瞬时受体电位通道与神经系统疾病的研究进展

陈景宇,孟 辉,冯 华

(第三军医大学附属西南医院神经外科,重庆 400038)

瞬时受体电位通道(TRP)是位于细胞膜上的一类重要的非选择性阳离子通道超家族[1],能通过的离子主要是钠离子、钙离子和镁离子,分为:TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPP和 TRPML 6个亚家族。其中 TRPC通道在哺乳动物的中枢神经系统中有很高的表达[2],主要参与细胞膜受体激活磷脂酶 C所介导的钙离子进入,参与了帕金森病等中枢神经系统疾病的发病过程。

1 TRPC通道的结构、分型和调节 TRPC通道具有疏水的6次跨膜结构,以及位于胞内的氮(N)末端和碳(C)末端。TRP通道的 S5与S6之间片段内嵌构成孔道。S4片段却缺乏通常正电荷氨基酸残基,因此TRPC通道是非电压依赖性的。TRPC家族包括 TRPC 1～7共 7个亚型,分为四个亚群:TRPC1、TRPC2、TRPC4/5、TRPC3/6/7,其中 TRPC2只表达于大鼠和小鼠,在人类是伪基因,其余在人类中枢神经系统中均有表达,其中TRPC3主要表达于少突胶质细胞的膜相结构[3]。G蛋白偶联的受体 GPCRs,或受体酪氨酸激酶(TRKs)分别通过激活磷脂酶 PLCβ和 PLCγ来继发激活TRP通道。PLC水解 4,5二磷酸磷脂肌醇(PIP2),生成肌醇三磷酸(IP3)和二酰甘油(DAG),IP3水平的升高,使得细胞内钙库释放,细胞内钙库清空可开放TRPC通道[4],此外TRPC1可能被机械牵张激活,H irsch ler-Laszkiewicz等[5]发现TRPC6通过促红细胞生成素激活 TRPC3。

2 TRPC通道的功能 G蛋白偶联受体或 TRKs通过激活磷脂酶 C继而激活 TRPC通道亚家族。磷脂酶 C激活后水解 PIP2生成 IP3和 DAG,细胞内 IP3水平的升高使得 IP3敏感的钙库释放,而细胞内钙库清空可激活 TRPC亚家族通道,从而使得钙离子再次流入细胞内,填充钙库[6],TRPC亚家族通道此时起着钙库操纵的通道(SOC)的作用;也有研究报道 TRPC通道并非 SOC,而是直接由 DAG及其代谢物激活,称之为受体操纵的通道(ROC)。但可以确定的是这些TRPC通道都是由PLC介导的通路所激活,使得钙离子内流。

TRPC亚家族不同成员分布很广,通道激活后发挥多种不同的功能。TRPC1在脑、心脏、肾脏、肺、骨骼肌、前列腺、皮肤、睾丸和卵巢都检测到其高水平表达。作为最早被发现的哺乳动物 TRP通道,TRPC1公认的功能是参与受体介导的、钙依赖的平滑肌及腺体的分泌和收缩功能。TRPC2在人类是伪基因,在小鼠可能作为信息素感受体(信息素是同类种群个体之间用于相互交流、产生特定行为的必备化学物质,属于两大多基因族:V 1r和V 2r,在啮齿类动物中已发现其受体)以及参与精子顶体反应。TRPC3主要分布于脑、胎盘、心脏、骨骼肌和平滑肌,参与的功能包括脑源性神经生长因子(BDNF)介导的神经分化、血管收缩、气道调节和抗原刺激引起的淋巴细胞免疫反应。最近还有报道 TRPC3和体内另一种重要的钙调节器,钠钙交换体(NCX)偶联,钠离子通过 TRPC3通道进入细胞内,激活NCX的反向转运,从而增加胞内钙离子浓度[7,8]。TRPC4分布于脑、睾丸、胎盘、肾上腺和内皮细胞,参与血管收缩、微血管渗透以及外侧膝状体谷氨酸(GABA)能神经的输入。TRPC4基因敲除小鼠呈现出主动脉内皮细胞的钙内流消失,一氧化氮(NO)合成受损,以及血管舒张功能减退。有研究者在建立的大鼠大脑中动脉阻塞性脑缺血(MCA 0)模型上,观察到 TRPC4mRNA在纹状体、海马中有强表达,而在皮层中有弱表达。缺血组同侧纹状体TRPC4mRNA表达与对照组相比显著增加,提示可能与急性期脑损伤有一定关系[9]。TRPC5主要分布于脑、肺、睾丸和胎盘,可能参与生长锥的形成和脑的发育。TRPC6分布于肺、心脏、脑和肌肉,可能参与血管收缩和血小板聚集。TRPC7分布于心脏、肺、眼、脑、脾脏和睾丸,现在对其参与的功能还不太了解[10]。

3 TRPC通道在中枢神经系统疾病中的研究现状

3.1 TRPC与神经元保护 Montell等[11]首先发现 TRPC 3在大鼠的脑桥神经元中有表达,并且可以被一个重要的神经生长因子——BDNF激活,引起内向的电流,提示 TRPC和神经生长因子的上下游关系。此后Li等[12]发现TRPC通道介导了 BDNF引起的小脑颗粒细胞轴突导向的作用,提示TRPC参与了神经元发育和可塑性的过程。BDNF等神经生长因子可以激活 TRPC通道,它们的作用十分广泛,不仅参与了中枢神经系统的发育,而且对于维持神经元的正常存活也起到至关重要的作用。Jia等[13]使用 BDNF受体TrkB的阻断剂 K 252a可以抑制这种保护作用。而TRPC通道的阻断剂 SKF96365,可以非常明显地削弱 BDNF的保护作用。

钙离子对神经元的存活和凋亡非常重要,谷氨酸细胞毒性及细胞内钙超载假说是目前较为公认脑损伤后引起神经元死亡的重要机制。具有谷氨酸受体的神经元,对脑损伤的刺激特别敏感,谷氨酸受体激活通过细胞膜配体门控性和电压依从性离子通道,促进钙离子内流导致神经元损伤和死亡,细胞内钙离子的增加可诱导蛋白激酶的过分激活及自由基的形成增加,继而损伤神经元。阻止细胞内钙的增加以及减少自由基的生成,都能保护神经元抵御损伤。Huang等[14]证明了 TRPC3和 TRPC6对于 BDNF引起的小脑颗粒细胞轴突生长锥中的钙信号增加是非常重要的,细胞中控制存活的蛋白一般存在于胞体中,BDNF可以在培养的小脑颗粒细胞胞体上引起显著的钙离子浓度增加,而TRPC3和 TRPC通道的阻断剂 SKF96365,以及它们的 siRNA,都可以显著地抑止BDNF在神经元胞体引起的钙离子水平的增加[15]。BDNF对神经元的保护作用主要是通过磷酸化蛋白激酶 B(AKT)、细胞调节蛋白激酶(ERK)和 CREB(cAMP反应元件结合蛋白)来实现的,研究结果显示,BDNF可以在小脑颗粒细胞上引起AKT、ERK和CREB磷酸化的增加。无论是 TRPC的阻断剂SKF96365,还是特异性针对TRPC的 siRNA,都可以明显地抑止 BDNF引起的ERK和CREB的磷酸化。而 AKT的磷酸化并没有受到影响。BDNF引起的 ERK和 CREB的磷酸化依赖于 TRPC3和 TRPC6的开放,从而起到保护神经元的作用[11]。此外,Kim等[16]研究提示脑损伤后 BNDF调节半胱氨酸蛋白酶caspase 3的活性发挥治疗作用,Henry等[17]发现颅脑损伤后 BDNF通过作用于内源性神经祖细胞来增强神经的再生功能。赵志英等[18]发现经过 hBDNF基因修饰的神经干细胞移植较单独神经干细胞移植疗效好。以上研究均提示 TRPC通道可能参与了BDNF对神经元的保护作用。

3.2 TRPC与神经元凋亡 目前关于 TRPC和细胞凋亡的关系的研究存在争议。Bollimuntha等[19]发现在人神经母细胞瘤细胞SH-SY 5Y中激活或过表达 TRPC 1可减轻MPP+诱导的细胞凋亡,Marasa等[20]发现在小肠内皮细胞中 TRPC1介导的钙离子内流抑制 NF-κB的激活诱导细胞凋亡。Shan等[21]发现在心肌细胞中,TRPC3的过表达可诱导心肌细胞的凋亡。尽管上述研究结论不一致,但已证实的是细胞内钙离子浓度与细胞损伤密切相关,TRPC可导致细胞内钙离子浓度的变化[22]。如果钙离子浓度增高,将会启动细胞凋亡机制[23]。已有研究证实TRPC通道阻断剂可显著减轻体外培养的海马神经元的凋亡;也有研究以 MPP+为工具药,建立多巴胺能神经元细胞系细胞(MN9D细胞)损伤模型,证实 TRPC3可拮抗 MPP+对细胞的毒性损伤,提示作为钙通道的 TRPC3的下调可能参与了某些退行性疾病如帕金森的病理生理变化。

此外,Mwanjewe等[24]研究发现铁离子通过TRPC6进入具有神经表型的PC12细胞内,出现细胞内铁离子聚集。He等[25]发现给脑室内注射铁离子后星型胶质细胞自嗜增加,而给予铁离子螯合剂去铁敏治疗后 LC3-Ⅱ和组织蛋白 D表达下降;新近又有研究发现通过脑室内注射铁离子可以引起慢性脑积水的发生[26]。

综上所述,TRPC通道是一类重要的非选择性阳离子通道超家族,具有多种功能。而帕金森病、颅脑损伤、癫痫、脑积水等多种中枢神经系统疾病都与钙离子和铁离子通道有密切关系。随着研究的深入,TRPC通道的更多功能会被认识,可能会发现更多神经系统疾病的发生与其有关。

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