瞬時感受器電位M2在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病炎癥通路調(diào)控中作用機制的研究進展

胡輝 龔麗芬 江佩芳

中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）疾病包括阿爾茨海默病、缺血性腦損傷、多發(fā)性硬化等。神經(jīng)炎癥反應主要表現(xiàn)為膠質(zhì)細胞活化、炎癥介質(zhì)增加，是上述疾病共有且突出的病理特征之一[1]，與疾病嚴重程度及患者預后密切相關。瞬時感受器電位M2（transient receptor potential melastatin-2，TRPM2）是 CNS 中最常見的瞬時感受器電位（transient receptor potential，TRP）蛋白，廣泛分布于CNS各個部位及多種細胞中。正常情況下，TRPM2作為非選擇性鈣離子通道，參與調(diào)節(jié)多種特定生理功能。當存在CNS疾病時，TRPM2通道大量開放，引起過度的神經(jīng)炎癥反應，加重病理損害，但其相關分子機制尚未闡明。本文就TRPM2的生物學特征及生理功能、在CNS疾病中的作用、調(diào)控炎癥通路的分子機制以及TRPM2抑制劑的相關研究進展作一綜述。

1 TRPM2的生物學特征及生理功能

TRPM2基因（之前稱為TRPC7和LTRPC2）位于染色體21q22.3上[2]。TRPM2蛋白結(jié)構(gòu)包括6個跨膜結(jié)構(gòu)域，在第5、6結(jié)構(gòu)域之間形成孔環(huán)，具有離子通道和通道門控功能。C端和N端均位于細胞內(nèi)，C端含有高度保守的TRP盒、盤繞結(jié)構(gòu)域、獨特的腺苷二磷酸核糖（adenosine diphosphate ribose，ADPR）、焦磷酸酶活性的NUDT9-H結(jié)構(gòu)域；N端含有IQ樣基序，后者在調(diào)節(jié)通道激活中起重要作用[3]。TRPM2在人體中廣泛分布，在CNS以及心、肺、肝、胰腺等臟器中均有TRPM2表達[4-5]。在細胞層面，包括神經(jīng)元、小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞、巨核細胞等也有TRPM2表達[6-10]。TRPM2參與機體免疫、胰島素分泌、感受和溫度覺等生理功能的調(diào)節(jié)。據(jù)報道，TRPM2在神經(jīng)元的發(fā)育、突觸的可塑性、海馬角CA3～CA1區(qū)突觸傳遞中起重要作用[11]，還參與大腦的衰老過程[9-10]。TRPM2通道除了作為質(zhì)膜通道存在于細胞膜上，亦存在于溶酶體室，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)鈣的轉(zhuǎn)運[12]。TRPM2通道可被ADPR、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）、Ca2+、H2O2、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、TNF-α等多種刺激物激活。

2 TRPM2在CNS疾病中的作用

2.1 缺血性腦損傷 常見的缺血性腦損傷疾病有腦卒中、慢性低灌注腦損傷、新生兒缺血缺氧性腦病等，當腦組織缺血損傷后會產(chǎn)生一系列刺激物，如ROS、H2O2、細胞因子、自由基、谷氨酸、蛋白酶等[9]。上述刺激物部分可直接激活神經(jīng)元TRPM2通道調(diào)控神經(jīng)元凋亡，還可以激活膠質(zhì)細胞TRPM2通道，促進神經(jīng)炎癥的發(fā)生，加重病情。大鼠腦缺血模型實驗結(jié)果顯示，在造模后1～4周大鼠膠質(zhì)細胞TRPM2 mRNA表達增加，進而促進細胞因子的分泌和釋放[13]。有實驗建立慢性腦低灌注小鼠模型，發(fā)現(xiàn)TRPM2基因敲除小鼠的細胞因子（TNF-α、IL－6、IL-1β）水平和活化的小膠質(zhì)細胞數(shù)量均低于野生型小鼠[14]，認知功能障礙和腦白質(zhì)損傷較野生型小鼠明顯減輕，提示TRPM2通過調(diào)控神經(jīng)炎癥反應來加重慢性腦低灌注損傷相關的認知功能損害。在新生小鼠缺氧缺血性腦損傷模型研究中，TRPM2+/－和 TRPM2－/－小鼠與相應的野生型小鼠對照，糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β） 的去磷酸化水平降低，星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞活化程度減輕，梗死體積明顯縮小，行為學異常減輕，提示TRPM2基因的缺失對缺血缺氧性腦損傷起神經(jīng)保護作用[15]。有意思的是，TRPM2基因的缺失僅對雄性動物有保護作用，這可能與雄激素信號和多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）通路的激活有關[16]。

2.2 阿爾茨海默病 阿爾茨海默病是一種與年齡相關的神經(jīng)退行性疾病，發(fā)病率逐年上升，是老年癡呆癥最常見的原因。β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）沉積是阿爾茨海默病的主要致病因素[7]。小膠質(zhì)細胞在阿爾茨海默病中具有雙重作用：一方面，通過調(diào)節(jié)吞噬細胞清除Aβ來發(fā)揮保護作用；另一方面，當這種功能隨著年齡的增長而下降時，過多的Aβ可誘導小膠質(zhì)細胞的衰老和慢性活化，導致大量ROS和促炎因子產(chǎn)生，這些細胞因子是阿爾茨海默病發(fā)病的重要因素。近年來，國外學者通過體外實驗研究TRPM2通道在Aβ42誘導的小膠質(zhì)細胞活化和細胞因子生成中的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當Aβ42濃度為10～300 nmol/L時，小膠質(zhì)細胞活化增強；另外通過TRPM2基因敲除或藥物抑制TRPM2通道可減輕Aβ42誘導的小膠質(zhì)細胞活化形態(tài)學改變和TNF-α生成[17]。眾所周知，淀粉樣蛋白前體/早老蛋白1小鼠模型的病理特點包括Aβ過量生成、海馬和大腦皮層淀粉樣沉積、突觸喪失、小膠質(zhì)細胞活化、年齡相關性空間記憶嚴重受損等。Ostapchenko等[18]通過建立淀粉樣蛋白前體/早老蛋白1小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，TRPM2-/-小鼠較野生型小鼠在Aβ沉積方面未見明顯差異，但逆轉(zhuǎn)了Aβ誘導的突觸喪失、小膠質(zhì)細胞活化和記憶障礙。以上結(jié)果提示TRPM2促進了阿爾茨海默病小膠質(zhì)細胞活化、突觸喪失和認知損傷的發(fā)生。

2.3 多發(fā)性硬化癥 多發(fā)性硬化癥是以脫髓鞘和軸突損傷為特征的CNS慢性炎癥性疾病。實驗性自身免疫性腦脊髓炎（experimental allergic encephalomyelitis，EAE）動物模型是一種常用的多發(fā)性硬化癥模型。Tsutsui等[19]構(gòu)建了EAE小鼠模型，通過骨髓移植和應用TRPM2抑制劑（咪康唑）觀察TRPM2在EAE發(fā)病中的作用，結(jié)果顯示TRPM2基因敲除小鼠較野生型小鼠表現(xiàn)出較低的小膠質(zhì)細胞和中性粒細胞浸潤，TRPM2基因敲除小鼠的趨化因子配體2分泌在第14天顯著降低；此外，野生型小鼠發(fā)病后腹腔注射咪康唑，可減輕其EAE的嚴重程度。

2.4 神經(jīng)性疼痛 脂多糖/IFN-γ可誘導脊髓內(nèi)的小膠質(zhì)細胞激活及周圍神經(jīng)炎癥的產(chǎn)生，可刺激趨化因子配體2和誘導型一氧化氮的產(chǎn)生，但上述過程可被TRPM2基因敲除所抑制。Haraguchi等[20]利用野生型/TRPM2基因敲除骨髓嵌合小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞和脊髓小膠質(zhì)細胞中表達的TRPM2參與炎癥及神經(jīng)性疼痛的發(fā)病機制，加重神經(jīng)性疼痛患者外周和中樞的前感受器炎癥反應。這些結(jié)果提示TRPM2參與神經(jīng)性疼痛的誘導和持續(xù)。

2.5 癲癇 目前關于TRPM2與癲癇的研究甚少。Katano等[21]報道青少年肌陣攣性癲癇相關的編碼EF手形蛋白的基因EFHC1與TRPM2在海馬神經(jīng)元和腦室細胞中共表達，EFHC1突變可干擾R型電壓依賴性鈣通道和TRPM2介導的Ca2+內(nèi)流，參與青少年肌陣攣性癲癇的強直陣攣發(fā)作。本課題組近期通過建立戊四唑癲癇小鼠模型進行研究，結(jié)果顯示TRPM2基因敲除小鼠較野生型小鼠表現(xiàn)出更輕的病理損害（膠質(zhì)細胞活化和神經(jīng)元變性）和學習記憶能力損傷[22]。

3 TRPM2調(diào)控炎癥通路的分子機制

TRPM2通道的開放需要同時滿足兩個條件：第一，TRPM2通道的激動劑，如ROS、ADPR等；第二，TRPM2的完全激活高度依賴于細胞內(nèi)或細胞外Ca2+的存在，ADPR誘導的TRPM2電流在無Ca2+的情況下明顯降低[23]。缺氧、炎癥和組織損傷導致外源性煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）和 ROS在腦內(nèi)積累，然后ROS通過產(chǎn)生ADPR來激活TRPM2通道。氧化應激可能通過兩種途徑產(chǎn)生ADPR。在第一條途徑中，ROS/RNS導致DNA損傷和多聚ADPR聚合酶和多聚ADPR醇化酶的激活,隨后前兩者協(xié)同作用，將NAD轉(zhuǎn)化為ADPR的聚合物，這些聚合物隨后被降解為ADPR單體，然后單體ADPR作為胞內(nèi)配體激活TRPM2通道[24]。第二種機制是NUDT9 ADP Rase將NAD分解為線粒體內(nèi)的ADPR。NAD可通過外顯酶CD38轉(zhuǎn)換為ADPR和環(huán)腺苷二磷酸核糖（cyclic adenosine diphosphoribose，cADPR）[25]。CD38是一種在造血和非造血細胞中廣泛表達的多功能外生酶，是ADPR的一個重要酶源。細胞外ADPR可與G蛋白偶聯(lián)的嘌呤能受體結(jié)合，通過G蛋白釋放Ca2+和磷脂酶C途徑增加Ca2+，進而產(chǎn)生三磷酸肌醇。此外，H2O2還可以穿過質(zhì)膜，從線粒體中動員ADPR，H2O2和CADPR都能與ADPR協(xié)同激活TRPM2通道。鈣離子是內(nèi)信使，在可興奮細胞和非興奮細胞的功能活動中發(fā)揮重要作用。細胞內(nèi)Ca2+的增加將激活不同的生理過程，包括通過Ca2+依賴的信號通路（如促分裂素原活化蛋白激酶、NF-κB）來激活基因表達。Ca2+過載還可能導致細胞凋亡。

近年來TRPM2介導的Ca2+信號通路在介導小膠質(zhì)細胞活化、促炎癥介質(zhì)生成和神經(jīng)炎癥中的作用受到廣泛關注。小膠質(zhì)細胞的激活是由于ROS產(chǎn)生和PARP-1激活而引起的TRPM2活性增加所致。目前報道小膠質(zhì)細胞TRPM2通道調(diào)控炎癥通路的分子機制有以下5種：（1）溶血磷脂酰膽堿是一種在生理和各種病理條件下內(nèi)源性產(chǎn)生的炎性磷脂，能誘導細胞外Ca2+內(nèi)流，同時通過TRPM2通道激活p38，導致小膠質(zhì)細胞活化[26]；（2）L-丁硫氨酸-S，R-磺基通過抑制谷氨酰胺半胱氨酸連接酶介導的谷胱甘肽合成，引起谷胱甘肽耗竭，導致氧化應激，激活TRPM2通道，激活p38、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal regulated kinase，ERK）和 cjun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）絲裂原活化蛋白激酶信號和NF-κB通路，驅(qū)動TNF-α、IL-6的表達[27]；（3）暴露于脂多糖/IFN-γ，可誘導 NOx 介導的ROS生成和TRPM2通道的激活，通過TRPM2通道激活Ca2+敏感的富酪氨酸激酶PYK_2及其下游的p38和JNK，觸發(fā)誘導型一氧化氮的表達和一氧化氮的生成[28]；（4）Aβ42暴露可通過蛋白激酶C/非選擇性NADPH氧化酶介導的ROS生成、PARP-1的激活和ADPR的產(chǎn)生來誘導TRPM2通道的激活。TRPM2介導的Ca2+及PYK_2和MEK/ERK是進一步激活TRPM2通道的正反饋機制。TRPM2介導的Ca2+信號能誘導TNF-α表達[17]；（5）TRPM2介導的Ca2+內(nèi)流激活NLRP3炎性小體，隨后激活Caspase-1[29]，Caspase-1通過切割親IL-1β轉(zhuǎn)化為具有生物活性的IL-1β。以上這些機制的發(fā)現(xiàn)，為深入了解TRPM2在小膠質(zhì)細胞活化和神經(jīng)炎癥中的作用提供了理論依據(jù)。

4 TRPM2抑制劑

目前抑制TRPM2通道的藥物尚未用于臨床患者的治療。N-［對戊基肉桂基］鄰氨基苯甲酸、益康唑、克霉唑等對TRPM2通道均有一定的抑制作用，但這些藥物對TRPM2通道抑制是非特異性的，可帶來與TRPM2無關的額外效果，例如N-［對戊基肉桂基］鄰氨基苯甲酸可抑制TRPC6和TRPM8等TRP家族中其他成員以及抑制氯離子通道[30]；霉唑能抑制鉀通道[31]。近年來發(fā)現(xiàn)了幾種新型的化合物TRPM2抑制劑，且在實驗應用中取得了不錯的效果，可能具有一定的應用前景。8Br-ADPR是一種改良的ADPR類似物，已被證明能抑制ADPR激活的鈣內(nèi)流至小鼠中性粒細胞和樹突狀細胞[32]。Luo等[33]合成了一種新的ADPR類似物，體外實驗證實能選擇性抑制TRPM2通道電流，而不影響TRP家族其他蛋白，如TRPM7、TRPM8、TRPV1。ATT M2NX 是一種與 TRPM2蛋白C端NUDT9-H結(jié)構(gòu)域相似的細胞通透性肽，在腦梗死前或損傷后3 h內(nèi)使用，可減少大腦中動脈短暫閉塞后的鈣內(nèi)流，從而縮小腦梗死面積[34]。

5 小結(jié)

綜上所述，TRPM2抑制劑可減輕缺血性腦損傷、阿爾茨海默病等CNS疾病的神經(jīng)炎癥反應。目前部分文獻提供不同CNS疾病模型小膠質(zhì)細胞TRPM2通道激活，促進炎癥介質(zhì)產(chǎn)生的可能分子機制，伴隨著TRPM2抑制劑的不斷研發(fā)，TRPM2有可能作為CNS疾病治療的重要靶點之一。但由于TRPM2在體內(nèi)廣泛分布，除小膠質(zhì)細胞外其他中樞神經(jīng)細胞上TRPM2表達以及TRPM2抑制劑的潛在不良反應等方面也需要進一步研究明確。