介導(dǎo)寒冷溫度感覺的角膜瞬時(shí)受體電位通道研究進(jìn)展

李東禹 張弘

作者單位：哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院眼科醫(yī)院，哈爾濱 150001

角膜對(duì)溫度、化學(xué)、機(jī)械等各類刺激敏感，是人體中神經(jīng)分布最密集的組織之一，主要受來自三叉神經(jīng)節(jié)眼區(qū)神經(jīng)元的感覺神經(jīng)支配[1]。廣義上可以將眼感覺神經(jīng)元依據(jù)不同的功能類型分為多模式傷害性感受器神經(jīng)元、寒冷溫度感受器神經(jīng)元和機(jī)械性傷害感受器神經(jīng)元[2]。其中，機(jī)械和多模式傷害性感受器占多數(shù)，它們對(duì)有害的機(jī)械、熱和化學(xué)刺激做出反應(yīng)；另一部分是寒冷感受器（約占12%），當(dāng)眼睛表面的溫度降低時(shí)被激活[2]。

最新研究發(fā)現(xiàn)角膜寒冷覺感受器在角膜感覺、疼痛、淚液分泌、眨眼反射等方面發(fā)揮作用，是極具潛力的治療靶點(diǎn)[2]。但目前人們對(duì)角膜寒冷覺溫度感受器的認(rèn)識(shí)不多，現(xiàn)筆者著重對(duì)分類、特點(diǎn)以及其在眼表的作用和臨床意義進(jìn)行綜述。

1 瞬時(shí)受體電位離子通道蛋白超家族

近年來隨著對(duì)角膜神經(jīng)作用研究的深入，瞬時(shí)受體電位（Transient receptor potential，TRP）離子通道蛋白家族引起廣泛關(guān)注。TRP在軀體的感受系統(tǒng)中將物理、化學(xué)能量轉(zhuǎn)化為不同信號(hào)，在角膜神經(jīng)元、角膜上皮和內(nèi)皮中參與了多個(gè)重要的生理病理過程[3]。從1989 年TRP基因作為果蠅的光感受器異常變異株基因被人們所認(rèn)識(shí)后[4]，目前共發(fā)現(xiàn)了28種哺乳動(dòng)物的TRP蛋白，依照基因序列同源性將其分為6個(gè)亞家族，分別是TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPP和TRPML[5]，在眼部主要分布在結(jié)膜、角膜、視網(wǎng)膜等部位。其中，一類TRP蛋白可被其周圍溫度變化激活，稱作“溫度感受類TRP（Thermo TRP）[6]。不同的Thermo TRP通道激活需要不同的閾值，熱刺激激活的TRP通道亞型包括TRPV1、TRPV2、TRPV3和TRPV4。TRPV1、TRPV2的激活閾值很高，分別為43℃和52℃，TRPV3和TRPV4的激活溫度分別為3l～39℃和25～35℃。冷刺激激活的TRP通道亞型有TRPM8 和TRPA1 兩種，溫度降至28℃以下可激活TRPM8，而激活TRPA1需降至17℃以下[7-8]。不同的瞬時(shí)受體電位離子通道蛋白分別在多模式傷害性感受器、寒冷溫度感受器以及機(jī)械性傷害感受器這3 種類型的角膜感覺神經(jīng)元中表達(dá)，傳導(dǎo)物理、化學(xué)以及冷覺信號(hào)等。

2 角膜感覺神經(jīng)元分類

角膜感覺神經(jīng)元的信息傳導(dǎo)依賴于瞬時(shí)受體電位通道，每一種類型的神經(jīng)元表達(dá)相應(yīng)的瞬時(shí)受體電位離子通道蛋白。如TRPV1在多模式傷害性感受器中表達(dá)，TRPM8和TRPA1在寒冷溫度感受器中表達(dá)。但不同的離子通道蛋白并不只是單一局限表達(dá)于某種感受器，而是存在著共同表達(dá)以及交叉表達(dá)的現(xiàn)象。目前已知的角膜感覺神經(jīng)元包括以下3種。

2.1 多模式傷害性感受器

多模式傷害性感受器分布在支配角膜的大部分感覺神經(jīng)纖維中，能夠被機(jī)械力、熱和化學(xué)性刺激物所激活，TRPV1作為這類細(xì)胞的分子標(biāo)識(shí)被廣泛應(yīng)用。作為非選擇性陽(yáng)離子通道，TRPV1具有多態(tài)感受性的特點(diǎn)，既能被內(nèi)源性刺激激活，包括pH<6、炎性介質(zhì)、生長(zhǎng)因子、神經(jīng)遞質(zhì)、多肽、脂類、趨化因子和細(xì)胞因子等[3]，也可感受外源性傷害，如>43℃的熱損傷、辣椒素、樹脂毒素、乙醇、樟腦等[9]。TRPV1隨著三叉神經(jīng)眼支的感覺神經(jīng)纖維走行，在結(jié)膜以及角膜上皮、基質(zhì)、內(nèi)皮層均有分布[10]。

2.2 寒冷溫度感受器

寒冷溫度感受器由眼表溫度的降低而被激活，目前發(fā)現(xiàn)的寒冷溫度感受器包括TRPM8 和TRPA1 兩種。2002年McKemy等[11]在三叉神經(jīng)細(xì)胞中成功克隆了TRPM8，TRPM8是哺乳動(dòng)物感受、傳導(dǎo)降溫的主要通道，可被包括薄荷醇、桉油精在內(nèi)的多種涼性化合物及低溫（<25℃）激活[12]，參與了冷感覺調(diào)控、疼痛感覺調(diào)控、細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)控、血管收縮及血管擴(kuò)張等生理過程。TRPA1最初是作為脂肪肉瘤細(xì)胞系中過量表達(dá)的一種蛋白質(zhì)被認(rèn)識(shí)，可被芥末油、大蒜、冬綠油、丁香油、生姜以及桂皮油中的辛辣成分激活，誘發(fā)灼燒、刺痛的感覺。目前研究發(fā)現(xiàn)TRPA1與干眼的發(fā)生相關(guān)，可能與某些表達(dá)TRPV1的角膜多模式傷害性感受器神經(jīng)纖維共表達(dá)[13-14]。

2.3 機(jī)械性傷害感受器

電生理研究發(fā)現(xiàn)，20%～30%的角膜神經(jīng)周邊軸突是機(jī)械性傷害感受器，它們僅對(duì)接近損傷角膜上皮細(xì)胞強(qiáng)度的機(jī)械力反應(yīng)，能夠感知機(jī)械力的強(qiáng)度以及持續(xù)時(shí)間[15]，角膜機(jī)械性傷害感受器可能負(fù)責(zé)由角膜表面接觸或劃傷引起的即刻、尖銳感覺的疼痛[16]。

3 TRPM8通道的生理功能

3.1 TRPM8通道能夠感受溫度的變化

寒冷溫度覺感受器占角膜感覺神經(jīng)元總數(shù)的10%～15%，按照激活閾值可分為高背景、低閾值（High background，low threshold，HB-LT）寒冷溫度覺感受器（約70%）和低背景、高閾值（Low background，high threshold，LB-HT）寒冷溫度覺感受器（約30%）[13]。眼表溫度降低1℃～2℃，人們就會(huì)產(chǎn)生主觀的降溫感覺[17]，這是由于HB-LT寒冷溫度覺感受器能準(zhǔn)確地識(shí)別并傳導(dǎo)溫度的變化，對(duì)0.5℃乃至更小的溫度變化做出反應(yīng)。HB-LT寒冷溫度覺感受器在接近眼表溫度時(shí)持續(xù)放電產(chǎn)生基礎(chǔ)動(dòng)作電位[18]，它們的活動(dòng)隨溫度的動(dòng)態(tài)而進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，溫度降低<1℃，神經(jīng)元的放電速率明顯增加[19]。而LB-HT寒冷溫度覺感受器對(duì)降溫反應(yīng)弱，在角膜正常溫度時(shí)僅產(chǎn)生低背景的活動(dòng)，在稍高的溫度閾值下才會(huì)產(chǎn)生沖動(dòng)。

目前普遍認(rèn)為TRPM8 通道對(duì)應(yīng)HB-LT寒冷溫度覺感受器[20]，當(dāng)TRPM8表達(dá)被抑制或阻斷后，HB-LT寒冷溫度覺感受器的活動(dòng)減少甚至消失。而TRPA1與LB-HT寒冷溫度覺感受器之間的關(guān)系有待證明。另一方面，雖然TRPM8與傳統(tǒng)的電壓門控K+，Na+和Ca2+通道相似，但冷刺激引起TRPM8的激活是一種漸進(jìn)性的電壓改變而不是一種閾值現(xiàn)象，因此沒有傳統(tǒng)的電壓門控通道靈敏[20]。與TRPM8通道關(guān)閉相比，通道的開放過程對(duì)溫度改變的依賴性更低。

3.2 TRPM8通道能夠感受淚膜滲透壓變化

除了感受溫度的變化，淚膜滲透壓的改變也會(huì)對(duì)寒冷溫度覺感受器產(chǎn)生刺激。TRPM8通道能夠感受輕度至中度的滲透壓變化。在恒定的溫度下，滲透壓的增加能夠加速寒冷溫度覺感受器動(dòng)作電位的產(chǎn)生[21]。

Parra等[22]通過僅改變高滲溶液中的溶質(zhì)排除了由離子組成所造成的誤差后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)滲透壓升高時(shí)，大鼠角膜寒冷溫度覺感受器的活動(dòng)性明顯增加；且低滲透壓溶液能夠抑制TRPM8通道的活動(dòng)[21]。這種傳導(dǎo)寒冷和滲透壓刺激的變化可能是電壓門控通道、轉(zhuǎn)導(dǎo)通道等共同激活的結(jié)果，TRPM8 通道在其中的具體機(jī)制可以通過后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3 TRPM8通道能夠調(diào)控眨眼反射

TRPM8通道除了能感受淚膜滲透壓變化外，還能夠協(xié)助調(diào)控眨眼反射。眨眼可分為反射性眨眼與自發(fā)性眨眼。人類的眨眼過程分為升溫和降溫周期，眨眼時(shí)角膜表面溫度上升，會(huì)抑制寒冷溫度覺感受器的活動(dòng)，當(dāng)小鼠的角膜溫度以約0.2℃/s的速度增加1℃時(shí)，TRPM8 通道的活動(dòng)減少約50%，而兩次眨眼之間由于淚液的蒸發(fā)作用導(dǎo)致角膜表面溫度下降，寒冷溫度覺感受器的活動(dòng)也會(huì)很快增加[19]。另外，蒸發(fā)所造成的淚膜滲透壓的升高同樣也會(huì)增加寒冷感受器的活動(dòng)[22]。因此，眨眼產(chǎn)生的淚膜周期性變化會(huì)使TRPM8通道的活動(dòng)隨之調(diào)節(jié)，進(jìn)而維持和調(diào)節(jié)自發(fā)性眨眼頻率。當(dāng)眼表被刺激后自發(fā)性眨眼頻率會(huì)增加[23]。另有研究也發(fā)現(xiàn)增加眼表空氣流可以增加寒冷溫度覺感受器的活動(dòng)，會(huì)使眨眼頻率呈線性增加[24]，而敲除寒冷溫度覺感受器的大鼠眨眼頻率減少[21]。

4 TRPM8通道與疾病的聯(lián)系

4.1 TRPM8通道與疼痛的關(guān)系

角膜是人體最獨(dú)特的組織之一，適度的降溫對(duì)人體其他部位無害，但會(huì)在角膜引起嚴(yán)重刺激，產(chǎn)生病理性冷痛[25]。生理狀態(tài)下，TRPM8通道可以感受溫度變化、傳導(dǎo)寒冷感覺，而不會(huì)引起不適癥狀。在病理狀態(tài)下，當(dāng)寒冷感受器結(jié)構(gòu)或數(shù)量發(fā)生異常時(shí)，往往會(huì)引起不同的癥狀[26]，如對(duì)冷覺敏感、疼痛，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致干眼的發(fā)生。

研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠角膜中，65%的冷覺感受器對(duì)TRPV1 激動(dòng)劑辣椒素有反應(yīng)，這表明TRPM8 和TRPV1 在角膜感覺纖維中有很高的重疊[20]，這些共同表達(dá)TRPV1和TRPM8的神經(jīng)元群可能代表了一組對(duì)有害刺激產(chǎn)生矛盾反應(yīng)的寒冷溫度覺感受器神經(jīng)元的亞群。

最新研究陸續(xù)揭示了TRPV1 在促進(jìn)眼部冷傷害性感受中的作用。在干眼病模型中，TRPM8+冷敏纖維中TRPV1的表達(dá)增加[26]。盡管TRPV1 對(duì)冷不敏感，但它能增強(qiáng)TRPM8+神經(jīng)元在冷刺激下的膜電位變化和放電速率，促進(jìn)了TRPM8+冷敏神經(jīng)元釋放神經(jīng)肽P物質(zhì)，P物質(zhì)與突觸后的NK1 受體相互作用，介導(dǎo)神經(jīng)源性炎癥，傳遞寒冷傷害感覺的信號(hào)，使小鼠眼部冷傷害性感覺增強(qiáng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的冷痛。TRPV1 在TRPM8+神經(jīng)元中的靶向性過表達(dá)可以有效地在角膜和皮膚中產(chǎn)生冷痛[26]，并且TRPV1和TRPM8的共表達(dá)僅對(duì)于角膜的冷痛和痛覺異常起到作用，但不會(huì)改變角膜的熱敏感性。TRPV1對(duì)于干眼所致的冷痛是不可或缺的，而藥物抑制TRPV1是治療干眼相關(guān)冷痛的一種有前景的策略，是治療眼痛的潛在靶點(diǎn)，可能為疼痛治療開辟一條新的途徑。

4.2 TRPM8通道異?？赡軙?huì)導(dǎo)致干眼

生理狀況下的寒冷感受器可以調(diào)節(jié)淚液分泌，在特定情況下還可以傳導(dǎo)痛覺。在干眼的患者中會(huì)出現(xiàn)伴有疼痛感的淚液分泌異常，由此許多研究探尋了寒冷溫度感受器異常與干眼之間的聯(lián)系。干眼是很常見的眼病，全球發(fā)病率高達(dá)5%左右[27]。低閾值寒冷溫度覺感受器對(duì)溫度和滲透壓的變化比較敏感，主要感受蒸發(fā)造成的淚膜變化；高閾值寒冷溫度覺感受器受弱刺激時(shí)產(chǎn)生降溫感覺，在眼表過度干燥時(shí)被強(qiáng)烈激活，引起疼痛的感覺。寒冷感受器形成了介導(dǎo)淚膜的動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)的反射弧的傳入臂，其功能的中斷可能是導(dǎo)致干眼的原因之一[28]。

角膜冷覺感受器損傷或表達(dá)異常是導(dǎo)致干眼患者眼表不適、疼痛等一系列感覺障礙和淚水分泌障礙的重要原因[26]。在模擬屈光手術(shù)小鼠模型中，發(fā)現(xiàn)部分TRPM8神經(jīng)末梢含有P物質(zhì)，并且觀察到術(shù)后P物質(zhì)的異常表達(dá)、TRPM8神經(jīng)末梢數(shù)量恢復(fù)不完全與術(shù)后干眼樣疼痛的發(fā)生相關(guān)[1]。

另一方面，Pi?a等[2]通過小鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)角膜神經(jīng)消融術(shù)主要通過上調(diào)典型的寒冷溫度感受器TRPM8表達(dá)，來增強(qiáng)其對(duì)冷和薄荷醇的敏感性，從而導(dǎo)致TRPM8+神經(jīng)元放電活動(dòng)和基礎(chǔ)淚液分泌率增加。角膜神經(jīng)損傷后的干燥感和淚液分泌的增加在很大程度上是由于寒冷的溫度感受器神經(jīng)元中TRPM8的上調(diào)所致。

4.3 干眼導(dǎo)致TRPM8通道特性改變

寒冷感受器異常會(huì)導(dǎo)致干眼發(fā)生，干眼同樣會(huì)導(dǎo)致寒冷感受器的功能出現(xiàn)異常。事實(shí)上，干眼患者對(duì)冷溫過敏，臨床上表現(xiàn)為冷痛覺過敏或冷異位痛，是屈光不正手術(shù)致干眼樣疼痛患者的常見癥狀[1]。在淚腺切除干眼的動(dòng)物模型中，角膜冷覺細(xì)胞的激活閾值溫度更高、對(duì)寒冷的反應(yīng)更加強(qiáng)烈以及對(duì)薄荷醇反應(yīng)的敏感性增加[29]。同樣，淚液分泌長(zhǎng)期減少會(huì)引起神經(jīng)損傷，引起寒冷溫度感受器產(chǎn)生類似的改變[30]，感受器興奮性的增加是導(dǎo)致干眼患者不適和干燥感的原因之一。

寒冷感受器興奮性增加是否由于TRPM8 通道表達(dá)的增加所導(dǎo)致？從淚液缺乏小鼠的三叉神經(jīng)元中分離的角膜寒冷感覺神經(jīng)元中，并沒有發(fā)現(xiàn)寒冷引發(fā)內(nèi)向電流的改變。進(jìn)一步研究表明此現(xiàn)象不是由于TRPM8通道的表達(dá)增加，而是角膜寒冷溫度覺感受器神經(jīng)元內(nèi)Na+通道電流增加和K+通道電流減少所導(dǎo)致。

5 衰老對(duì)TRPM8通道的影響

目前老齡化的加速使干眼的發(fā)病率急劇升高，影響著中國(guó)21%～30%的人口[31]。衰老會(huì)引起眼表各種形態(tài)和功能的變化，隨著年齡的增長(zhǎng)，眼部神經(jīng)功能下降并且會(huì)引起淚液分泌紊亂[32]。衰老所引起的一系列變化是否與寒冷感受器有關(guān)？Alcalde等[27]發(fā)現(xiàn)年輕小鼠角膜中2種類型的冷感受器神經(jīng)元及神經(jīng)末梢之間的分布保持平衡，隨年齡增長(zhǎng)，在老年小鼠中2 種不同的神經(jīng)元比例發(fā)生變化，高閾值寒冷感受器神經(jīng)元數(shù)量明顯增多，低閾值寒冷感受器的復(fù)雜末梢大大減少，大部分為簡(jiǎn)單末梢和分支末梢。表達(dá)TRPM8的感覺神經(jīng)末梢之間平衡的失衡最終導(dǎo)致了老年干眼患者淚液質(zhì)量的變化，以及伴隨的干燥感等一系列眼部刺激癥狀。因此，寒冷覺感受器將異常感覺傳入大腦可能是干眼在老年人中發(fā)病率很高的原因之一。

在干眼的老年患者中，經(jīng)?？梢杂^察到伴隨刺激和不適的溢淚現(xiàn)象。雖然老年人的溢淚主要?dú)w因于淚液排出通路阻塞，但就像研究中的老年小鼠一樣，功能受損的寒冷感受器神經(jīng)元的異常活動(dòng)也可能導(dǎo)致淚水溢出，加重干眼的癥狀[27]。衰老導(dǎo)致了眼表典型的低閾值冷感受器神經(jīng)元的數(shù)量和功能活動(dòng)減少、高閾值冷覺感受器神經(jīng)元的反應(yīng)性紊亂，并且使部分神經(jīng)元致敏，這一系列變化會(huì)使人更易產(chǎn)生干燥感和刺激性流淚的癥狀。

6 TRPM8通道相關(guān)的臨床應(yīng)用

不論是病理狀態(tài)或是衰老過程，TRPM8通道在與寒冷相關(guān)的疼痛中起著多方面的作用，因此其相關(guān)靶點(diǎn)為臨床應(yīng)用提供了多種可能。比如目前TRPM8受體激動(dòng)劑除了我們熟知的降溫和局部使用薄荷醇能夠緩解瘙癢的感覺之外，有研究顯示合成的TRPM8激動(dòng)劑（Cryosim-1）凝膠同樣可以治療瘙癢[33]；Yoon等[34]發(fā)現(xiàn)TRPM8激動(dòng)劑（Cryosim-3）可作為對(duì)常規(guī)治療無效的干眼相關(guān)神經(jīng)病理性疼痛的治療新藥物。另一方面，與之前傳統(tǒng)的認(rèn)知不同，Kaido等[35]評(píng)估了薄荷醇溫敷貼對(duì)于干眼的治療效果，發(fā)現(xiàn)薄荷醇可能需要升溫才能增加淚液分泌量，薄荷醇和溫度對(duì)淚液分泌的調(diào)節(jié)似乎是復(fù)雜的。由于長(zhǎng)期使用滴眼液治療會(huì)導(dǎo)致角膜上皮性疾病和其他疾病的發(fā)展，薄荷腦敷貼也許可以成為治療干眼癥的一種潛在的替代療法。另一方面，TRPM8受體的拮抗劑也可緩解疼痛癥狀，可以用于治療嚴(yán)重干眼相關(guān)的角膜疼痛綜合征[36]。但與此同時(shí)，在敲除TRPM8基因的小鼠實(shí)驗(yàn)中顯示，使用TRPM8拮抗劑在干眼情況下會(huì)減少基礎(chǔ)淚液分泌[34]，這是一種不良反應(yīng)。

目前對(duì)于TRPM8受體相關(guān)藥物的研究沒有完全成熟，對(duì)于激動(dòng)劑和拮抗劑的具體作用沒有完全清晰。在健康條件下激活TRPM8可以改善不適，但在干眼條件下卻會(huì)引起不適，造成這種差異的原因可能是對(duì)冷刺激的感知不同[35]。盡管干眼組和對(duì)照組之間在薄荷醇誘導(dǎo)的冷敏感性方面沒有差異，但對(duì)冷刺激的定性感知卻有所不同。持續(xù)的眼表暴露可能會(huì)改變更高級(jí)的大腦功能，致使在微弱刺激下也會(huì)產(chǎn)生特定的感覺，因此僅在外周水平激活TRPM8受體可能不是干眼患者刺激反應(yīng)的直接原因。

7 總結(jié)和展望

近年來，隨著TRP家族及不同角膜感覺軸突對(duì)多種組織細(xì)胞的重要性得以揭示，角膜寒冷溫度感受器在角膜感覺、淚液分泌、眨眼反射等方面的功能日益受到研究者關(guān)注。目前已經(jīng)肯定TRPM8參與了基礎(chǔ)淚液分泌過程的調(diào)節(jié)從而參與了干眼的發(fā)病機(jī)制，可能會(huì)為治療干眼或潛在的其他眼表病變帶來新的靶點(diǎn)。

未來除了繼續(xù)研究使用TRPM8作為生物標(biāo)志物外，還可以探索基于TRPM8受體的診斷探針；鑒定TRPM8基因多態(tài)性及其與個(gè)體疼痛敏感性差異的聯(lián)系，可能有助于個(gè)性化用藥；目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)TRPM8 的調(diào)節(jié)可以幫助減輕炎癥、神經(jīng)損傷或周圍神經(jīng)病變后的疼痛，然而其激動(dòng)劑和拮抗劑的作用要么不夠清晰，要么仍然存在爭(zhēng)議，因此還需要進(jìn)一步的說明。此外，角膜寒冷感受器的傳導(dǎo)通路中到底有多少種介質(zhì)參與了寒冷溫度感受器的傳導(dǎo)過程？不同的通路之間是否存在相互影響？尚需要更加深入、細(xì)致的研究。

利益沖突申明 本研究無任何利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明 李東禹：收集數(shù)據(jù)；參與選題、設(shè)計(jì)及資料的分析和解釋；撰寫論文；根據(jù)編輯部的修改意見進(jìn)行修改。張弘：參與選題、設(shè)計(jì)和修改論文的結(jié)果、結(jié)論；修改論文中關(guān)鍵性結(jié)果、結(jié)論