目的：先天性脑积水(congenital hydrocephalus)是一种好发于婴幼儿的遗传性疾病,其发病率和死亡率都比较高，并且对患儿的神经系统功能损害较为严重。然而新生儿先天性脑积水常常被人们所忽视，并且它的发病率在每年呈持续上升的趋势。据统计，我国该病的发病率约为11.84例／万，该病最终导致的神经缺陷约占新生儿的56.25%。在经过治疗后的少数存活的患儿中，其日后的生存质量也是较为低下的，在日后的生活中对社会、家庭将是沉重的经济和精神负担。水通道蛋白（Aquaporins，AQP）是一种细胞膜内在蛋白质形成的专门输送水的穿膜通道。截止到目前，已在哺乳动物及两栖动物体内发现了其家族的13名成员（AQP0～AQP12）。其中AQP4在哺乳动物的中枢神经系统胶质细胞内大量表达。在哺乳动物的大脑中，水通道蛋白-4（AQP4）是主要的水通道，它介导的高效跨膜和跨细胞水转运途径不仅在脑水肿的形成和消除中发挥重要的作用，而且直接影响脑脊液的产生和吸收过程。这提示AQP4在大脑的血-脑屏障和脑-脑脊液屏障的水分交换中起着重要作用。然而，水通道蛋白基因突变是否与先天性脑积水的发生有关目前尚无报道。深入研究AQP4敲除小鼠在遗传性脑积水的发病机制、遗传规律以及水通道蛋白与人类疾病关系研究的开创性工作，研究结果将揭示先天性脑积水发病机制中水通道蛋白起着重要作用，为进一步研究水通道蛋白在人类先天性脑积水发病机制中的作用奠定基础。方法：随机挑选20只未见脑积水的AQP4敲除雄鼠与20只AQP4敲除雌鼠，以1♀：1♂的方式交配，记录其F1代中脑积水发生情况，列表作图，同时将后代出现过脑积水的F0代以1♀：1♂的方式交配，统计其F1代中脑积水发生情况，列表作图。另外，为了探究先天性脑积水的形成与AQP4基因敲除之间的关系及其遗传方式，选取其中一例后代中出现过脑积水表型的AQP4-/-小鼠（编号为27#♂）建系。记录子代小鼠脑积水发病情况，统计所得数据，制作遗传家谱。并对其形态学分析，包括对脑积水小鼠、AQP4敲除和野生性小鼠侧脑室容积比较、颅内压分析、脑组织含水量进行对比分析。结果：1、脑积水发病率统计及表遗传方式分析本研究发现在AQP4敲除背景小鼠中有一定数量的脑积水表现型出现，脑积水引起的颅骨膨大多出现在生后10-14天左右，并且迅速发展严重的脑积水，通常于5周导致小鼠死亡。用基因型为AQP4-/-的雌雄小鼠进行随机配对繁殖时，在所生产的14窝子鼠中有5窝均出现数量不等的脑积水表型子鼠，脑积水发病率在同一窝子代中从17%-85%不等；在86只子鼠中出现8只脑积水小鼠，总发生率约为9.3%。而将出现脑积水表型窝中未发病的子鼠兄妹交配所产生的6窝下代中每窝均出现脑积水表型，每窝的发病率均在33.3%以上；在所产生的26只子鼠中有14只患有脑积水，发病率则高达53.8%。再将未发病的F2代兄妹交配，所产的F3子代中也出现了数量不等的脑积水小鼠，可见该脑积水表型是可遗传的且与性别无关。将后代产生过脑积水表型的27#雄鼠与野生型雌鼠交配，产生的后代中没有该表型，而27#与AQP4敲除雌鼠交配产生的小鼠中则出现数量不等的脑积水。制作27#小鼠的家族谱。从遗传家谱中清晰看出脑积水形成是多因素作用的结果，且为常染色遗传，而AQP4基因敲除则是脑积水形成的必要条件。2、脑积水小鼠、AQP4敲除和野生型小鼠侧脑室容积比较实验证明，经活体条件下抽得脑积水小鼠的脑脊液（cerebrospinal fluid,CSF）的量也远远大于AQP4敲除小鼠和野生型鼠（由于正常小鼠侧脑室中脑脊液微量，抽取脑脊液操作极为困难且难以准确定量）,所以本论文暂且将AQP4+/+和无脑积水AQP4-/-小鼠的脑脊液设定为<50ul.发病10-14天的脑积水小鼠［AQP4-/-（H）]侧脑室容积远远大于未发病的相同年龄的AQP4-/-小鼠及野生型小鼠，另一方面，AQP4-/-小鼠脑室容积也明显小于年龄相同的野生型小鼠；这提示小鼠脑室容积的调控受AQP4介导的液体转运作用的影响较大。3、脑积水、AQP4敲除和野生型小鼠颅内压分析脑积水按颅内压的高低可以将其分两类，分别为高压性脑积水和常压性脑积水，AQP4敲除小鼠常常在10-14天脑积水达到高峰，引起死亡，所以可能为高压性脑积水。实验结果显示：脑积水小鼠颅内压力明显高于未发病的AQP4敲除小鼠和野生型小鼠，其数值约为后者2倍。由于该脑积水为先天性，很多病鼠在发育早期就表现出脑积水症状，颅内压过高引起头骨发育延缓，主要表现为骨缝增大，骨质变软，反之，骨质变软、骨缝增大同时可产生代偿空间，从而降低颅内压过高，所以先天性脑积水小鼠表现出的颅内压力较Orin Bloch等报道的白陶土诱导的脑积水低。4、脑积水、AQP4敲除和野生型小鼠脑组织含水量分析AQP4在大脑内表达远远高于肾、肺等器官,在星形胶质细胞膜的足板、室管膜上皮细胞、脉络丛上皮、软脑膜、胼胝体、下丘脑的视上核、室管膜、海马齿状回、小脑、脑微血管的细胞表面广泛存在,然而是在参与形成血脑屏障的星形胶质细胞足板以及与脑脊液直接接触的室管膜和软脑膜上皮高表达。参与血-脑屏障、脑-脑脊液屏障处液体转运，AQP4对维持脑内水平衡至关重要，AQP4敲除可能导致脑部液体转运障碍，从而引发包括脑积水在内的多种病理反应。对脑积水、AQP4-/-和野生型小鼠脑组织含水量分析显示，从图片中可见脑积水小鼠脑组织含水量高于对照野生鼠和AQP4-/-小鼠。不排除脑室压力增高导致细胞外间隙液体潴留（即脑水肿）所致。结论：为了更加深入研究AQP4敲除小鼠在遗传性脑积水的发病机制、遗传规律，以及水通道蛋白与人类疾病关系研究的开创性工作，研究结果将揭示AQP4在先天性脑积水发病机制中起着重要作用，并为进一步探索人类先天性脑积水发病机制及水通道蛋白在其中作用奠定基础。