TRPV1在周圍神經(jīng)系統(tǒng)及器官功能調(diào)節(jié)中的研究進(jìn)展

儲(chǔ)小飛，薛宸，郭政

(1.山西醫(yī)科大學(xué)麻醉學(xué)院，太原 030001； 2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院麻醉科，太原 030001)

瞬時(shí)受體電位香草酸通道(tansient receptor potential vanilloid，TRPV)亞家族是一類在人體中分布廣泛的四聚體蛋白通道，在細(xì)胞功能以及信號(hào)通路傳遞中扮演重要角色。TRPV亞家族中共有6個(gè)成員，辣椒素受體即TRPV1，是TRPV家族中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)、克隆的成員，也是目前研究最廣泛的通道蛋白[1]。早期的研究結(jié)果顯示，TRPV1作為一種非選擇性陽離子配體門控通道，主要表達(dá)于中、小型傷害性感覺神經(jīng)元，對(duì)環(huán)境溫度變化敏感，當(dāng)環(huán)境溫度≥43 ℃時(shí)，TRPV1通道打開，將熱刺激信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，產(chǎn)生動(dòng)作電位，并傳導(dǎo)痛覺[2]。大量研究已為TRPV1介導(dǎo)痛覺感受器產(chǎn)生動(dòng)作電位、參與疼痛調(diào)制以及痛覺敏感奠定了基礎(chǔ)[3-4]。近年來，關(guān)于TRPV1的功能學(xué)研究也不再僅僅聚焦于痛覺傳遞方面的作用，TRPV1通道的功能、表達(dá)與機(jī)體重要器官功能調(diào)控以及相關(guān)疾病的發(fā)生密切相關(guān)，尤其在機(jī)體體溫、代謝、內(nèi)臟功能調(diào)節(jié)及相關(guān)疾病病理生理機(jī)制方面已成為研究熱點(diǎn)[5-7]。現(xiàn)就TRPV1在周圍神經(jīng)系統(tǒng)及器官功能調(diào)節(jié)中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 TRPV1概述

1.1TRPV1的結(jié)構(gòu) Liao等[8]應(yīng)用低溫電子顯微鏡，初次構(gòu)建了TRPV1結(jié)構(gòu)的原子框架，在低溫電鏡下，TRPV1的結(jié)構(gòu)類似于電壓門控通道，即圍繞著中央離子孔道形成的四聚體結(jié)構(gòu)，TRPV1四聚體的每個(gè)亞基均存在6個(gè)跨膜螺旋(S1～S6)，S1～S6按結(jié)構(gòu)和功能又分為兩部分，即由S1～S4組成的電壓感受器樣結(jié)構(gòu)域以及由各亞基S5與S6之間的疏水基團(tuán)構(gòu)成的環(huán)形螺旋的中央離子孔道域，其中S1～S4提供配體與TRPV1結(jié)合靶點(diǎn)，S4～S6形成的環(huán)形孔道結(jié)構(gòu)域參與通道蛋白構(gòu)象變化，控制閘門開放、關(guān)閉。另外，在S4與S5之間還存在著平行于膜的片狀螺旋-S4-S5連接體，此結(jié)構(gòu)能夠?qū)1～S4區(qū)域電壓傳感器信號(hào)耦合至S5～S6，調(diào)控通道蛋白的激活、開放[8-9]。盡管跨膜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及亞單位與電壓門控離子通道類似，但TRPV1只表現(xiàn)輕微的電壓敏感性，在藥理學(xué)和生物學(xué)特性方面與電壓門控離子通道幾乎沒有共同之處[8,10]。

1.2TRPV1的激活 TRPV1作為一類獨(dú)特的離子通道，是機(jī)體內(nèi)廣泛接受多種物理和化學(xué)信號(hào)的分子傳感器。TRPV1對(duì)辣椒素類化合物以及東茱萸次堿等外源性激動(dòng)劑敏感；此外，一些內(nèi)源性脂質(zhì)代謝產(chǎn)物(脂肪酸酰胺類、花生四烯酸、大麻素樣物質(zhì))、緩激肽、腺苷以及熱(>43 ℃)、酸、疼痛、牽拉等傷害性刺激也可激活TRPV1[2,7]。當(dāng)TRPV1被激活時(shí)，TRPV1構(gòu)象發(fā)生改變，通道開放，對(duì)陽離子(主要為Ca2+)通透性增加，Ca2+等陽離子內(nèi)流產(chǎn)生去極化動(dòng)作電位，同時(shí)觸發(fā)或激活機(jī)體多種重要生理活動(dòng)，如神經(jīng)遞質(zhì)釋放、腺細(xì)胞分泌以及肌肉收縮等[2]。但對(duì)于不同的刺激信號(hào)，激活TRPV1的途徑有所不同。例如，熱激活TRPV1的溫度敏感區(qū)域存在于胞質(zhì)和細(xì)胞外孔區(qū)，質(zhì)子和肽類毒素主要結(jié)合至通道的細(xì)胞外孔區(qū)，辣椒素則結(jié)合于TRPV1的跨膜結(jié)構(gòu)域，發(fā)揮激動(dòng)效應(yīng)[11]。

2 TRPV1與周圍神經(jīng)系統(tǒng)

2.1TRPV1在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的分布 周圍神經(jīng)系統(tǒng)的感覺傳入神經(jīng)元是表達(dá)TRPV1的主要場(chǎng)所。感覺傳入神經(jīng)元是中樞與周圍環(huán)境發(fā)生聯(lián)系的媒介，根據(jù)形態(tài)與功能可分為有髓鞘的Aβ纖維、薄髓鞘的Aδ纖維和無髓鞘的C類纖維，這些神經(jīng)纖維的胞體主要位于背根神經(jīng)節(jié)、三叉神經(jīng)節(jié)以及結(jié)節(jié)神經(jīng)節(jié)中，是接受軀體以及內(nèi)臟感覺傳入的第一級(jí)神經(jīng)元[12]。TRPV1在整個(gè)傷害信號(hào)的傳導(dǎo)途徑均有表達(dá)。在背根神經(jīng)節(jié)和三叉神經(jīng)節(jié)中，TRPV1主要表達(dá)于Aδ和C類神經(jīng)纖維以及中、小型傷害性神經(jīng)元(直徑為40～20 μm)，而在Aβ類神經(jīng)纖維以及大型非傷害性神經(jīng)元中幾乎無表達(dá)[13]。在結(jié)節(jié)神經(jīng)節(jié)、舌咽感覺神經(jīng)節(jié)等內(nèi)臟感覺神經(jīng)元胞體中，TRPV1同樣分布于中、小型神經(jīng)元[14]。多數(shù)表達(dá)TRPV1的傷害性神經(jīng)元同時(shí)表達(dá)降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)、P物質(zhì)等炎性肽類物質(zhì)，部分神經(jīng)元與神經(jīng)生長(zhǎng)因子受體、植物凝集素、P2X3受體(P2X3是嘌呤能受體的一個(gè)亞型)、抗氟酸性磷酸酶以及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體Ret等共定位[14-15]。另外，在皮膚、角膜、關(guān)節(jié)、肌肉、骨膜、呼吸道、胃腸道、血管、心臟、膀胱、尿道等傷害性神經(jīng)末梢分布的區(qū)域均存在TRPV1的表達(dá)[7,16-17]。除感覺神經(jīng)元外，交感神經(jīng)節(jié)以及部分運(yùn)動(dòng)神經(jīng)纖維也表達(dá)TRPV1[13,18]。

2.2TRPV1與周圍神經(jīng)功能 自20世紀(jì)90年代TRPV1從大鼠背根神經(jīng)節(jié)中被克隆以來[2]，人們對(duì)其生物學(xué)功能進(jìn)行了廣泛研究。早期研究認(rèn)為，TRPV1主要表達(dá)于傷害性感覺神經(jīng)元，在體內(nèi)主要參與傷害性信號(hào)的傳導(dǎo)以及痛覺調(diào)制，因此Caterina等[2]最初將TRPV1定義為“疼痛通路中的熱激活離子通道”。然而，越來越多的證據(jù)顯示，TRPV1在其他與痛覺無關(guān)的神經(jīng)元以及非神經(jīng)組織中均有表達(dá)[1,5,7,10]，提示TRPV1不僅是一種痛覺傳感器，而且是作為一種多相感受器參與體內(nèi)多種生理、病理過程。

2.2.1TRPV1與代謝 作為TRPV1的天然激動(dòng)劑，膳食攝入辣椒素可增加飽腹感，加速脂肪組織氧化，增加能量消耗[5]。研究表明，內(nèi)源性脂類代謝產(chǎn)物可激活TRPV1，促進(jìn)前脂肪細(xì)胞分化以及脂肪分布，介導(dǎo)肥胖相關(guān)的炎癥反應(yīng)[19]。但與辣椒素對(duì)機(jī)體代謝產(chǎn)生的顯著益處不同，TRPV1對(duì)于代謝的影響具有更多的復(fù)雜性與不確定性。Motter和Ahern[20]研究顯示，與野生型小鼠相比，TRPV1基因敲除小鼠可以避免由高脂飲食引起的體重增加；但敲除TRPV1基因預(yù)防肥胖僅對(duì)年幼小鼠有作用，對(duì)于大齡小鼠，敲除TRPV1基因則會(huì)導(dǎo)致肥胖[21]。盡管造成這種差異的原因目前尚不清楚，但仍表明TRPV1在幼年期與成年期可能通過不同的機(jī)制影響機(jī)體代謝。

糖尿病是一種以高血糖為特征的代謝紊亂綜合征。TRPV1表達(dá)陽性的感覺神經(jīng)元分布于胰腺、回腸等處，激活時(shí)通過促進(jìn)神經(jīng)末梢釋放Ca2+，并聯(lián)合下游CGRP、P物質(zhì)等神經(jīng)肽類物質(zhì)共同參與胰島素分泌調(diào)節(jié)[22-23]。研究表明，TRPV1表達(dá)陽性的感覺神經(jīng)元以及依賴于TRPV1的神經(jīng)肽均與胰島β細(xì)胞的生理功能、機(jī)體應(yīng)激反應(yīng)、胰島素抵抗等密切相關(guān)，是1型糖尿病病理生理機(jī)制研究中的重要線索[24]。Gram等[25]研究發(fā)現(xiàn)，消融TRPV1表達(dá)陽性的感覺神經(jīng)元后，成年大鼠對(duì)胰島素的敏感性增加，口服葡萄糖后血胰島素水平提高，同時(shí)免疫組織化學(xué)顯示CGRP陽性的神經(jīng)元減少，由此推測(cè)，體內(nèi)TRPV1的持續(xù)激活，引起CGRP、P物質(zhì)的過量釋放，抑制胰島素的釋放，從而削弱靶器官對(duì)胰島素的敏感性。另外，動(dòng)物研究觀察發(fā)現(xiàn)，使用TRPV1拮抗劑有助于控制胰腺炎癥，終止糖尿病進(jìn)展，穩(wěn)定血糖代謝[26-27]。但有研究發(fā)現(xiàn)，與TRPV1基因敲除小鼠相比，以辣椒素喂養(yǎng)的野生型小鼠體內(nèi)胰高血糖素樣肽1及胰島素的釋放量均增加，葡萄糖耐量增加，日血糖水平降低，表明攝入辣椒素可激活TRPV1介導(dǎo)的胰高血糖素樣肽1的分泌，調(diào)節(jié)血糖穩(wěn)態(tài)[22]。

2.2.2TRPV1與體溫調(diào)節(jié) 1878年，人類首次證明了使用辣椒素可以降低動(dòng)物的核心體溫[28]；隨后，TRPV1基因敲除實(shí)驗(yàn)顯示，辣椒素引起的低溫效應(yīng)被顯著削弱[3]。后續(xù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及臨床研究發(fā)現(xiàn)，使用TRPV1激動(dòng)劑產(chǎn)生的低體溫效應(yīng)與辣椒素相似[29]；而且多數(shù)TRPV1拮抗劑治療某些疾病時(shí)出現(xiàn)了發(fā)熱、體溫過高等不良反應(yīng)[30]，小部分TRPV1拮抗劑還可使體溫降低[31]，表明TRPV1與體溫調(diào)節(jié)之間的機(jī)制復(fù)雜。

TRPV1在下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞以及外周均有分布，因此TRPV1主要通過兩種途徑影響體溫：外周的TRPV1通道被激活，并通過調(diào)節(jié)自主神經(jīng)系統(tǒng)影響體溫；中樞神經(jīng)系統(tǒng)中能夠進(jìn)行溫度檢測(cè)和(或)整合溫度調(diào)節(jié)傳入信號(hào)的TRPV1被激活，從而影響體溫[32]。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，使用不透過血腦屏障的選擇性TRPV1拮抗劑仍可引起發(fā)熱反應(yīng)，說明TRPV1拮抗劑作用位點(diǎn)在外周[33]。外周應(yīng)用一代TRPV1拮抗劑引起的體溫升高主要通過收縮血管、減少散熱等自主御寒反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，而應(yīng)用某些二代TRPV1拮抗劑引起的降溫效應(yīng)可能與二代TRPV1拮抗劑只作用于辣椒素激活域，避開了質(zhì)子、熱激活域，而引起肌肉等部位質(zhì)子緊張性激活TRPV1有關(guān)[31]。中樞的TRPV1溫度調(diào)節(jié)效應(yīng)復(fù)雜，且缺乏適合下丘腦傳感器分子標(biāo)記，因此無法證實(shí)TRPV1是否介導(dǎo)下丘腦神經(jīng)元的溫度調(diào)節(jié)。研究顯示，辣椒素灌胃的小鼠核心體溫降低，視前區(qū)c-fos的表達(dá)增加，顯示TRPV1與中樞體溫調(diào)節(jié)有關(guān)[6]。

3 TRPV1與器官功能調(diào)節(jié)

3.1TRPV1與尿路 人類的尿路由大量辣椒素敏感的C類神經(jīng)纖維支配，這些神經(jīng)纖維既具有感覺傳入功能，也具有傳出功能。感覺傳入功能包括感知疼痛、調(diào)節(jié)排尿閾值，而傳出功能包括調(diào)控神經(jīng)元的興奮性、平滑肌的節(jié)律性以及炎癥狀態(tài)下血漿蛋白的滲出[34]。研究表明，分布于膀胱內(nèi)皮下的TRPV1陽性神經(jīng)纖維可維持低閾值膀胱纖維的正常興奮性；位于黏膜層與肌層之間的神經(jīng)纖維可能維持膀胱張力；膀胱肌層、尿道肌層中TRPV1參與調(diào)節(jié)膀胱、逼尿肌收縮[34-36]。部分表達(dá)TRPV1的神經(jīng)末梢分布于尿路上皮，激活后可直接誘導(dǎo)尿路上皮釋放ATP，ATP可非選擇性地作用于平滑肌中的P2X1受體，介導(dǎo)膀胱收縮反應(yīng)，ATP還可與傳入神經(jīng)上的P2X3受體結(jié)合，參與維持膀胱充盈時(shí)的機(jī)械感覺[37]。病理?xiàng)l件下，一些炎癥介質(zhì)(如ATP、緩激肽、前列腺素)可影響TRPV1的表達(dá)水平以及通道活性，導(dǎo)致內(nèi)臟感覺神經(jīng)敏化，從而引起一些下尿路癥狀(如膀胱過度活動(dòng)癥、神經(jīng)源性逼尿肌過度活動(dòng)征)，使用TRPV1拮抗劑或敲除小鼠的TRPV1基因可顯著減輕這些癥狀[29]。在人類膀胱癌中，TRPV1的激活有抑癌作用。Zheng等[38]發(fā)現(xiàn)，辣椒素激活TRPV1后可以活化樹突狀細(xì)胞，阻斷膀胱癌系5637細(xì)胞增殖細(xì)胞核抗原向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)位生長(zhǎng)，從而誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡，使用TRPV1特異性拮抗劑——辣椒平則可以扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象。

3.2TRPV1與氣道 支配氣道的感覺神經(jīng)元對(duì)有害刺激敏感，激活后可誘發(fā)咳嗽、打噴嚏等氣道保護(hù)性反射。研究表明，在咽、氣管、支氣管、肺泡以及周圍血管等部位存在大量表達(dá)TRPV1的感覺神經(jīng)纖維，這些感覺神經(jīng)的激活可參與防御性氣道保護(hù)[39]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，使用TRPV1拮抗劑可以劑量依賴性地抑制辣椒素誘發(fā)的咳嗽反應(yīng)或降低氣道咳嗽反射對(duì)辣椒素的敏感性[40-41]。TRPV1參與介導(dǎo)咳嗽反射的可能機(jī)制包括：①TRPV1作為咳嗽反射的感受器，當(dāng)它被溫度、辣椒素、質(zhì)子、炎癥介質(zhì)等激活時(shí)，介導(dǎo)Ca2+和Na+的快速內(nèi)流，導(dǎo)致神經(jīng)元去極化和神經(jīng)沖動(dòng)的產(chǎn)生；②C型纖維的后續(xù)激活釋放神經(jīng)肽(如P物質(zhì)和CGRP)，以誘發(fā)神經(jīng)源性炎癥，使咳嗽敏感性增加，同時(shí)，釋放的P物質(zhì)和CGRP也能誘導(dǎo)組織水腫和氣道平滑肌肉收縮，間接激活視黃酸受體而引發(fā)咳嗽；③TRPV1激活誘導(dǎo)的炎癥介質(zhì)釋放可能是增強(qiáng)咳嗽反射的一個(gè)因素[1]。另外，TRPV1的表達(dá)與呼吸道疾病有關(guān)，研究顯示，慢性咳嗽患者氣道感覺神經(jīng)中TRPV1表達(dá)增加[42]。TRPV1-I585V單核苷酸多態(tài)性與兒童哮喘風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，具有此種基因多態(tài)性的患者咳嗽、喘息的風(fēng)險(xiǎn)降低[43]。

3.3TRPV1與心血管 在心血管系統(tǒng)中，TRPV1在感覺神經(jīng)支配的心外膜、心肌、大血管、周圍血管等處均有廣泛表達(dá)，激活后可促進(jìn)CGRP、P物質(zhì)等神經(jīng)肽的釋放，對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)大的保護(hù)作用[7]。大量研究證據(jù)支持TRPV1通道的激活與血管收縮功能、血管重構(gòu)、血管迷走反射(貝亞反射)有關(guān)，可參與調(diào)節(jié)動(dòng)脈血壓，延緩動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展，介導(dǎo)缺氧、缺血預(yù)處理、后處理心肌保護(hù)、缺血再灌注損傷保護(hù)以及遠(yuǎn)端缺血后依賴的心臟保護(hù)作用[7,44-45]。近年的研究表明，糖尿病心肌易損性增加也可能與TRPV1/CGRP、P物質(zhì)表達(dá)下調(diào)有關(guān)，進(jìn)一步揭示了TRPV1在內(nèi)源性心血管保護(hù)機(jī)制中的重要作用[46-47]。盡管TRPV1對(duì)心血管的保護(hù)作用已得到人們的廣泛認(rèn)可，但TRPV1的激活也可能與肺動(dòng)脈高壓、心力衰竭等心血管疾病有關(guān)。Martin等[48]證實(shí)了TRPV1通道在大鼠肺動(dòng)脈平滑肌遷移中的關(guān)鍵作用，指出TRPV1可作為治療持續(xù)性肺動(dòng)脈高壓的潛在靶點(diǎn)。Song等[49]研究表明，肺動(dòng)脈高壓患者肺動(dòng)脈平滑肌Ca2+信號(hào)增強(qiáng)，TRPV1通道數(shù)量以及活性均較正常人上調(diào)。目前TRPV1在心力衰竭中的作用并不明確。有研究顯示，TRPV1缺失可造成心肌梗死后炎癥過度活動(dòng)、不對(duì)稱心室重構(gòu)以及心功能惡化[50]。另有研究表明，表達(dá)TRPV1的傳入神經(jīng)持續(xù)激活可以促進(jìn)心肌梗死后心肌纖維化，導(dǎo)致不良心室重構(gòu)[51]，而使用TRPV1拮抗劑可以抑制心室和心肌細(xì)胞肥大，恢復(fù)心功能[52]。

4 小 結(jié)

TRPV1作為一種在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛分布的多相感受器，可以直接或間接被各種配體激活，引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+升高，觸發(fā)動(dòng)作電位，傳遞傷害性信號(hào)。同時(shí)，TRPV1的激活還伴隨著細(xì)胞內(nèi)一系列信號(hào)通路的激活，引起廣泛的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)，促進(jìn)相應(yīng)的生理和病理功能調(diào)節(jié)。隨著對(duì)TRPV1研究的不斷深入，TRPV1在痛覺傳導(dǎo)以外的作用逐漸引起人們的關(guān)注。由于TRPV1與多種疾病的發(fā)病相關(guān)，推測(cè)TRPV1具有成為治療靶點(diǎn)的可能性。但在代謝、體溫調(diào)節(jié)、器官功能調(diào)節(jié)中，TRPV1相關(guān)的作用機(jī)制目前尚未明確，仍需進(jìn)一步研究。