TRPC亞家族與慢性疼痛*

孫亞蘭，黃 誠

(贛南醫(yī)學(xué)院 1.2018級(jí)碩士研究生；2.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院；3.疼痛醫(yī)學(xué)研究所，江西 贛州 341000)

疼痛可作為報(bào)警信號(hào)使機(jī)體對(duì)組織損傷產(chǎn)生生理反應(yīng)，這種反應(yīng)對(duì)機(jī)體具有保護(hù)作用。國際疼痛研究協(xié)會(huì)(International Association for the Study of Pain)將疼痛定義為“一種與組織損傷或潛在的組織損傷相關(guān)的不愉快的主觀感覺和情感體驗(yàn)”[1]。疼痛在臨床上已被列為繼體溫、脈搏、血壓、呼吸之后的人體第五大生命體征。慢性疼痛的經(jīng)歷常常導(dǎo)致不良的身體及心理體驗(yàn)，同時(shí)也給家庭和社會(huì)帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。嚴(yán)重的慢性疼痛可導(dǎo)致失能，進(jìn)而影響患者的生活質(zhì)量。面對(duì)頑固性的慢性疼痛和患者對(duì)緩解疼痛的期望，疼痛醫(yī)學(xué)領(lǐng)域仍面臨諸多挑戰(zhàn)。由于慢性疼痛的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前仍是臨床亟待解決的難題。有研究報(bào)道瞬時(shí)受體電位(Transient receptor potential, TRP)通道參與軀體疼痛感覺的調(diào)節(jié)作用[2]。經(jīng)典瞬時(shí)受體電位(TRPC)通道作為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病、疼痛、呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病、癌癥和其它疾病的潛在靶點(diǎn)而備受人們的關(guān)注[3]。越來越多的研究表明TRPC 在慢性疼痛的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。本文主要圍繞TRPC亞家族的組成、激活、組織分布及其對(duì)慢性疼痛的調(diào)節(jié)作用綜述如下。

1 TRPC亞家族的組成

TRPC是哺乳動(dòng)物TRP基因克隆的第一個(gè)亞家族，由7個(gè)成員組成(TRPC1-TRPC7)，根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的相似性，TRPC亞家族可分為TRPC1/4/5、TRPC3/6/7和TRPC2[4]。在人類、猿和猴子中，TRPC2是一個(gè)偽基因，而且TRPC1、TRPC4和TRPC5被認(rèn)為聚集在一起(TRPC1/4/5)而形成同或異聚體通道[3]。TRPC亞家族與大多數(shù)TRP通道相似，均具有六個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域(S1-S6)，由胞質(zhì)N-端區(qū)、C-端區(qū)以及S5和S6段的孔區(qū)組成[5]，通過S5、S6結(jié)構(gòu)域之間的孔隙環(huán)組裝成四聚體，形成功能性離子通道，許多通道具有Ca2+通透性[6]。其中，TRPC3的結(jié)構(gòu)是由α-螺旋組成，S3的長度是其他TRPC成員的兩倍，它延伸到細(xì)胞外并通過非常長的環(huán)連接到S4，并可觀察到糖基化位點(diǎn)[7]。TRPC4的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的同源四聚體，每個(gè)單體由一個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域(TMD)和一個(gè)緊密的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域組成，細(xì)胞溶質(zhì)域由兩個(gè)子域組成，即由四個(gè)錨蛋白重復(fù)(AR1-AR4)和七個(gè)α-螺旋(H1-H7)組成的N端子域，以及包含連接螺旋和螺旋域的C端子域[8]。TRPC5形成了100A、100A、120A對(duì)稱的同源四聚體，四個(gè)單體中的每一個(gè)都可分為緊密胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域和跨膜結(jié)構(gòu)域(TMD)，細(xì)胞溶質(zhì)域由具有錨蛋白重復(fù)域(ARD)的N端區(qū)域和七個(gè)α-螺旋(HLH)組成；C端子域包含連接螺旋和螺旋狀域，跨膜結(jié)構(gòu)域(TMD)由六個(gè)α-螺旋(S1-S6)、一個(gè)TRP結(jié)構(gòu)域和幾個(gè)小螺旋組成，包括孔螺旋、pre-S1肘部、pre-S1螺旋和帶有連接環(huán)的S2-S3連接螺旋[9]。TRPC6的胞質(zhì)C端氨基酸折疊成兩個(gè)長螺旋，即C端螺旋1(CH1)和C端螺旋2(CH2)，CH1從外圍水平運(yùn)行到通道中心，并通過90圈連接到垂直CH2線圈，TRP凹角與CH1之間的氨基酸序列是無序的，這些氨基酸殘基包含六磷酸肌醇(IP6)、鈣調(diào)素和IP3位點(diǎn)[10]。隨著低溫電子顯微鏡的應(yīng)用，更加清晰的展現(xiàn)出TRPC的結(jié)構(gòu)和組成，這將為后續(xù)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 TRPC亞家族的激活

TRP通道的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活是通過神經(jīng)遞質(zhì)和生長因子等來實(shí)現(xiàn)的。它們分別作用于G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor, GPCR)和受體酪氨酸激酶，激活磷脂酰肌醇信號(hào)通路，產(chǎn)生第二信使(IP3, DAG, PKC)促使細(xì)胞質(zhì)Ca2+濃度增加[11-12]，或通過Gα和Gβγ亞單位與通道的結(jié)合直接激活TRP通道[13]。TRPC1、TRPC3、TRPC4、TRPC5、TRPC6和TRPC7通過GPCR刺激被磷酸化的肌醇肽所調(diào)控[14-16]。DAGs可直接激活TRPC2、TRPC3、TRPC6和TRPC7[17]。與其它TRPC亞家族成員(TRPC2、3、6和7)相比，TRPC1/4/5不被DAG激活[3]。其中，TRPC5通過G蛋白偶聯(lián)受體途徑被激活，但它的激活不依賴于La3+和Gd3+[18]。有研究顯示細(xì)胞外的磷脂[19]、重金屬[20]和NO[21]等均可增加TRPC5的活性。在小鼠內(nèi)皮細(xì)胞中，TRPC6通道可以被細(xì)菌脂多糖(LPS)以Toll樣受體4(TLR4)依賴的途徑所激活[22]。

3 TRPC亞家族的組織分布

大量的研究報(bào)道，TRPC亞家族在諸多病理生理機(jī)制中發(fā)揮著重要的作用[23]。TRPC亞家族具有廣泛的組織分布，不僅在腦組織和神經(jīng)組織中表達(dá)，而且在心臟、腎臟、肺、肝臟和腎上腺等周圍組織中也有表達(dá)[24]。RT-PCR研究結(jié)果顯示，TRPC1-TRPC7均可表達(dá)于動(dòng)物的背根神經(jīng)節(jié)(Dorsal root ganglion, DRG)[25]。TRPC4和TRPC5在平滑肌組織及神經(jīng)元中有表達(dá)[13,26]，其中，TRPC5主要在神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)，其在哺乳動(dòng)物大腦區(qū)域如杏仁核、海馬、小腦、大腦皮層和黑質(zhì)中表達(dá)[27]。TRPC5激活后參與并調(diào)節(jié)神經(jīng)突的生長，比如生長錐形態(tài)和樹突形態(tài)[27]。TRPC2主要表達(dá)于兩棲動(dòng)物及熱帶爪蟾的主嗅覺上皮細(xì)胞和犁鼻上皮細(xì)胞[28]。TRPC1是第一個(gè)被克隆的哺乳動(dòng)物TRP通道，在各種組織中廣泛表達(dá)，但其膜表達(dá)模式和通道功能仍存在爭(zhēng)議。

4 TRPC亞家族與慢性疼痛

4.1 TRPC亞家族與神經(jīng)病理性痛傷害性初級(jí)感覺傳入神經(jīng)中的N型鈣通道(Cav2.2)介導(dǎo)中樞末梢的神經(jīng)遞質(zhì)釋放，參與脊髓背角(Spinal dorsal horn, SDH)傷害性疼痛神經(jīng)傳遞網(wǎng)絡(luò)并促進(jìn)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[29]。研究顯示在神經(jīng)損傷后，患側(cè)L4 DRG中TRPC3、4和5的mRNA表達(dá)降低[30]，表明TRPC可能參與神經(jīng)病理性痛。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，于大鼠杏仁核注射TRPC4/C5拮抗劑后，可減輕SNI誘導(dǎo)的神經(jīng)病理性痛[31]。有報(bào)道稱，腹腔注射GSMTX-4(一種TRPC1和TRPC6的抑制劑)可有效減輕角叉菜膠或坐骨神經(jīng)損傷所引起的機(jī)械性痛覺過敏[32]。有研究提示TRP通道在感覺神經(jīng)元中表達(dá)[33]，而且參與調(diào)節(jié)糖尿病所引起的疼痛性周圍神經(jīng)病變[34]，其中，TRPC6參與疼痛的感知和調(diào)節(jié)[35]，它存在于DRG感覺神經(jīng)元中，并且介導(dǎo)正常動(dòng)物的痛覺過敏和痛覺超敏[36]。TRPC6蛋白在糖尿病中高表達(dá)，應(yīng)用TRPC阻滯劑后，DRG中的TRPC6蛋白表達(dá)顯著降低，糖尿病大鼠硫化氫(H2S)所誘導(dǎo)的痛覺過敏得到緩解[37]。此外，TRPC6還可以通過與TRPV4的協(xié)同作用來調(diào)節(jié)機(jī)械刺激和低滲刺激所產(chǎn)生的痛覺過敏[38]。這些結(jié)果提示TRPC亞家族參與并調(diào)控神經(jīng)病理性痛的發(fā)生發(fā)展過程。

4.2 TRPC亞家族與炎性痛炎性痛的特征之一是刺激炎癥區(qū)域的周圍痛覺感受器的敏化[39]。在炎癥過程中，由化學(xué)制劑、損傷或感染所引起的痛覺感受器對(duì)刺激的反應(yīng)發(fā)生了明顯變化，從而導(dǎo)致對(duì)有害刺激(痛覺過敏)的反應(yīng)增強(qiáng)，或?qū)φo害刺激(痛覺異常)的反應(yīng)增強(qiáng)[40]。炎癥介質(zhì)激活的大多數(shù)G蛋白偶聯(lián)受體可觸發(fā)鈣依賴的信號(hào)通路，并刺激初級(jí)傳入神經(jīng)元鈣池操縱的鈣內(nèi)流(Store-operated calcium entry, SOCE)[39]。蜂毒素是蜂毒中的主要多肽，可引起持續(xù)的自發(fā)性疼痛和痛覺過敏，研究證明蜂毒素誘導(dǎo)的炎癥引起的傷害性反應(yīng)涉及TRPC通道的參與[41]。長期應(yīng)用嗎啡治療，脊髓中TRPC6的表達(dá)會(huì)顯著上調(diào)，通過抑制脊髓TRPC6的表達(dá)可以改善嗎啡誘導(dǎo)的鎮(zhèn)痛耐受和痛覺過敏[29]。此外，TRPC6和TRPC1的下調(diào)逆轉(zhuǎn)了對(duì)機(jī)械刺激和低滲刺激產(chǎn)生的痛覺過敏[38]。有實(shí)驗(yàn)表明TRPC5在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)均有表達(dá)[30]，在體內(nèi)，TRPC5與TRPC1 在CD55+成纖維樣滑膜細(xì)胞(Fibroblast-like synoviocytes, FLS)中表達(dá)[42]。在CFA誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎模型中，TRPC5的缺失會(huì)加重關(guān)節(jié)炎癥狀和疼痛[43]。研究發(fā)現(xiàn)TRPC3幾乎在IB4+痛覺感受器中完全表達(dá)，IB4+痛覺感受器是一種大量的C纖維非肽能感覺神經(jīng)元，其參與炎性痛的發(fā)生發(fā)展過程[44]。以上研究提示TRPC亞家族在炎性痛中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

5 TRPC通過對(duì)Ca2+的調(diào)節(jié)參與痛覺的調(diào)制

胞質(zhì)中瞬時(shí)升高的Ca2+是介導(dǎo)細(xì)胞功能的基本信號(hào)。負(fù)責(zé)軀干和四肢疼痛傳入的初級(jí)傳入神經(jīng)元胞體位于背根神經(jīng)節(jié)上，在DRG神經(jīng)元上有多種離子通道，如鈉通道、鉀通道、Ca2+激活的氯通道以及Ca2+激活的非選擇性陽離子通道等[45]。脊髓痛覺傳遞的反應(yīng)性增強(qiáng)可能是由于初級(jí)傳入神經(jīng)元的反應(yīng)性增強(qiáng)，通過打開電壓依賴性Ca2+通道導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)胞吐增加，或由于背角投射神經(jīng)元的突觸后興奮性增強(qiáng)，通過電壓依賴的Ca2+通道，使Ca2+大量流入所誘導(dǎo)[34]。在機(jī)體中各種受體和離子通道可傳遞并處理疼痛信號(hào)，而檢測(cè)和傳輸有害刺激的最重要的離子通道是瞬時(shí)受體電位通道家族。TRPC蛋白是一種功能十分廣泛的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)元件，它通過在不同的空間和時(shí)間上產(chǎn)生的Ca2+以及興奮信號(hào)模式來控制生物功能[23]。電壓依賴性Ca2+通道是Ca2+流入細(xì)胞的主要途徑[34]。當(dāng)疼痛信息從外周傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)時(shí)，P物質(zhì)等傷害性遞質(zhì)通過脊髓背角初級(jí)感覺終端的胞吐作用釋放，這是由位于突觸前神經(jīng)末梢的高閾值電壓致使鏈脲佐菌素(Streptozotocin, STZ)誘導(dǎo)的糖尿病型神經(jīng)病理性痛[46]，表明TRPC可通過對(duì)Ca2+的調(diào)節(jié)參與痛覺調(diào)制過程。

6 小結(jié)與展望

綜上所述，TRPC亞家族的組織分布非常廣泛，其蛋白質(zhì)聚集成非選擇性陽離子通道，通常具有鈣的滲透性，參與多種生理和病理過程[47]。DRG是痛覺傳遞的橋梁，在DRG神經(jīng)元上有大量的離子通道，TRPC亞家族均表達(dá)于DRG中，且參與痛覺的調(diào)制。越來越多的研究顯示，在慢性疼痛的發(fā)生發(fā)展過程中，TRPC亞家族成員的蛋白表達(dá)及mRNA水平隨病程發(fā)展而有所變化。這些證據(jù)均提示TRPC亞家族在疼痛的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，參與并調(diào)控神經(jīng)病理性痛和炎性痛等。

目前，人體在健康或疾病狀態(tài)時(shí)其離子通道的病理生理學(xué)改變，仍然是研究者面臨的極大挑戰(zhàn)。近年來，隨著低溫電子顯微鏡的應(yīng)用，揭示了幾種TRP通道的精細(xì)結(jié)構(gòu)[3]。其中，TRPC亞家族對(duì)Ca2+濃度的調(diào)節(jié)可能是調(diào)控疼痛的主要機(jī)制之一，TRPC亞家族在慢性疼痛中的調(diào)節(jié)機(jī)制比較復(fù)雜，因此，對(duì)TRPC 亞家族的進(jìn)一步研究將有利于疼痛的臨床治療和新藥開發(fā)。