小鼠AQP0突变体CatTohm的功能解析：氧化应激、细胞毒性及显性先天性白内障与小眼症的致病机制

本研究针对自然发生的AQP0突变体CatTohm导致小鼠显性先天性白内障与小眼症的机制展开探索。通过体内外模型（包括转基因小鼠、非洲爪蟾卵母细胞和MDCK细胞），研究人员发现该突变通过缺失第2跨膜区4个氨基酸（L46-A47-F48-G49），引发蛋白错误折叠、膜定位障碍及水渗透性（Pw）降低（WT: 25±2 μm/s vs. CatTohm: 12±2 μm/s），同时显著抑制H2O2通透性，导致氧化应激（ROS升高）和细胞坏死。研究揭示了AQP0结构-功能关系及其在维持晶状体透明性中的核心作用，为遗传性白内障治疗提供新靶点。

　　

晶状体透明性的维持依赖于精密的水分和氧化还原平衡，而水通道蛋白0（AQP0）作为晶状体纤维细胞中占比高达45%的膜蛋白，兼具水通道、过氧化物通道（peroxiporin）和细胞黏附分子功能。然而，自然发生的AQP0突变如何导致显性遗传性白内障和小眼症，其分子机制尚不明确。日本学者Okamura等此前在DDI小鼠品系中发现的Cat^Tohm突变（12碱基缺失导致L46-A47-F48-G49缺失），为解析这一病理过程提供了独特模型。

美国石溪大学的研究团队通过构建Cat^Tohm突变体转基因小鼠（Tg4/0和Tg4/Tg4），结合非洲爪蟾卵母细胞表达系统和MDCK细胞模型，系统研究了该突变的致病机制。研究发现，Cat^Tohm突变位于AQP0第2跨膜区，导致蛋白错误折叠并滞留于胞质，无法正常定位至细胞膜。功能实验显示，突变体水渗透性（Pw）仅为野生型（WT）的48%（12±2 vs. 25±2 μm/s），且与WT共表达时呈现显性负效应（Pw降至20±3 μm/s）。更关键的是，突变体晶状体H₂O₂通透性显著降低，引发活性氧（ROS）积累和细胞坏死（乳酸脱氢酶释放增加）。转基因小鼠模型中，Cat^Tohm与WT共表达时小眼症表型加剧，证实其显性负调控作用。

研究主要采用以下技术：转基因小鼠模型构建（日本来源的Cat^Tohm和Tg4系）、膜片钳测定卵母细胞Pw、激光扫描共聚焦显微术分析蛋白定位、氧化应激检测（ROS探针）、细胞死亡模式分析（坏死vs凋亡）。

【Cat^Tohm AQP0突变导致小眼症】
测序证实该突变导致AQP0第2跨膜区4个氨基酸缺失（图1A）。表型分析显示突变小鼠晶状体体积缩小50%，纤维细胞排列紊乱，核区混浊显著。

【膜通透性与蛋白定位异常】
卵母细胞实验揭示突变体Pw降低52%，且通过显性负效应干扰WT功能。免疫荧光显示突变蛋白滞留胞质，与WT共定位率仅30%，提示异常聚合。

【氧化应激与细胞毒性】
突变晶状体H₂O₂通透性下降60%，ROS水平升高3倍。细胞实验显示坏死比例达70%，与乳酸脱氢酶释放数据一致。

【讨论与结论】
该研究首次阐明AQP0第2跨膜区对蛋白折叠和膜定位的关键作用。Cat^Tohm通过双重机制致病：①水/H₂O₂通透性障碍导致渗透失衡和氧化损伤；②显性负效应加剧WT功能缺失。这些发现为理解人类AQP0突变相关白内障（已报道31种突变）提供了分子模型，并为开发靶向AQP0构象矫正的治疗策略奠定基础。论文发表于《Experimental Eye Research》，凸显其在眼科学和膜蛋白研究领域的双重价值。