Când, în 2003, Comitetul Nobel acorda premiul anual pentru chimie, răsplătind descoperirea aquaporinelor, se orienta tematic excelent: membrii juriului întrevăzuseră importanţa acestor molecule-cărăuş de fluide prin traversul membranelor vii şi se gândiseră că „modesta“ CHIP28 – descoperită încă din 1985–1986 şi care, între timp, primise numele de aquaporină – va avea un viitor strălucit în fiziologie şi patologie.
Din nefericire, acelaşi Comitet Nobel (care în ultimii 15–20 de ani pleacă urechea la unele comandamente care nu au nimic de-a face cu ştiinţa şi cronologia acesteia) a permis un veritabil rapt, privându-l pe profesorul clujean Gheorghe Benga de gloria pe care o merita pe deplin, în calitate de prim descoperitor al acestui vast orizont biologic. Însuşi biochimistul american Peter Agre (1), cel care a beneficiat – pe drept – de Premiul Nobel, a avut de-a lungul anilor o atitudine ambiguă, în care când recunoştea, când arunca în ceaţă experienţele prioritare ale lui Gh. Benga.
Deşi P. Agre l-a citat pe profesorul român de mai multe ori şi l-a recunoscut ca precursor în domeniu, n-a spus niciodată cu voce plină:
Da, am citit şi m-am inspirat din lucrările lui Benga, mai ales din articolul pe care românul l-a publicat în 1986 în prestigioasa revistă americanăBiochemistry
. Dacă ar fi recunoscut acest fapt, ar fi trecut automat în planul doi al prioritarilor şi, probabil, adio Nobel. Agre se
apără de acuzaţia de ascensiune forţată, necinstită, spunând: „Dar l-am citat pe Benga ca precursor de două ori, chiar în acea conferinţă Nobel pe care am rostit-o la Stockholm, în 2003“. Este adevărat, l-a citat, dar folosind tehnica „împachetării“. Adică medicul şi biochimistul clujean era băgat într-un „scrin istoric“ cu mai multe sertăraşe, tocmai bine ca acest pomelnic de aşa-zişi pionieri ai cercetării canalelor de fluide să se banalizeze şi să nu fie reţinut cu adevărat de istoricii medicinii. P. Agre scrie, textual:
„Their existence (a aquaporinelor, n.n.)
was suggested by a group of pioneers in the water transport field who preceded us by decades – people including Arthur K. Solomon in Boston, Alan Finkelstein in New York, Robert Macey in Berkeley, Gheorghe Benga in Romania, Guillermo Whittembury in Venezuela, Mario Parisi in Argentina“ (2).
Aşadar, Gheorghe Benga, cel care a oferit nu „o sugestie“, cum afirmă Agre, ci încă din 1986, o experimentaţie solidă, deschizătoare de drum, este în aşa fel amestecat cu alţi zişi precursori ale căror lucrări sunt mai tardive, încât prioritatea sa păleşte.
Lucrurile se petrec ca într-o cursă atletică de fond: Agre, propulsat înainte, Benga ţinut bine la mijlocul plutonului ca nu cumva să ajungă primul la finişul numit „intrare în istoria ştiinţei universale“. Ce să mai vorbim de complotul tăcerii, uitarea voită de a fi citat în bibliografiile americane şi europene de după 1995, procedeu utilizat şi în cazul altor creatori de ştiinţă nouă din ţările foste comuniste. Dovadă a lipsei de fair-play a lui Agre şi a susţinătorilor săi este faptul că se feresc să facă referire la acel articol din Biochemistry (1986), dovadă clară a priorităţii lui Gh. Benga în descoperirea aquaporinelor (3).
Este de remarcat, totuşi, că numeroşi oameni de ştiinţă de prim rang (inclusiv G. Em. Palade) au recunoscut prioritatea lui Gh. Benga şi au transmis un protest Comitetului Nobel. Acesta însă, conform statutului, nu revine asupra deciziilor odată pronunţate, chiar dacă sunt nedrepte (cazurile N. Paulescu, Gh. Benga şi altele).
Wikipedia notează:
„Agre said he discovered aquaporins «by serendipity». However 
the first report of protein mediated water transport through membranes was by Gheorghe Benga in 1986. This publication that preceded Agre’s first publication on water membrane transport proteins has led to a controversy that Benga’s work was adequately recognized by neither Agre nor the Nobel Prize Committee“. Nu ştim cine a redactat textul, citând în bibliografie şi lucrarea prioritară a lui Gh. Benga şi colab., dar acesta este adevărul. Afirmaţia lui Agre că ar fi descoperit aquaporinele „printr-o întâmplare norocoasă“ este o minciună, de vreme ce, la Stockholm, el însuşi citează o suită de precursori, „ascunzându-l“ pe Gh. Benga printre ei şi făcând invizibili cei aproape cinci ani ce-i despart în câmpul priorităţii.
Ar trebui, poate, să nu mai aderăm cu atâta entuziasm la deciziile Comitetului Nobel, să nu mai fetişizăm acest premiu, deoarece – nouă, cel puţin – ne-a devenit clar că ele se abat exact „când trebuie“ de la intenţiile nobile ale creatorului acestui premiu. Desigur, o privire asupra majorităţii deciziilor avansate de Comitetul Nobel pe „piaţa nemuririi“ ne apar justificate. Există însă o „părticică“ unde comandamentul geopolitic transpare, creând nedreptăţi ce nu pot fi remediate.
Filogenia, morfologia şi fiziologia aquaporinelor
Puţini şi-au închipuit în acei ani (1986–1990) că moleculele pe care le numim generic
aquaporine formează o familie biochimică atât de numeroasă şi de răspândită. Acest tip de molecule minuscule transmembranare, legate direct de metabolismul hidric, au fost puse în evidenţă nu numai la om şi la animalele superioare, ci şi la protozoare şi bacterii. Într-o încercare de „ordonare“ a acestor „cărăuşi de fluide“, luând
drept criteriu anumite caractere filogenetice, J. H. Park şi M. H. Saier îi clasificau, în 1996, în două mari familii cu 16 subfamilii şi 46 de tipuri (20). Cele două familii sunt:
glicoaquaporinele (GLP), permeabile şi pentru glicerol, şi
aquaporinele propriu-zise (AQPs), transportatoare exclusiv de apă
(fig. 1).
Structura aquaporinelor a putut fi descifrată în special după obţinerea lor în stare cristalizată. Respectiva moleculă este formată din şase a-helixuri transmembranare (prototip AQP1), iar în viziunea 3D (7, 9, 11), canaliculul pe care circulă fluidul este uşor de identificat (fig. 2).
Molecula de aquaporină, fie ea GLP sau AQPs, nu este un simplu canal de pasaj transmembranar, ci un filtru înzestrat cu o înaltă selectivitate. Există, astfel, în structura acestor molecule, „miniaparate“ biofizice şi biochimice care asigură receptarea sau respingerea unora sau altora dintre moleculele care solicită pasajul prin canalicul.
Selectivitatea proprie aquaporinelor face, aşadar, ca în rândul lor să existe tipuri specializate în pasajul numai al anumitor substanţe fluide. Astfel, prin filtrul lor selectiv, la animale şi la om, AQP1, 2, 4 şi 8 permit doar trecerea apei, în timp ce AQP3, 7 şi 9 dau liber pasaj atât apei, cât şi glicerolului. Aceeaşi AQP9, mai puţin selectivă, înlesneşte trecerea membranei plasmatice şi unor aminoacizi, glucide, arseniţi etc.
Fiziologia aquaporinelor a luat un mare avânt, mai ales după ce P. Agre a fost distins cu Premiul Nobel pentru chimie (2003). Astfel, în ultimii 10–12 ani, au fost publicate sute de lucrări care au reuşit să discearnă atât locul (ţesutul, organul) unde acţionează unul ori altul dintre tipurile de aquaporine, cât şi rolul specific pe care acestea îl joacă la acel nivel structural.
În rinichi, la nivelul nefronului (fig. 3a), AQP1 „lucrează“ în epiteliul tubului proximal, al limbului descendent Henle şi în endoteliul vascular de la vasa recta descendente. AQP2, prezentă la nivelul tubului colector în membrana apicală şi în vezicule intracelulare, îndeplineşte funcţii reglatoare în metabolismul vasopresinei (8), în timp ce, la acelaşi nivel al nefronului, AQP3 şi AQP4, plasate în membrana bazo-laterală a tubului colector, îndeplinesc funcţii de bază în concentrarea urinei (19, 23).
La nivelul acinilor glandulari de orice fel (fig. 3b), aquaporinele contribuie esenţial la reglarea gradientului osmotic şi, implicit, la desfăşurarea în bune condiţii a secreţiei înseşi. O deleţie în gena care codifică AQP5, la şoarecii transgenici, perturbă secreţia salivară (15, 21). În reglarea presiunii intracraniene şi a celei intraoculare, AQP5 joacă, de asemenea, un rol esenţial. În ochi, aquaporinele intervin în secreţia lacrimală, implicit în hidratarea suprafeţei corneene, precum şi în păstrarea transparenţei cristalinului.
Sistemul nervos oferă numeroase exemple ale „sine qua non“-ului fiziologic al aquaporinelor. De pildă, AQP4 este exprimată în astrocite, mai ales la interfaţa dintre parenchimul cerebral şi LCR, în compartimente precum ventriculii cerebrali şi spaţiile subarahnoidiene (fig. 3c). Permeabilitatea accentuată pentru apă se observă la nivelul contactelor dintre sânge şi creier (bariera hematoencefalică) şi bariera dintre sânge şi lichidul cefalorahidian.
Migrarea celulară (fig. 3d) este, evident, favorizată de aquaporine (angiogeneza normală, dar şi cea neoplazică, metastazele tumorale, mişcările celulelor gliale ş.a.).
În fine, AQP4 facilitează transportul apei în astrocite (fig. 3e) în timpul desfăşurării circulaţiei ionilor K+ între astrocite şi spaţiile extracelulare (inclusiv utilizarea K+ de către neuroni) după neuroexcitaţii. Implicarea AQP4 în fenomenele de neuroexcitaţie a fost convingător dovedită de studii electrofiziologice asupra auzului, vederii şi olfacţiei la şoareci transgenici deficienţi în AQP4 (12–14).
Este de înţeles că experimentele pe animale, efectuate mai ales în perioada de început a descifrării rolului aquaporinelor (1995–2005), au fost urmate de studii, unele in silico, asupra implicării defectelor de structură sau lipsei unor aquaporine, în patologia umană şi veterinară.
Aquaporinopatologia
Diabetul insipid nefrogen, o boală foarte rară (un caz la 20 de milioane de nou-născuţi), caracterizată prin poliurie severă şi polidipsie refractară la hormonul antidiuretic, a fost dovedită a fi urmarea unor evenimente mutagene reflectate în structura AQP2 (16). În prezent, terapia cu tiazide aduce unele ameliorări prin încetinirea eliminării apei prin urină. S-a luat în calcul şi posibilitatea unei terapii genice,
deocamdată în stadiu experimental pe model de celule de şoarece cultivate
in vitro. Raritatea deficienţelor umane în AQP1, 3 şi 7 şi variabilitatea fenotipurilor nu au încurajat cercetările în această direcţie.
Neuromielitis optica (NMO), în care este implicată o deficienţă a AQP4, este o maladie neuroinflamatorie demielinizantă care, afectând nervul optic şi rahisul, produce orbire şi paralizii (5, 25). Are, desigur, caracteristici care o deosebesc de scleroza multiplă. Iar dacă, la rasa albă (caucazieni), NMO este totuşi o boală rară (1:100.000), la asiatici este mult mai frecventă, femeile fiind afectate în proporţie mai mare decât bărbaţii (7:1). În general, atât în diabetul insipid nefrogen, cât mai ales în NMO şi alte afecţiuni inflamatorii cu componentă autoimună (diferite maladii dermice, gastrointestinale, ale tractului respirator, boala Marinescu-Sjögren ş.a.), diagnosticul include şi depistarea unor autoanticorpi aquaporinici în ser. În neuromielita optică, de pildă, seropozitivitatea NMO–AQP4–IgG este întâlnită în până la 100% din cazuri (25). Pentru acest motiv, terapiile NMO urmăresc să diminueze răspunsul inflamator prin realizarea unei stări de imunodepresie. În prezent, este în curs crearea unor anticorpi monoclonali sau a unor molecule de talie mică ce ar putea să blocheze acţiunea patogenă a autoanticorpilor NMO–AQP4–IgG. Se experimentează, deocamdată, pe animale de laborator şi la un recombinat apatogen NMO–anticorp (aquaporumabs) capabil şi el să blocheze NMO–AQP4–IgG (25).
Epilepsia şi alte neuroexcitaţii fac, şi ele, obiectul căutării unor relaţii cu AQP4, deşi deocamdată prezenţa semnificativ patogenă a aquaporinelor nu s-a putut dovedi decât în cazul aşa-numitelor „celule adiacente“ (gliale, dar nu neuronii din creier; ţesuturi de susţinere, dar nu receptorii olfactivi neuronali etc.). Aşa cum se vede în fig. 3e, participarea AQP4 în neuroexcitaţii e legată în principal de perturbări ale circulaţiei K+.
Epiderma şi stratum corneum beneficiază, în mod normal, de AQP3, care facilitează transportul glicerolului în aceste zone (fig. 4a). Tulburarea expresiei acestei aquaporine reduce elasticitatea pielii, întârzie proliferarea şi migrarea celulară în plăgile cutanate (10).
Obezitatea pare a avea şi ea o legătură cauzală, dar cu AQP7 (fig. 4b) (11). La şoarecii cu deficienţă AQP7 se constată creşterea masei de grăsimi, cu acumulare de glicerol, acizi graşi şi trigliceride în adipocite, ca urmare a reducerii permeabilităţii membranei plasmatice pentru glicerol. Concomitent, se produce şi o tulburare de reglare a glicerolkinazei. În obezitate şi diabet a fost dovedită şi implicarea dereglării AQP9, socotită a fi, în mod normal, un reglator important în metabolismul lipidic şi glucidic (18).
Maladiile neoplazice şi relaţia lor cu anomaliile diferitelor aquaporine interesează astăzi pe mulţi cercetători. Aceasta mai ales după ce au fost confirmate investigaţii din anii 1997–2000, care arătau, folosind modele animale, că AQPs sunt implicate esenţial în migrarea celulară (fig. 3d). Asta înseamnă că ele contribuie la invazia neoplazică locală şi la distanţă, precum şi în procesele de neoangiogeneză (13, 23). S-a dovedit astfel că AQP1 este prezentă în cantităţi mari în mai multe tipuri de cancere, la om şi rozătoare, existând o relaţie de proporţionalitate directă între stadiul de dezvoltare al neoplaziei şi expresia AQP1. În glioblastom, expresia AQP4 este, de asemenea, semnificativ crescută (27). Studii relativ recente s-au axat pe relaţia dintre AQP3 şi neoplaziile cutanate virale (Papilloma) sau neinfecţioase. Motivaţia a fost că s-a descoperit iniţial o creştere semnificativă a acestei glicerolaquaporine în celulele bazale implicate în oncogeneza carcinomului scuamos uman. S-a dovedit că AQP3, favorizând transportul glicerolului, este un garant al desfăşurării unei multiplicări active şi, în final, al tumorigenezei cu celule epidermice transformate (10). O descoperire importantă de la care poate pleca o metodologie de tratament în cancerele pielii este că privarea naturală sau terapeutică de AQP3 induce o rezistenţă remarcabilă a învelişului cutanat faţă de tumorile specifice. În plus, AQP3 pare a fi însăşi cheia reglării energetice, dependentă de ATP. Pornind de la premisa că multiplicarea anarhică cheltuieşte cantităţi mari de energie, scăderea terapeutică a expresiei de AQP3 şi a glicerolului-combustibil ar putea reprezenta o metodă adjuvantă de tratament oncologic ce n-ar trebui să fie subestimată. În căutarea de markeri timpurii ai oncogenezei a fost luată, recent, în considerare şi AQP5 (expresia AQP5 mARN) cu creşteri semnificative în adenocarcinomul de sân (25).
Fără îndoială că, în laboratoarele prezentului, în domeniul aquaporinelor sunt vehiculate şi alte ipoteze ce se cer verificate experimental şi, eventual, introduse în clinică.
