經典瞬時感受器陽離子通道研究進展

余冬梅 綜述,陳 明審校

(重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院心內科 400016)

瞬時感受器陽離子通道(transient receptor potential,TRP)是位于細胞膜上的一種非選擇性陽離子通道跨膜蛋白質,當其被激活時,允許包括鈣離子在內的陽離子進行跨膜運輸。哺乳類T RP是在1995～1996年在研究由刺激磷脂酶-C(PLC)受體信號通道引起的細胞內持續(xù)增加的鈣離子流發(fā)生機制時被發(fā)現(xiàn)。到目前為止,在哺乳動物中已克隆了33個TRP亞型,根據(jù)同源性不同,T RP分為7個亞族,分別是TRPC、T RPV、T RPM、T RPP、TRPA、TRPM L及 T RPN。T RPC與果蠅的TRP同源性最高。TRPC家族包括7個亞族成員(T RPC1～7),廣泛表達,涉及功能廣泛,參與多種疾病的病理生理過程。TRPC功能異?？赡軙е氯祟惛飨到y(tǒng)功能的異?！，F(xiàn)將T RPC的最新研究進展綜述如下。

1 T RPC的結構

TRPC蛋白由6個跨膜a螺旋組成,第5、6跨膜結構域共同構成發(fā)卡通道結構,這是T RPC蛋白的結構基礎,其氨基端和羧基端均在細胞內。氨基端同源性較高,多含有2～4個保守的錨蛋白(ankyrin)樣重復,與通道蛋白的細胞膜錨定有關,錨蛋白與T RPC相互作用可形成功能性的同聚或異聚四聚體,從而在信號轉導中發(fā)揮作用。羧基端變異性較大,與TRPC的自身調節(jié)有關[1]。T RPC結構的多樣性表明,它們與細胞功能的多樣性相關。

2 T RPC的激活機制

TRPC的激活受滲透壓、pH值、機械力及一些內、外源性配體和細胞內信號分子等多種因素的調節(jié)。盡管TRPC的激活機制存在爭議,但目前,有研究認為,被PLC耦聯(lián)的膜受體激活T RPC是其主要的激活機制。受體操控理論認為,神經遞質和生長因子等分別作用于G蛋白耦聯(lián)受體和受體酪氨酸激酶,激活磷脂酰肌醇信號通路,產生兩個第2信使:肌醇三磷酸(IP3)和二酰甘油(DAG)。IP3作用于內質網IP3受體引起鈣庫鈣釋放和鈣庫清空,而DAG可被代謝為花生四烯酸和亞麻酸等。目前認為,這兩個信號通路都可以激活T RP。鈣庫清空誘發(fā)T RP激活所導致的鈣離子內流為鈣庫依賴性鈣內流(SOCE),負載的通道為鈣庫操縱性鈣離子通道(SOCC);而DAG及其脂質代謝物激活TRP所導致的鈣離子內流為受體操縱性鈣離子流(ROCE),負載的通道為受體操縱性鈣離子通道(ROCC)。

3 TRPC的功能

TRPC家族的細胞功能具有普遍性和多樣性。TRPC作為非選擇性陽離子通道,參與轉錄因子的激活、細胞凋亡、血管收縮、血小板激活以及心肌肥厚等多種生理病理過程。因此,TRPC也可能是許多藥理干預的作用靶點。

3.1 TRPC1 TRPC1是第 1個被克隆的最短的哺乳類TRP,與果蠅T RP有40%左右的同源性,廣泛分布于腦、心臟、腎、肺、骨骼肌、睪丸、卵巢、唾液腺,少量分布于肝臟和腎上腺。TRPC1能夠和其他的TRPC亞基形成異聚體。有研究表明,在海馬細胞上,T RPC1和TRPC5形成一種異聚體通道,該通道的激活不依賴胞內鈣庫的耗竭。提示TRPC結構的多樣性與細胞功能的多樣性相關。

TRPC1與心肌肥厚有一定聯(lián)系,可能是心肌肥厚病理生理過程的一種重要的調節(jié)劑。Ohba等[2]發(fā)現(xiàn),大鼠心肌細胞表達T RPC1、3、5、6,而肥大心肌細胞僅T RPC1蛋白表達顯著增加。用內皮素-Ⅰ(ET-Ⅰ)、血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)和去甲腎上腺素誘導大鼠心肌細胞肥大,心肌細胞TRPC1高表達及SOC開放,采用siRNA抑制TRPC1基因的表達,能明顯減弱上述方法誘導的心肌肥大。用膜片鉗技術發(fā)現(xiàn),壓力負荷過重時大鼠心肌細胞 TRPC1的表達上調,而TRPC1(-/-)小鼠在壓力負荷過重和神經激素刺激下,并未顯示心肌肥大的證據(jù)[3];小干擾RNA敲除T RPC1基因可以抑制活化T細胞核因子(NFAT)的激活,并且抑制5-羥色胺(5-HT)誘導的心肌肥厚反應[4]。提示T RPC1調節(jié)異?？赡軐е滦募》屎?。

3.2 TRPC2 TRPC2在人類是偽基因,在小鼠可能作為信息素感受體以及參與精子頂體反應。敲除此基因導致小鼠的性別識別障礙和雄性攻擊行為消失,提示該基因可能對動物的性和社會行為有特殊影響[5]。

3.3 TRPC3 TRPC3在腦、卵巢、結腸、小腸、前列腺、胎盤和睪丸中廣泛分布。T RPC3在調節(jié)血管內皮細胞鈣離子濃度及其功能上扮演著重要角色。有研究發(fā)現(xiàn),原發(fā)性高血壓大鼠(SHR)單核細胞 TRPC3的表達水平增高[6-7]。也有研究發(fā)現(xiàn),SHR血管平滑肌TRPC3高水平表達[8],AngⅡ受體阻斷劑在降低血壓的同時使T RPC3的表達下調,氨氯地平則無此作用[9]。Thilo等[10]研究證明,收縮壓的高低與 TRPC3、白介素-1β(IL-1β)以及腫瘤壞死因子α(TNF-α)的 mRNA 水平存在正相關,提示原發(fā)性高血壓與TRPC3和炎癥反應存在潛在的關系。心肌細胞內Ca2+濃度的紊亂是觸發(fā)心肌細胞肥大相關信號轉導的始動因素。Bush等[11]研究發(fā)現(xiàn),胸主動脈縮窄及去甲腎上腺素刺激SHR的心臟,TRPC3蛋白表達明顯增加。心臟低水平過表達T RPC3的轉基因小鼠出現(xiàn)心肌肥厚,高水平過表達T RPC3的小鼠心臟重量明顯增加,存活率降低[12]。選擇性T RPC3受體阻斷劑吡唑類復合物2-氨基-3-甲基-5-氰基吡啶(Pyr3)能消除PLC依賴的鈣離子內流,減弱NFAT的活性及大鼠乳鼠心肌細胞肥厚的增長及體外壓力負荷介導小鼠心肌細胞的心肌肥厚[13]。因此,TRPC3介導的細胞內鈣離子濃度的改變在心肌細胞肥大的病理生理過程中發(fā)揮著重要作用。

3.4 T RPC4 TRPC家族成員在各種來源的內皮細胞中廣泛表達,其中TRPC4最主要的作用是調節(jié)內皮細胞的功能,調節(jié)內皮細胞收縮性、血管緊張度和通透性。TRPC4(-/-)小鼠主動脈內皮細胞的鈣枯竭誘導的SOCC消失,NO合成受損,對鑭離子敏感的血管舒張也大大消減[14]。提示TRPC4可能通過調節(jié)內皮源性NO的產生而參與血管張力調節(jié)。有研究發(fā)現(xiàn),早期 SHR的心臟 T RPC4、5表達上調,提示 T RPC4、5可能是高血壓性心肌肥厚早期心臟表達的T RPC的主要亞型,參與左心室收縮功能不全的發(fā)生、發(fā)展過程[15]。

此外,TRPC4可以因外側膝狀體神經元表達的5-HT2aR的激活而開放,引起細胞內鈣的升高,最終導致胞體本身γ-氧基酸(GABA)釋放增強,從而間接參與視覺傳遞的調節(jié)和整合[16]。TRPC4還參與嗜鉻細胞和PC12細胞的組胺誘導的細胞分泌以及腸Cajal間質細胞的節(jié)律性調節(jié)等[17-18]。

3.5 T RPC5 T RPC5主要在神經系統(tǒng)表達并發(fā)揮作用,參與調節(jié)中樞神經系統(tǒng)、神經元的功能及其分化。在體、內外實驗中均證實,T RPC5蛋白主要集中表達于海馬神經元及生長錐。在高血壓患者的單核細胞中 TRPC5的表達增高并伴隨著Ca2+內流的增加[8]。有研究發(fā)現(xiàn),擴張性心肌病終末期患者心肌細胞中T RPC5、6基因表達顯著上調[10,19]。盡管不少研究開始報道T RPC5的作用,但TRPC5的生理功能大多數(shù)尚未清楚。

3.6 T RPC6 T RPC6參與了受體介導以及機械敏感性血管收縮的調節(jié),也參與了肺動脈血管平滑肌細胞(PASMC)的增殖,與特發(fā)性肺動脈高壓(IPHA)的發(fā)生相關。與肺主動脈相比,肺小動脈對缺氧更加敏感,更多的參與了對肺血管緊張度的調節(jié)[20]。有研究報道,T RPC6基因啟動子的功能性二等位基因-254(C G)單核苷酸會增加促炎性細胞因子核因子κB(NF-κ B)介導的啟動子活性,刺激肺動脈血管平滑肌細胞 TRPC6的表達,使個體患IPAH的風險增加,抑制NF-κ B的活性可以降低攜帶該等位基因患者PASMC中TRPC6的表達,減弱激動劑介導的 Ca2+離子內流[21]。對米蘭高血壓大鼠(MHS)的研究中發(fā)現(xiàn),MHS大鼠動脈的TRPC6及鈉-鈣交換體1(NCX1)表達的上調,并且增強了鈣離子信號轉導,而這種強化的鈣離子信號轉導可能導致了MHS大鼠血管收縮增加并進一步引起血壓升高[22]。這一結果提示T RPC6在高血壓發(fā)病中的重要作用。T RPC6參與了心肌肥厚與心室重構的過程。用ET-Ⅰ[23]、鈣神經素或過度壓力負荷刺激小鼠和人的心肌細胞,TRPC6蛋白表達顯著上調[19]。因此,進一步證實過表達T RPC6的轉基因小鼠發(fā)生心肌肥厚,對心臟壓力負荷反應性增強及依賴NFAT的轉錄活力增加,更易發(fā)生心力衰竭,生存率下降。因此,TRPC6可能參與了Ca2+-鈣神經素-NFAT信號通路的正反饋機制,而該信號通路在心肌細胞過度激活時會引起病理性心室重構。而磷酸化或者功能性抑制TRPC6是通過抑制5型磷酸二酯酶途徑防止病理性心肌肥厚的基礎[24]。TRPC6是心臟心鈉肽/腦鈉肽-鳥苷酸環(huán)化酶A(ANP/BNP-GC-A)信號通路介導的抗肥大作用的關鍵靶點,阻斷T RPC6很可能是防止病理性心室重構的有效治療方法[25]。

3.7 TRPC7 TRPC7能夠被多種激素和神經遞質受體激活,廣泛表達于各種組織:孕期子宮、體外培養(yǎng)的角蛋白細胞等。然而,TRPC7在這些細胞和組織中參與其功能調節(jié)的具體內容及機制尚不明確。有研究認為,TRPC7參與細胞凋亡的調控。細胞凋亡是心臟疾病發(fā)生、發(fā)展的促成因素。同時,細胞內Ca2+濃度的增加是前列腺素E2(PGE2)和AngⅡ介導的凋亡的始動因素[26]。體外實驗中乳鼠心肌細胞轉染T RPC7基因后,基礎及AngⅡ誘導的凋亡均增加,T RPC受體阻斷劑1-{2-(4-甲氧基)-2-[3-(4-甲氧基苯基)丙氧基]乙基}咪唑(SKF96365)和鈣神經素阻斷劑他克莫司(FK506)均可以阻斷AngⅡ介導的細胞凋亡的發(fā)生[27]。對人白血病細胞研究也提示,TRPC7在細胞凋亡中有一定的作用[28]。然而,T RPC7參與凋亡的機制尚不明確,有待進一步研究。

4 結語與展望

哺乳類T RPC自發(fā)現(xiàn)以來一直是研究的熱點,盡管許多學者已經開始鑒別這些通道特征和體內生理功能,但對于T RPC的研究也還剛剛起步,目前,尚無一致結論。TRPC作為主要的非選擇性的陽離子通道,具有廣泛的病理生理意義,大量研究已經證實 TRPC在體內多種細胞組織中發(fā)揮作用。然而,TRPC的激活調節(jié)具體機制存在鈣庫和脂質第 2信使(DAG和其代謝產物)依賴性的爭議,但是被與PLC偶聯(lián)的膜受體所激活是不爭的事實。因此,有望成為ROCC的分子實體基礎,受到廣泛重視。TRPC也是多種復雜疾病的危險因素。因此,TRPC還可能成為許多疾病治療的新的藥物作用靶點,尋找TRPC特異性的拮抗劑和激動劑具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的發(fā)展前景,將為臨床治療多種疾病開辟新的途徑。

[1] Dietrich A,Chubanov V,Kalwa H,et al.Cation channels of the transient receptor potential superfamily:their role in physiologicaland pathophysiologicalprocesses of smooth muscle cells[J].Pharmacol Ther,2006,112(3):744-760.

[2] Ohba T,Watanabe H,Murakami M,et al.Upregulation of TRPC1 in the development of cardiac hypertrophy[J].J Mol Cell Cardiol,2007,42(2):498-507.

[3] Seth M,Zhang ZS,Mao L,et al.TRPC1 Channels Are Critical for Hypertrophic Signaling in the Heart[J].Circ Res,2009,105(10):1023-1030.

[4] Vindis CD,Angelo R,Mucher E,et al.Essential role of TRPC1 channels in cardiomyoblasts hypertrophy mediated by 5-HT2a serotonin receptors.[J].Biochem Biophys Res Commun,2010,391(1):979-983.

[5] Keverne EB.Pheromones,vomeronasal function and gender-specific behavior[J].Cell,2002,108(6):735-738.

[6] Liu D,Scholze A,ZhuZ,et al.Increased transient receptor potential channel TRPC3 expression in spontaneously hypertensive rats[J].Am J Hypertens,2005,18(11):1503-1507.

[7] Liu D,Scholze A,Zhu Z,et al.Transient receptor potential channels in essential hypertension[J].J Hypertens,2006,24(6):1105-1014.

[8] Liu DY,Thilo F,Scholze A,et al.Increased store-operated and 1-oleoyl-2-acetyl-sn-glycerol-induced calcium influx in monocytes is mediated by transient receptor potential canonical channels in human essential hypertension[J].J Hypertens,2007,25(4):799-808.

[9] Liu DY,Yang DC,He HB,et al.Increased Transient Receptor Potential Canonical Type 3 Channels in Vasculature From Hypertensive Rats[J].Am J Hypertension,2009,53(1):70-76.

[10]Thilo F,Scholze A,Liu DY,et al.Association of transient receptor potential canonical type 3(T RPC3)channel transcripts with proinflammatory cytokines[J].Arch Biochem Biophys,2008,471(1):57-62.

[11]Bush EW,Hood DB,Papst PJ,et al.Canonical transient receptor potential channels promote cardiomyocyte hypertrophy through activation of calcineurin signaling[J].J Biol Chem,2006,281(44):33487-33496.

[12]Nakayama H,Wilkin BJ,Bodi I,et al.Calcineurin-depen dent cardiomyopathy is activated by T RPC in the adult mouse heart[J].FASEB J,2006,20(10):1660-1670.

[13]Kiyonaka S,Kato K,Nishida M,et al.Selective and direct inhibition of TRPC3 channels underlies biological activities of a pyrazole compoun[J].Proc Natl Acad Sci USA,2009,31106(13):5400-5405.

[14]Freichel M,Suh SH,Pfeifer A,et al.Lack of an endothelial store-operated Ca2+current impairs agonist-dependent vasore-laxation in TRP4-/-mice[J].Nature Cell Biol,2001,3(2):121-127.

[15]Liu FF,Ma ZY,Li DL,et al.Differential expression of TRPC channels in the left ventricle of spontaneously hypertensive rats[J].Mol Biol Rep,37(6):2645-2651

[16]Munsch T,Freichel M,Flockerzi V,et al.Contribution of transient receptor potential channels to the control of GABA release from dendrites[J].PNAS,2003,100(26):16065-16070.

[17]Obukhov AG,Nowycky MC.TRPC4 can be activated by G-protein-coupled receptors and provides sufficient Ca2+to trig-ger exocytosis in neuroendocrine cells[J].J Biol Chem,2002,277(18):16172-16178.

[18]Walker RL,Koh SD,Sergent GP,et al.TRPC4 currents have properties similar to the pacemaker current in interstitial cells of Cajal[J].Am J Physiol Cell Physiol,2002,283(6):C1637-1645.

[19]Kuwahara K,Wang Y,McAnally J,et al.T RPC6 fulfills a calcineurin signaling circuit during pathologic cardiac remodeling[J].J Clin Invest,2006,116(12):3114-3126

[20]Lu W,Wang J,Shimoda LA,et al.Differences in STIM1 and TRPC expression in proximal and distal pulmonary arterial smooth muscle are associated with differences in Ca2+responses to hypoxia[J].Am J Physiol LungCell Mol Physiol,2008,295(1):L104-113.

[21]Ying Yu,Steve H,Keller,et al.A Functional Single-Nucleotide Polymorphism in the T RPC6 Gene Promoter Associated With Idiopathic Pulmonary Arterial Hypertension[J].Circulation,2009,119(17):2313-2322.

[22]Zulian A,Baryshnikov SG,Linde CI,et al.Upregulation of Na+/Ca2+exchanger and TRPC6 contributes to abnormal Ca2+homeostasis in arterial smooth muscle cells from Milan hypertensive rats[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2010,299(3):H624-633.

[23]Nishida M,Onohara N,Sato Y,et al.Gα 12/13-mediated Up-regulation of TRPC6 Negatively Regulates Endothelin-1-induced Cardiac Myofibroblast Formation and Collagen Synthesis through Nuclear Factor of Activated T Cells Activation[J].J Biol Chem,2007,282(32):23117-23128.

[24]Nishida M,Watanabe K,Sato Y,et al.Phosphorylation of TRPC6 channels at Thr69 is required for anti-hypertrophic effects of phosphodiesterase 5 inhibition[J].J Biol Chem,2010,285(17):13244-13253.

[25]Kinoshita H,Kuwahara K,Nishida M,et al.Inhibition of TRPC6 Channel Activity Contributes to the Antihypertrophic Effects of Natriuretic Peptides-Guanylyl Cyclase-A Signaling in the Heart[J].Circ Res,2010,106(12):1849-1860.

[26]Kang PM,Izmo S.Apoptosis in heart:basic mechanisms and implications in cardiovascular diseases[J].Trends Mol Med,2003,9(4):177-182.

[27]Satoh S,Tanaka H,Ueda Y,et al.Transient receptor potential(T RP)protein 7 acts as a G protein-activated Ca2+channel mediating angiotensin II-induced myocardial apoptosis[J].M ol Cell Biochem,2007,294(1/2):205-215.

[28]Foller M,Kasinathan RS,Duranton C,et al.PGE2-induced apoptotic cell death in K562 human leukaemia cells[J].Cell Physiol Biochem,2006,17(5/6):201-210.