TRPA1/TRPV1在心血管疾病中的作用*

趙 丹，王沛堅，周 鵬

成都醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院 心血管內科(成都 610500)

目前，心血管疾病是導致我國居民死亡人數最多的疾病。高血壓、動脈粥樣硬化、代謝紊亂和衰老等危險因素相互促進，在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。TRP蛋白是一個四聚體結構， 由S1 ～ S6 的6 次跨膜結構域組成，其C 端和N 端均位于細胞膜內。依據 TRP 序列同源性可將哺乳動物中的 TRP 離子通道分為 7 個亞家族即TRPC、TRPM、TRPV、TRPA、TRPML、TRPP 和 TRPN。TRP家族至少有28個成員，參與多種細胞功能，包括感知覺和信號轉導[1]。Ca2+是平滑肌收縮的主要調節(jié)因子，也起到細胞內第二信使和必要的輔助因子酶活性作用。TRP通道的特定生理作用是調控細胞內Ca2+濃度和分布，直接影響多種細胞功能， 參與調節(jié)細胞收縮、舒張、增殖、分化和細胞凋亡等過程，在多種心血管疾病的病理生理學中發(fā)揮重要作用。除Ca2+信號傳導，還有許多其他機制與動脈粥樣硬化有關，例如血小板聚集和生長促進分子和血管活性分子的釋放、脂質積聚、粘附分子、巨噬細胞浸潤、免疫應答、增殖[2-3]。在心肌中，TRP通道參與調節(jié)動作電位波形、起搏、傳導、肌力、Ca2+和Mg2+內流、線粒體功能和適應性重構多種生理功能。此外，TRP通道還參與多種病理機制，如心律失常、缺血再灌注損傷、纖維化、心肌重構、遺傳性心臟病和細胞凋亡[4]。其中， TRPA1 和TRPV1 在氧化應激和組織損傷中發(fā)揮主要作用，分別被稱為“炎癥守門人”[5]和“疼痛分子關口”[6]。本文主要從TRPA1、TRPV1的結構、分布、基本特征以及近年來與心血管疾病有關的實驗研究等進行綜述，以期更好了解TRPA1、TRPV1在心血管疾病中的作用，為進一步研究這類疾病提供新思路。

1 TRPA1的結構及分布

TRPA1由S1 ～ S6 跨膜結構域組成，S6是激活劑及拮抗劑結合的位點[7]。TRPA1因其N 端具有大量特征性錨蛋白重復序列，錨蛋白重復序列是一種調節(jié)蛋白間相互作用的33氨基酸模體，這些重復序列中的半胱氨酸殘基即作為TRPA1激動劑的共價修飾結合靶點[8]。TRPA1激活后可增加Na+、H+、Ca2+等細胞外陽離子內流，其主要生理功能是感受冷、熱和疼痛等傷害性刺激；同時在氧化應激、炎癥、擴張血管等過程中發(fā)揮重要作用。TRPA1屬非選擇性陽離子通道，并兼有受體的功能，可被寒冷刺激 (<17 ℃)，被氧化應激產物、桂皮醛、蒿苯內酯、芥末油和大蒜素等激活[9]。近年研究[10]發(fā)現TRPA1在胰島、胃腸道、心臟和血管中有表達，激活胰島β細胞TRPA1可促進胰島素分泌，激活血管TRPA1可改善血管內皮依賴性舒張功能，激活腸道TRPA1可調節(jié)饑餓激素、 GLP-1等分泌，具有減肥和調節(jié)糖脂代謝的作用。上述研究表明TRPA1具有潛在的保護血管和調節(jié)代謝作用。

2 TRPV1 的結構及分布

TRPV1 是由4 個完全相同亞基組成的四聚體膜蛋白，屬于軀體和內臟組織的傷害性感受器[11]。TRPV1通道對Ca2+、Na+具有選擇性，TRPV1是多模態(tài)傷害感受器，可被多種刺激激活，包括有毒化學物質、機械力、高溫和辣椒素等[12]。TRPV1 通道在HEK細胞中異源表達，可被氧化應激致敏和激活，但并非所有氧化劑都能激活TRPV1，一些氧化劑氧化例如防腐硫柳汞或銅鄰菲啰啉抑制TRPV1激活[13]。TRPV1 主要在感覺神經纖維表達，包括無髓鞘C纖維和薄髓鞘 Aδ纖維中小部分傳入神經[14]。

3 TRPA1與心血管疾病

3.1 TRPA1與心血管疾病相關的動物研究

越來越多證據表明，TRPA1也在某些非神經細胞如內皮細胞中表達，有助于調節(jié)心血管系統(tǒng)功能。應激代謝產物如活性氧 (ROS)和脂質過氧化的特異性代謝產物是TRPA1內源性激動劑。TRPA1可能通過促進Ca2+內流，使細胞內Ca2+增多，激活Ca2+下游CaMKⅡ信號和肥厚相關基因轉錄調控，促進心肌肥厚。針對TRPA1的干預可能通過影響Ca2+內流及其相關信號通路，從而逆轉心肌肥厚的進展[15]。心肌缺血-再灌注導致自由基產生、不飽和醛積累、變異性心絞痛和心肌梗死。Conklin等[16]證實心臟TRPA1賦予心肌細胞對醛積累的敏感性并促進缺血-再灌注損傷的假設。雖然TRPA1敲除小鼠的基礎心血管功能與野生型小鼠相似，但TRPA1敲除小鼠的梗死面積明顯小于野生型小鼠。TRPA1在心肌細胞毒性中的作用已經得到證實，丙烯醛可誘導鈣的積累，而TRPA1拮抗劑HC-030031可顯著減弱這種作用。HC-030031誘導的保護作用在數量上與Na+/Ca2+交換抑制劑SN-6相當，進一步支持了鈣超載在丙烯醛誘導的心肌細胞毒性中的作用。這些數據表明，心肌細胞TRPA1的活化可能參與了缺血-再灌注損傷，預防性給予TRPA1激活劑可減輕大鼠心肌缺血再灌注模型的梗死面積，因此TRPA1可能是降低心肌缺血-再灌注損傷一個新的治療靶點。Zhao等[17]研究發(fā)現動脈粥樣硬化中存在TRPA1依賴的保護特性。在高脂血癥小鼠模型中，抑制TRPA1通道活性促進動脈粥樣硬化的進展，激活TRPA1通道則降低血脂并減輕全身炎癥反應，從而抑制動脈粥樣硬化。研究還發(fā)現TRPA1與膽固醇代謝、炎癥、泡沫細胞形成、動脈粥樣硬化間的聯系，為動脈粥樣硬化及相關代謝紊亂的預防和治療提供了新的靶點。

3.2 TRPA1與心血管疾病相關的細胞研究

TRPA1激活介導神經源性血管舒張。Aubdool等[18]用TRPA1激動劑桂皮醛研究TRPA1介導的體內外周血管舒張機制，發(fā)現除了傳統(tǒng)的神經肽成分外，還需要神經元來源的NOS介導的NO通路；在桂皮醛活化TRPA1的下游，發(fā)現了過氧亞硝酸鹽的一種新作用。Wang等[19]證實阻斷TRPA1可降低M2巨噬細胞的比例，降低促纖維化細胞因子水平改善心肌纖維化，TRPA1抑制劑通過鈣依賴性信號通路和抑制M2巨噬細胞轉化，從而抑制心肌肥厚和纖維化。這些結果表明，TRPA1可能是治療心肌肥厚和纖維化的潛在藥物靶點。Nakamura等[20]研究結果顯示高良姜素和異鼠李素可以強烈激活受體，使HEK293T細胞穩(wěn)定表達TRPA1，膳食類黃酮可在靶器官進行必要的代謝轉化后激活TRPA1。桂皮醛誘導的皮膚血流量變化為評價TRPA1拮抗劑提供了一種安全、無創(chuàng)、可復制的體內靶點參與生物標志物[21]。研究[22]顯示，冠心病組患者單核細胞TRPA1在蛋白水平和mRNA轉錄水平上高于非冠心病組患者，在合并粥樣硬化危險因素高血壓和(或)糖尿病時，單核細胞TRPA1 mRNA 表達升高，原因可能是危險因素加重了粥樣硬化炎癥、氧化應激水平，促進單核細胞參與整個病理生理過程。單核細胞TRPA1 mRNA表達水平與冠脈病變Gensini積分呈正相關,且相關系數較大，TRPA1mRNA轉錄水平可作為評價冠脈病變程度的新指標。桂皮醛可防止高糖介導的心肌細胞氧化應激損傷，而該作用可能與其激活TRPA1上調Nrf2 有關[23]，這些研究進一步支持TRPA1在心血管疾病中的作用。

4 TRPV1與心血管疾病

4.1 TRPV1與心血管疾病相關的動物研究

TRPV1位于心肌細胞線粒體，通過與鈣調神經磷酸酶的相互作用調節(jié)線粒體膜電位。TRPV1通道的激活在缺血后處理的心肌保護作用中必不可少，當失活大鼠心臟上的感覺傳入神經或運用TRPV1受體抑制劑時可顯著減弱缺血后處理的心肌保護作用。Hurt等[24]研究了心肌損傷是否受到TRPV1的調控；以及是否可以通過限制鈣調神經磷酸酶與TRPV1的相互作用來減輕再灌注損傷。鈣離子通過TRP通道進入參與了許多信號通路和細胞功能的激活。內皮細胞的主要功能作用之一是通過釋放多種誘導平滑肌松弛的因子來調節(jié)血管張力。TRP通道在血管通透性中起著相關的作用，血管通透性是基于細胞外和細胞旁通路的過程，后者是由內皮細胞骨架產生的細胞-細胞粘附力和收縮力間的平衡調節(jié)的。研究[25]發(fā)現TRPV1能促血管生成。腹腔注射TRPV1配體吳茱萸堿促進了野生型小鼠體內血管形成，相比之下，TRPV1敲除小鼠誘導的血管生成明顯減少。研究[26]發(fā)現通過抑制鈣調神經磷酸酶與TRPV1的相互作用，可顯著減少再灌注損傷，調節(jié)TRPV1蛋白與鈣調神經磷酸酶的相互作用可限制再灌注損傷。TRPV1基因缺失導致過度炎癥，左室重構、心肌梗死后心功能惡化，提示TRPV1可能通過抑制炎癥和異常組織重構來防止心臟損傷和梗死面積擴大[27]。吳茱萸堿促進人主動脈內皮細胞中TRPV1和內皮細胞(e)NOS的表達，并顯著降低卵清蛋白/鋁缺乏小鼠的炎癥反應。高鹽飲食誘導心肌重塑，導致心力衰竭，與心肌線粒體功能障礙密切相關。Lang等[28]研究發(fā)現長期高鹽飲食導致小鼠心肌肥厚和活動耐量下降，TRPV1基因敲除或高鹽飲食顯著破壞線粒體復合體I氧化磷酸化(OXPHOS)和降低復合體I活性。膳食辣椒素激活TRPV1可改善復合體IOXPHOS水平，影響TRPV1介導的線粒體功能障礙，從而改善高鹽飲食誘導的心臟損害，這可能代表了治療早期心功能不全的新靶點。

TRPV1敲除加重高脂飲食誘導的葡萄糖耐受不良、心臟氧化應激和膠原沉積，加重左室舒張功能障礙[29]。膳食辣椒素增強ApoE-/-高脂飲食喂養(yǎng)小鼠冠狀動脈舒張并延長生存時間,但在TRPV1或UCP2基因敲除小鼠中并未觀察到此現象[30]。研究[31]發(fā)現辣椒素可影響脂質代謝，降低細胞中脂質的蓄積，并抑制動脈粥樣硬化。Tong等[32]研究發(fā)現糖尿病小鼠心臟TRPV1、自噬標志表達減少，自噬溶酶體數量減少，血管緊張素轉換酶Ⅰ、血管緊張素Ⅰ(AGTR1)表達增加。用氯沙坦阻斷血管緊張素Ⅰ模擬了芪力強心介導的心功能改善，減輕心肌纖維化，而血管緊張素Ⅱ在野生型糖尿病小鼠中消除了芪力強心的有益作用，但在TRPV1-/-糖尿病小鼠中沒有。研究者認為芪力強心可能通過調節(jié)AGTR1/ TRPV1而改善糖尿病小鼠心功能。辣椒素類物質同時具有激活TRPV1和調節(jié)脂質代謝的作用，提示其具有作為藥物開發(fā)的可能。TRPV1通過激活上調蛋白激酶A /UCP2可改善內皮細胞線粒體功能障礙，改善冠狀動脈功能障礙，延長動脈粥樣硬化小鼠壽命，補充膳食辣椒素有望成為冠心病的一級預防措施。

4.2 TRPV1與心血管疾病相關的細胞研究

TRPV1通道在心血管系統(tǒng)中表達，并且參與調節(jié)動脈粥樣硬化、充血性心力衰竭、全身性高血壓、肺動脈高壓、失血性休克和血管重構的病理過程，TRPV1通道激活對動脈粥樣硬化和全身性高血壓發(fā)展具有保護作用。此外，激活這些通道可使血管舒張，減少心肌缺血再灌注損傷；同時，激活這些通道可能導致肺動脈高壓進展、出血和血管重塑，表明TRPV1通道的激活在心血管疾病中具有雙重作用[33]。TRPV1在血管平滑肌上表達不均一，部分血管表現出較強的TRPV1免疫染色，而鄰近血管呈陰性。報道[34]稱，TRPV1通道在大鼠主動脈肌細胞中表達，辣椒素激活大鼠離體后肢體的TRPV1通道可導致抵抗性動脈內皮依賴性血管收縮。TRPV1通道的表達在肥厚的小鼠心臟中上調，可能促進心肌肥厚。此外，缺乏TRPV1通道功能的小鼠似乎可以保護其免受壓力超負荷引起的心肌肥厚。予以TRPV1拮抗劑BCTC可防止心肌肥厚小鼠心功能喪失，提示TRPV1可作為心肌肥厚和心力衰竭的干預靶點。

5 TRPA1 與TRPV1 的相互作用

越來越多證據表明，TRPA1和TRPV1在其他細胞中表達，包括平滑肌細胞和內皮細胞。Sadofsky等[35]觀察到TRP通道的激活取決于通道是單獨表達還是共同表達，受體譜可以促使激動劑轉變?yōu)榉羌觿粗嗳?。TRPA1和TRPV1受體共同表達的細胞提供了不同于只表達TRPA1或TRPV1獨特的激活譜。TRPA1和TRPV1可以形成復合物，TRPV1影響TRPA1通道的固有特性。Spahn 等[36]認為TRPA1激活增敏鈣依賴和cAMP/PKA依賴的TRPV1導致 cAMP蓄積效應增強，可能與鈣依賴的腺苷酸環(huán)化酶有關。增加的cAMP可能刺激了催化PKA亞基的釋放，該亞基又促進 TRPV1磷酸化。TRPA1和TRPV1離子通道在心肌細胞蛋白水平上共表達，且均在整個心內膜、心肌和心外膜中表達[37]。交感神經過度興奮是慢性心力衰竭的特征，Adam等[38]發(fā)現，辣椒素應用于麻醉、迷走神經切除、開胸的大鼠肺臟胸膜可增加平均動脈壓、心率和腎交感神經活動，并將這種反應命名為肺脊髓傳入反射。由于TRPV1和TRPA1通道的相似性，作者提出假設，使用特定的TRPA1激動劑刺激CSAR和PSAR會導致心力衰竭大鼠(冠脈結扎模型)的反應增強。在TRPA1激動劑的作用下，心率和腎交感神經活動增加。免疫熒光法、RT-qPCR法和WB法檢測心肌梗死后10～12周心肺脊髓傳入物中TRPA1表達水平，均顯示慢性心衰大鼠TRPA1表達降低，但早期無明顯降低。這些研究結果證明，在慢性心力衰竭中對心肺脊髓傳入TRPA1刺激的反射反應可能減弱。TRPA1和TRPV1間的作用在介導心肌細胞信號事件中具有重要意義。

6 小結與展望

TRPA1和TRPV1離子通道在心肌細胞蛋白水平上共表達，且均在整個心內膜、心肌和心外膜中表達，激活內皮細胞的TRPA1可通過促進NO的釋放改善血管內皮依賴性舒張功能，包括神經源性機制和平滑肌機制。目前研究結論充分展示了TRPA1和TRPV1可能在某些心血管疾病發(fā)生發(fā)展過程中具有一定的作用，相關機制的進一步闡明及其激動劑的開發(fā)利用將為心血管疾病的防治提供新的干預靶點。目前臨床試驗階段沒有TRPA1、TRPV1 拮抗劑，但已有證據顯示，TRPA1、TRPV1 可能會成為心血管疾病治療的新方向。