作者：海军军医大学第一附属长海医院骨脊柱外科      程亚军

脊髓损伤（SCI）是最常见的致残性的疾病，损伤机制可以分为原发性损伤和继发性损伤两个阶段，其中原发性损伤是直接受到外力作用而造成的脊髓组织和神经细胞的坏死和损伤；而继发性损伤是因局部缺血、水肿及炎症反应等对病变周围的正常组织造成进一步损伤的级联反应，导致SCI进一步扩散和加重。这些损害可能导致长期的残疾、感觉丧失、性功能障碍、精神疾病、药物滥用及自残等一系列情况的发生。SCI的治疗及病理和发病特征的研究对临床医学及基础医学都是巨大的挑战，也给患者带来沉重的经济和生活负担。水通道蛋白4（AQP4）是水转运蛋白家族成员之一，在神经系统表达丰富，其广泛分布于脊髓白质和灰质的星形胶质细胞的胞质中，而且是其家族中在SCI后水肿中主要起调控作用的蛋白。近年来，有研究表明，AQP4在SCI后的水肿、胶质瘢痕形成、改善细胞炎症微环境等方面均能起调控作用。因此，AQP4可能作为治疗SCI潜在的靶点，笔者对AQP4在SCI中的作用及相关机制等进行综述。

AQP4的结构

水通道蛋白（AQPs）是与水转运有关的细胞膜蛋白家族，分子量约为30kDa。AQPs广泛分布于动物及微生物与水代谢密切相关的部位。目前发现AQPs家族包括AQP0~AQP12共13个成员。根据其结构和渗透性可以分为三个亚组，其中，主要参与水的渗透性调控的有AQP0、AQP1、AQP2、AQP4、AQP5、AQP6、AQP8；参与水、甘油、尿素、乳酸等扩散的有AQP3、AQP7、AQP9、AQP10；而AQP11和AQP12被认为参与细胞内水转运和细胞器体积及囊泡稳态调控。其中，AQP4在神经系统中表达最丰富，在大脑和脊髓及视神经系统均有表达。AQP4最初从大鼠的肺部克隆而来。通过高分辨X射线扫描显示，AQP4（pdb=3GD8）单体由6个螺旋跨膜（S1、S2、S4、S5、S6、S8）和2个仅部分跨膜的短螺旋段（S3、S7）围绕一个狭窄的水孔通道组成，与其他水孔蛋白相似，AQP4是由单体组成的四聚体，并进一步聚集在细胞质中，形成正交粒子阵列的超级分子组装体。AQP4能可变剪接产生两种同源异构体：相对较长的M1同源异构体，由Met1的翻译起始产生；相对较短的M23同源异构体，由Met23的翻译起始产生。

AQP4在SCI水肿中的调控作用

神经系统损伤常致中枢神经系统水肿，病理过程比较复杂，与受伤的初始状态和患者的特异性反应都有很大的关系。SCI水肿可以分为细胞毒性水肿和血管源性水肿。细胞毒性水肿发生在SCI的初始阶段，是由于挤压、牵拉或创伤等造成局部组织缺血、缺氧及低渗等状态，使细胞功能受到损害，导致细胞膜内外的离子失衡，有毒物质内流，引起细胞死亡，进一步增加炎症因子的释放；水顺着渗透梯度进入血管周边进一步引起星形胶质细胞肿胀，破坏血脑屏障（BBB）和血脊髓屏障（BSCB），使得水在胞外累积，被称作血管源性水肿。有研究表明，在低氧及低渗的应激条件下，星形胶质细胞膜上的AQP4亚细胞定位增加。无论在正常还是有损伤的脊髓灰质和白质中的星形胶质细胞AQP4均有丰富的表达，AQP4也在中枢神经系统细胞毒性水肿中的双向调节水的内流与外流中起到非常重要的作用。在SCI后，AQP4的表达含量处于一个动态变化的过程。在大鼠的SCI模型中，AQP4的表达量在损伤后的第5h、24h和3d有明显的增加，而在3d后其表达量又有明显的下降。在AQP4基因敲除（AQP4-/-）小鼠的SCI钳夹压迫模型中，与野生型（AQP4+/+）小鼠比较，造模成功后的第2天AQP4+/+小鼠脊髓水肿明显增加。在AQP4-/-小鼠的SCI挫伤模型中，观察到在损伤后的第14天和第28天，AQP4-/-小鼠组的水肿与AQP4+/+小鼠组脊髓水肿相比更加严重，且预后较差。这些研究表明，AQP4在细胞毒性水肿及血管源性水肿中扮演着不同的角色，在损伤后的早期，AQP4能促进细胞毒性水肿的发生，随后又在清除血管源性水肿中起积极作用。迄今尚无针对AQP4的水通道阻断药物制剂获批准。目前治疗中枢神经系统水肿主要依赖于缓解水肿的症状，而不是解决导致其神经水肿的致病因素。如果针对中枢神经系统水流入细胞的失调导致水肿而治疗，可能比消除已形成水肿的治疗方法更有价值。迫切需要能够阻止中枢神经系统水肿发展的治疗方法。因此，对于SCI的早期窗口期干预非常重要，AQP4在中枢神经系统水肿的发展和消退中扮演着不同的角色，若在损伤早期可逆性的抑制AQP4的功能，可能成为治疗SCI水肿的可行性策略，值得进一步关注。

AQP4在SCI后瘢痕形成及炎症调节中的作用

胶质瘢痕的生成一方面可以在细胞损伤后分泌毒性物质时形成保护屏障保护组织，另一方面又在神经修复阶段对神经元的生长起到物理及化学屏障阻碍作用。病理状态下，炎症、感染、缺血和创伤性损伤等会诱导星形胶质细胞成反应性星形胶质细胞（RAS），SCI后会促进生成RAS和胶质瘢痕产生，而在体内外实验中都已证实AQP4在星形胶质细胞迁移和RＡＳ的活化方面有重要作用。在大鼠SCI挫伤模型中，使用AQP4选择性抑制剂N-（1，3，4-噻二唑-2-基）吡啶-3-甲酰胺（TGN-020），与对照组大鼠比较，TGN-020组可以抑制AQP4和神经胶质纤维酸性蛋白（GFAP）的表达，可以减轻大鼠脊髓水肿，抑制星形胶质细胞活化和胶质瘢痕的形成，促进轴突再生和神经元修复。

炎症在SCI后的病理生理过程中发挥着核心作用，如ＲＡＳ活化后，诱导诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、白细胞介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、炎症趋化因子等生成，这些炎症因子会对受损部分造成持续性损伤，最终导致病情加重。在通过脂多糖（LPS）诱导的小鼠炎症模型中，与野生型小鼠组相比，AQP4-/-小鼠星形胶质细胞分泌的IL-6和TNF-α炎症因子释放含量降低；同样，在中枢神经系统的其他疾病模型中，科研人员也得出相似的结论，与野生型小鼠相比，AQP4-/-小鼠低血糖诱导的脑水肿和ＢＢＢ渗透减少，并且AQP4缺失通过上调PPAR-γ，抑制促炎反应的发生。因此，AQP4可以作为潜在的靶点用于炎症反应的控制，从而促进神经功能的恢复。

AQP4对SCI后运动功能恢复的调节作用

已有研究表明，SCI后AQP4表达的动态变化会间接影响神经元的缺失，进而影响脊髓水肿及最终的运动功能恢复。在大鼠SCI挫伤模型中，造模前48h科研人员髓内注射AQP4慢病毒干扰表达载体（AQP4-RNAi-lv），实验结果显示，在大鼠SCI后的第5天、第7天和第14天，慢病毒AQP4干扰组的BBB评分（BBBscale）显著高于空载组，说明抑制AQP4的表达可上调神经生长因子（NGF）的表达，并加速运动功能恢复。为了评估SCI后的运动功能，研究人员使用后抓胶带感知和移除时间及梯形交叉测试实验评估，两种评估方法结果显示在损伤后的第２天，使用三氟拉嗪（TFP）抑制AQP4的细胞膜表面亚定位组，感觉和运动功能的恢复情况明显优于未用药组，2周后运动功能评估结果无明显差别，基本恢复至损伤前水平。在AQP4-/-小鼠构建SCI的夹钳压迫模型中，与野生型（AQP4+/+）小鼠比较，AQP4-/-小鼠表现出更明显的运动功能受损与膀胱功能障碍，并伴有神经元的缺失和脱髓鞘状态。AQP4作为AQPs的一个重要亚型，参与脑脊液的形成与再吸收过程，在脑脊液动力学和水肿调控中起关键作用，AQP4可调控ＢＢＢ的完整性，其表达变化可能影响ＢＢＢ的功能，进而影响神经元的稳定性，在应激和免疫调节中可能也起到关键作用。因而，AQP4是否能用于SCI运动治疗并作为评估靶点，还需要科研人员在不同动物模型及SCI不同损伤程度模型中进一步地深入探讨。

AQP4相关抑制剂目前发展现状

目前还没有任何靶向AQP4的创新药获批准用于临床，美国Aeromics生物技术公司开展的I期临床试验（NCT03804476），为评估AQP4抑制剂AER-271在健康志愿者中的安全性、耐受性和药代动力学，招募了80位志愿者，目前临床试验结果尚未公布。TGN-020是一种AQP4选择性抑制剂，其在局部缺血－灌注诱导的动物模型中应用TGN-020可以抑制脑水肿和减少脑梗死体积。10-[3-（4-甲基哌嗪-1-基丙基）]-2-三氟甲基-10H-吩噻嗪（TFP）是一种批准上市的吩噻嗪类抗精神分裂及抗焦虑药物，在大鼠SCI模型的创伤处一次性注射浓度等同于人体用药浓度剂量的TFP，结果显示，在72h脊髓水肿减少了56%，7d水肿可完全消退，并且可以明显改善大鼠SCI模型的电生理、感觉和运动功能恢复。TFP是否能应用于SCI的治疗，增加ＴＦＰ的适应证，还需要临床试验进一步验证。以往研究表明，TEA+、NSC168597、NCS164914、NSC670229、IMD-0354等化合物也有AQP4抑制作用，但是，在不同的细胞筛选模型中得到的结论不尽相同，还需要科研人员在不同的细胞模型或动物模型中验证其特异性及抑制作用。

结语

目前，虽然SCI的治疗方法和治疗靶点多样，包括脊柱手术减压、增强脊柱稳定性、清除局部炎症及水肿状态等，但是由于神经损伤后神经难修复的特点，SCI患者治疗和康复效果欠佳。因此，及时在SCI后的早期采取有效的干预措施，对减轻患者脊髓继发性损伤和神经修复及运动功能康复会起到关键性作用。基于APQ4临床药物开发，现阶段急需解决的是其成药性及靶向性，如何针对性减少中枢神经系统及非神经系统的除治疗作用之外的副反应，以及把握和利用AQP4在细胞毒性水肿及血管源性水肿的双重作用机制，赋能其创新发展，更深入地研究其机制作用，也给未来临床及科研工作者的精准医疗带来更多的挑战。

来源：中国脊柱脊髓杂志2025年第35卷第3期

(本网站所有内容，凡注明来源为“医脉通”，版权均归医脉通所有，未经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任，授权转载时须注明“来源：医脉通”。本网注明来源为其他媒体的内容为转载，转载仅作观点分享，版权归原作者所有，如有侵犯版权，请及时联系我们。)