的压力，但不是在出生之前或之后。患有Thr-138-Arg突变的患者在整个晶状体中持续存在新出现的不透明度的终身问题。发现这些突变的位点位于重要的构造区域。Glu-134在全部已知的水通道蛋白同源物中是保守的，并且AQP1的原子构造表明该残基位于高度保守的残基Arg-187附近，并且能够限制六个跨膜构造域内环E的取向（deGroot等人;Suietal.）。当Thr-138被大致积的Arg取代时，空间限制和竞争性正电荷可能变化Glu-134的取向。与AQP0构造中的重要缺点有关的早发性白内障的发生强烈地表明，在老年人常见的典型的晚发性白内障或某些与糖尿病有关的白内障患者中，某些患者将发现较不严重的缺点或慢性紫外线照射。因此，正在追求在编码AQP0的基因中搜索人突变。5、AQP4-脑中水通道蛋白编码AQP4的cDNA从蛋白质丰富的脑中获得（Jungetal。，1994a）。水通道蛋白家族的这一组员对汞克制作用不敏感（Hasegawa等，1994），并且在循环E中缺少NPA基序之前的半胱氨酸，已知其对AQP1含有汞敏感性（Preston等，1993）。AQP4的构成型活性与AQP1类似。可能在其它器官中，蛋白质的位置比中枢神经系统更重要。AQP4在脑和视网膜中的体现通过免疫组织化学和免疫胶体电子显微镜（Nielsen等，1997b;Nagelhus等，1998）建立。AQP4蛋白在星形胶质细胞中最丰富，其中存在脑和液体界面-邻近于蛛网膜下腔，邻近毛细血管，以及在室壁内部的室管膜细胞。与毛细血管基底膜相邻的星形胶质末端形成胶质极限，当通过电子显微镜分析冷冻断裂复制品时，长久以来已知其含有正方形阵列（也称为正交阵列）的构造域。直接的抗AQP4免疫金标记鉴定为AQP4的微晶组装的方阵（Rash等，1998）。AQP4蛋白在脑的渗入感区域也很丰富，涉及视神经核，其中存在于加压素分泌神经元周边的胶质细胞层中;AQP4在神经元中尚未拟定。因此，在胶质细胞中，AQP4位于与已知谷氨酸转运蛋白所在的膜相对的膜（图7），并且AQP4在视网膜中与特定钾通道Kir4.1（Nagelhus等人，1999）共定位。AQP4也被证明存在于骨骼肌中快速抽搐纤维的肌膜内（Frigeri等人，1999）。几个线索提供了AQP4在胶质细胞和快速抽搐骨骼肌纤维中的精拟定位的分子机制的见解。AQP4（-Ser-Ser-Val-COOH）的C末端符合结合PDZ构造域的基序-蛋白质-蛋白质关联构造域，命名为初次鉴定的蛋白质，PSD-95，DiscsLarge和Z-Occludins（松阳等，1997）。这表明AQP4的定位可能是由于与细胞骨架蛋白的结合引发的。在Duchenne肌营养不良患者中发现编码肌营养不良蛋白的人基因中的突变，并且mdx小鼠是该重要疾病的动物模型。当在mdx小鼠中分析分布时，成熟动物中AQP4体现严重异常，表明AQP4可能是与肌营养不良蛋白有关蛋白复合物的一部分（Frigeri等人，）。选择性免疫沉淀证明，肌营养不良蛋白复合物中的α-合成蛋白，PDZ构造域蛋白与AQP4有关（Neely等人;Adams等人，）。AQP4也在a-合成蛋白无效小鼠的星形胶质细胞中靶向靶向。另外，当通过转染到培养的哺乳动物细胞中体现时，全长AQP4的存活半衰期比缺少末端Ser-Ser-Val的AQP4长三倍。已经显示AQP4在Duchenne肌营养不良症和某些Becker肌营养不良病例（A.Frigeri，未发表的观察）的骨骼肌中减少。AQP4蛋白的生理功效尚不清晰。与钾通道的关联表明，脑中AQP4的功效可能是为了增进流体跨越细胞膜的转移，以响应在神经刺激后发生的钾虹吸（Nagelhus等人，1999）。据信AQP4可能允许水穿过分离实质和血管空间的血脑屏障。即使大多数证据表明AQP4是构成型活性的，但一组研究人员已经提出，卵磷脂中的AQP4可能通过磷酸化作用而被关闭，从而响应于佛波酯解决（Hanetal。1998）。与此相一致，当存在佛波酯二酯时，培养细胞中的AQP4体现出水渗入性的小变化（M.Zelenina和A.Aperia，未发表的观察）。如果AQP4被门控，横跨血脑屏障的流体通道可能不是构成性开放的。对含有针对性破坏编码AQP4基因的小鼠的分析显示，当用急性低钠血症应激时，无效动物的相对保存（Manley等，）。尽管研究人员建议克制AQP4可能是有益的，但相反的状况可能很容易实现，由于脑水肿的消散对于维持闭合性头部损伤或脑血管意外的患者至关重要。因此，AQP4在人脑水肿中的重要性尚未拟定。6、AQP5-分泌腺，肺和眼中的水通道首先从颌下腺cDNA文库（Raina等人，1995）克隆出来，AQP5已经定位于多个分泌腺的顶膜，涉及泪腺，唾液腺和气道粘膜下腺（Nielsen等，1997）。这些网站预测，AQP5可能是限制腺体液释放的速率，正如已经在编码AQP5基因靶向破坏的小鼠的唾液腺和气道中所证明的（Ma等，1999;Song＆Verkman，）。AQP5存在于大鼠，小鼠和人类的汗腺顶端膜中，并且在AQP5无效小鼠的爪子中汗液分泌显着减少（Nejsum等人，）。这一观察的普通意义尚待拟定，由于其它研究者已经得出结论，AQP5不参加小鼠的汗液分泌（Songetal.）。AQP5对人类疾病的重要性也可能涉及肺和气道的重要疾病。AQP5已经局限于在大鼠肺内肺泡上的1型上皮细胞的顶端膜（Nielsen等，1997a）。分布在小鼠肺中更广泛，令人惊讶的是，AQP5无效小鼠被发现在胆碱能刺激响应中体现出增加的支气管痉挛（Krane等，）。更广泛的AQP5分布也在人肺中显示（Kreda等人）。某些形式的人类哮喘已经与染色体12q相连，该染色体靠近AQP5已被鉴定的位点（Lee等，1996），但AQP5在人类哮喘中的作用尚未得到证明。AQP5对人眼的生理学很重要。AQP5在眼睛表面的角膜上皮中体现（Hamannetal.1998），怀疑它有助于上皮水化和透明度，并可能参加角膜伤口愈合。已经在人眼泪腺中研究了AQP5（Greszetal.）。通过来自6例Sjögren综合征患者的泪腺活组织检查的免疫组织化学分析注意到细胞运输不良，但在4例非Sjögren干眼症患者（Tsubota等，）中未见。等待这一点的普通意义是由于AQP5的缺点贩运已被发现在某些Sjögren患者的唾液腺活检（Steinfeld等人），而不是其别人（Beroukas等人）。7、AQP3,7和9-水分甘油三聚体AQP3（水和甘油渗入的同源物）的鉴定与水通道蛋白家族的全部组员仅被水渗入的原则相矛盾（Echevarriaetal.1994;Ishibashietal.1994;Maetal。1994）。AQP3分布于多个器官，涉及肾脏（Ecelbargeretal.1995），气道（Nielsen等，1997），皮肤（Nejsum等，）和眼（Hamannetal。1998）。甘油渗入已经被认真统计（Zeuthen＆Klaerke，1999），但甘油渗入的生理意义仍然不明确（Yangetal。）。在脂肪组织中鉴定出AQP7，并显示出被水加甘油渗入（Ishibashi等，1997;Kishida等，）。AQP9在肝细胞中被鉴定，并被显示为被水，甘油和多个其它小的不带电荷的溶质渗入（Tsukaguchi等1998）。AQP7在脂肪细胞中的存在和肝细胞中的AQP9表明甘油渗入在空腹状态下可能是重要的。甘油三酸酯在脂肪细胞中降解，其中AQP7能够提供甘油的出口途径，并且AQP9能够提供进入糖异生发生的肝细胞。因此，水甘油聚糖作为甘油转运蛋白的生理作用在空腹或饥饿期间可能是重要的。AQP7和AQP9的功效谱近来被亚砷酸盐As（OH）3渗入的发现得到加强（Liu等，）。这