一种利用水通道蛋白评价水的方法及其应用

本发明属于生物信息学与功能基因组学领域，特别涉及一种利用水通道蛋白评价水的方法及其应用。

背景技术：

1、水是生命之源，健康之本，人体组织80％由水构成。根据联合国环境规划署和世界卫生组织有关饮水和健康的调查报道，全世界80％的疾病和33％的死亡是由于饮用不安全的水而引起的。2022年3月15日由国家卫生健康委员会、国家市场监督管理总局和中国国家标准化管理委员会制定发布了最新《生活饮用水卫生标准》(gb 5749-2022)，其中规定了生活饮用水水质要求、饮用水卫生安全的产品卫生要求和水质检测方法等。文件中对生活饮用水中微生物、毒理、放射性物质、消毒剂指标以及水质感官都做出了明确的限值要求，对应各项指标内容，现行的国家《生活饮用水标准检测方法》(gb 5750)采取分光光度计比色法、气相色谱分析法和体外微生物培养计数法，对水质的感官、理化性质和微生物含量各项指标限值进行检测，这些水质的检测方法仅限于检测饮用水安全(毒性)的基本指标，即只要一定时期内没有毒副作用就是合格的饮用水。

2、然而，现代医学提出了健康饮用水的概念，除了关注水质的微生物、毒理及物化性质等基本要求；还提出了健康饮用水水质生理功能或生理活性的更高标准,如水的渗透力、溶解力、代谢力等生理指标，水分子是否易于人体细胞吸收利用、是否顺利通过不同组织和器官(如：血脑屏障)，特殊人群个性化饮用水的水质指标和特征等，目前均未建立相应的有效检测方法和手段。

3、2003年诺贝尔化学奖揭示了人体细胞“喝水”或者吸收利用水的机制，发现了体内介导或帮助水分子运输和分配的水通道蛋白(aquaporins，aqps)，随后发现水通道蛋白广泛分布于几乎所有的生命体中，人类的水通道共有13个成员，分别主要表达在肾脏、泪腺、神经系统、脑组织等不同的组织和器官，如：aqp4定位于人脑组织。它们具有不同跨细胞膜的水通透活性，在维持生命体细胞渗透平衡、跨血脑屏障水分运输、体液分泌、营养代谢、代谢物排泄等诸多方面发生重要作用，也是诸多疾病发生的分子靶标。

4、饮用水的安全和健康问题对人们生活质量和控制疾病发生十分重要，“水营养”和健康优质的饮用水已经成为社会和市场关注的问题。我国现行的《生活饮用水卫生标准》(gb 5749-2022)以及《生活饮用水标准检测方法》(gb 5750)中，对饮用水中微生物、毒理、放射性物质、消毒剂指标以及水质感官都做出了明确的限值要求，相应的检测手段主要为物化性质数据分析和体外微生物培养的方法，局限于饮用水的安全层面。现市场上已经存在“健康水”和“长寿地区水质”等产品，但基于现有的检测手段，无法准确对水分子的生理功能和细胞吸收利用效率做出直接、科学地评判和检测。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提出了一种利用水通道蛋白在活细胞中检测水分子的生理功能和吸收利用效率的生物学方法。具体地，本发明的技术方案如下：

2、本发明的第一方面提供一种利用水通道蛋白评价水的方法，通过获得水通道蛋白对不同水的吸收效率信息对不同水进行评价。在本发明中具体地是通过获得表达水通道蛋白的细胞对不同水的吸收效率信息，对不同水进行评价。

3、本发明中，不同水是根据常规的解释的不同。不同水包括水的来源不同。例如，不同的矿泉水，不同地域采集的水，不同品牌的水，不同方法获得的水。不同水也包括水的组成不同，不同水既可以是纯净水，也可以是水的溶液。所述纯净水包括常规意义上的蒸馏水、多次蒸馏水或经反渗透膜过滤得到的水。所述纯净水也包括不可避免的杂质。所述水的溶液，其包含一些常规的盐类物质或酸、碱类物质，常见的例如矿泉水等。所述盐类物质包括硅酸盐、碳酸盐、或碱金属、碱土金属的盐等。不同水除了在水的来源、组成上存在相互的差异外，还包括在水分子氢键及在水分子的聚集形态的不同。

4、为了更清楚地对“不同”进行定义，本发明中，所述“不同”，或“某种”、“该种”是基于标记进行区分的。所述标记是对多个被标记物的某个特征是否相同而进行的标记，被标记物也因特征存在区别而认定为不同。例如，基于水的来源作为特征，标记不同代表水的来源不同。

5、在本发明中，所述标记不同还用于对表达水通道蛋白的细胞进行区别。例如，对于表达不同水通道蛋白的不同细胞，此种情况下，水通道蛋白可以理解为标记，水通道蛋白即对表达该水通道蛋白的细胞进行了标记。表达不同水通道蛋白的细胞因标记不同，即为不同细胞。

6、本发明中，所述标记不仅可以是一个特征的标记，也包括对特征的组合进行标记。

7、对于本发明而言，为了表达标记不同对水通道蛋白的吸水性的影响及影响具有可比性，当认定的标记不同时对于除标记外其他特征是相同或基本相同的。例如，水的标记为水的来源时，标记不同认为是水的来源不同，此种情况下，除了水的来源不同，水样的其他特征应是相同或基本相同的。例如水的温度相同、在针对水通道蛋白吸水性实验中实验条件相同等。

8、本发明中，所述吸收效率信息包括水通道蛋白对水吸收速度和吸收量。具体地，吸收效率信息包括不同水进入表达水通道蛋白的细胞中的速度或表达水通道蛋白的细胞在水中涨破所消耗的时间。

9、其中所述水进入表达水通道蛋白的细胞中的速度可以通过获得细胞在水中外径的膨胀速度来表达，例如通过测量细胞外径随时间的变化速度获得水进入表达水通道蛋白的细胞中的速度。

10、本发明中，所述吸收效率信息进一步包括根据所述速度或时间进行比较获得的细胞所表达的水通道蛋白对不同水的吸收效率的比较对应关系。

11、本发明通过具体实施例发现表达水通道蛋白的细胞对不同水的吸收效率存在差异，更具体地表现为不同水进入表达水通道蛋白的细胞中的速度或表达水通道蛋白的细胞在水中涨破所消耗的时间，或表达水通道蛋白的细胞吸收水的量，特别是至细胞涨破时吸收水的量。本发明根据所述速度或时间进行比较获得的细胞所表达的水通道蛋白对不同水的吸收效率的比较对应关系，进一步可以获得哪种水对特定水通道蛋白而言吸收更快，吸收更好；或哪种的水对特定水通道蛋白而言吸收更慢，并以此对水进行评价。

12、本发明中，进一步地，所述表达水通道蛋白的细胞为不同类型的水通道蛋白分别在不同的细胞中表达。该种情况下，所述吸收效率信息为不同水进入表达了不同类型的水通道蛋白的细胞中的速度或表达不同类型的水通道蛋白细胞在不同水中涨破所消耗的时间。本发明进一步所述速度或时间进行比较，获得的不同类型的水通道蛋白对不同水吸收能力、吸收效率的比较对应关系。

13、在该方法中，进一步地对不同类型的水通道蛋白细胞进行了区分。举例而言，对表达aqp1的细胞和aqp4的细胞进行标记。通过标记，获得的不同类型的水通道蛋白对不同水吸收效率的比较对应关系。这种对应关系，进一步获得分别针对aqp1、aqp4水通量蛋白吸收效率最好的或较好的水以及吸收效率最差或较差的水。

14、该方法中，表达水通道蛋白的细胞为定量表达水通量蛋白的细胞。本发明中，所述表达水通道蛋白的细胞为卵细胞。

15、本发明的第二方面在于提供一种评价水质的方法，其通过获得不同类型的水通道蛋白对某种水的吸收效率信息，对该种水进行评价。具体地，所述不同类型的水通道蛋白对某种水的吸收信息包括表达不同水通道蛋白的细胞对某种水的吸收效率信息。

16、本发明中，所述获得表达不同类型的水通道蛋白的细胞对某种或不同水的吸收效率信息，具体地，可以是对于某种水，通过所获得的表达不同类型的水通道蛋白的细胞的吸水速度、细胞膨胀速度、吸水量等信息，并以上述信息反映不同类型的水通道蛋白对该种水的吸收效率。

17、进一步地，通过比较建立不同水在不同水通道蛋白中的吸收效率之间的信息关联。例如，通过比较获得某种水在不同水通道蛋白中的吸收效率，获得针对某种水不同水通道蛋白吸收率较高或较低的信息。

18、在一个应用中，由于水通道蛋白在不同组织或器官中的富集程度不同，因此获得某种水在对于不同水通道蛋白吸收率的信息在医学上是有价值的。以脑水肿或颅脑内压增高的患者为例，在补水的过程中需要尽可能满足身体各组织器官对水的需求，但同时还需要抑制摄入的水被大脑过多的吸收。由于aqp4蛋白于人脑中富集，此时对于aqp4蛋白中的吸收效率更高的水则是需要排除的。选择aqp4水通道蛋白吸收效率较差而对于身体其他部分富集的水通道蛋白吸收效率较好的水为脑水肿或颅脑内压增高的患者补水是优选的方案。由此，使用某种水通道蛋白吸收率高的水应用于富集该水通道蛋白的组织或器官的补水产品或补水产品的制备，或应用于当富集该水通道蛋白的组织或器官存在病变针对患者的补水或补水产品的制备。

19、在另外的应用示例中，此时，需要指出，在水种类有限的情况下，对某种或某些水进行排除同样是一种对水的选择方法。

20、也可使用某种水通道蛋白吸收率低的水应用于富集该水通道蛋白的组织或器官的补水产品或补水产品的制备，或应用于富集该水通道蛋白的组织或器官存在病变的患者的补水或补水产品的制备。

21、本发明中所述方法进一步包括将获得的吸收效率信息与标准吸收效率进行比较。

22、在实际应用中，可以通过设定某一标准吸收效率值，更具体地，通过设定某特定的水通道蛋白的细胞中的速度值或表达不同类型的水通道蛋白细胞在不同水中涨破所消耗的时间值作为标准值，将测定值与标准值进行比较以评价或判断该种水的水质进行评价。所述标准值，示例性地，可以是根据满足国家标准饮用水标准的水通过相应表达不同类型的水通道蛋白细胞吸水获得吸收效率信息，并以此作为标准的值。也可以是满足某种特定用途，例如某种医疗用途的水，通过相应表达不同类型的水通道蛋白细胞吸水获得吸收效率信息，并以此作为标准的值。

23、本发明的第三方面在于提供一种表达水通道蛋白的细胞，其通过基因工程技术手段获得的具有表达水通道蛋白能力的细胞。

24、本发明中，所述具有表达水通道蛋白能力的细胞是具有定量表达水通道蛋白能力的细胞。具体地，所述具有表达水通道蛋白能力的细胞是将水通道蛋白克隆至卵细胞表达载体，细胞外合成crna,并进一步将crna置于细胞中表达获得的细胞。更具体地，所述将crna置于细胞中表达是定量地将crna置于细胞中表达。

25、在本发明的具体实施方式中，细胞为卵细胞，特别是非人类卵细胞，更特别是非人类哺乳动物卵细胞。

26、本发明的第四部分在于，提供一种评价水的产品，其包含所述表达水通道蛋白的细胞。

27、本发明中，所述评价水的产品，可以进一步包含传感器，传感器用于获得所述细胞吸水速度、细胞大小膨胀速度或细胞涨破所消耗的时间的数据。

28、本领域技术人员可以利用传感器获得的数据进行处理加工并借助本发明评价水质的方法对水质进行评价。所述数据处理加工隐含地包括通过包含处理器的计算机或处理系统对数据进行加工获得细胞吸水速度、细胞大小膨胀速度或细胞涨破所消耗的时间等参数信息。

29、本发明的第五部分在于提供一种水通道蛋白筛选得到的水在制备相应补水产品中的应用。

30、本发明中，所述水通道蛋白筛选得到的水为根据本发明所述利用水通道蛋白评价水的方法筛选获得的水。更具体地，所述筛选为包括根据细胞所表达的水通道蛋白对不同水的吸收效率的比较对应关系对水进行选择。

31、本发明中，通过利用水通道蛋白评价水的方法可以获得水通道蛋白对不同水的吸收效率的比较对应关系。进一步地，由于不同水通道蛋白在不同组织、器官中的富集程度存在差异，可以将不同水与不同水通道蛋白吸收效率的联系进一步延伸至不同水在富集不同水通道蛋白的组织、器官中水吸收效率的联系。本发明中，所述制备相应补水产品，其中“相应”即根据不同水在富集不同水通道蛋白的组织、器官中水吸收效率的联系，制备针对相应组织或器官的补水产品。这里针对相应组织或器官的补水产品即可以解释为针对特定组织或器官的补水剂，也可以是例如上述脑水肿或颅压增高患者补水示例中，为避免特定组织或器官过渡补水而制备的补水剂。

32、再举例而言，借助表达aqp4蛋白的细胞对不同水的水质进行评价，获得针对aqp4蛋白对某种水的吸收效率最好。选择该种水用于制备aqp4蛋白富集区域补水剂，如制备针对大脑的补水剂。例如借助表达aqp1蛋白的细胞对不同水的水质进行评价，获得针对aqp1蛋白对某种水的吸收效率最好。选择该种来源水用于制备aqp1蛋白富集区域补水剂，如制备针对神经系统、肾脏、血管的补水剂。

33、本发明通过基因工程技术手段将不同特征的水通道蛋白克隆至卵细胞表达载体，体外合成crna,经显微注射至卵细胞中表达，随后记录不同水分子孵育后细胞的涨破时间，比较分析处于不同微生化状态的水分子被水通道转运至细胞内所需的时间，评价水分子的生理功能和吸收利用效率。本发明科学地评价水分子的生理功能和细胞吸收利用效率，从一个崭新的角度，建立健康饮用水水质标准。另外，该发明利用人类aqp4的特性，针对特殊人群(脑梗等)建立易于跨血脑屏障的个性化饮用水的水质检测手段，也为特殊群体个性化康复饮水建立全新的方法和标准。