热敏通道：“寒者热之，热者寒之”的细胞和分子生物学意义❋

杨 桢，高 琳，赵红霞，芦 冲，李 冀

(1.北京中医药大学，北京 100029；2.中国中医科学院中医基础理论研究所，北京 100700；3.黑龙江中医药大学，哈尔滨 150040)

寒热概念是中医理论体系中的核心概念之一，它常用以说明人体生理病理的状态，界定中药的性能。寒热理论贯穿于中医的理法方药全过程，临床辨治中常依据寒热理论确立治疗大法，成为指导组方的重要准则。

《素问·至真要大论》中的“寒者热之，热者寒之，温者清之，清者温之”是针对寒热证候最重要的治疗大法。笔者梳理近10余年的相关文献，试图从热敏通道(Thermo TRP channels)的角度，对寒热证的发生以及“寒者热之，热者寒之”治法可能的细胞和分子生物学内涵进行初步探讨。

TRP是transient receptor potential(瞬时受体电位)的简称，它们是一类非特异性的离子通道，是我们感官系统的哨兵，能感知光线、温度、触觉、疼痛、渗透压、味觉等刺激。温度敏感TRP离子通道(thermo-sensitive TRP ion channels，文中简称热敏通道)主要是对温度敏感的离子通道。热敏通道的发现始于对辣椒的研究。N.JANCS首先提出辣椒中所含的辣椒素参与了激活感知痛觉的神经元活动[1]。随后研究者发现，辣椒素不仅可用于研究伤害性感受器初级传入的神经生物学,而且通过辣椒素建立了新的研究慢性疼痛的方法[2]。第一个热敏通道是1997年发现的，UCSF的科学家在研究辣椒素作用靶点的时候，发现了辣椒素受体，并成功将其克隆，命名为香草酸受体亚型1(Vanilloid receptor subtype 1,VR1)[3]，后改名为TRPV1，亦称辣椒素受体，成为最受人瞩目的“热激活离子通道(Heat-activated ion channel)”。这个发现开启了从分子层面认识寒热的新时代。

在随后的研究中，又陆续发现数个热敏通道及其激动剂，其中诸多寒热特性明显的中药，如胡椒、花椒、生姜、肉桂、薄荷、菊花、白芥子等都含有激动热敏通道的有效成分。

1 热敏通道家族概况

到目前为止，有6个热敏通道已经分离出来，均表达于皮肤和/或感觉神经元并可被温度激活。其中温热通道有4个：TRPV1(≥43℃，近似的温度激活阈值，下同)，TRPV2(52℃)，TRPV3(32℃～39℃)和TRPV4(27～34℃)；寒凉通道有2个：TRPM8(25℃～28℃)和TRPA1(≤17℃)。

从热敏通道所对应的激活温度可见，机体对寒热的感知与中医寒凉温热四性有精妙的对应关系：寒-TRPA1，凉-TRPM8，温-TRPV3、TRPV4，热-TRPV1、TRPV2，两者之间共同的生物学基础就是人体的寒热感觉。因此，从热敏通道的角度入手，来探究中医寒热病证的现代生物学意义，进而挖掘中医临证治疗大法“寒者热之、热者寒之”的分子生物学本质，当是一种行之有效的方法。

2 热敏通道：感受寒热细胞和分子生物学基础

热敏通道的每个通道都有其特性，有复杂和迥异的调节路径，其中有些过程是类似的。

热敏通道是非特异的阳离子通道，温度、机械刺激、某些外源性和内源性化学物质均可激活[4]。它们能够将大量的物理和化学刺激整合，产生积分效应，经过中枢处理产生多种感觉。为应对性质迥异的刺激，热敏通道的构建蛋白质是模块组合式的结构，具有独特的变构能力，有多空间形态的门控功能，不同的信息引起分子构象的特异改变，从而开启相应通道。它将某一类结构赋予温度依赖的调节，而另外的结构赋予电压依赖的调节。运用热力学的某些原理，可以解释热敏通道被冷或热激活，直接由温度门控[5]。

热敏通道由G蛋白偶联受体(GPCRs)调制。组织损伤或炎症过程中释放许多炎症介质如前列腺素、缓激肽和蛋白酶等，它们结合到GPCRs引起PKs(protein kinase，蛋白激酶)如PKA、PKC的下游激活；这些丝氨酸/苏氨酸激酶磷酸化热敏通道，调节其热阈值，再通过一系列激动剂影响其门控开关[6]。热敏通道也接受生长因子(NGF、GDNF)的调控。结合本文的目的，在此仅介绍热敏通道中热通道代表TRPV1和寒通道代表TRPA1的部分特性。

2.1 热通道的代表TRPV1及其特性

TRPV1通道广泛存在于神经系统，中枢神经和周围神经组织均存在。TRPV1广泛表达于三叉神经节(TG)和背根神经节(DRG)的中小神经元上，这些神经元主要负责伤害性刺激的传入。几乎各种组织如皮肤、膀胱、胃肠道、牙髓、肺和前列腺的神经纤维中均有TRPV1表达；在一些非神经组织，如人皮肤的表皮角化细胞、胃上皮细胞、尿路的上皮细胞和平滑肌也有TRPV1分布。

在TRPV1的激活剂中最有代表性的是温度、辣椒素和酸度。43℃以上的温度可以激活TRPV1通道。在自然状态下，43℃大致上是诱发人和某些动物热痛的阈值。辣椒素能够激发局部的热痛麻木感，而酸性环境(pH≤6)也能激活TRPV1通道。如氢离子大量出现在受伤害组织中，导致组织酸化，而氢离子、热和某些激动剂之间的互动，就导致了伤害部位的热痛酸胀感。此外，多种内源性炎症介质，通过多个信号通路(包括PLC/PKC、PKA、ERK/MAPK和PI3K/Src)致敏TRPV1，产生热或痛感[7]。因此，针对TRPV1的激动剂或抑制剂可以治疗疼痛和发热相关病证，调控TRPV1有止痛和调节体温的作用[8～10]。

2.2 寒通道的代表TRPA1及其特性

TRPA1是最明确的冷痛受体，是一种冷毒感受器，让人产生不愉快的冷痛感[11]。其分布脏器与TRPV1大致相当，在神经组织中TRPA1几乎与TRPV1同行。表达TRPA1的感觉神经元中有97%也表达TRPV1，而表达TRPA1的神经元只有30%表达TRPV1[12]。

TRPA1也是诸多化学和物理因素的感受器，它感受的温度是≤17℃。最有代表性的TRPA1激动剂是芥末油和肉桂醛，前者来自于芥末，后者来自于肉桂。一些内源性炎症介质也能激活TRPA1。研究显示，TRPA1介导持续的慢性疼痛与该通道的持续活化有关。

TRPV1与TRPA1关系密切，有一种假说认为TRPV1和TRPA1在细胞膜上形成一个复合体，使得TRPV1影响TRPA1通道的内在特征[13]。TRPA1对TRPV1的依赖较高，二者关系紧密，在产生疼痛方面产生积分效应，有“犯罪搭档”之称[14]。寒热通道之间的多样性联系，可以深入理解中医理论中寒热的依存、转化等复杂关系。

3 寒证与热证的产生：通道致敏与组织敏化

根据上述原理，我们可以从热敏通道角度讨论相关寒证和热证的产生。

在发炎区域由于存在大量炎症因子，它们容易激活热敏通道，这种情况称为区域敏化。热敏通道致敏后易引发与寒热和慢性疼痛状态相关联的过敏症[15]，产生以冷、热、痛等为核心的病理证候。

3.1 热证

热敏通道的配体辣椒素、芥子油、肉桂醛等本质上说都是敏化剂，它们能够降低热敏通道的阈值。其中有些化合物是直接结合到热敏通道上，是热敏通道的直接活化剂；还有一些化合物则不与热敏通道结合，而是间接影响热敏通道的功能，是单纯的敏化剂[16]。如辣椒素的浓度即使不能产生活化电流，也能使得TRPV1通道对酸(氢离子)和热敏感；同样酸可以让TRPV1通道对热和辣椒素敏感。在一定的酸性环境下(如PH≤6)，即使在室温(24℃)，也能激活TRPV1受体[17]，产生热辣感。大多数介质通过受体途径(如受体酪氨酸激酶和GPCR)发挥作用，但是氢离子直接致敏TRPV1。这可以解释为什么烧心、胃脘周围的疼痛如此常见。原则上，温度或局部酸度升高可增加部分TRPV1激动剂的功效，使得那些不产生或者仅产生轻微疼痛的配体表现出显著毒性，产生较重的病理变化。据此可以推论：其他条件不变，组织酸化就会引起发热或疼痛的感觉。

此外，某些氧化还原反应中的活性物质可以直接调节TRPV1通道的活性。特别是在氧化还原反应发生变化的组织中出现增强效应，如局部缺血和/或炎症时，导致痛觉过敏[16]。可见热证的产生是多种因素在同一热敏通道上产生的加分效果，因此也称其为积分器。

3.2 寒证

与TRPV1通道正好相反，在炎性条件和激动剂存在的前提下，略微降低温度则可使TRPA1快速敏化，有人在室温或生理温度时产生冷或冷痛感。

体外实验观察到，当TRPA1激动剂(如内源性的炎症因子)作用下，轻微的降温就可导致TRPA1大幅度开放，引起强烈的跨膜电流，产生较强的动作电位(该冲动经由三叉神经节或背根神经节经脊髓传导至大脑，经大脑整合产生强冷感和痛感)；如果TRPA1激动剂不存在，即使是冷毒(17℃以下)也只会导致电流的轻微改变[11](产生轻微的冷或冷痛感)。该实验解决了一个问题，就是并不需要到生理上TRPA1激活的温度，TRPA1即可启动。这就解释了为什么在某些情况下，轻度的冷却会让有些人感到非常冷。

人类的慢性疼痛有一个显著特点，就是对冷敏感，常表现为怕冷或冷痛。体外实验证明，肉桂醛达到阈值，诱导去极化激活TPRA1的时间比辣椒素激活TRPV1慢得多；另一方面，在等效浓度情况下，肉桂醛激发的动作电位次数却比辣椒素多得多。TRPA1具有这种慢活化与慢失活特性，使得伤害感受神经元感受到长时间的冷痛[18]。

在细胞内的TRPA1氨基末端结构域，许多激动剂通过共价结合到其反应性残基，激活TRPA1。由于TRPA1的这些亲电激动剂的共价修饰是不可逆的，TRPA1激动剂通常出现长时间的残留活性，持续可达1个多小时，而其他通道的激活仅仅持续数秒到数分钟[19]。在损伤或炎症部位持续释放的内源性激动剂激活，因此长时间激活TRPA1。

另外，感觉神经细胞表面TRPA1的数量是变化的。在某些TRPA1激动剂作用下，感觉神经细胞内的囊泡与细胞膜融合，使得膜面积增加，囊泡上的TRPA1易位到细胞膜上，TRPA1的数量因此增加，进而发生比较剧烈的寒冷感或冷痛感[20]。

可以看到，有多种机制使得TRPA1在激动剂作用下长时间、高强度活化，这可以理解为什么慢性疼痛多为冷痛、寒证。动物实验证明，TRPA1特异性拮抗剂可以逆转各种病理条件下持续性疼痛。

热敏通道分布的广泛性、对神经感觉的主宰意义、对伤害性感受的特性以及与炎症的密切关系，使得寒热之证广泛存在。

4 寒热证治疗大法：寒者热之、热者寒之

基于对热敏通道的理解，既然伤害性感受器的热敏受体敏化和过敏是热证、寒证形成的基础，那么治疗寻求热敏通道的脱敏就成为必然之选。TRPV1和TRPA1的许多激动剂能以异源脱敏的方式脱敏这2个通道，有证据显示，这2个通道的依存度极高，在交叉脱敏中联合发挥作用[21]。对于寒热证的治疗，其本质或许是使热敏通道脱敏。

中医关于寒证与热证最重要的治法还是寒者热之和热者寒之，逆敏化现象和寒热通道之间的交叉脱敏原理可能部分反映该治法的分子本质。

4.1 温度改变与逆敏化

最直截了当处理寒热证的办法莫过于热敷冷敷。将热痛的组织冷敷、将冷痛的组织热敷就是一个逆敏化过程，使得温度诱导的敏化得以消除，这是某种意义上的脱敏。

一个芥子油诱导的冷痛实验可以观察到这样的事实：在23℃的时候，转染TRPA1通道的细胞可以产生类似冷痛的电流脉冲；当温度提高到34℃的时候，该电流脉冲幅度几乎减少一半；当实验温度升高到39℃时，这个电流脉冲几乎消失。也就是说，这时几乎感知不到冷或冷痛了，TRPA1通道已经完全脱敏。该实验的结果说明，升高的温度抑制了TRPA1激动剂的活性，导致TRPA1通道脱敏[22]。

由此可以看出，冷温度是TRPA1的正调节，而热温度则是TRPA1的负调节。这种温度引起的脱敏一定需要其他激动剂的存在。炎症或受伤害组织部位的温度常常会升高3～4℃，这也许是一种自我保护，使得TRPA1的活性降低，减轻冷感或疼痛。

4.2 寒热通道之间的交叉脱敏

TRPV1和TRPA1通道的部分激动剂具有交叉脱敏作用，并发挥热者寒之或寒者热之的功效。

以人体实验来说明交叉脱敏。辣椒素和芥末油分别作用于TRPV1和TRPA1，实验中分别涂抹于受试者的口腔，引起舌头剧烈的刺激性疼痛，这是自致敏。实验继续，每分钟给药1次，大约5 min后，舌头上的刺痛感显著降低。继续实验，将辣椒素和芥末油交叉使用，仍然感觉不到明显的刺痛感[23]。有大量实验证明，TRPV1和TRPA1通道之间存在这种异源交叉脱敏[13,21]。

另外一个以大鼠的后爪皮肤为材料的实验显示，在感觉神经元上反复使用辣椒素可以使得细胞内钙离子水平升高，通过去磷酸化作用，导致钙依赖和磷酸酶依赖的TRPV1通道同源脱敏；对芥子油的异源脱敏也是通过钙依赖途径实现的。而TRPA1通道对芥子油的同源脱敏是非钙离子依赖性途径；对辣椒素的异源脱敏则是通过钙离子依赖性途径实现的。交叉脱敏在动物大体和伤害性防御测试中都能观察到[21]。

以这些实验结果解释温热中药的使用，足够量的含有TRPV1激动剂的温热药，可以使富含感觉神经的炎性组织致敏，产生温热感，其后进一步使得该组织脱敏；与此同时，这些温热药也能使得TRPA1通道脱敏，不再受该寒通道激动剂(如引起神经炎性冷痛的缓急肽)的活化，从而产生散寒效应。

最有名的温里药干姜、花椒、胡椒、吴茱萸等辛辣成分都是TRPV1激动剂，能逆转TRPA1活化引起的冷痛，发挥散寒止痛作用。而菊花、蝉衣、芥末油、肉桂醛则是TRPA1激动剂，薄荷则是TRPM8激动剂，它们都能交叉脱敏TRPV1发挥清热作用。

5 结语

中医寒热理论和方药涉及非常丰富的内容，热敏通道为深入理解寒热相关问题打开了一扇窗户，从一个独特的视角解读古老中医。但有些问题是显而易见的，如热敏通道之间的差异性很大，研究内容依然不足；动物模型与人体差异大，尤其是寒通道还不足以理解人类复杂的寒热感受，许多矛盾与差距亟待弥补。目前来看，热敏通道理论和中医理论有脱节和不协调之处，这是由于研究和认识不充分的缘故，随着研究的深入相信很多问题会迎刃而解。还有很多基本概念，如辛温、辛凉、辛温发汗、温肺化饮、温经散寒、温经止痛等，运用热敏通道理论都可以得到更加丰富的理解。如何让这些理论自然融入到中医理论体系中则是一个挑战。现在已经出现一道曙光，从分子水平认识和发展中医，其契合度非常高，比以往任何时候都要自然而亲切。

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