瞬時受體電位A1通道在偏頭痛中的研究進展*

宋曉文 陳金波 吳欣彤

（濱州醫(yī)學院附屬醫(yī)院，濱州256000）

瞬時受體電位通道超家族 (transient receptor potential channel, TRP channel) 是一類分布廣泛的非選擇性陽離子通道，家族成員均以四聚體的形式發(fā)揮功能，四聚體中的每個亞基均存在六個跨膜螺旋(S1-S6)，其中S1-S4結(jié)構(gòu)域為配體結(jié)合的反應(yīng)位點，S5和S6與孔道形成有關(guān)[1]。 瞬時受體單位A1通道 (transient receptor potential cation channel subfamily a-member 1,TRPA1) 又稱ANKTM1，是TRP離子通道超家族中的一員，主要分布在三叉神經(jīng)節(jié)、迷走神經(jīng)節(jié)及背根神經(jīng)節(jié)等初級感覺神經(jīng)元上[2]。TRPA1受體具有增加機體視覺、味覺、嗅覺、聽覺、觸覺和熱、滲透感等感受器感知能力，進而促使機體相關(guān)細胞感知和應(yīng)對環(huán)境的變化[2,3]。偏頭痛是一種臨床常見的慢性神經(jīng)血管性疾病，以強烈的頭痛可伴隨惡心、畏光和畏聲為主要特征[4]。全球成年人群偏頭痛患病率為11%，我國約為9.3%，其可導致病人失能給家庭和社會造成沉重負擔，偏頭痛的發(fā)病原因和病理機制仍有諸多問題未明確[5]。臨床診斷主要依賴病人的主訴和排除性證據(jù)，缺乏客觀臨床標志物以便臨床醫(yī)師對疾病的診斷鑒別、治療效果及預后評估等。TRPA1受體可被多種外源性及內(nèi)源性化學刺激物激活，參與組織器官對傷害性刺激的調(diào)節(jié)，目前研究者越來越多聚焦于TRPA1在三叉腦膜傳入神經(jīng)中所起的作用[6,7]。近年來，國內(nèi)外大量研究致力于偏頭痛發(fā)病過程中生物活性物質(zhì)的研究，以期找到相關(guān)標志物從不同層面反映偏頭痛的病因和病理生理，為未來偏頭痛病人提供個體化、精細化診療提供理論依據(jù)。根據(jù)近5年的文獻報道，本文對TRPA1在偏頭痛疾病中的作用進行概述。

1.TRPA1的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

首次發(fā)現(xiàn)TRPs是在研究果蠅視覺傳導系統(tǒng)研究中得知其存在，TRPs是由細胞膜上的一類重要陽離子通道構(gòu)成的蛋白超家族[1,5]。在哺乳動物類中，TRPs通道劃分為TRPC、TRPV、TRPM、TRPML、TRPA和 TRPP (The polycystin transient receptor potential ) 6個亞家族，成員均有S1-S6的6次跨膜結(jié)構(gòu)域組成的同源或異源四聚體，且NH2和COOH末端定位于胞漿內(nèi)，S1-S4結(jié)構(gòu)域可通過門控小孔作為配體結(jié)合的反應(yīng)位點，S5-S6跨膜結(jié)構(gòu)域親水區(qū)形成孔道，在細胞質(zhì)內(nèi)的S6單環(huán)末端構(gòu)成了一個低限閥，它可通過開關(guān)調(diào)控陽離子進入通道[7,8]。研究證實，TRPs的功能與Ca2+密切相關(guān)，而Ca2+作為細胞內(nèi)的第二信使在細胞內(nèi)參與多種信號機制的激活與調(diào)控[9,10]。TRPA1[2]首次從人類肺成纖維細胞中分離出類似錨蛋白跨膜蛋白，學者們[3]在小鼠背根神經(jīng)節(jié)中發(fā)現(xiàn)其表達一種被稱作ANKTM1的錨蛋白，經(jīng)蛋白-基因序列分析證實其為TRPs家族一員，即TRPA1。TRPA1是TRP離子通道超家族中的一員，具備TRPs分子結(jié)構(gòu)和功能，“A”指的是錨蛋白(ankyrin)，較其他TRPs成員不同的是其N端存在至少14個與錨蛋白結(jié)合的重復序列[1,4,11]。同時，在TRPA1的N端包含有2個螺旋的鈣結(jié)合基序結(jié)構(gòu)域，但結(jié)構(gòu)域的作用尚未見明確報道[12]。TRPA1主要分布于背根神經(jīng)、三叉神經(jīng)和迷走神經(jīng)等初級感覺神經(jīng)元上，且TRPA1主要表達的小神經(jīng)元上可與TRPV1共表達，同時絕大多數(shù)也表達CGRP和SP。故它們的共表達特性為研究TRPA1和相關(guān)神經(jīng)傳導物質(zhì)在功能上的相互聯(lián)系提供了形態(tài)學基礎(chǔ)[13]。目前研究證實[6,13]，在一些非神經(jīng)細胞上也有TRPA1的表達，如內(nèi)耳毛細胞、血管內(nèi)皮細胞、胰島細胞、心肌細胞和滑膜成纖維細胞等。

2. TRPA1的功能

近年來發(fā)現(xiàn)TRPA1參與溫度、化學、機械性刺激等所導致的痛覺的形成，且對于熱感應(yīng)有所影響作用，具有獨特的生理可塑性[8,10]，隨著深入的研究，大量證據(jù)表明TRPA1在痛覺的產(chǎn)生及痛覺敏感性增強的病理過程中起重要作用[2~4]。最新研究表明[1,9]，TRPA1基因敲除的小鼠研究進一步明確了TRPA1的多種功能和通道作用機制。目前由于對TRPA1的研究中缺乏特異性的阻斷劑等藥理學研究策略，故目前研究局限于低度特異性拮抗劑、RNAi、遺傳信息模型和間接測定研究方法等。

眾多研究已報道了異源表達的TRPA1可被有害低溫(低于17℃)直接刺激激活，其作為冷覺感受器的功能已被廣泛研究[2,3]。另有相關(guān)研究[12]表明，異源表達的TRPA1無法被低溫激活，且通過記錄小鼠第一次對冷產(chǎn)生反應(yīng)的時間，發(fā)現(xiàn)野生型、雜合型和基因敲除的小鼠對于冷刺激的行為反應(yīng)表現(xiàn)相似，推測TRPA1可能不參與急性冷刺激的感應(yīng)產(chǎn)生，但小鼠長時間有害低溫的行為反應(yīng)則需要TRPA1的參與。也有研究認為低溫并不直接激活TRPA1，而是由于低溫導致細胞內(nèi)貯存的Ca2+釋放，因而促使Ca2+依賴性的離子通道的激活，這些離子通道包括TRPA1通道；研究者[5,10,11]用原位雜交技術(shù)篩選小鼠內(nèi)耳中表達的所有TRPA1通道時，發(fā)現(xiàn)在小鼠新生毛細胞的感覺上皮中高表達TRPA1，相關(guān)文獻[7,9]報道在胚胎發(fā)育期小鼠、青蛙的毛細胞等有TRPA1的表達。通過RNAi剔除TRPA1的表達可在很大程度上降低毛細胞的傳導電流，異凝集素B消極的背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元產(chǎn)生體細胞膜電流可被TRPA1阻斷劑HC-030031抑制，且在TRPA1基因敲除的小鼠中相關(guān)的指標消失，推測TRPA1作為聽覺感受器起作用[9,13]；TRPA1可通過G蛋白和緩激肽(bradykinin, BK)偶聯(lián)的受體B2R與BK信號肽偶聯(lián)，這表明TRPA1介導疼痛病理過程的某個環(huán)節(jié)[7,12]。如果給予基因敲除小鼠緩激肽引發(fā)的急性痛反應(yīng)更低，且時間長了急性痛反應(yīng)可消失，這表明TRPA1對于緩激肽引發(fā)的炎癥疼痛感覺起調(diào)節(jié)作用[27]。研究者通過基因敲除的小鼠與野生型、雜合型小鼠給予芥子油干預進行對比實驗，結(jié)果得出基因敲除小鼠明顯表現(xiàn)出更少的疼痛反應(yīng)，這表明TRPA1參與調(diào)節(jié)由芥子油引起的疼痛感覺[3,12]。曾有研究者通過在響尾蛇的三叉神經(jīng)節(jié)上特異性的TRPA1高水平表達結(jié)合相關(guān)動物實驗結(jié)果，推測TRPA1可能參與蛇類紅外感知能力[5,13]，再深入研究且綜合生物信息學、解剖學和功能研究的結(jié)果表明，TRPA1的溫覺感受功能在蛇類紅外感知中扮演重要的角色。

3. TRPA1通道的激活

數(shù)條受體激活途徑可開啟TRPA1通道，TPRs通道均可被磷脂酶C (protein kinase C, PKC) 激活，且在TRPA1受體激活過程中G蛋白偶聯(lián)受體也發(fā)生了重要作用[7,9,12]。除了受體激活途徑外，還有配體激活途徑，目前已報道有一系列的化學刺激（激動劑）可激活TRPA1受體通道，如桂皮醛（肉桂）、異硫氰酸鹽類（芥子油、綠芥末等）、芥末油（芥末）、丙烯醛（香煙）等[1,2,7]。TRPA1激動劑根據(jù)激活形式可分為親電子和非親電子類，親電子激動劑大部分通過與TRPA1通道N端的半胱氨酸殘基形成可逆性的共價修飾來實現(xiàn)激活作用；而非親電子性激動劑對TRPA1通道有雙向調(diào)節(jié)作用，即低濃度表現(xiàn)激活作用，高濃度表現(xiàn)為拮抗作用，這具體機制可能與非半胱氨酸位點相互作用有關(guān)[12,14]。近研究[1,7,14]認為內(nèi)源性氧化產(chǎn)物與外源性親電子物質(zhì)作用相似，激動劑通過與TPRAl的N端半胱氨酸殘基共價相互作用激活TRPA1。最近研究[7,13]發(fā)現(xiàn)，在組織損傷、炎癥、氧化應(yīng)激及硝化應(yīng)激過程中釋放的內(nèi)源性化合物也可激活TRPA1，如前列腺素J2、一氧化氮 (nitric oxide, NO) 等。TRPA1受體激活后會引起鈣調(diào)素基因相關(guān)肽 (calcitonin gene, related peptide, CGRP)、P物質(zhì)(substance P, SP)、緩激肽等神經(jīng)肽類物質(zhì)的釋放，引起炎癥性疼痛產(chǎn)生[1,10~14]。同時，TRPV1受體激活后可增加細胞Ca2+內(nèi)流，增強內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS) 磷酸化且活化蛋白激酶A (protein kinase A, PKA)，產(chǎn)生更多的NO等氧自由基物質(zhì)，最終可增加傷害性刺激對機體傷害，或者與其他通路形成正反饋機制參與疼痛病理生理變化[7,11,14]。根據(jù)近年來研究[1~4,15]推測，腫瘤化療藥物產(chǎn)生顯著的氧化應(yīng)激反應(yīng)導致周圍神經(jīng) 痛 (chemotherapeutic-induced peripheral neuropathy,CIPN)，TRPA1作為氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)物的受體主要分布于感覺神經(jīng)元上，認為參與CIPN 的產(chǎn)生，但這個問題仍然備受爭議。

4. TRPA1與偏頭痛

偏頭痛屬于慢性中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙性疾病一種，發(fā)作時以單側(cè)或雙側(cè)頭部搏動樣疼痛為典型臨床表現(xiàn)，發(fā)作前可伴有視覺、感覺和運動等先兆[4]。全球成年人群偏頭痛患病率為11%，我國約為9.3%，其可導致失能，嚴重影響病人的身心健康及生活質(zhì)量，給家庭及社會帶來巨大的經(jīng)濟負擔[5]。有關(guān)偏頭痛病理生理機制學說，雖己取得明顯進展及深入認識，但其明確的機制目前尚未見報道[4,5]。因此，目前尚缺乏客觀臨床標志物以便臨床醫(yī)師對疾病的診斷鑒別、治療效果及預后評估等，同時，針對于偏頭痛有效治療和預防慢性化等方案，目前國內(nèi)外尚無報道[2]。近年來，TRPA1和偏頭痛疾病的關(guān)系已成為焦點。

近年來大量基礎(chǔ)實驗和流行病學研究結(jié)果表明，TRPA1在痛覺的產(chǎn)生及痛覺敏感性增強的病理過程中起重要作用，硬腦膜是顱內(nèi)重要的疼痛感受部位，三叉神經(jīng)主要密集分布于硬腦膜及其血管周圍區(qū)域，免疫組化和原位雜交研究顯示三叉神經(jīng)節(jié)細胞表達TRPA1，部位與TRPV1共表達，陽性細胞主要表達于腦膜神經(jīng)纖維基質(zhì)周圍血管[7,12~14]。大多偏頭痛由內(nèi)源性或外源性藥物引起的頭痛[5]。有文獻[5,12]強調(diào)，在機體接觸某些食物（如酒精、巧克力等）或暴露于特定環(huán)境（如空氣污染、香煙煙霧、寒冷等）等高度異質(zhì)性的一系列觸發(fā)因素中可引起偏頭痛發(fā)作，可能這些物質(zhì)參與內(nèi)源性的細胞膜脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生的氧化應(yīng)激反應(yīng)[16]，也可能這些物質(zhì)作用于感覺神經(jīng)末梢，激活TRPA1受體和/或TRPA1高表達，進而引起一系列神經(jīng)源性炎癥反應(yīng)[8~10,17]。在偏頭痛疾病病理生理機制中，偏頭痛發(fā)作和偏頭痛慢性化可能受一個復雜且相互作用的系統(tǒng)調(diào)控，這一調(diào)控系統(tǒng)中三叉神經(jīng)的外周及中樞痛覺通路激活后引起偏頭痛病人顱內(nèi)痛覺產(chǎn)生和顱內(nèi)血流改變，這些支配血管的感覺神經(jīng)含有大量血管活性物質(zhì)，如SP、CGRP、NO等[7,12,15]。基于偏頭痛發(fā)病機制中的三叉神經(jīng)血管學說，緩激肽、前列腺素、低PH值、炎癥分泌物等致炎因子可以直接或間接興奮TRPA1離子通道，激活的離子通道參與傷害性沖動傳導，即從初級感受神經(jīng)傳入纖維傳遞到二級神經(jīng)元即三叉神經(jīng)脊束尾側(cè)核、丘腦等中樞感受器而產(chǎn)生疼痛感覺[1,12,14]。致炎因子也可通過化學敏感神經(jīng)傳入纖維，興奮TRPA1受體，促使CGRP、SP、神經(jīng)激肽A、速激肽等血管活性物質(zhì)釋放，從而調(diào)節(jié)相應(yīng)神經(jīng)血管支配的硬腦膜血流增加和腦血管通透性增加，且血管活性物質(zhì)影響硬腦膜肥大細胞，促使細胞釋放類胰蛋白水解酶激活硬腦膜的化學感受器，形成硬腦膜-TRPA1-神經(jīng)活性物質(zhì)正反饋機制，從而加重偏頭痛發(fā)作和偏頭痛慢性化形成[7,12,16]。

對于顱外組織接受到疼痛等傷害性刺激后興奮顱內(nèi)初級感覺神經(jīng)分支，促使硬腦膜相應(yīng)部位釋放血管活性神經(jīng)肽。研究[7,18]表明，通過吸入有害物質(zhì)（如氯化銨、丙烯醛、芥末油、傘桂酮等）刺激三叉神經(jīng)支配的鼻黏膜上的TRPA1、TRPV1受體，激活的受體將傷害性信號通過三叉神經(jīng)支配的鼻黏膜傳入纖維側(cè)支傳遞到硬腦膜及腦血管，促使腦膜血管舒張，最終誘發(fā)偏頭痛發(fā)作。然而，上述反應(yīng)的確切機制仍有待進一步研究明確。文獻報道[17~19]，菊科類藥物（如小白菊）作為TRPA1的部分激動劑，具有抗偏頭痛作用的一種生物活性化合物，通過小白菊藥物初步適度激活TRPA1受體，促使該受體保持穩(wěn)定持久的脫敏狀態(tài)和感覺神經(jīng)元（包括腦膜三叉神經(jīng)末梢）機能的喪失，從而內(nèi)外源性刺激均不可刺激組織釋放CGRP等血管活性物質(zhì)，起到通道依賴性鎮(zhèn)痛作用[19]。推測小白菊等菊科類藥物可能具有阻止偏頭痛急性期三叉神經(jīng)血管-CGRP系統(tǒng)血管舒張過程的作用，起到治療偏頭痛發(fā)作的效果[20]。目前，TRPs受體拮抗劑治療偏頭痛的研究少見，且缺乏臨床療效報道案例和大型流行病學研究。以TRPA1為靶點的基礎(chǔ)實驗和臨床研究可能為未來治療偏頭痛和預防慢性化等頭痛疾病藥物的研究開辟新方向。

目前關(guān)于偏頭痛相關(guān)疾病的相關(guān)活性物質(zhì)主要有：CGRP、多巴胺、SP等物質(zhì)，但根據(jù)目前國內(nèi)外研究可知，此類物質(zhì)在偏頭痛發(fā)作時升高，發(fā)作后下降，也有報道發(fā)作時不升高，個體間的差異不同，沒有統(tǒng)一的診斷水平，且此類生物活性物質(zhì)半衰期過短，其檢測方法不統(tǒng)一，不同研究結(jié)果差異較大[1~4]。根據(jù)目前偏頭痛發(fā)病機制的研究可知，三叉神經(jīng)炎癥學說占據(jù)主要位置，相關(guān)活性物質(zhì)激活三叉神經(jīng)微血管系統(tǒng)，可促進中樞即外周的神經(jīng)元敏感性改變，參與偏頭痛的痛覺發(fā)生及調(diào)控過程[1,2]。研究證實，TRPA1物質(zhì)半衰期長，易于化驗檢測和TRPA1水平在一定時間段的演變，且根據(jù)其功能及參與偏頭痛發(fā)病過程，具有一定的敏感性和特異性，但目前缺少臨床試驗證據(jù)[2,20]。有研究針對偏頭痛遺傳因素遺傳學標志物檢測，偏頭痛基因因素包括單基因致病和多基因或多因素相互作用結(jié)果，存在易變性和復雜性，目前尚未見明確基因報道[3,19]。國外有研究顯示，通過表觀遺傳學標志物中DNA甲基化或組蛋白修飾等調(diào)控基因表達方式探討了CGRP、TRPA1是與偏頭痛發(fā)作有密切關(guān)系的一種生物活性物質(zhì)[7~10]。有研究顯示，外周血細胞TRPA1啟動子區(qū)的甲基化差異與痛覺敏感度有關(guān)，這提示通過外周血細胞的表觀遺傳學變化可揭示偏頭痛發(fā)病機制之一[2,20]。TRPA1在偏頭痛硬腦膜感覺神經(jīng)元上感受傷害性刺激中起到重要作用，通過血液檢測其水平變化、遺傳學相關(guān)技術(shù)（基因測序、表達芯片等）及表觀遺傳學研究方法成熟測定用于偏頭痛的臨床診斷、治療、預測評估，這些具有大量實驗研究意義。

5.結(jié)語與展望

近年來，TRPA1在偏頭痛疾病中的作用及機制，已受到國內(nèi)外研究者越來越多的重視，但TRPA1的激活對偏頭痛發(fā)生發(fā)展的影響尚無定論。大量研究證明TRPA1可作為新型鎮(zhèn)痛藥作用靶點起到鎮(zhèn)痛作用，阻止急性疼痛向超敏狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，目前已有治療神經(jīng)性病理痛疾病相關(guān)藥物進入三期臨床試驗[18]。研究以TRPA1或其作用通路中某一特定環(huán)節(jié)為靶點的新藥物將具有重要的臨床價值與廣泛的應(yīng)用前景，可能為偏頭痛疾病的治療和/或預防提供新思路，同時，也為偏頭痛臨床診療及預后評估的穩(wěn)定、特異及敏感性生物標志物的實驗研究提供思路。

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