雙孔鉀離子通道TREK-1與腸易激綜合征內(nèi)臟高敏感關(guān)系的研究進(jìn)展

張瓊梅 許樹(shù)長(zhǎng)

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一種以內(nèi)臟過(guò)敏為重要特征的異質(zhì)性疾病，表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的腹部不適和排便習(xí)慣改變[1]，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。內(nèi)臟過(guò)敏包括痛覺(jué)過(guò)敏(對(duì)疼痛刺激的反應(yīng)增強(qiáng))和異位疼痛(對(duì)非有害刺激的疼痛反應(yīng))[2]。IBS內(nèi)臟高敏感的機(jī)制尚不清楚，可能與機(jī)體神經(jīng)、黏膜上皮和平滑肌上離子通道的構(gòu)型、表達(dá)或通道電流改變有關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，TREK-1在5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)受體富集的中縫核、前額葉皮質(zhì)、紋狀體及海馬等功能腦區(qū)中呈高表達(dá)[3]，這些腦區(qū)與內(nèi)臟感覺(jué)處理相關(guān)。在外周，TREK-1在小鼠回腸和結(jié)腸組織中特異性表達(dá)，參與腸道平滑肌的收縮活動(dòng)[4]，調(diào)節(jié)腸道屏障功能[5]。以往的研究[6]證明，TREK-1可被多種理化刺激激活，參與疼痛信號(hào)的傳導(dǎo)和疼痛行為的發(fā)生。因此，TREK-1可能在IBS內(nèi)臟敏感性的改變和慢性內(nèi)臟疼痛中發(fā)揮重要作用。

1 TREK-1的生物學(xué)特征

1.1 TREK-1的結(jié)構(gòu)與分布 TREK-1是雙孔鉀離子通道(K2P)亞型中的一種，其編碼基因KCNK2位于常染色體1q41。TREK-1單個(gè)亞基分子包含4個(gè)跨膜螺旋結(jié)構(gòu)(M1-M4)和2個(gè)孔道結(jié)構(gòu)域(P1、P2)，即4TMS/2P結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)有較短的氨基端和較長(zhǎng)的羧基端，細(xì)胞膜外側(cè)是由M1和P1形成的環(huán)形結(jié)構(gòu)(M1P1 loop)。M1P1 loop是一種規(guī)則的具有疏水基團(tuán)和帶電基團(tuán)的α螺旋結(jié)構(gòu)，其半胱氨酸殘基形成的二硫鍵可使K2P亞基形成二聚體。成熟的K2P通過(guò)組裝成同源二聚體發(fā)揮功能[7]。TREK-1廣泛表達(dá)于人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)，在杏仁核、基底神經(jīng)節(jié)、皮質(zhì)、背根神經(jīng)節(jié)(DRG)和海馬中呈高表達(dá)。TREK-1在大部分外周區(qū)域表達(dá)水平較低，存在于人類胃腸道，以及支配膀胱和結(jié)腸的機(jī)械敏感神經(jīng)元中[8]，在心肌、肺、腎和腎上腺皮質(zhì)、子宮、卵巢等組織中也有表達(dá)。在大鼠的大腦和脊髓，TREK-1在皮質(zhì)、海馬、下丘腦、基底神經(jīng)節(jié)、導(dǎo)水管周?chē)屹|(zhì)和脊髓灰質(zhì)等特定區(qū)域呈高表達(dá)[3]。

1.2 TREK-1的功能特性 TREK-1可在全部生理電壓范圍內(nèi)激活。在維持細(xì)胞的靜息膜電位、促使膜電位超極化、控制動(dòng)作電位發(fā)放頻率、影響神經(jīng)電信號(hào)的編碼整合，以及調(diào)節(jié)突觸間的遞質(zhì)傳遞等生理過(guò)程中起重要作用。TREK-1的活性可被細(xì)胞內(nèi)外pH值、溫度、G蛋白偶聯(lián)受體和第二信使環(huán)磷酸腺苷(cAMP)、機(jī)械牽張等多種因素調(diào)控，進(jìn)而參與細(xì)胞骨架構(gòu)建、神經(jīng)保護(hù)、激素分泌，以及抑郁癥、疼痛的發(fā)生等多種生理病理過(guò)程[9-10]。

2 TREK-1介導(dǎo)內(nèi)臟高敏感的可能機(jī)制

2.1 TREK-1與5-HT 5-HT廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和腸道神經(jīng)系統(tǒng)，在內(nèi)臟高敏感的腦-腸互動(dòng)機(jī)制中發(fā)揮重要作用，5-HT能神經(jīng)元相關(guān)的中樞下行抑制減弱可能是大鼠內(nèi)臟高敏感形成的一種內(nèi)在機(jī)制[11]。據(jù)報(bào)道，TREK-1通道阻滯劑通過(guò)常見(jiàn)的CREB-BDNF信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與5-HT1A受體激活具有潛在的協(xié)同作用[12]。TREK-1通道的開(kāi)放與關(guān)閉狀態(tài)受多種神經(jīng)遞質(zhì)受體調(diào)控，Gs和Gq偶聯(lián)的膜受體均可下調(diào)TREK-1的表達(dá)。激動(dòng)Gs偶聯(lián)的5-HT受體(5-HTR4)或Gq偶聯(lián)的代謝型谷氨酸受體(mGluR1或mGluR5)可以抑制TREK-1活性，激動(dòng)Gi偶聯(lián)的mGluR2或mGluR4可以增強(qiáng)TREK-1活性。Gs通過(guò)激活腺苷酸環(huán)化酶(AC)上調(diào)cAMP水平，進(jìn)而活化蛋白激酶A(PKA)；Gi則與Gs作用相反，降低AC活性使得5-HT能神經(jīng)元中cAMP水平降低。Gq通過(guò)活化磷脂酶(PLC)水解質(zhì)膜上4,5-二磷酸酰肌醇(PIP2)釋放的二酰甘油(DAG)激活蛋白激酶C(PKC)。PKA和PKC介導(dǎo)TREK-1通道蛋白羧基末端第333位絲氨酸(Ser333)磷酸化水平下降，使TREK-1通道開(kāi)放。TREK-1的開(kāi)放引起細(xì)胞膜超極化，降低放電頻率，細(xì)胞漿中鈣離子(Ca2+)濃度降低，引起神經(jīng)元5-HT釋放減少，從而影響5-HT對(duì)應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)節(jié)[13]。TREK-1通道的活性由5-HT等受體調(diào)控，同時(shí)能反饋?zhàn)饔糜?-HT神經(jīng)遞質(zhì)釋放，在應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮協(xié)同作用。

2.2 TREK-1與下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA軸) HPA 軸功能活躍是應(yīng)激誘發(fā)內(nèi)臟高敏感形成的重要機(jī)制之一。TREK-1高表達(dá)于海馬、下丘腦、杏仁核等與HPA軸功能調(diào)節(jié)密切相關(guān)的腦區(qū)。應(yīng)激時(shí)杏仁核活動(dòng)增加，下丘腦、垂體反應(yīng)性增強(qiáng)，下丘腦室旁核釋放促腎上腺皮質(zhì)釋放激素(CRF)，CRF通過(guò)與不同部位的CRF1和 CRF2受體結(jié)合發(fā)揮行為調(diào)節(jié)和自主神經(jīng)應(yīng)答，可引起胃腸道動(dòng)力改變、黏液分泌、黏膜通透性增加及肥大細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì)，同時(shí)介導(dǎo)緊張、焦慮、抑郁等情緒障礙[14]。CRF經(jīng)垂體門(mén)脈系統(tǒng)刺激垂體前葉細(xì)胞分泌促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)，促進(jìn)腎上腺皮質(zhì)分泌糖皮質(zhì)類固醇(GC)。ACTH可抑制腎上腺束狀帶細(xì)胞TREK-1通道的活性，從而引起細(xì)胞膜去極化和GC的分泌[15]。另外，ACTH可快速有效地誘導(dǎo)腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞TREK-1 mRNA表達(dá)，表明TREK-1不僅可以調(diào)節(jié)HPA軸功能活性，還會(huì)受到HPA軸分泌激素的調(diào)節(jié)。TREK-1基因敲除的小鼠模型揭示了TREK-1與應(yīng)激之間的關(guān)系，TREK-1基因敲除小鼠的血清皮質(zhì)酮水平顯著低于野生型小鼠[16]，表明TREK-1基因敲除小鼠的HPA軸功能活性減退，對(duì)應(yīng)激的反應(yīng)性低于野生型小鼠。由此可見(jiàn)，TREK-1可能在HPA軸介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。

2.3 TREK-1與膠質(zhì)細(xì)胞 目前有研究結(jié)果表明，內(nèi)臟敏感性增高與膠質(zhì)細(xì)胞的活化反應(yīng)之間存在相關(guān)性。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元之間以谷氨酸和谷氨酸鹽為遞質(zhì)進(jìn)行神經(jīng)活性物質(zhì)和信息的傳遞。谷氨酸激活N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體，Ca2+內(nèi)流增加，從而激活PKC，導(dǎo)致一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)發(fā)生，致使脊髓及其他中樞神經(jīng)通路興奮性增加，引起脊髓背角神經(jīng)元的中樞敏化[17]。星形膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)膜表面的離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)體來(lái)攝取谷氨酸和緩沖K+，以維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，減少興奮性神經(jīng)毒性損傷。TREK-1功能性表達(dá)于星形膠質(zhì)細(xì)胞，維持其膜靜息電位，為其膜表面的離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)體提供電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力，增加星形膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸誘導(dǎo)電流，并增強(qiáng)攝取谷氨酸的能力[18]。TREK-1對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能調(diào)控，可能影響星形膠質(zhì)細(xì)胞在傷害性信號(hào)傳導(dǎo)中的作用。

3 TREK-1與腸道動(dòng)力異常

內(nèi)臟敏感性改變可能也是腸道動(dòng)力異常的原因[1]。內(nèi)臟敏感性增高的時(shí)候，協(xié)調(diào)的平滑肌收縮力受到破壞，可能會(huì)發(fā)生胃腸道運(yùn)動(dòng)障礙(如IBS)。平滑肌細(xì)胞興奮收縮偶聯(lián)的過(guò)程主要是通過(guò)電壓依賴性鈣離子通道(VDCC)發(fā)生的。VDCC的活性與細(xì)胞膜電位密切相關(guān)，細(xì)胞膜電位主要由K+通道決定。K+通道對(duì)胃腸道平滑肌的收縮調(diào)節(jié)是胃腸道松弛的關(guān)鍵。TREK-1作為小鼠結(jié)腸平滑肌細(xì)胞中的拉伸依賴性鉀(SDK)電導(dǎo)，具有肌源性調(diào)節(jié)的作用。TREK-1通過(guò)細(xì)胞膜超極化，促進(jìn)肌肉松弛，實(shí)現(xiàn)器官的自適應(yīng)放松。研究[4]證實(shí)，TREK-1在回腸和結(jié)腸的平滑肌組織中表達(dá)，但在肌間叢和黏膜下叢的氮能腸神經(jīng)元中不表達(dá)，而TREK-2僅可在腸神經(jīng)元中被檢測(cè)到，在平滑肌中尚未被檢測(cè)到，這表明TREK-1在胃腸道生理學(xué)中有特定的作用。利用器官浴實(shí)驗(yàn)探討K2P對(duì)小鼠腸道肌張力的作用，發(fā)現(xiàn)K2P激活劑(如利魯唑、BL-1249)可誘導(dǎo)預(yù)收縮的回腸和結(jié)腸組織松弛，并降低了自發(fā)收縮的幅度[4]。K2P通道在小鼠回腸和結(jié)腸組織中呈特異性表達(dá)，平滑肌中的TREK-1可能作為對(duì)抗由過(guò)度收縮引起的病理性運(yùn)動(dòng)的潛在治療靶標(biāo)。

4 TREK-1與腸道屏障功能障礙

腸道屏障功能障礙是IBS發(fā)病過(guò)程中重要的病理生理學(xué)過(guò)程。過(guò)敏反應(yīng)是腸上皮屏障破壞的誘因之一，過(guò)敏性介質(zhì)可能會(huì)干擾TREK-1的表達(dá)并損害屏障功能。研究[5]發(fā)現(xiàn)，上皮細(xì)胞間的緊密連接蛋白和細(xì)胞膜上表達(dá)的TREK-1蛋白具有維持腸道屏障功能的作用，TREK-1表達(dá)下調(diào)的結(jié)腸黏膜的通透性增加。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在體外將T84細(xì)胞的TREK-1基因進(jìn)行沉默可導(dǎo)致腸上皮屏障的通透性增高，再加入重組的rTREK-1蛋白則可恢復(fù)腸上皮屏障功能，提示TREK-1對(duì)于維持腸上皮的屏障功能至關(guān)重要。在避水應(yīng)激的小鼠腸道中及被激活的肥大細(xì)胞所作用的腸上皮細(xì)胞中，都可以發(fā)現(xiàn)TREK-1蛋白表達(dá)下調(diào)。TREK-1活性的降低有助于結(jié)腸機(jī)械敏感性的增強(qiáng)，反過(guò)來(lái)又可促進(jìn)腸道炎癥的發(fā)生[19]?；謴?fù)TREK-1的表達(dá)有可能促進(jìn)腸道過(guò)敏的恢復(fù)，丁酸鈉或丁酸梭菌聯(lián)合抗原免疫療法(SIT)能上調(diào)TREK-1表達(dá)，恢復(fù)屏障功能，顯著抑制小鼠的過(guò)敏反應(yīng)[5]。

5 TREK-1與慢性內(nèi)臟痛

慢性內(nèi)臟痛通常是由機(jī)械性擴(kuò)張或舒張引起的，機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)(感覺(jué)傳入的結(jié)直腸機(jī)械刺激的編碼)成為胃腸道相關(guān)內(nèi)臟痛的重要潛在機(jī)制。TREK-1可能直接促進(jìn)了結(jié)直腸傳入細(xì)胞的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)，在IBS痛覺(jué)過(guò)敏中發(fā)揮特異性的作用[20]。TREK-1廣泛存在于支配小鼠結(jié)直腸的外源性傳入神經(jīng)中，在結(jié)直腸DRG神經(jīng)元呈高表達(dá)，并與辣椒素激活的非選擇性離子通道TRPV1共定位[6]。神經(jīng)病理性疼痛與中小型DRG神經(jīng)元的興奮性密切相關(guān)，TREK-1可調(diào)節(jié)DRG神經(jīng)元的興奮性。疼痛刺激通過(guò)TRPV1等多種傷害性離子通道刺激DRG和三叉神經(jīng)節(jié)的末梢，使神經(jīng)末梢的膜電位去極化。當(dāng)膜電位達(dá)到閾值時(shí)，激活了電壓依賴性Na+通道誘導(dǎo)動(dòng)作電位，TREK-1通道會(huì)使周?chē)窠?jīng)末梢的膜電位超極化，并阻止神經(jīng)元產(chǎn)生動(dòng)作電位。在炎癥性和神經(jīng)病理性疼痛發(fā)生時(shí)，TREK-1的活性降低時(shí)，疼痛程度可能會(huì)增強(qiáng)[21]。通過(guò)研究TREK-1基因敲除小鼠進(jìn)一步證明,TREK-1參與傷害感受器的外周致敏反應(yīng)，TREK-1基因敲除小鼠對(duì)熱刺激和機(jī)械刺激引起的疼痛較野生型小鼠更敏感[22]。據(jù)報(bào)道，咖啡酸衍生物可以激活TREK-1通道，并在體內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)效鎮(zhèn)痛作用[23]。

TREK-1可影響膠質(zhì)細(xì)胞活化及谷氨酸再攝取。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞在內(nèi)臟痛的啟動(dòng)和維持方面起關(guān)鍵性作用，參與了內(nèi)臟敏化反應(yīng)及鎮(zhèn)痛過(guò)程。在疼痛反應(yīng)的早期，參與調(diào)節(jié)的主要是星形膠質(zhì)細(xì)胞，如果阻斷膠質(zhì)細(xì)胞的活化作用，機(jī)體的疼痛反應(yīng)就會(huì)明顯受到抑制[24]。TREK-1有助于維持星形膠質(zhì)細(xì)胞的高負(fù)膜電位，這是控制細(xì)胞興奮性的關(guān)鍵[18]。TREK-1可影響星形膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸誘導(dǎo)電流及攝取谷氨酸的能力，谷氨酸是與疼痛相關(guān)的主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，其受體參與了神經(jīng)病理性疼痛的形成和維持。星形膠質(zhì)細(xì)胞中TREK-1蛋白表達(dá)上調(diào)可增加谷氨酸清除[25]，這為通過(guò)TREK-1-膠質(zhì)細(xì)胞-谷氨酸途徑抑制疼痛反應(yīng)提供了理論依據(jù)。另有研究[26]發(fā)現(xiàn)，TREK-1激活劑如α-亞麻酸可以防止海馬損傷，這種多不飽和脂肪酸的神經(jīng)保護(hù)作用與谷氨酸能神經(jīng)傳遞的抑制有關(guān)。

6 總結(jié)與展望

綜上所述，K2P TREK-1與IBS內(nèi)臟高敏感關(guān)系密切。TREK-1可以調(diào)節(jié)內(nèi)臟敏感性，影響腸道的屏障功能及運(yùn)動(dòng)功能，參與疼痛感知等，這使得TREK-1成為一個(gè)有吸引力的IBS治療靶點(diǎn)。然而，IBS病程中TREK-1活性改變介導(dǎo)內(nèi)臟高敏感形成的確切機(jī)制尚不清楚，仍需進(jìn)一步的研究。