溫敏離子通道蛋白TRPV4受熱激活參與相關疾病發(fā)生的機制研究進展

徐戀戀，吳兆猛，王悅華，江陳夢，李征遠，鄭曉暉，高小康

1 湖北醫(yī)藥學院藥學院武當特色中藥研究湖北省重點實驗室，湖北十堰 442000；2 湖北醫(yī)藥學院基礎醫(yī)學院；3 湖北醫(yī)藥學院生物醫(yī)藥研究院胚胎干細胞研究湖北省重點實驗室；4 西北大學生命科學學院

發(fā)熱是機體抵御細菌和病毒感染的常見免疫反應。瞬時感受器電位（TRP）通道是一類位于細胞膜上、參與各種生理功能的非電壓依賴性陽離子選擇性通道［1］。TRP 通道香草素受體（TRPV）亞家族是近年研究較多的溫敏離子通道蛋白，其中TRPV1 在＞42 ℃ 、TRPV2 在 ＞51 ℃ 、TRPV3 在 33～39 ℃ 、TRPV4 在 27～40 ℃溫度下激活［2］。由于人體發(fā)熱溫度主要在40 ℃以下，超過40 ℃較為罕見，因此在機體發(fā)熱條件下激活TRPV3 或TRPV4 的可能性較高。研究顯示，TRPV4 在體溫調節(jié)中起重要作用，是體溫調節(jié)機制的關鍵因素，TRPV4 可能作為機體發(fā)熱相關的潛在活性靶點?，F(xiàn)將TRPV4 受熱激活參與機體相關疾病發(fā)生的機制綜述如下。

1 TRPV4的結構與激活

1.1 TRPV4 的結構 瞬時感受器電位離子通道香草素受體 4（TRPV4）是由 871 個氨基酸組成的 6 次跨膜蛋白。TRPV4 是一個四聚體結構，其中6 次跨膜結構域（TM1～TM6）穿過脂質雙分子層，TM5 與TM6 之間有一段疏水基團構成的孔通道環(huán)結構，允許Ca2+及部分陽離子通過。TRPV4 氨基端具有錨蛋白重復結構域（ARD）、脯氨酸結構域（PRD）和磷酸肌醇結合位點（PIBS）］，ARD 主要參與 TRPV4 與其他蛋白質或配體的相互作用，PRD 受物理刺激可引起TRPV4 激活，PIBS 受生理與化學刺激可引起TRPV4 激活；TRPV4 羧基端具有鈣調素結合域（CaM）、寡聚結構域（OMD）和PDZ-L結構域，主要介導細胞外蛋白之間相互作用，其中CaM 和PDZ-L 主要起蛋白質—蛋白質相互作用，OMD 結構域對TRPV4質膜起定位作用［3］。

1.2 TRPV4 受熱激活的機制 TRPV1 S1-S4 結構域具有顯著的溫度敏感性，與TRPV1 受熱激活相關［4］。TRPV4的TM3～TM4與TRPV1相應區(qū)域的序列有很高的相似性，其TM3～TM4 區(qū)的幾個突變會影響TRPV4 對熱的敏感性，位于TM4 C 末端的兩個殘基（Tyr591和Arg594）的突變對TRPV4 的受熱激活起作用［75］。因此認為，TRPV4 錨蛋白重復結構域ARD的某些特定突變也可能會影響通道活性，TM3 和TM4在熱刺激激活TRPV4中起核心作用。

1.3 TRPV4 受熱激活對體溫的調節(jié)作用 人體體溫調節(jié)中樞主要位于下丘腦視前區(qū)（POA），POA 對維持正常體溫和調節(jié)機體發(fā)熱具有重要作用。研究表明，TRPV4 在POA 區(qū)有明顯表達，與機體發(fā)熱存在密切聯(lián)系。BOLTANA 等［6］通過研究斑馬魚發(fā)熱，發(fā)現(xiàn)TRPV1、TRPV4和PGE2共同調節(jié)發(fā)熱的發(fā)展過程，而TRPV4表達降低有助于發(fā)熱的產(chǎn)生。YADAV等［7］報道，下丘腦視前內側區(qū)存在 TRPV4，激活TRPV4 降低體溫，而其阻斷則導致高熱。TRPV4 是溫度調節(jié)機制的關鍵因素，TRPV4 不僅在熱傳導中起作用，中樞和外周TRPV4 通道可能共同起溫度調節(jié)的作用［8］。以上研究表明，TRPV4 被激活后參與體溫負反饋調節(jié)，其具體作用機制目前尚未明確，可能與TRPV4跨膜結構域、多通道相互作用有關。

2 TRPV4受熱激活參與相關疾病發(fā)生的機制

2.1 TRPV4 激活在腦水腫中的作用機制 腦水腫是臨床常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一，在腦水腫的形成和消退過程中水通道蛋白4（AQP4）起著關鍵作用。AQP4 與TRPV4 共表達與腦水腫的嚴重程度明顯相關，但AQP4/TRPV4 復合體用于體溫過低進行水腫治療方面是有害的［9］。腦缺血患者的局部缺血區(qū)域引起腦溫異常升高會激活TRPV4，增加腦水腫的發(fā)生風險。缺血性腦損傷動物模型中，TRPV4 基因缺陷型小鼠在高溫情況下，激活TRPV4 不會誘發(fā)腦水腫，但基因正常小鼠則會誘發(fā)腦水腫［10］。最新研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷可通過抑制TRPV4 和AQP4 的通道開放，改善大鼠腦缺血所致的腦水腫［11］。因此，對于有腦部疾病的患者，在疾病誘導體溫升高的情況下會激活TRPV4，從而加劇腦水腫的發(fā)生概率，而TRPV4 拮抗劑相關藥物的研究可用來預防和治療腦水腫。

2.2 TRPV4 激活在癲癇中的作用機制 癲癇主要與中樞神經(jīng)元興奮或抑制的失衡有關，選擇性離子通道、神經(jīng)元中膠質細胞和突觸的傳遞與連接等功能障礙均可導致這種失衡。近年研究發(fā)現(xiàn)，非選擇性離子通道TRPV4 對癲癇具有潛在作用。TRPV4在海馬神經(jīng)元和星形膠質細胞中表達，受熱激活TRPV4 會使癲癇小鼠模型的癲癇發(fā)作程度顯著增加，且野生型小鼠明顯高于TRPV4 基因缺陷型小鼠［12］。激活TRPV4 時，癲癇發(fā)作的機制可能是通過促進突觸前谷氨酸的釋放和增加突觸后部分受體的功能來介導［13］。人體在持續(xù)發(fā)熱情況下，既會激活TRPV4，又可能產(chǎn)生癲癇癥狀；而癲癇的發(fā)作會使腦溫升高進一步激活TRPV4，腦部神經(jīng)元過度興奮，持續(xù)異常放電，癲癇發(fā)作更劇烈。因此，通過研究如何使腦部降溫，從而抑制TRPV4，或者研究TRPV4拮抗劑來抑制癲癇發(fā)作，成為新的預防癲癇發(fā)作的研究方向。

2.3 TRPV4 激活在皮膚瘙癢中的作用機制 皮膚受到外界冷熱刺激時，機體會做出相應的反應。TRPV4 存在于多種皮膚細胞中，其過量表達或缺陷會參與皮膚屏障受損、瘙癢和炎癥等疾病的病理發(fā)展過程。最近研究發(fā)現(xiàn)，TRPV4 誘發(fā)的皮膚瘙癢癥狀與神經(jīng)遞質5-羥色胺有關［14］。使用激動劑激活局部皮膚細胞中的TRPV4，可能會通過體溫調節(jié)作用促進皮膚表面的熱量流失，從而導致局部皮膚的溫度下降；而使用拮抗劑可導致溫度上升［15］。TRPV4主要表達于角質形成細胞中，在33 ℃和38 ℃時，皮膚溫度較高時，瘙癢抓撓行為隨之增加，瘙癢癥也會狀加??；但TRPV4 拮抗劑的使用會減緩瘙癢癥狀［16］。激活TRPV4 可介導皮膚血管擴張，在體溫調節(jié)中起到一定的作用［17］。因此，皮膚溫度升高，激活TRPV4 可能會加劇瘙癢癥狀的發(fā)生，而TRPV4 拮抗劑可用于治療因局部皮膚溫度升高造成的瘙癢。

2.4 TRPV4 激活在新生兒缺陷中的作用機制 新生兒出生時，所攜帶的缺陷是胎兒在母體發(fā)育過程中受物理化學或疾病感染等多方面種因素導致的。且新生兒出生后帶有心臟和面部的生理缺陷非常普遍，但其病因尚不明。研究表明，育齡期女性妊娠早期發(fā)熱造成胎兒心臟和面部的缺陷與TRPV4 的表達相關［18］。TRPV4 表達于顱腦和心臟發(fā)育相關的神經(jīng)嵴細胞中，動物實驗證實，高溫（40～41 ℃）影響雛雞胚胎發(fā)育中的神經(jīng)嵴細胞，高溫狀態(tài)下孵化的雛雞既出現(xiàn)上喙長度變短的顱面缺陷，又出現(xiàn)心血管方面的缺陷［19］。由此可見，TRPV4 的活性及正常表達對于生物體胚胎顱面部和心臟的正常發(fā)育至關重要，神經(jīng)嵴細胞中的TRPV4 受熱激活會使新生兒在胚胎期發(fā)育致畸這一發(fā)現(xiàn)，為解決新生兒出生攜帶缺陷提供了新思路和探索方向。

2.5 TRPV4 激活在精子趨熱性中的作用機制TRPV4 主要存在于脊椎動物的精子中，TRPV4 在精子細胞中的表達和定位不同，可能是精子運動的重要決定因素。哺乳動物的精子受環(huán)境溫度的影響，會從溫度較低部位向溫度較高部位運動，這種趨熱性在精子運動過程中起重要的導向作用。精子的趨熱性運動方式可由調節(jié)精子鞭毛的Ca2+誘導產(chǎn)生，而TRPV4 激活會誘導Ca2+濃度升高，調節(jié)精子生理活性，促進精子趨熱運動。在36.2～38.4 ℃條件下，TRPV4 基因敲除和TRPV4 拮抗劑會使小鼠精子在高溫下遷移率降低［20］。TRPV4 可能直接參與小鼠精子的這種趨熱運動，但精子的趨熱性可能還受Ca2+濃度或其他溫敏離子通道共同作用的影響［21］。因此，TRPV4 在精子的趨熱運動中起著重要作用，而激活或抑制TRPV4 造成的Ca2+濃度變化，能否影響精子相關的生理活動和應用于男性不育治療仍需進一步研究探索。

綜上所述，在生物體多個器官和組織中均被證實存在TRPV4功能性表達，而TRPV4表達的變化以及激活和抑制等在機體的體溫變化和調節(jié)中具有重要作用。當機體溫度升高激活TRPV4 或使其表達增多時，可引起腦水腫和癲癇發(fā)作的加?。籘RPV4的活性及正常表達影響新生兒面部與心臟缺陷和精子活動趨熱性。鑒于TRPV4 受熱激活在腦水腫和瘙癢等疾病中起到一定的作用，研究中使用TRPV4抑制劑會緩解相關癥狀，期望通過對TRPV4 進行靶向藥物設計，研究新的抑制劑進行疾病的治療。最近有研究將TRPV4 與新型冠狀病毒（COVID-19）結合［22-23］，希望研究出能夠治療或減輕患者肺部炎癥的TRPV4 抑制劑，為減少嚴重呼吸疾病引起的并發(fā)癥，降低新冠患者發(fā)病率和病死率而努力。通過對TRPV4 的多方面研究，有助于揭示疾病的發(fā)病機理和相關藥物所作用的通路等，為發(fā)現(xiàn)藥物作用的具體靶點提供借鑒，進一步為發(fā)熱相關疾病的預防及治療開辟新的方向。