瞬時(shí)受體電位通道在疼痛中作用的研究進(jìn)展

張 俊，宋必衛(wèi)

（1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二醫(yī)院，浙江杭州 310005；2.浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，浙江 杭州 310014）

瞬時(shí)受體電位（transient receptor potential，TRP）通道由700～2000個(gè)氨基酸殘基組成，是位于細(xì)胞膜或胞內(nèi)細(xì)胞器膜上的一類重要的非選擇性陽(yáng)離子通道。TRP通道最早發(fā)現(xiàn)于果蠅的視覺(jué)系統(tǒng)，因突變體果蠅對(duì)持續(xù)的光刺激只產(chǎn)生瞬時(shí)而非持續(xù)的鋒電位而得名［1］。至今已在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)28個(gè)TRP通道家族成員，根據(jù)氨基酸序列同源性不同，TRP通道分為TRPA〔錨蛋白（ankyrin）家族，1個(gè)成員〕、TRPC〔經(jīng)典（canonical）家族，7個(gè)成員〕、TRPP〔多囊蛋白（polycystin）家族，3個(gè)成員〕、TRPM〔前列腺特異性基因黑素抑素（melastatin）家族，8個(gè)成員〕、TRPML〔黏脂蛋白（mucolipin）家族，3個(gè)成員〕和TRPV〔香草醛類（vanilloid）受體家族，6個(gè)成員〕6個(gè)亞族［2］。TRP通道參與人體多種重要的生理病理過(guò)程，如心血管、神經(jīng)、炎癥、代謝和腫瘤等［3］。近年來(lái)，有關(guān)TRP通道的研究越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注，已成為離子通道領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)之一。

國(guó)際疼痛研究聯(lián)合會(huì)（International Associa?tion for the Study of Pain）將疼痛定義為組織損傷或潛在組織損傷所引起的不愉快感覺(jué)和情感體驗(yàn)。疼痛的發(fā)生是由各種傷害性刺激（熱、化學(xué)和機(jī)械刺激等）通過(guò)激活背根神經(jīng)節(jié)（dorsal root ganglion，DRG）和三叉神經(jīng)節(jié)（trigeminal ganglion，TG）中的疼痛感受器，并將其轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動(dòng)，經(jīng)外周傳入神經(jīng)的Aδ和C纖維傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，最后在大腦皮質(zhì)整合而成［4］。近年來(lái)，諸如TRP通道、ATP、酸敏感離子通道和壓電離子通道等已被證實(shí)與疼痛相關(guān)［5］。在這些通道中，研究最熱門的當(dāng)屬TRP通道。目前已發(fā)現(xiàn)6個(gè)TRP通道家族的亞型（TRPV1～V4，TRPM8和TRPA1）在疼痛感受器中表達(dá)。

1 TRP通道概述

1.1 TRP通道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

TRP通道由6個(gè)跨膜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和胞內(nèi)氨基、羧基殘端結(jié)構(gòu)域組成。典型的TRP通道是一個(gè)同源或異源四聚體，每個(gè)亞基含有6個(gè)跨膜片段（S），其中S5與S6跨膜結(jié)構(gòu)域之間形成內(nèi)嵌的孔道區(qū)域，Ca2+等多種陽(yáng)離子由此通過(guò)，兩側(cè)的羧基（C）端和氨基（N）端均位于膜內(nèi)。不同亞家族胞內(nèi)區(qū)的保守結(jié)構(gòu)域差異很大。TRPV1的C端包含一個(gè)TRP通道結(jié)構(gòu)域，N端包含3個(gè)錨蛋白重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域（ankyrin repeat domain，ARD）；其N端的T116，T114和T370能被蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）磷酸化，使其活性改變。其他TRP通道家族成員的N端一般含有3～4個(gè)ARD，而TRPA1的N端存在至少14個(gè)ARD，且包含2個(gè)螺旋的鈣結(jié)合域。TRPM8的N端具有數(shù)個(gè)TRP通道結(jié)構(gòu)域，而不包含ARD；其C端含有TRP通道結(jié)構(gòu)域和卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域。因各個(gè)TRP通道亞家族的結(jié)構(gòu)存在差異，其調(diào)控機(jī)制及功能也各不相同。

1.2 TRP通道的組織分布

TRP通道家族分布廣泛，存在于包括大腦和脊髓等的神經(jīng)組織以及包括心、肝、腎、肺、胃腸道、前列腺和膀胱等的非神經(jīng)組織［6］。表達(dá)TRP通道的細(xì)胞類型亦多種多樣，包括神經(jīng)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等。在與疼痛相關(guān)的TRP通道中，TRPV1主要分布于TG和DRG的中、小直徑肽能感覺(jué)神經(jīng)元。TRPA1常與TRPV1共表達(dá)。TRPV2主要分布于DRG的中、大直徑感覺(jué)神經(jīng)元。TRPV3和V4在外周感覺(jué)神經(jīng)元和皮膚角化細(xì)胞表達(dá)水平較高。TRPM8分布于TG和DRG的小直徑神經(jīng)元，且在TG中的表達(dá)比在DRG中高。

1.3 TRP通道的離子通透性

離子通道是位于細(xì)胞膜上、能調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)運(yùn)特異離子穿膜的通道。TRP通道為非選擇性陽(yáng)離子通道，允許Na+，K+，Ca2+和Mg2+等多種陽(yáng)離子通過(guò)，其中Ca2+通透性最高。不同的TRP通道對(duì)Ca2+的通透性存在差異［7-8］。TRPV5和V6對(duì)Ca2+具有高通透性（PCa2+/PNa+＞100），相比之下，TRPV1～V4 對(duì)Ca2+的通透性相對(duì)較弱（PCa2+/PNa+≤10）。而TRPA1對(duì)Ca2+和Mg2+的通透性相同（PCa2+/PMg2+=1.4）。TRPM8的PCa2+/PNa+為1～3。TRP通道的這種Ca2+高通透性被認(rèn)為與位于孔道中的帶負(fù)電荷的天冬氨酸殘基（Asp621）有關(guān)，具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究［9］。

2 TRP通道在疼痛中的作用

2.1 TRP通道與疼痛感受器

在傷害性刺激存在的情況下，疼痛相關(guān)TRP通道能通過(guò)多種機(jī)制被激活，繼而影響疼痛感受器對(duì)傷害性刺激信號(hào)的傳導(dǎo)。關(guān)于TRP通道影響疼痛感受器的機(jī)制，有學(xué)者進(jìn)行了總結(jié)［10］：①在生理溫度、輕度至中度酸性和氧化應(yīng)激條件下，TRP通道被局部激活；②減少TRP通道脫敏，使活化時(shí)間延長(zhǎng)；③由于TRP通道蛋白的表達(dá)增加和運(yùn)輸?shù)侥け砻娴牡鞍自龆?，通道活化增?qiáng)；④Ca2+和其他細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子使通道活化，發(fā)生交叉致敏；⑤增強(qiáng)TRP通道蛋白的基因表達(dá)和相關(guān)mRNA翻譯?？傊?，以上過(guò)程導(dǎo)致疼痛感受器興奮和放電時(shí)間的延長(zhǎng)。

這些復(fù)雜的過(guò)程是外周疼痛轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的基礎(chǔ)，抑制疼痛相關(guān)TRP通道的激活是新型鎮(zhèn)痛藥物研發(fā)的新策略。

2.2 TRP通道與病理性疼痛

病理性疼痛按起因可分為炎癥性疼痛、神經(jīng)病理性疼痛和功能性疼痛［11］。功能性疼痛更多的是患者精神因素或心理障礙所導(dǎo)致，無(wú)明確的病變。但目前尚未有研究報(bào)道TRP通道參與功能性疼痛的發(fā)生。

2.2.1 TRP通道與炎癥性疼痛

炎癥以紅、腫、熱、痛和功能障礙為主要癥候。炎癥性疼痛主要指炎癥部位受到機(jī)械性刺激所引起的疼痛，而這種刺激誘導(dǎo)的疼痛特指炎性痛覺(jué)過(guò)敏。炎癥介質(zhì)（如緩激肽、組胺、花生四烯酸、白細(xì)胞介素1、腫瘤壞死因子α和神經(jīng)生長(zhǎng)因子等）直接或間接激活TRP通道，使其敏化，疼痛感受器的興奮閾值下調(diào)，對(duì)刺激反應(yīng)性增加，引發(fā)痛覺(jué)過(guò)敏［12］。

大量研究證明，炎癥性疼痛的發(fā)生很大程度上與辣椒素受體TRPV1有關(guān)。在完全弗氏佐劑誘導(dǎo)的炎癥性疼痛模型中，脊髓背角和DRG中的TRPV1表達(dá)顯著增加［13］。炎癥介質(zhì)能通過(guò)多種途徑調(diào)控TRPV1的活性，其中Gq蛋白/G蛋白偶聯(lián)受體（Gq/G protein-coupled receptors，Gq/GPCR）途徑是炎癥介質(zhì)激活TRPV1后產(chǎn)生炎癥性疼痛的關(guān)鍵途徑。Kumar等［14］使用膜片鉗和鈣成像技術(shù)進(jìn)行了剖析，發(fā)現(xiàn)TRPV1激活下游的Gq/GPCR途徑后只產(chǎn)生了比較微小的電流，這與典型的外源性刺激TRPV1后產(chǎn)生強(qiáng)電流明顯不同。此外，他們還證明了Gq/GPCR信號(hào)下游的2條途徑，即蛋白激酶C介導(dǎo)的通道磷酸化途徑和脂氧合酶介導(dǎo)的內(nèi)源性TRPV1激活劑產(chǎn)生，只有當(dāng)這些途徑都作用于TRPV1時(shí)，炎癥介導(dǎo)的疼痛反應(yīng)才會(huì)發(fā)生。最近Jo等［15］研究發(fā)現(xiàn)，P物質(zhì)能增強(qiáng)TRPV1的活動(dòng)，而來(lái)源于ω-3多不飽和脂肪酸的消退素（resolvin E1，RvE1）能通過(guò)GPCR信號(hào)通路完全抑制這種現(xiàn)象。RvE1能強(qiáng)烈抑制TRPV1的活動(dòng)與外周炎癥，是治療炎癥性疼痛的新靶點(diǎn)。

此外，TRPA1也是參與炎癥性疼痛的重要離子通道之一［16-17］。TRPA1通道能被炎癥介質(zhì)所激活，同時(shí)TRPA激活后又能促進(jìn)相關(guān)炎癥肽的釋放，研究者將 TRPA1 稱作炎癥的“守門員”［18］。Fischer等［19］對(duì)TRPA1、P物質(zhì)、組胺和5-羥色胺（5-hydroxy?tryptamine，5-HT）在體內(nèi)炎癥性疼痛發(fā)生中的相互關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)TRPA1激動(dòng)劑異硫氰酸丙烯酯（allyl isothiocyanate，AITC）所產(chǎn)生的疼痛能被P物質(zhì)、組胺和5-HT的選擇性拮抗劑明顯減少。使用TRPA1的反義寡核苷酸后，組胺或5-HT引起的疼痛也發(fā)生降低。據(jù)此推測(cè)AITC產(chǎn)生疼痛依賴于P物質(zhì)、組胺和5-HT，而組胺或5-HT產(chǎn)生的疼痛依賴于TRPA1。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，P物質(zhì)、組胺或5-HT和AITC（致痛劑量以下）協(xié)同產(chǎn)生的疼痛比它們各自單獨(dú)產(chǎn)生的疼痛要強(qiáng)烈。Liu等［20］研究發(fā)現(xiàn)，TRPA1是氧化磷脂的分子靶點(diǎn)，氧化磷脂通過(guò)激活TRPA1導(dǎo)致慢性炎性疼痛。

其他疼痛相關(guān)TRP通道與炎癥性疼痛的關(guān)系也逐漸得到揭示。TRPV3除了與皮膚疾病關(guān)系密切外，研究者也越來(lái)越關(guān)注其在炎癥性疼痛和神經(jīng)病理性疼痛中的作用，研究發(fā)現(xiàn)，TRPV3拮抗劑能夠減輕關(guān)節(jié)炎性疼痛［21］。TRPV4能增強(qiáng)炎癥性疼痛的敏感性［22］。Kanju等［23］發(fā)現(xiàn)，小分子新型雙通道阻滯劑GSK205除了能抑制TRPV4外，還能抑制TRPA1，對(duì)急性胰腺炎模型中的炎癥和疼痛有很好的緩解作用。

2.2.2 TRP通道與神經(jīng)病理性疼痛

神經(jīng)病理性疼痛是指由軀體感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)的損傷或疾病而直接造成的疼痛［4］。臨床上很多慢性、頑固性疼痛都屬于神經(jīng)病理性疼痛，如三叉神經(jīng)痛、截肢后幻肢痛、腦卒中后疼痛、帶狀皰疹后遺神經(jīng)痛和糖尿病周圍神經(jīng)病變等。神經(jīng)病理性疼痛的機(jī)制十分復(fù)雜，涉及外周水平的外周敏化，中樞水平的中樞敏化、去抑制機(jī)制和離子通道的改變等［24］。Marwaha等［25］認(rèn)為，TRP通道主要通過(guò)介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+升高，從而引起神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，進(jìn)而激活PKA/PKC和環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷/一氧化氮（cyclic guanosine monophosphate/nitric oxide，cGMP/NO）信號(hào)通路，產(chǎn)生疼痛。

目前，眾多研究證實(shí)，TRPV1，TRPA1和TRPM8參與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生。TRPA1可被活性氧/活性氮（reactive oxygen species/reactive nitrogen species，ROS/RNS）激活，而糖尿病伴隨著高水平的ROS［26］。據(jù)此認(rèn)為TRPA1參與糖尿病周圍神經(jīng)病變導(dǎo)致的疼痛，并發(fā)現(xiàn)使用TRPA1拮抗劑能降低糖尿病大鼠的疼痛敏感性［27］?；熕幬镌谥委熌[瘤的同時(shí)，常常伴有外周神經(jīng)毒性，導(dǎo)致神經(jīng)病理性疼痛。TRP通道可能與化療痛的產(chǎn)生相關(guān)。Huang 等［28］發(fā)現(xiàn)，Wistar大鼠在使用多西紫杉醇（多西他賽，docetaxel）后，TRPA1蛋白表達(dá)水平上調(diào)，并且其導(dǎo)致的神經(jīng)病理性疼痛能被TRPA1抑制劑Ap18所逆轉(zhuǎn)。Salat等［29］通過(guò)建立紫杉醇誘導(dǎo)的小鼠神經(jīng)病理性疼痛模型對(duì)TRPV1，TRPA1和TRPM8拮抗劑的鎮(zhèn)痛作用進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)TRP通道拮抗劑能減輕神經(jīng)病理性疼痛。De Caro等［30］發(fā)現(xiàn)，TRPM8基因敲除的小鼠對(duì)痛覺(jué)刺激的反應(yīng)更小，并證明TRPM8的2種選擇性拮抗劑DFL23693和DFL23448能有效減少甲醛導(dǎo)致的口面部疼痛和氯化鈣導(dǎo)致的神經(jīng)病理性疼痛。

3 TRP通道調(diào)節(jié)劑

關(guān)于TRP通道調(diào)節(jié)劑在疼痛中的研究日益增多，這類調(diào)節(jié)劑根據(jù)作用的不同可分為激動(dòng)劑和拮抗劑2類，而激動(dòng)劑根據(jù)來(lái)源不同又可分為外源性和內(nèi)源性激動(dòng)劑（表1）。目前已知的外源性激動(dòng)劑多為植物或動(dòng)物提取物中的辛辣、芳香或刺激性成分，如辣椒素、大蒜素、姜黃素、薄荷醇和吳茱萸堿等；內(nèi)源性激動(dòng)劑大多為炎性相關(guān)介質(zhì)，如前列腺素和緩激肽。許多具有熱辣感覺(jué)的物質(zhì)往往能激活TRPV1等熱敏感性通道，而TRPA1和TRPM8等冷敏感性通道能被薄荷醇和留蘭香等具有清涼感覺(jué)的物質(zhì)所激活。由于痛覺(jué)的產(chǎn)生往往伴隨著TRP通道的激活，所以其拮抗劑可作為潛在的鎮(zhèn)痛藥物進(jìn)行研究。TRP通道拮抗劑數(shù)量繁多，但除個(gè)別外，絕大多數(shù)拮抗劑還處于臨床前研究階段。

TRP通道調(diào)節(jié)劑的不斷發(fā)現(xiàn)不僅為研究TRP通道與疾病的關(guān)系提供了更多的研究工具，同時(shí)也為臨床藥物的使用提供了參考。但值得注意的是，TRP通道的眾多調(diào)節(jié)劑存在明顯的交叉性，特異性較差，如龍腦和樟腦在TRPV3中表現(xiàn)為激活作用，在TRPA1中為拮抗作用，且部分物質(zhì)對(duì)某些TRP通道亞型還具有雙向調(diào)節(jié)作用，即低濃度表現(xiàn)為激活作用，高濃度表現(xiàn)為抑制作用，如阿撲嗎啡、薄荷醇和尼古丁等。因此，開(kāi)發(fā)TRP通道的高效選擇性小分子調(diào)節(jié)劑將會(huì)為設(shè)計(jì)針對(duì)TRP通道的靶向性治療藥物提供巨大助力。

4 TRP通道在疼痛治療中的應(yīng)用

目前，以嗎啡為代表的麻醉性鎮(zhèn)痛藥和以阿司匹林為代表的非甾體抗炎鎮(zhèn)痛藥是臨床治療疼痛的主要藥物，但它們都有著嚴(yán)重的不良反應(yīng)。阿片類藥物雖是目前鎮(zhèn)痛作用最強(qiáng)的一類藥物，但其具有成癮性和呼吸抑制等不良反應(yīng)；而非甾體抗炎鎮(zhèn)痛藥往往會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的胃腸道副作用和心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)。為此，迫切需要尋找安全有效、成癮性低的新型鎮(zhèn)痛藥物。

表1 瞬時(shí)受體電位（TRP）通道調(diào)節(jié)劑

近年來(lái)，隨著對(duì)TRP通道研究的不斷深入，以此為靶點(diǎn)研發(fā)的鎮(zhèn)痛藥物正不斷取得新進(jìn)展。目前，TRPV1激動(dòng)劑辣椒堿（capsaicin）和珠卡賽辛（zucapsaicin）已獲批上市，分別用于治療神經(jīng)痛和骨關(guān)節(jié)炎。眾多的小分子化合物也正處于臨床前或臨床研究。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（National Institutes of Health，NIH）研發(fā)的TRPV1激動(dòng)劑樹(shù)膠脂毒素（resiniferatoxin，RTX）因用于治療終末期疾病的頑固性疼痛而獲得孤兒藥資格，目前正在進(jìn)行臨床Ⅱ期試驗(yàn)。值得注意的是，TRPV1拮抗劑曾因?yàn)橐痼w溫過(guò)高的副作用而限制了其臨床應(yīng)用，不過(guò)最近 Brown 等［31］對(duì)新型TRPV1 拮抗劑NEO6860進(jìn)行安全性、藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)其不伴有體溫過(guò)高的副作用并具有更好的藥效。格蘭泰公司研發(fā)的TRPV1拮抗劑axomadol用于治療慢性腰痛，目前已完成Ⅱ期臨床試驗(yàn)。安進(jìn)公司研發(fā)的用于治療偏頭痛的TRPM8拮抗劑AMG-333正在進(jìn)行臨床Ⅰ期。而GRC-17536是迄今唯一一個(gè)完成Ⅱ期臨床的TRPA1抑制劑［32］。該藥除對(duì)哮喘和神經(jīng)痛有治療作用外，最近還發(fā)現(xiàn)其對(duì)多種原因引起的慢性咳嗽也有較好療效［32］。

除化學(xué)藥物之外，天然產(chǎn)物中也存在著具有調(diào)控TRP通道活性的物質(zhì)，以天然產(chǎn)物為導(dǎo)向進(jìn)行的藥物研發(fā)也是當(dāng)前的熱點(diǎn)之一。De等［33］對(duì)植物Amphilophium crucigerum進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其種子的醇提取物和二氯甲烷部分能夠抑制TRPV1活性，并在慢性炎癥痛模型中顯示出良好的抗炎和鎮(zhèn)痛作用。中藥獨(dú)活具有祛風(fēng)除濕，痛痹止痛的功效。Li等［34］研究發(fā)現(xiàn)，獨(dú)活能治療神經(jīng)病理性疼痛是由于其含有的香豆素類化合物，該類物質(zhì)能抑制炎癥介質(zhì)的釋放，降低TRPV1的表達(dá)。

5 展望

TRP通道的發(fā)現(xiàn)為疼痛治療開(kāi)辟了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。與以往的鎮(zhèn)痛藥物不同，以TRP通道為靶點(diǎn)的新型鎮(zhèn)痛藥物能從源頭上消除疼痛的產(chǎn)生。但我們應(yīng)清楚地認(rèn)識(shí)到，TRP通道組織分布廣泛，生理功能多樣，以此為靶點(diǎn)的藥物在發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用的同時(shí)往往伴隨著副作用。TRPV1拮抗劑正是因?yàn)榫哂畜w溫過(guò)高的不良反應(yīng)而阻礙了其在臨床上的應(yīng)用。因此，減少此類藥物的不良反應(yīng)將是研發(fā)的難點(diǎn)。進(jìn)一步研究TRP通道在疼痛中的作用對(duì)于闡明疼痛的發(fā)生機(jī)制、治療及相關(guān)藥物研發(fā)具有重要意義。