瞬時受體電位通道在炎癥性腸病抗炎和免疫調(diào)節(jié)機(jī)制中作用的研究進(jìn)展

張英琦 于天源 魯夢倩 劉志鳳 焦 誼 劉 迪

炎癥性腸病(IBD)是一組非特異性的腸道慢性炎性疾病，病變主要累及腸道黏膜及黏膜肌層，病因和發(fā)病機(jī)制尚未闡明。目前IBD已成為全球性疾病，其發(fā)病率呈逐年上升趨勢[1]。在中國，IBD的患病率自1990年至2017年升高了34.54%，已經(jīng)成為中國的常見病和多發(fā)病[2]。內(nèi)臟痛由腸黏膜損傷或炎性反應(yīng)引發(fā)，是IBD患者的常見癥狀[3]。

瞬時受體電位(TRP)通道是一類非電壓依賴性的陽離子通道，在機(jī)體中分布廣泛，參與了疼痛、溫度、機(jī)械感覺等多種病理、生理過程[4]。在溫度、機(jī)械及化學(xué)刺激達(dá)到閾值時，TRP通道可將刺激信號瞬間轉(zhuǎn)換為內(nèi)向電流，導(dǎo)致細(xì)胞功能的興奮性改變。在炎性反應(yīng)期間，TRP通道對刺激更加敏感[5]，因此被認(rèn)為是治療人類炎性疾病的新型靶點(diǎn)。TRP通道包括TRPV、TRPM、TRPA、TRPML、TRPP和TRPC這6個亞族，共28種，其中TRPV1、TRPV4、TRPA1、TRPM8常被報(bào)道參與了IBD的病程[6]。研究顯示，TRP通道可通過調(diào)控炎性因子、趨化因子和免疫細(xì)胞等，在調(diào)控IBD免疫炎性反應(yīng)和內(nèi)臟痛中發(fā)揮重要作用，促進(jìn)或抑制IBD的進(jìn)展[7-9]。本文就TRP通道在IBD免疫炎性反應(yīng)和內(nèi)臟痛中的作用機(jī)制作一探討。

1 TRPV1

TRPV1屬于TRP超家族，可廣泛表達(dá)于中樞神經(jīng)細(xì)胞、外周神經(jīng)細(xì)胞和非神經(jīng)元細(xì)胞。在胃腸道中，TRP通道主要表達(dá)于外源性初級傳入神經(jīng)，也可分布于胃腸道黏膜層、黏膜下層、肌間神經(jīng)層和肌層[10]。TRPV1可被辣椒素、機(jī)械刺激、炎性介質(zhì)、毒熱(>43 ℃)和質(zhì)子(pH<6)等有害刺激激活，產(chǎn)生動作電位和痛感[11]。

TRPV1可參與IBD免疫炎性反應(yīng)的發(fā)病機(jī)制，TRPV1拮抗劑通過抑制TNF-α、IL-2和干擾素-γ(IFN-γ)的釋放，調(diào)節(jié)有絲分裂和T細(xì)胞受體介導(dǎo)的T細(xì)胞活化，以及相關(guān)效應(yīng)細(xì)胞因子的產(chǎn)生[12]。TRPV1在CD4+T細(xì)胞中功能性表達(dá)，可參與T細(xì)胞抗原受體(TCR)誘導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流、TCR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和T細(xì)胞活化。在T細(xì)胞介導(dǎo)的結(jié)腸炎模型中，TRPV1促進(jìn)了T細(xì)胞反應(yīng)和腸道炎性反應(yīng)；而當(dāng)T細(xì)胞中的TRPV1受到遺傳因素或藥物抑制時，結(jié)腸炎的癥狀減輕，因此抑制TRPV1表達(dá)可能是抑制促炎T細(xì)胞反應(yīng)的一種新的治療策略[13]。TRPV1在激活黏膜巨噬細(xì)胞和維持Th17對炎性刺激的免疫反應(yīng)中發(fā)揮了重要作用。TRPV1可通過調(diào)節(jié)結(jié)腸中樹突狀細(xì)胞的數(shù)量和表型，升高結(jié)腸局部促炎細(xì)胞因子的表達(dá)水平，增強(qiáng)Th17免疫反應(yīng)，顯著增加由葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型小鼠的易感性[14]。TRPV1是藥物發(fā)揮抗炎作用的重要介質(zhì)，Martelli等[15]的研究表明，姜黃素可以與TRPV1相互作用，減輕由二硝基苯磺酸(DNBS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型小鼠的腸道炎性反應(yīng)引起的損傷，且這種保護(hù)作用可經(jīng)由TRPV1拮抗劑辣椒堿預(yù)處理而消失。

TRPV1在介導(dǎo)內(nèi)臟痛過程中起著重要作用。炎性介質(zhì)能通過多條信號通路調(diào)控TRPV1的活性，其中Gq蛋白/G蛋白偶聯(lián)受體(Gq/GPCR)通路是炎性介質(zhì)激活TRPV1后產(chǎn)生疼痛的關(guān)鍵途徑。Kumar等[16]研究發(fā)現(xiàn)，Gq/GPCR信號通路通過蛋白激酶C(PKC)通道的磷酸化，激活下游TRPV1介導(dǎo)的由炎性反應(yīng)引起的內(nèi)臟痛。與健康者比較，IBD患者結(jié)直腸黏膜下神經(jīng)元中TRPV1蛋白水平升高，并且與疼痛的嚴(yán)重程度相關(guān)[17-18]。TRPV1是引起內(nèi)臟痛的關(guān)鍵介質(zhì)，TRPV1拮抗劑JYL1421能抑制大鼠結(jié)腸擴(kuò)張并改善結(jié)腸炎性內(nèi)臟痛癥狀，而TRPV1-/-大鼠則未表現(xiàn)出與疼痛相關(guān)的行為反應(yīng)[19-20]。

2 TRPV4

TRPV4可作為滲透壓感受器和溫度感受器，其被無害性溫度(27～35 ℃)、低滲、缺氧、拉伸、pH、花生四烯酸代謝物和佛波醇衍生物等激活后，可介導(dǎo)細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流[21]。TRPV4在肺、胃和腸的上皮細(xì)胞及免疫細(xì)胞中高表達(dá)，廣泛參與炎性反應(yīng)、超敏反應(yīng)和黏膜屏障功能障礙等病理、生理過程。

TRPV4在腸道炎性反應(yīng)防御機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。胃腸道中TRPV4的激活具有促炎作用，IBD患者TRPV4 mRNA表達(dá)水平較健康者顯著升高[22]。由DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞中TRPV4 mRNA表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)了趨化因子和細(xì)胞因子如IL-8、干擾素-γ誘導(dǎo)蛋白-10(IP-10)的釋放。選擇性TRPV4激動劑4αPDD可升高細(xì)胞內(nèi)Ca2+的水平，使趨化因子釋放的劑量依賴性增強(qiáng)，從而增高結(jié)腸黏膜通透性[23]，使上皮和血管的細(xì)胞通透性瞬時增高，而TRPV4-/-小鼠的結(jié)腸炎易感性較低[24]。靜脈注射TRPV4拮抗劑RN1734能顯著降低腸道損傷評分、髓過氧化物酶(MPO)活性和潰瘍評分，緩解結(jié)腸炎的癥狀，這提示可以通過阻斷TRPV4通道以減輕結(jié)腸炎性反應(yīng)[25]。TRPV4的體外激活可導(dǎo)致T細(xì)胞增殖并產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子IFN-γ、TNF-α和IL-2[12]，且與中性粒細(xì)胞黏附、趨化和活性氧的形成密切相關(guān)[26]。TRPV4的激活可導(dǎo)致IL-8、IP-10、遷移誘導(dǎo)蛋白(MIG)和單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)的釋放，表明TRPV4在誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞募集的促炎信號通路中具有潛在作用[23]。在骨髓源性巨噬細(xì)胞中表達(dá)的TRPV4與TNF-α及CXCL2的釋放有關(guān)，可促進(jìn)結(jié)腸炎性反應(yīng)。在血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)的TRPV4可通過活化c-Jun氨基末端激酶(JNK)信號通路，增高血管通透性，從而加重結(jié)腸炎性反應(yīng)[27]。然而另有研究表明，激活TRPV4通道可通過TRPV4-Claudin-7形成鈣信號復(fù)合物，調(diào)節(jié)Claudin-7磷酸化水平，影響Claudin-7在細(xì)胞膜上的聚集能力，改變結(jié)腸上皮細(xì)胞的通透性，抑制炎性反應(yīng)，減輕結(jié)腸上皮屏障功能損傷，起到保護(hù)作用[28]。

TRPV4的激活是介導(dǎo)IBD內(nèi)臟痛的關(guān)鍵途徑之一。激活TRPV4可以引發(fā)內(nèi)臟痛，TRPV4激動劑4αPDD通過特異性激活背根神經(jīng)節(jié)(DRG)神經(jīng)元結(jié)腸投射中的陽離子電流，引起劑量依賴性內(nèi)臟敏感度升高[29]。抑制TRPV4可抑制IBD內(nèi)臟痛覺過敏，在TNBS誘導(dǎo)的動物模型中選擇性阻斷TRPV4通道可減輕與腸道炎性反應(yīng)相關(guān)的內(nèi)臟痛[25]。

3 TRPA1

TRPA1廣泛存在于三叉神經(jīng)、DRG、結(jié)狀神經(jīng)節(jié)中，主要感受傷害性冷刺激。與TRPA1激活相關(guān)的物質(zhì)包括芥子油、異硫氰酸酯、大蒜素、肉桂醛和活性氧等。TRPA1和TRPV1的功能在很大程度上相互關(guān)聯(lián)，TRPA1在絕大多數(shù)表達(dá)TRPV1的感覺神經(jīng)上共表達(dá)，并且兩者均整合了多種有害刺激[30]。

TRPA1在IBD炎性反應(yīng)過程中發(fā)揮促進(jìn)作用。Garrison等[31]認(rèn)為TRPA1既可作為炎性反應(yīng)的“助推器”，又可作為各種炎性介質(zhì)的“探測器”。當(dāng)組織因創(chuàng)傷受損或受到其他刺激時，釋放出的炎性介質(zhì)能夠促使初級傳入感覺神經(jīng)上的TRPA1釋放炎性神經(jīng)肽，發(fā)生神經(jīng)源性炎性反應(yīng)，進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞的壞死與凋亡[32]。TRPA1的激活引發(fā)了腸道炎性反應(yīng)，TRPA1激動劑TNBS誘導(dǎo)釋放的P物質(zhì)和降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)可在小鼠中引起IBD樣癥狀[33]。抑制TRPA1能有效減輕炎性反應(yīng)，TRPA1的特異性拮抗劑能抑制細(xì)胞因子TNF-α、IFN-γ和IL-2的分泌，減輕IBD引起的腸道炎性損傷[34]。但另有部分研究表明TRPA1在IBD患者和小鼠的腸道炎性反應(yīng)中發(fā)揮抑制作用。TRPA1的激活能夠抑制遠(yuǎn)端結(jié)腸組織中TNF-α的表達(dá)，巨噬細(xì)胞中的TRPA1介導(dǎo)了抗炎作用[35]。人或小鼠CD4+T細(xì)胞中缺失的TRPA1通過上調(diào)促炎細(xì)胞因子IFN-γ和IL-2的表達(dá)，使分化為Th1效應(yīng)細(xì)胞的占比增高，從而加重腸道炎性反應(yīng)[36]。

TRPA1的直接激活可引起內(nèi)臟痛覺過敏。有研究表明，TRPA1-/-小鼠可以顯著減輕結(jié)腸炎引起的內(nèi)臟痛[37]。IBD患者的外周血單核細(xì)胞上清液中TNF-α、IL-6、IL-10等水平升高，TRPA1是TNF-α、IL-6介導(dǎo)內(nèi)臟痛的重要物質(zhì)，而TRPA1拮抗劑可消除TNF-α的致炎作用[38]。TRPA1通過促進(jìn)5-羥色胺(5-HT)的釋放調(diào)節(jié)內(nèi)臟敏感性。TRPA1激動劑(異硫氰酸烯丙酯和肉桂醛)通過刺激腸黏膜表面的嗜鉻細(xì)胞升高細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平，促進(jìn)5-HT釋放，增強(qiáng)腸道收縮力。IBD患者的十二指腸活體組織檢查標(biāo)本中的5-HT水平顯著高于健康者，5-HT表達(dá)水平持續(xù)升高可導(dǎo)致結(jié)腸收縮，從而引發(fā)內(nèi)臟痛[39]。因此，TRPA1是結(jié)腸炎所誘發(fā)的內(nèi)臟痛的潛在治療靶點(diǎn)。

4 TRPM8

TRPM8主要分布于三叉神經(jīng)和外周背根神經(jīng)等神經(jīng)元，可作為機(jī)體的冷覺感受器，主要感受非傷害性冷刺激，可以被冷刺激(8～28 ℃)及部分冷卻劑(如薄荷醇)激活[40]。TRPM8可以抑制TRPA1和TRPV1的化學(xué)和機(jī)械感覺反應(yīng)，通過交叉脫敏發(fā)揮保護(hù)作用[41]。

上調(diào)TRPM8表達(dá)可以減輕組織炎性反應(yīng)，降低炎性介質(zhì)對傷害感受器的敏感度。使用TRPM8激動劑治療可顯著減輕對照組小鼠的結(jié)腸炎，而其對實(shí)驗(yàn)組TRPM8-/-小鼠的療效不明顯[42]。在急性結(jié)腸炎模型中，TRPM8可通過局部釋放CGRP對黏膜神經(jīng)纖維起調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而發(fā)揮對先天性免疫細(xì)胞如樹突狀細(xì)胞的保護(hù)作用[43]。此外，TRPM8被激活后，可通過抑制感覺神經(jīng)元釋放神經(jīng)肽減輕實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎的癥狀。巨噬細(xì)胞TRPM8-/-小鼠表現(xiàn)出對DSS的易感性增加，結(jié)腸炎性反應(yīng)加重，表明TRPM8在結(jié)腸炎中可能發(fā)揮保護(hù)作用。小鼠巨噬細(xì)胞中TRPM8的激活誘導(dǎo)了抗炎細(xì)胞因子的分泌，并增強(qiáng)了巨噬細(xì)胞的吞噬作用，而TRPM8基因缺失或藥物阻斷則會導(dǎo)致相反的效果。巨噬細(xì)胞TRPM8-/-小鼠表現(xiàn)出結(jié)腸炎易感性增加[44]。薄荷醇通過激活TRPM8通道，降低結(jié)腸中TNF-α、IL-6、IL-1β和TGF-β的水平發(fā)揮抗炎作用，減輕結(jié)腸損傷[45]。

TRPM8被認(rèn)為在抑制IBD內(nèi)臟疼痛信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有重要作用。在機(jī)體生理狀態(tài)下，TRPM8受體在遠(yuǎn)端結(jié)腸中表達(dá)，其外源性激活能夠降低結(jié)腸平滑肌的收縮性，并且TRPM8的激活能夠減少結(jié)腸的自發(fā)運(yùn)動，在機(jī)體病理狀態(tài)下參與內(nèi)臟痛的產(chǎn)生[46]。有研究表明TRPM8是薄荷醇所誘導(dǎo)的疼痛的主要鎮(zhèn)痛介質(zhì)[47]。但另有研究表明，給予由DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠TRPM8激動劑WS-12，可使內(nèi)臟痛顯著增強(qiáng)，表明TRPM8表達(dá)水平升高可能加劇了結(jié)腸炎的內(nèi)臟痛[44]。

5 討論與展望

TRPV1、TRPV4、TRPA1和TRPM8在IBD免疫炎性反應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用，是IBD潛在的治療靶點(diǎn)。TRP通道可通過調(diào)節(jié)炎性因子、趨化因子、巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞，參與IBD的病理、生理過程。但目前的研究較為表淺，多集中于對常見細(xì)胞因子、免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用，而其具體的作用通路、上下游反應(yīng)機(jī)制、外周神經(jīng)和中樞神經(jīng)的調(diào)控機(jī)制等仍未明確。研究表明，TRP通道的異常表達(dá)、通道敏化或脫敏紊亂，會影響機(jī)體對病理性刺激的反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)疾病[48]。TRP通道對內(nèi)臟傷害性感受器的調(diào)控起著重要作用，是介導(dǎo)內(nèi)臟痛覺過敏的關(guān)鍵途徑[49]。目前TRP通道參與IBD病理、生理過程的機(jī)制尚未完全闡明，需要適當(dāng)結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)如代謝組學(xué)、RNA-seq技術(shù)等，從多層面、多角度、全方位闡釋其作用機(jī)制，為IBD的進(jìn)一步研究提供思路。