諾獎得主彼得·阿格雷：水通道蛋白的發現及對人體的作用（上）
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2003年諾貝爾化學獎獲得者彼得·阿格雷(Peter Agre)，受邀出席了2018年9月8日在海口舉辦的第五屆諾貝爾獎獲得者醫學峰會，並在分論壇上發表主題演講。
彼得·阿格雷，美國分子生物學家，美國國家科學院院士，美國藝術與科學學院院士，現任約翰·霍普金斯大學布隆伯格學院講席教授及約翰·霍普金斯瘧疾研究所所長，在發現細胞膜水通道，以及對離子通道結構和機理研究方面做出了開創性貢獻。
以下為主題演講摘要：
今天我主要講的是水通道蛋白，講的是水，是在我們的生態系統中的水。
我們經常會忽略水的存在，直到出了一些意外的時候才會注意到水。人體2/3 都是由水組成的，所有的生命體都是這樣的構成，所以水確實有著很大的作用。水通道的發現，其實並不是計劃中的發現，而是偶然的發現，是我們在實驗室中偶然發現的。我們第一次分離出了32 道爾頓的多肽，在最開始分離出來的時候覺得它是個汙染物，最後發現它非常有意思。我們基於此制定了一個計劃。
水通道蛋白的發現
我們會發現水通道蛋白有一些很有意思的架構，發現它有膜的擴張功能。我們可以看到蛋白質會擴張細胞膜，可以把細胞膜表面擴張6 倍，所以它會有形態學的變化。
當時我們發現這個新蛋白之後，並不知道它能做什麼，所以我們持續地進行了研究，並且和很多科學家進行交流。我們可以看到它在紅細胞上有一些基礎功能，能夠塑造一個水通道，但是並不知道這個通道的作用是什麼。我們也在其他的一些物種身上做了同樣的研究，有了類似的發現。比如我們在牛的眼睛中也發現了類似的水通道蛋白，在果蠅大腦、大腸桿菌、植物中也有發現。我們知道人的細胞、牛的眼睛、果蠅的大腦和一些植物，所有這些不同的生物體、不同的部位只有一個共同的部件——水，所以我們知道它是一個作用於水通道的蛋白。
這是我一個同事的發現，當時我們基於這樣的發現改變了整個實驗室的研究方向。我們發現解決問題需要彼此的幫助才能實現，所以我們發現新發現的蛋白質其實是水通道蛋白，它能夠轉運水。
我們可以看到細胞膜都是有水的通透性的，左側可以看到水對於細胞的滲入是非常慢的，但是如果在右側能夠有水通道蛋白建立起水通道，水從外部進入細胞內部就會非常迅速。如腎或分泌細胞、紅細胞等細胞中，它對於水的轉運有非常高的選擇性，所以是非常特別的一些細胞。它也會有一種化學物質——汞離子有反向抑制的作用，所以對於水通道蛋白，我們做了一個非常簡單的實驗。
我們可以看到，基本上它的水通透性、水滲透率是非常低的，所以我們做了一個實驗，注射了少量的新蛋白，如果它真的是水通道蛋白，它就能導致低滲透性的腫大。我們確實觀察到了這樣的結果。對於這個發現我們感到非常激動，甚至兩年之後我們還在慶祝這樣一個新的發現。
水通道蛋白的架構
對於很多的科學家來說，這樣的一個研究結果也是我們想要看到的，這是對於自己研究的獎賞。所以我們開始研究了水通道蛋白的架構，希望通過對於架構的瞭解，更進一步地瞭解它的功能。
AQP1 架構的研究是一個團隊完成的，如京都大學的教授，還有巴塞爾大學的教授等。可以看到細胞內表面和細胞外表面，基本上只允許水分子通過，其他的分子因為分子的大小是沒有辦法通過的，所以確實可以看到新蛋白在細胞內外建立起了水通道，而這樣的一個通道有著非常獨特的功能。這是我的一個學生髮現的，現在他已經成為了哈佛大學的教授。
在這樣一個通道中心，我們可以看到最為重要的一點，通過本通道的水，可以看到它的整個架構。我們用黃色做了高亮處理進行強調，這裡所看到的一些位點就是汞離子的抑制。我們想要看到這些蛋白質在什麼位置，到底有什麼功能，所以我們又和加拿大的教授進行了一個國際間合作。
通過這個研究，我們將AQP1 完成了定位，發現它其實是在腎源中出現的一類蛋白。大家可以看到，這就是一個腎源，上面有腎小球的過濾，用綠色標出的部分其實是它的一些靜曲小管、降支細段和升支粗段。這個部分是水通道蛋白作用的部分，也是水通道蛋白主要的位置，它主要調控對水的通透性。
這裡我們看到的就是在靜曲小管腎源的AQP1，我們當時預測的是這個地方會有很多蛋白質的存在。這就是近端腎源、靜曲小管腎源的AQP1分佈。可以看到在上面的部分水會進入細胞，在下面的部分水會被轉運出這個細胞。AQP1 能夠介導跨細胞的水的轉運，所以當時我們對這個蛋白對人體的影響是非常感興趣的。我們知道在腎臟中它扮演著重要的角色，這是人身體的一些位點，右側可以看到目前整個細胞表面的多肽性。
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