经典瞬时感受器阳离子通道研究进展

余冬梅 综述,陈 明审校

(重庆医科大学附属第一医院心内科 400016)

瞬时感受器阳离子通道(transient receptor potential,TRP)是位于细胞膜上的一种非选择性阳离子通道跨膜蛋白质,当其被激活时,允许包括钙离子在内的阳离子进行跨膜运输。哺乳类T RP是在1995～1996年在研究由刺激磷脂酶-C(PLC)受体信号通道引起的细胞内持续增加的钙离子流发生机制时被发现。到目前为止,在哺乳动物中已克隆了33个TRP亚型,根据同源性不同,T RP分为7个亚族,分别是TRPC、T RPV、T RPM、T RPP、TRPA、TRPM L及 T RPN。T RPC与果蝇的TRP同源性最高。TRPC家族包括7个亚族成员(T RPC1～7),广泛表达,涉及功能广泛,参与多种疾病的病理生理过程。TRPC功能异常可能会导致人类各系统功能的异常。现将T RPC的最新研究进展综述如下。

1 T RPC的结构

TRPC蛋白由6个跨膜a螺旋组成,第5、6跨膜结构域共同构成发卡通道结构,这是T RPC蛋白的结构基础,其氨基端和羧基端均在细胞内。氨基端同源性较高,多含有2～4个保守的锚蛋白(ankyrin)样重复,与通道蛋白的细胞膜锚定有关,锚蛋白与T RPC相互作用可形成功能性的同聚或异聚四聚体,从而在信号转导中发挥作用。羧基端变异性较大,与TRPC的自身调节有关[1]。T RPC结构的多样性表明,它们与细胞功能的多样性相关。

2 T RPC的激活机制

TRPC的激活受渗透压、pH值、机械力及一些内、外源性配体和细胞内信号分子等多种因素的调节。尽管TRPC的激活机制存在争议,但目前,有研究认为,被PLC耦联的膜受体激活T RPC是其主要的激活机制。受体操控理论认为,神经递质和生长因子等分别作用于G蛋白耦联受体和受体酪氨酸激酶,激活磷脂酰肌醇信号通路,产生两个第2信使:肌醇三磷酸(IP3)和二酰甘油(DAG)。IP3作用于内质网IP3受体引起钙库钙释放和钙库清空,而DAG可被代谢为花生四烯酸和亚麻酸等。目前认为,这两个信号通路都可以激活T RP。钙库清空诱发T RP激活所导致的钙离子内流为钙库依赖性钙内流(SOCE),负载的通道为钙库操纵性钙离子通道(SOCC);而DAG及其脂质代谢物激活TRP所导致的钙离子内流为受体操纵性钙离子流(ROCE),负载的通道为受体操纵性钙离子通道(ROCC)。

3 TRPC的功能

TRPC家族的细胞功能具有普遍性和多样性。TRPC作为非选择性阳离子通道,参与转录因子的激活、细胞凋亡、血管收缩、血小板激活以及心肌肥厚等多种生理病理过程。因此,TRPC也可能是许多药理干预的作用靶点。

3.1 TRPC1 TRPC1是第 1个被克隆的最短的哺乳类TRP,与果蝇T RP有40%左右的同源性,广泛分布于脑、心脏、肾、肺、骨骼肌、睾丸、卵巢、唾液腺,少量分布于肝脏和肾上腺。TRPC1能够和其他的TRPC亚基形成异聚体。有研究表明,在海马细胞上,T RPC1和TRPC5形成一种异聚体通道,该通道的激活不依赖胞内钙库的耗竭。提示TRPC结构的多样性与细胞功能的多样性相关。

TRPC1与心肌肥厚有一定联系,可能是心肌肥厚病理生理过程的一种重要的调节剂。Ohba等[2]发现,大鼠心肌细胞表达T RPC1、3、5、6,而肥大心肌细胞仅T RPC1蛋白表达显著增加。用内皮素-Ⅰ(ET-Ⅰ)、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)和去甲肾上腺素诱导大鼠心肌细胞肥大,心肌细胞TRPC1高表达及SOC开放,采用siRNA抑制TRPC1基因的表达,能明显减弱上述方法诱导的心肌肥大。用膜片钳技术发现,压力负荷过重时大鼠心肌细胞 TRPC1的表达上调,而TRPC1(-/-)小鼠在压力负荷过重和神经激素刺激下,并未显示心肌肥大的证据[3];小干扰RNA敲除T RPC1基因可以抑制活化T细胞核因子(NFAT)的激活,并且抑制5-羟色胺(5-HT)诱导的心肌肥厚反应[4]。提示T RPC1调节异常可能导致心肌肥厚。

3.2 TRPC2 TRPC2在人类是伪基因,在小鼠可能作为信息素感受体以及参与精子顶体反应。敲除此基因导致小鼠的性别识别障碍和雄性攻击行为消失,提示该基因可能对动物的性和社会行为有特殊影响[5]。

3.3 TRPC3 TRPC3在脑、卵巢、结肠、小肠、前列腺、胎盘和睾丸中广泛分布。T RPC3在调节血管内皮细胞钙离子浓度及其功能上扮演着重要角色。有研究发现,原发性高血压大鼠(SHR)单核细胞 TRPC3的表达水平增高[6-7]。也有研究发现,SHR血管平滑肌TRPC3高水平表达[8],AngⅡ受体阻断剂在降低血压的同时使T RPC3的表达下调,氨氯地平则无此作用[9]。Thilo等[10]研究证明,收缩压的高低与 TRPC3、白介素-1β(IL-1β)以及肿瘤坏死因子α(TNF-α)的 mRNA 水平存在正相关,提示原发性高血压与TRPC3和炎症反应存在潜在的关系。心肌细胞内Ca2+浓度的紊乱是触发心肌细胞肥大相关信号转导的始动因素。Bush等[11]研究发现,胸主动脉缩窄及去甲肾上腺素刺激SHR的心脏,TRPC3蛋白表达明显增加。心脏低水平过表达T RPC3的转基因小鼠出现心肌肥厚,高水平过表达T RPC3的小鼠心脏重量明显增加,存活率降低[12]。选择性T RPC3受体阻断剂吡唑类复合物2-氨基-3-甲基-5-氰基吡啶(Pyr3)能消除PLC依赖的钙离子内流,减弱NFAT的活性及大鼠乳鼠心肌细胞肥厚的增长及体外压力负荷介导小鼠心肌细胞的心肌肥厚[13]。因此,TRPC3介导的细胞内钙离子浓度的改变在心肌细胞肥大的病理生理过程中发挥着重要作用。

3.4 T RPC4 TRPC家族成员在各种来源的内皮细胞中广泛表达,其中TRPC4最主要的作用是调节内皮细胞的功能,调节内皮细胞收缩性、血管紧张度和通透性。TRPC4(-/-)小鼠主动脉内皮细胞的钙枯竭诱导的SOCC消失,NO合成受损,对镧离子敏感的血管舒张也大大消减[14]。提示TRPC4可能通过调节内皮源性NO的产生而参与血管张力调节。有研究发现,早期 SHR的心脏 T RPC4、5表达上调,提示 T RPC4、5可能是高血压性心肌肥厚早期心脏表达的T RPC的主要亚型,参与左心室收缩功能不全的发生、发展过程[15]。

此外,TRPC4可以因外侧膝状体神经元表达的5-HT2aR的激活而开放,引起细胞内钙的升高,最终导致胞体本身γ-氧基酸(GABA)释放增强,从而间接参与视觉传递的调节和整合[16]。TRPC4还参与嗜铬细胞和PC12细胞的组胺诱导的细胞分泌以及肠Cajal间质细胞的节律性调节等[17-18]。

3.5 T RPC5 T RPC5主要在神经系统表达并发挥作用,参与调节中枢神经系统、神经元的功能及其分化。在体、内外实验中均证实,T RPC5蛋白主要集中表达于海马神经元及生长锥。在高血压患者的单核细胞中 TRPC5的表达增高并伴随着Ca2+内流的增加[8]。有研究发现,扩张性心肌病终末期患者心肌细胞中T RPC5、6基因表达显著上调[10,19]。尽管不少研究开始报道T RPC5的作用,但TRPC5的生理功能大多数尚未清楚。

3.6 T RPC6 T RPC6参与了受体介导以及机械敏感性血管收缩的调节,也参与了肺动脉血管平滑肌细胞(PASMC)的增殖,与特发性肺动脉高压(IPHA)的发生相关。与肺主动脉相比,肺小动脉对缺氧更加敏感,更多的参与了对肺血管紧张度的调节[20]。有研究报道,T RPC6基因启动子的功能性二等位基因-254(C G)单核苷酸会增加促炎性细胞因子核因子κB(NF-κ B)介导的启动子活性,刺激肺动脉血管平滑肌细胞 TRPC6的表达,使个体患IPAH的风险增加,抑制NF-κ B的活性可以降低携带该等位基因患者PASMC中TRPC6的表达,减弱激动剂介导的 Ca2+离子内流[21]。对米兰高血压大鼠(MHS)的研究中发现,MHS大鼠动脉的TRPC6及钠-钙交换体1(NCX1)表达的上调,并且增强了钙离子信号转导,而这种强化的钙离子信号转导可能导致了MHS大鼠血管收缩增加并进一步引起血压升高[22]。这一结果提示T RPC6在高血压发病中的重要作用。T RPC6参与了心肌肥厚与心室重构的过程。用ET-Ⅰ[23]、钙神经素或过度压力负荷刺激小鼠和人的心肌细胞,TRPC6蛋白表达显著上调[19]。因此,进一步证实过表达T RPC6的转基因小鼠发生心肌肥厚,对心脏压力负荷反应性增强及依赖NFAT的转录活力增加,更易发生心力衰竭,生存率下降。因此,TRPC6可能参与了Ca2+-钙神经素-NFAT信号通路的正反馈机制,而该信号通路在心肌细胞过度激活时会引起病理性心室重构。而磷酸化或者功能性抑制TRPC6是通过抑制5型磷酸二酯酶途径防止病理性心肌肥厚的基础[24]。TRPC6是心脏心钠肽/脑钠肽-鸟苷酸环化酶A(ANP/BNP-GC-A)信号通路介导的抗肥大作用的关键靶点,阻断T RPC6很可能是防止病理性心室重构的有效治疗方法[25]。

3.7 TRPC7 TRPC7能够被多种激素和神经递质受体激活,广泛表达于各种组织:孕期子宫、体外培养的角蛋白细胞等。然而,TRPC7在这些细胞和组织中参与其功能调节的具体内容及机制尚不明确。有研究认为,TRPC7参与细胞凋亡的调控。细胞凋亡是心脏疾病发生、发展的促成因素。同时,细胞内Ca2+浓度的增加是前列腺素E2(PGE2)和AngⅡ介导的凋亡的始动因素[26]。体外实验中乳鼠心肌细胞转染T RPC7基因后,基础及AngⅡ诱导的凋亡均增加,T RPC受体阻断剂1-{2-(4-甲氧基)-2-[3-(4-甲氧基苯基)丙氧基]乙基}咪唑(SKF96365)和钙神经素阻断剂他克莫司(FK506)均可以阻断AngⅡ介导的细胞凋亡的发生[27]。对人白血病细胞研究也提示,TRPC7在细胞凋亡中有一定的作用[28]。然而,T RPC7参与凋亡的机制尚不明确,有待进一步研究。

4 结语与展望

哺乳类T RPC自发现以来一直是研究的热点,尽管许多学者已经开始鉴别这些通道特征和体内生理功能,但对于T RPC的研究也还刚刚起步,目前,尚无一致结论。TRPC作为主要的非选择性的阳离子通道,具有广泛的病理生理意义,大量研究已经证实 TRPC在体内多种细胞组织中发挥作用。然而,TRPC的激活调节具体机制存在钙库和脂质第 2信使(DAG和其代谢产物)依赖性的争议,但是被与PLC偶联的膜受体所激活是不争的事实。因此,有望成为ROCC的分子实体基础,受到广泛重视。TRPC也是多种复杂疾病的危险因素。因此,TRPC还可能成为许多疾病治疗的新的药物作用靶点,寻找TRPC特异性的拮抗剂和激动剂具有重要的现实意义和广阔的发展前景,将为临床治疗多种疾病开辟新的途径。

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