神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械敏感性TRP通道與疼痛

崔媛媛，金曉航，邱忠營(yíng)，王曉龍，王蘭，史娟

（1西安醫(yī)學(xué)院組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室暨基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究所，西安710021；2西京學(xué)院醫(yī)學(xué)院，西安710123；3第四軍醫(yī)大學(xué)人體解剖與組織胚胎學(xué)教研室暨梁銶琚腦研究中心，西安710032）

從低等細(xì)菌到高等哺乳動(dòng)物，所有生物個(gè)體都會(huì)受到來(lái)自外界環(huán)境和自身內(nèi)部機(jī)械刺激的影響，生物體將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)換為生物信號(hào)的過(guò)程稱為機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)。機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)于細(xì)胞的生長(zhǎng)、遷移、分化和凋亡等過(guò)程至關(guān)重要，其異?？赡軙?huì)引發(fā)多種疾病。生物體完成機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本結(jié)構(gòu)之一就是機(jī)械敏感性離子通道（mechanosensitive channel，MSC），它是一種進(jìn)化保守的膜蛋白，存在于幾乎所有的原核和真核細(xì)胞上，該類通道能通過(guò)感受細(xì)胞膜張力的變化進(jìn)而改變離子通道的開閉，在觸覺(jué)、聽覺(jué)、肌肉伸展和滲透壓等多種機(jī)械感受過(guò)程中發(fā)揮作用[1]。目前研究較多的MSC有：DEG/ENaC通道、Piezo通道、K2P通道和TRP通道等，本文將重點(diǎn)介紹TRP通道及其在機(jī)械性痛中的研究進(jìn)展。

1 TRP通道概況

1975年，Minke等人最先在果蠅的視覺(jué)傳導(dǎo)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了trp基因，因該基因突變體的光感受器僅產(chǎn)生瞬時(shí)而非Ca2+依賴的持續(xù)性感受器電位，喪失了Ca2+依賴的光適應(yīng)性，故而得名瞬時(shí)感受器電位（transient receptor potential，TRP）。至今，TRP通道家族的成員已超過(guò)30個(gè)，包括7個(gè)亞家族：TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPP、TRPML和TRPN[2]。

TRP通道家族成員的結(jié)構(gòu)具有高度相似性：6個(gè)疏水的跨膜蛋白構(gòu)成跨膜結(jié)構(gòu)域（S1-S6），其間有一個(gè)類似離子通道樣的孔道結(jié)構(gòu)，允許Ca2+、Na+等陽(yáng)離子通過(guò)。TRP通道的C端和N端都位于胞質(zhì)內(nèi)，其中N端結(jié)構(gòu)保守且在各物種中同源性較高，通常是由多個(gè)錨蛋白重復(fù)序列構(gòu)成，可能在調(diào)節(jié)胞內(nèi)鈣庫(kù)Ca2+的釋放、連接TRP通道和細(xì)胞骨架，以及四聚體的形成中具有重要作用；而C端則變異性較大，主要參與調(diào)節(jié)TRP通道的特性和功能，一般會(huì)形成多個(gè)結(jié)構(gòu)域，如TRP結(jié)構(gòu)域、脯氨酸序列、PKA/PKC調(diào)節(jié)位點(diǎn)和CaM/IP3結(jié)合位點(diǎn)等。盡管TRP通道各成員具有相似的一般結(jié)構(gòu)，但功能的差異也反映出其結(jié)構(gòu)的特異性：如N端的錨蛋白重復(fù)序列，在TRPV和TRPC亞家族成員有3～5個(gè)，TRPA和TRPN有8～29個(gè)，而TRPM、TRPML和TRPP則一個(gè)都沒(méi)有；在C端，TRPV沒(méi)有脯氨酸序列，TRPML和TRPP則沒(méi)有TRP結(jié)構(gòu)域[3]。

TRP通道廣泛分布于從低等微生物到高等脊椎動(dòng)物幾乎所有的器官中，參與興奮性和非興奮性細(xì)胞在視、聽、觸、熱和滲透壓等多種感覺(jué)中對(duì)不同刺激形式的轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程，其機(jī)制可能與TRP通道能被多種細(xì)胞內(nèi)、外信號(hào)激活有關(guān)，也可能與該通道能形成同源或異源四聚體，進(jìn)而參與構(gòu)成復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合體有關(guān)。

2 機(jī)械敏感性TRP通道與痛覺(jué)

大量研究表明，多種形式的機(jī)械刺激能激活或調(diào)控某些TRP通道，現(xiàn)將部分機(jī)械敏感性TRP通道與痛覺(jué)的關(guān)系介紹如下（表1）。

表1機(jī)械敏感性TRP通道Tab. 1 Mechanosensitive TRP channels

2.1 TRPV1

TRPV1是首個(gè)被成功克隆的TRP通道，也是目前研究最多，機(jī)制較為清楚的TRP通道之一。TRPV1高表達(dá)于神經(jīng)系統(tǒng)，除機(jī)械刺激外，還能被多種物理或化學(xué)刺激激活，因而又稱多覺(jué)感受器。

多項(xiàng)研究指出，TRPV1 的N端剪切變體在脊椎動(dòng)物腦內(nèi)滲透壓感受神經(jīng)元中有豐富表達(dá)，該分子能作為一種血管加壓素（AVP）神經(jīng)元和終板血管下器（OVLT）神經(jīng)元的滲透壓轉(zhuǎn)導(dǎo)通道的分子實(shí)體，感受腦脊液滲透壓的變化，被高滲刺激激活而被低滲刺激抑制[10,11]。類似的，異源轉(zhuǎn)染TRPV1剪切變體的神經(jīng)細(xì)胞也可被生理范圍內(nèi)變化的高滲刺激活化，而來(lái)源于TRPV1-/-小鼠的單個(gè)下丘腦神經(jīng)元喪失的滲透壓感受功能，也可在表達(dá)TRPV1剪切變體后得以恢復(fù)[5]，提示TRPV1可能是腦內(nèi)滲透壓感受器的核心成分。

TRPV1還參與了痛覺(jué)中的機(jī)械性感受。如在角叉菜膠誘導(dǎo)的炎性痛模型中，可觀察到急性期小鼠雙側(cè)后足均出現(xiàn)明顯機(jī)械性痛敏，而經(jīng)同樣處理的TRPV1-/-小鼠則無(wú)類似反應(yīng)；預(yù)先注射了TRPV1拮抗劑辣椒平（CPZ），再給予角叉菜膠的野生小鼠雙側(cè)后足的機(jī)械性痛敏顯著減輕[12]。研究還發(fā)現(xiàn)在由軀體感覺(jué)神經(jīng)的原發(fā)損傷或疾病引起的神經(jīng)病理性痛中，往往有感覺(jué)神經(jīng)元內(nèi)TRPV1表達(dá)的明顯改變。如在糖尿病神經(jīng)病理性痛模型大鼠出現(xiàn)明顯機(jī)械性痛敏的同時(shí)，其背根神經(jīng)節(jié)（DRG）神經(jīng)元內(nèi)的TRPV1蛋白表達(dá)相應(yīng)增加；給予TRPV1拮抗劑CPZ或釕紅（RR）均能有效緩解動(dòng)物的機(jī)械性痛行為[13]。另有研究證實(shí)，通過(guò)IL-6/JAK/PI3K/TRPV1信號(hào)通路，TRPV1還參與了癌痛中機(jī)械性痛敏的發(fā)展和維持[14]。

經(jīng)典的TRPV1拮抗劑有：CPZ、RR、碘化樹膠脂毒素（I-RTX）[15]等，其中CPZ和RR分別是TRPV1最常用的特異性和非特異性拮抗劑之一。近年來(lái)，一些化合物如NEO6860被發(fā)現(xiàn)不僅能有效阻斷TRPV1通道，而且不會(huì)出現(xiàn)體溫升高等副作用[16]。

2.2 TRPV4

TRPV4是近年來(lái)研究較多的TRPV亞家族的另一個(gè)成員，最早是作為一種滲透壓感受器被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樵撏ǖ揽杀恍∮?0 mOsm的滲透壓刺激所激活。TRPV4在體內(nèi)分布廣泛，在神經(jīng)系統(tǒng)中，該分子既可作為滲透壓感受器存在于視網(wǎng)膜和腦室周圍器官[4]，還可作為機(jī)械敏感性陽(yáng)離子通道表達(dá)在感覺(jué)神經(jīng)元DRG中[9]。與TRPV1相似，TRPV4也能被機(jī)械刺激、滲透壓和多種理化刺激激活，因而亦屬多覺(jué)感受器。

研究證實(shí)，低滲引發(fā)Src激酶依賴性的TRPV4酪氨酸殘基磷酸化或磷脂酶A2（PLA2）依賴的花生四烯酸途徑，最終可形成TRPV4的內(nèi)源性激動(dòng)劑環(huán)氧二十碳三烯酸（EET），是該刺激形式活化TRPV4的途徑。如在視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞中，當(dāng)水經(jīng)水通道蛋白（AQP4）流入細(xì)胞內(nèi)，引發(fā)胞膜牽張反應(yīng)，促使?fàn)繌埫舾行缘腜LA2和EETs激活TRPV4，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，繼而加重細(xì)胞的腫脹，這一結(jié)果表明TRPV4能提高M(jìn)üller細(xì)胞對(duì)滲透壓變化的敏感性[4]。

TRPV4是一種機(jī)械感受器，在機(jī)械性痛敏的維持中發(fā)揮重要作用。如在角叉菜膠或多種炎性介質(zhì)誘發(fā)的炎性痛模型中，動(dòng)物表現(xiàn)出的明顯機(jī)械性痛行為可在注射TRPV4特異性寡核苷酸后緩解，而經(jīng)同樣處理的TRPV4-/-小鼠則并未表現(xiàn)出明顯的機(jī)械性痛敏[17]。類似的，硫酸鎂皮下注射誘導(dǎo)的炎性機(jī)械性痛敏也能被TRPV4的拮抗劑RN-1734緩解[18]。另外，在DRG慢性壓迫（CCD）模型中觀察到的大鼠明顯的機(jī)械性痛敏，會(huì)在注射TRPV4激動(dòng)劑4α-PDD后增強(qiáng)，而在給予拮抗劑RR后減輕[19]。我們前期的研究也證實(shí)在糖尿病誘導(dǎo)的神經(jīng)病理性痛模型中，當(dāng)DRG神經(jīng)元中TRPV4的表達(dá)被降低后，小鼠表現(xiàn)出的機(jī)械性痛敏可減輕[9]。

常見的TRPV4非特異性拮抗劑有：RR、釓（Gd）和鑭（La）等，而一些化學(xué)合成物，如RN-1734、HC067047和GSK2193874等可被用作TRPV4的特異性拮抗劑[20]。最新研究發(fā)現(xiàn)，甲酮衍生物可作為TRPV4的特異性拮抗劑在CFA誘導(dǎo)的動(dòng)物機(jī)械性痛中發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[21]。

2.3 TRPA1

TRPA1最早于2003年在感覺(jué)神經(jīng)元DRG和三叉神經(jīng)節(jié)（TG）中被發(fā)現(xiàn)，曾命名為ANKTM1，是哺乳動(dòng)物TRPA亞家族的唯一成員。神經(jīng)系統(tǒng)中，TRPA1除了高表達(dá)于薄髓Aδ和無(wú)髓C纖維外，還存在于Aβ纖維，提示該分子在傷害性感受和機(jī)械性感受中發(fā)揮作用[22]。

TRPA1被認(rèn)為是具有機(jī)械性感受潛能的分子之一，可能與其具有多個(gè)錨蛋白重復(fù)序列的N端有關(guān)，這個(gè)非同一般的長(zhǎng)N端能形成機(jī)械刺激和TRPA1通道間的“橋梁”，發(fā)揮調(diào)控通道開放的作用[23]。研究發(fā)現(xiàn)利用高滲液處理大鼠DRG神經(jīng)元后，有單通道電流產(chǎn)生，而其特性類似于用異硫氰酸烯丙酯（allylisothiocyanate，AITC）激活TRPA1時(shí)產(chǎn)生的電流，且該電流能被TRPA1的拮抗劑RR和樟腦所阻斷[6]，表明TRPA1可能參與了滲透壓變化引發(fā)的機(jī)械感受。

在機(jī)械刺激引發(fā)的疼痛反應(yīng)中，TRPA1也發(fā)揮著重要作用。研究證實(shí)利用藥物干預(yù)該分子的表達(dá)或功能，均能有效緩解動(dòng)物的機(jī)械性痛行為。如TRPA1的拮抗劑AP18能抑制完全弗氏佐劑（CFA）注射后誘發(fā)的機(jī)械性痛敏[24]；Chembridge-5861528能有效緩解由糖尿病或神經(jīng)損傷所致神經(jīng)病理性痛動(dòng)物的機(jī)械性痛行為[25]；HC-030031則能顯著降低燒傷后的機(jī)械性痛敏[26]；A967079對(duì)TRPA1的拮抗作用提示了內(nèi)源性增加丙酮醛引發(fā)的糖尿病機(jī)械性痛和熱痛的機(jī)制，可能是通過(guò)調(diào)節(jié)外周感覺(jué)神經(jīng)元的TRPA1進(jìn)行的[27]。此外，TRPA1還參與了內(nèi)臟的機(jī)械性痛。如環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的膀胱炎模型大鼠有明顯的膀胱激惹和機(jī)械性疼痛表現(xiàn)，對(duì)TRPA1蛋白檢測(cè)發(fā)現(xiàn)脊髓背角該分子的表達(dá)較對(duì)照組顯著升高，在給予TRPA1拮抗劑HC-030031后，上述激惹和疼痛癥狀均能有效緩解[28]。

最早的TRPA1拮抗劑如RR、慶大霉素、阿米洛利和Gd，均屬于非特異性的[29]；而如上述提到的一些小分子化合物HC-030031、Chembridge-5861528、AP18和A967079等，則作為特異性拮抗劑被研發(fā)并應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究，促進(jìn)了TRPA1的功能學(xué)發(fā)展。

2.4 TRPC1

TRPC1是首個(gè)被克隆的與果蠅TRP通道同源性較高的TRPCs亞家族成員，高表達(dá)于神經(jīng)系統(tǒng)的腦和感覺(jué)神經(jīng)節(jié)。TRPC1通道可在機(jī)械刺激、受體或細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)清空作用下開放，導(dǎo)致胞內(nèi)鈣離子濃度升高和胞膜去極化，進(jìn)而引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)多種生理和病理變化。

TRPC1具有一定的機(jī)械敏感性，通過(guò)對(duì)蛙卵母細(xì)胞施以輕吸刺激的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該分子表達(dá)于細(xì)胞后可增加胞膜上牽張激活的通道數(shù)目，而利用反義RNA處理細(xì)胞則可減少內(nèi)源性表達(dá)的TRPC1和牽張激活通道的活性[7]。近年來(lái)研究還發(fā)現(xiàn)TRPC1的機(jī)械敏感性影響神經(jīng)元的發(fā)育，如在神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)錐上表達(dá)的TRPC1蛋白，可能通過(guò)調(diào)控軸突生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)觸碰物的機(jī)械性感受和軸突的生長(zhǎng)方向，影響軸突的生長(zhǎng)[30]。利用環(huán)磷酰胺制備的大鼠膀胱炎模型，可觀察到在支配膀胱的DRG神經(jīng)元中，TRPC1蛋白表達(dá)呈升高趨勢(shì)，且DRG神經(jīng)元的外周突對(duì)膀胱的感覺(jué)支配增強(qiáng)，表現(xiàn)為膀胱粘膜層中有大量出芽終末出現(xiàn)，而在TRPC1/TRPC4基因雙敲除小鼠中并不出現(xiàn)上述現(xiàn)象，也沒(méi)有明顯的膀胱激惹[31]，這表明TRPC1可能是膀胱機(jī)械性感受的重要分子之一。

關(guān)于TRPC1在疼痛研究中的報(bào)道相對(duì)較少。Alessandri-Haber等人[9]的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，利用特異性寡核苷酸同時(shí)降低小鼠DRG神經(jīng)元中TRPC1、TRPC6和TRPV4的表達(dá)，能顯著緩解糖尿病和紫杉醇誘導(dǎo)的神經(jīng)病理性痛模型小鼠的機(jī)械性痛敏以及滲透壓刺激引起的痛敏；而利用抑制劑阻斷TRPC1和TRPC6通道后，機(jī)械性痛敏也可顯著緩解，這些結(jié)果提示TRPC1和TRPC6可能協(xié)同參與機(jī)械性痛敏的發(fā)生發(fā)展。

目前TRPC1的研究中尚無(wú)特異性拮抗劑，但利用合適的復(fù)合物、抗體或小分子亦可對(duì)TRPC1進(jìn)行抑制性調(diào)控，如2-APB、Gd、La、GsMTx-4和SKF96365等[9]都被作為TRPC1的非特異性拮抗劑應(yīng)用。

2.5 TRPC6

1997年TRPC6基因首次在小鼠腦內(nèi)被克隆，又名TRP6。該分子廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，但表達(dá)量少于其他TRPCs。TRPC6通道可被G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）和受體酪氨酸激酶（RTK）通過(guò)磷脂酶C（PLC）途徑激活，亦可直接被二?；视停―AG）以不依賴蛋白激酶C（PKC）的方式激活[32]。

在人胚腎細(xì)胞系中異源表達(dá)的TRPC6可因負(fù)壓或低滲液體的刺激而被激活，是該分子具有機(jī)械敏感性的直接證據(jù)[8]。但長(zhǎng)期以來(lái)，TRPC6機(jī)械敏感性的具體機(jī)制卻仍不清楚。雖然心臟、血管和腎臟是TRPC6機(jī)械敏感性研究的熱門，但越來(lái)越多的研究正聚焦于該分子在神經(jīng)系統(tǒng)，尤其是發(fā)育學(xué)領(lǐng)域中的作用。如實(shí)驗(yàn)證實(shí)在培養(yǎng)的小腦顆粒細(xì)胞上，BDNF誘導(dǎo)生長(zhǎng)錐化學(xué)趨向性的改變與TRPC3和TRPC6介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流有關(guān)[33]。TRPC6還被證實(shí)參與了神經(jīng)元突觸可塑性的改變。貫葉金絲桃素（Hyperforin）是一種TRPC6激動(dòng)劑，能調(diào)控PC12細(xì)胞和海馬神經(jīng)元的樹突棘形態(tài)變化，并促進(jìn)樹突生長(zhǎng)，其機(jī)制可能是通過(guò)Ras/MEK/ERK、PI3K/Akt和CaMKIV多個(gè)信號(hào)通路完善了突觸可塑性[34]。TRPC6的機(jī)械敏感性在痛覺(jué)中的研究報(bào)道較少，除了上述提到的可與TRPC1和TRPV4一起參與了痛覺(jué)感受器的敏化和機(jī)械性痛敏的發(fā)生外[9]，最新研究顯示，多次注射嗎啡后，可觀察到脊髓中TRPC6的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)均上調(diào)，且因嗎啡引起的耐受和機(jī)械性痛敏會(huì)在阻斷TRPC6通道后得到顯著緩解[35]，這些新發(fā)現(xiàn)為TRPC6的生理病理功能研究開辟了新的領(lǐng)域。

通常La、Gd、2-APB、GsMTx-4、SKF96365和克霉唑等可作為TRPC6的非特異性拮抗劑應(yīng)用于研究[36]。而ML-9，一種氯萘衍生物，因能有效抑制TRPC6通道的活動(dòng)，而對(duì)其進(jìn)化關(guān)系很近的TRPC7卻呈增強(qiáng)效應(yīng)，故被用作TRPC6相對(duì)特異的抑制劑[37]。

3 結(jié)論

機(jī)械敏感性是一種進(jìn)化保守的感覺(jué)形式，細(xì)胞通過(guò)一套行之有效而又復(fù)雜多變的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑感受內(nèi)、外環(huán)境的機(jī)械刺激，其中離子通道是最終將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)系統(tǒng)可以識(shí)別的電信號(hào)的“效應(yīng)器”。研究機(jī)械敏感性離子通道在痛覺(jué)中的作用，將為機(jī)械性痛敏提供新的研究方向和重要的理論支持。

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