瞬時(shí)受體電位通道A1在生殖系統(tǒng)炎癥和氧化應(yīng)激中的作用

孫 靜,馬瑞欣,羅 彥

瞬時(shí)受體電位通道A1 (TRPA1),又稱ANKTMI蛋白,是一種主要通透Ca2+的非選擇性陽(yáng)離子通道,屬于瞬時(shí)受體電位 (TRP) 離子通道家族[1]。TRPA1廣泛分布于神經(jīng)細(xì)胞和非神經(jīng)細(xì)胞(如皮膚、腎臟、肺、胰腺、睪丸和子宮等多種組織細(xì)胞)中[2-3],可感受冷熱刺激,可被4-羥基壬烯醛、硫化氫、緩激肽和前列腺素等內(nèi)源性物質(zhì)激活,也可被異硫氰酸烯丙酯、肉桂醛、大蒜素以及空氣中的刺激物如汽車尾氣中的丙烯醛等外源性刺激物激活,其激活可以引起疼痛和炎癥等多種生物學(xué)效應(yīng)[4]。生殖系統(tǒng)疾病是影響女性生育的重要因素,包括子宮內(nèi)膜異位癥和輸卵管炎癥等,其發(fā)生與炎癥以及氧化應(yīng)激失衡等密切相關(guān)[5-6]。核因子E2相關(guān)因子2/血紅素氧合酶1 (Nrf2/HO-1) 和核因子κB (NF-κB) 信號(hào)通路是TRPA1調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)的重要機(jī)制[2,7],它們也參與了生殖系統(tǒng)疾病的發(fā)生與發(fā)展[8-9]。本文就TRPA1在炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激中的作用機(jī)制及其在生殖系統(tǒng)相關(guān)疾病中的可能作用作一綜述,旨在為未來(lái)研究提供參考。

1 TRPA1調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激的作用機(jī)制

1.1 TRPA1調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)的機(jī)制:TRPA1既可以介導(dǎo)炎性反應(yīng)也可以發(fā)揮抗炎的作用。首先,TRPA1可以通過多種機(jī)制介導(dǎo)炎性反應(yīng)。脂多糖 (Lipopolysaccharide,LPS) 可直接激活TRPA1引起炎癥,HO等人[2]發(fā)現(xiàn),在LPS誘導(dǎo)的肺部炎癥中,LPS激活TRPA1后,Ca2+內(nèi)流增加,引起還原型輔酶Ⅱ活化,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species,ROS)增加,進(jìn)而激活絲裂原活化蛋白激酶/核因子κB (MAPK/NF-κB) 信號(hào)通路,上調(diào)白細(xì)胞介素18(IL-18)的表達(dá),最終誘發(fā)小鼠肺部炎癥。也有研究[10]發(fā)現(xiàn),臭氧暴露使肺組織中P物質(zhì)(SP)和IL-18等炎癥因子表達(dá)水平升高,用TRPA1抑制劑A967079和瞬時(shí)受體電位通道V1(TRPV1)抑制劑AMG9810可以降低支氣管肺泡灌洗液中上述炎癥因子的表達(dá),提示臭氧暴露可能通過激活TRPA1/TRPV1通路誘導(dǎo)小鼠氣道炎癥和支氣管高反應(yīng)性。TRPA1激活引起的胞內(nèi)鈣增加引起SP、降鈣素基因相關(guān)肽等炎性介質(zhì)釋放,引起血漿外滲和水腫,并激活免疫細(xì)胞從而引起神經(jīng)源性炎癥[11]。其次,TRPA1激活也有抗炎作用。腫瘤的發(fā)生與炎癥關(guān)系密切,環(huán)氧合酶-2/前列腺素E2(COX-2/PGE2)是腫瘤細(xì)胞炎性反應(yīng)常見的信號(hào)通路,有研究[12]發(fā)現(xiàn),在人肺癌細(xì)胞中,TRPA1的激動(dòng)劑丁香酸甲酯可抑制低氧誘導(dǎo)的COX-2蛋白和mRNA表達(dá),抑制炎性反應(yīng),這一作用可被TRPA1拮抗劑阻斷,提示TRPA1激活可通過抑制COX-2/PGE2生成發(fā)揮抗炎作用。此外,Khare等人[13]發(fā)現(xiàn)高脂飲食會(huì)導(dǎo)致腸道TRPA1表達(dá)顯著降低、腸道激素水平餐后正?；д{(diào)、葡萄糖穩(wěn)態(tài)改變以及肝臟炎癥和脂肪堆積,TRPA1激動(dòng)劑大蒜素可以預(yù)防高脂飲食誘導(dǎo)的腸道激素水平餐后正?；д{(diào),并避免外周組織中的代謝和炎性并發(fā)癥,提示TRPA1激活具有抑制炎癥的作用。

1.2 TRPA1調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的機(jī)制:Nrf2/HO-1是一條重要的抗氧化應(yīng)激信號(hào)通路,對(duì)多種臟器都具有重要保護(hù)作用。在正常情況下,Nrf2被Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1(Keap1)隔離在細(xì)胞質(zhì)中,在氧化應(yīng)激的條件下,Nrf2從Keap1解離,進(jìn)入細(xì)胞核與Maf蛋白結(jié)合并與其靶基因啟動(dòng)子中的抗氧化反應(yīng)元件結(jié)合,調(diào)控HO-1等一系列下游抗氧化因子的表達(dá),進(jìn)而影響細(xì)胞的氧化狀態(tài)[14],而TRPA1可以通過鈣調(diào)蛋白依賴性激酶信號(hào)激活Nrf2[15],TRPA1激活后也上調(diào)HO-1表達(dá)[7],提示TRPA1激活具有抗氧化的作用。而在糖尿病小鼠的心肌細(xì)胞中,肉桂醛激活TRPA1后上調(diào)Nrf2及HO-1的表達(dá),進(jìn)而保護(hù)高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞氧化損傷[7]。綜上所述,TRPA1激活可以通過Nrf2/HO-1信號(hào)通路發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用。此外,TRPA1是氧化應(yīng)激的傳感器,可以直接被H2O2、脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物如(4-羥基壬烯醛和15-脫氧-12)、14-前列腺素J2等氧化應(yīng)激產(chǎn)物激活[16],研究發(fā)現(xiàn)H2O2激活TRPA1可誘導(dǎo)依賴于TRPA1的H2O2釋放,從而放大黑色素瘤細(xì)胞中的氧化應(yīng)激信號(hào),引起氧化應(yīng)激[17]。TRPA1激活引起的鈣離子大量?jī)?nèi)流[4]會(huì)導(dǎo)致鈣超載,從而促進(jìn)自由基的形成,也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞自由基清除系統(tǒng)如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、還原型谷胱甘肽等的損傷,最終引起氧化應(yīng)激[18]。比如創(chuàng)傷性腦損傷會(huì)增加ROS的產(chǎn)生,進(jìn)而激活TRPA1引起鈣內(nèi)流,鈣離子可以激活鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白酶Ⅱ,進(jìn)而導(dǎo)致氧化應(yīng)激引起的神經(jīng)細(xì)胞凋亡[19]。綜上,TRPA1激活后可能同時(shí)發(fā)揮引起氧化應(yīng)激和抗氧化應(yīng)激的作用,而這兩者之間的調(diào)控及平衡機(jī)制還不清楚。

2 TRPA1在生殖系統(tǒng)炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激中的作用

TRPA1與生殖系統(tǒng)的炎性反應(yīng)關(guān)系密切,目前已有研究證實(shí)TRPA1在大鼠子宮內(nèi)膜細(xì)胞中表達(dá)[3],而相比于正常的子宮內(nèi)膜,有研究[20]發(fā)現(xiàn)TRPA1在子宮內(nèi)膜異位組織中表達(dá)增加,而且患有子宮內(nèi)膜異位癥的小鼠,其腹腔灌洗液和血清中的炎癥因子IL-1β、IL-6、TNF-α和PGE2與子宮內(nèi)膜異位癥組織中TRPV1/TRPA1的表達(dá)呈正相關(guān),TRPA1拮抗劑HC030031可以抑制上述炎性因子的水平升高并顯著增加具有抑炎作用的M2巨噬細(xì)胞,這表明抑制TRPA1在子宮內(nèi)膜異位癥中可能發(fā)揮抗炎的作用,而其抗炎作用可能類似于在肺部通過抑制TRPV1和TRPA1來(lái)抑制TLR4/NF-κB通路和NLRP3/Caspase-1通路以發(fā)揮抗炎的作用。

3 Nrf2/HO-1及NF-κB信號(hào)通路在生殖系統(tǒng)常見疾病中的作用

3.1 Nrf2/HO-1信號(hào)通路與生殖系統(tǒng)常見疾病:Nrf2/HO-1信號(hào)通路主要與炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激有關(guān),也參與了生殖系統(tǒng)常見疾病的發(fā)生和發(fā)展。激活Nrf2/HO-1信號(hào)通路可發(fā)揮抗氧化作用,有研究[8]表明,漆黃素(一種廣泛存在于水果和蔬菜中的類黃酮多酚化合物)在LPS刺激的牛子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞中激活Nrf2/HO-1途徑,減少ROS的產(chǎn)生,顯著緩解LPS誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激。另外,激活Nrf2/HO-1信號(hào)通路也可以發(fā)揮抗炎作用。在牛子宮內(nèi)膜炎中,穿心蓮內(nèi)酯抑制牛子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞中Keap1的表達(dá),提高Nrf2和HO-1的表達(dá)水平,穿心蓮內(nèi)酯還顯著降低NO、iNOS、IL-1β和IL-6表達(dá)[21],而Nrf2可以干擾LPS誘導(dǎo)的IL-1β和IL-6等促炎因子的轉(zhuǎn)錄上調(diào)[22],這些結(jié)果表明,穿心蓮內(nèi)酯可以通過誘導(dǎo)Nrf2/HO-1途徑激活來(lái)防止LPS誘導(dǎo)的牛子宮內(nèi)膜炎。另有研究[23]證實(shí)虎杖苷以劑量依賴性方式抑制NF-κB激活從而顯著抑制TNF-α、IL-1β和IL-6的表達(dá)來(lái)治療子宮內(nèi)膜炎,同時(shí),經(jīng)虎杖苷處理后,Nrf2和HO-1的表達(dá)增強(qiáng),LPS誘導(dǎo)的子宮內(nèi)膜炎小鼠的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)顯著減輕,這些結(jié)果表明虎杖苷通過抑制NF-κB信號(hào)通路和激活Nrf2信號(hào)通路來(lái)緩解LPS誘導(dǎo)的子宮內(nèi)膜炎。HO-1也參與子宮內(nèi)膜增生的發(fā)展,但結(jié)論不一,可能通過分解血紅素產(chǎn)生引起氧化應(yīng)激和炎癥的代謝產(chǎn)物,促進(jìn)子宮內(nèi)膜增生的發(fā)展[24],也可能通過抑制iNOS、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)等炎癥信號(hào)來(lái)減輕雌激素引起的子宮內(nèi)膜增生[25]。綜上,Nrf2/HO-1信號(hào)通路在生殖系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

3.2 NF-κB信號(hào)通路與生殖系統(tǒng)常見疾病:近年來(lái)大量研究發(fā)現(xiàn),在不同生殖系統(tǒng)疾病中均可觀察到NF-κB信號(hào)通路活化。如在子宮內(nèi)膜炎中,研究者們[9]為了確定髓樣細(xì)胞表達(dá)激發(fā)受體-1(TREM1)和上游刺激因子2(USF2)在子宮內(nèi)膜炎中的相互作用,使用LPS誘導(dǎo)的人子宮內(nèi)膜炎模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)USF2通過上調(diào)TREM1進(jìn)一步激活TLR2/4-NF-κB信號(hào)通路促進(jìn)子宮內(nèi)膜炎。子宮內(nèi)膜異位癥也是一種炎性疾病,有研究[5]發(fā)現(xiàn),S100A7(S100A7是S100蛋白家族的成員,與促進(jìn)炎癥有關(guān))和NF-κB在子宮內(nèi)膜異位組織中表達(dá)增加,S100A7過表達(dá)增加子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的增殖、細(xì)胞周期進(jìn)展、細(xì)胞侵襲和炎性反應(yīng)并以NF-κB依賴性方式抑制細(xì)胞凋亡來(lái)促進(jìn)子宮內(nèi)膜異位癥。在子宮內(nèi)膜癌中,有研究[26]證明氟哌啶醇可通過激活NF-κB及其下游蛋白集落刺激因子1(CSF-1)來(lái)刺激人子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化、增殖、遷移和侵襲,而阻斷CSF-1可以在體內(nèi)、體外均抑制氟哌啶醇的上述作用,這表明激活NF-κB/CSF-1信號(hào)通路可加重子宮內(nèi)膜癌的發(fā)展。在淋病奈瑟菌誘導(dǎo)的輸卵管炎中,研究者們[6]通過檢測(cè)真核翻譯起始因子3(EIF3K)、mir-139-5p和與細(xì)胞凋亡相關(guān)的RNA的表達(dá)以及MAPK/NF-κB信號(hào)通路中蛋白質(zhì)的表達(dá),發(fā)現(xiàn)環(huán)狀EIF3K可通過抑制MAPK/NK-κB信號(hào)通路來(lái)阻礙炎性細(xì)胞生長(zhǎng),揭示了MAPK/NK-κB信號(hào)通路在輸卵管炎中的作用。此外,在高脂飲食構(gòu)建的肥胖小鼠模型中,包括子宮,卵巢和輸卵管在內(nèi)的生殖器官均發(fā)生了形態(tài)學(xué)改變,并伴隨著IL-6和TNF-α表達(dá)水平的增加,同時(shí)NF-κB和MAPK信號(hào)通路的激活增加,表現(xiàn)出低生育能力,這進(jìn)一步說(shuō)明高脂飲食誘導(dǎo)的雌性肥胖小鼠生育障礙與生殖器官中NF-κB和MAPK信號(hào)通路過度激活有關(guān)[27]。以上研究表明,NK-κB信號(hào)通路與生殖系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展有密切聯(lián)系。

越來(lái)越多的研究表明,Nrf2與NF-κB信號(hào)通路間存在相互調(diào)控作用。Nrf2和NF-κB在細(xì)胞核內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)CREB結(jié)合蛋白(CBP),兩種轉(zhuǎn)錄因子與CBP的結(jié)合依賴于轉(zhuǎn)位的Nrf2和NF-κB的相對(duì)量。Nrf2的缺失提高了NF-κB的表達(dá),導(dǎo)致炎癥因子的生產(chǎn)增加,而Nrf2的過表達(dá)可以顯著抑制LPS誘導(dǎo)的NF-κB表達(dá)增加,其下游基因H0-1也可以抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄,從而阻止NFNF-κB激活,減少炎癥因子的產(chǎn)生[14,28]?？傊?Nrf2/HO-1可通過降低細(xì)胞內(nèi)ROS水平降低氧化應(yīng)激介導(dǎo)的NF/κB激活、抑制NF/κB的核轉(zhuǎn)錄等多種途徑負(fù)性調(diào)控NF-κB,而NF-κB對(duì)于Nrf2/HO-1也存在雙重調(diào)控作用[29]。Nrf2/HO-1和NF-κB信號(hào)通路也廣泛參與子宮內(nèi)膜異位癥和輸卵管炎等疾病[5-6],而TRPA1激動(dòng)劑肉桂醛也可激活Nrf2/HO-1來(lái)抑制炎癥反應(yīng)改善小鼠潰瘍性結(jié)腸炎[30],前述TRPA1激活后也可引起炎性反應(yīng),因此在生殖系統(tǒng)常見疾病中,TRPA1很可能通過Nrf2/HO-1與NF-κB信號(hào)通路調(diào)控炎癥和氧化應(yīng)激,影響生殖系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展,詳細(xì)機(jī)制有待進(jìn)一步研究。