瞬时受体电位香草酸受体3的功能及其激活因素研究进展

李忠华，李晓蕾

(1 贵州医科大学第三附属医院，贵州都匀 558000；2 哈尔滨医科大学大庆校区基础医学院病理教研室)

·综述·

瞬时受体电位香草酸受体3的功能及其激活因素研究进展

李忠华1，李晓蕾2

(1 贵州医科大学第三附属医院，贵州都匀 558000；2 哈尔滨医科大学大庆校区基础医学院病理教研室)

瞬时受体电位香草酸受体(TRPV)通道蛋白是瞬时受体电位通道蛋白超家族中的重要成员。TRPV通道蛋白包括6个成员，其中TRPV3作为一种热敏感通道蛋白，在皮肤等多种组织中都有表达，参与温度传感、炎症反应、毛发生长和皮肤屏障完整性、钙调节等多种生理过程。TRPV3的激活因素包括温度、一些化学配体(如2-氨基乙氧基联苯硼酸盐)、内源性激动剂(如法尼基焦磷酸)和调节因子。

瞬时受体电位通道；瞬时受体电位香草酸受体；温度传感；钙离子载体；瞬时受体电位香草酸受体化学配体；瞬时受体电位香草酸受体激动剂

瞬时受体电位香草酸受体(TRPV)通道蛋白是瞬时受体电位(TRP)通道蛋白超家族中的重要成员。TRPV通道蛋白包括6个成员，其中TRPV3作为一种热敏感通道蛋白，在皮肤、角化细胞、脑、脊髓、背根神经节等多种组织中都有表达，并通过接受细胞外信号发挥其生理功能，对机体产生影响。TRPV3在皮肤屏障形成、毛发生长、伤口愈合、角化细胞成熟、皮肤的痛、痒以及温度感觉中发挥重要作用。TRPV3功能异常会导致脱发、皮肤炎症、瘙痒等，亦与胃肠道疾病及肿瘤发生发展相关。最近研究[1]发现TRPV3参与温度传感、炎症反应、毛发生长和皮肤屏障完整性、钙调节等多种生理过程，可以被一些因素包括温度、化学配体(如2-氨基乙氧基联苯硼酸盐)、内源性激动剂(如法尼基焦磷酸)和调节因子激活。现就近年来有关TRPV3的生理功能及其激活因素的研究进展作一综述。

1 TRPV3的生理功能

TRPV3主要功能包括参与温度传感、炎症反应、疼痛、伤口愈合，维护皮肤屏障完整性及促进头发生长等[1，2]。

1.1 参与温度传感 TRPV3作为一种热敏感通道蛋白，对生理性的温度升高或降低可以发生反应。如在皮肤角化细胞、口腔与鼻腔上皮细胞的温度传感方面发挥重要作用，而且与TRPV1密切相关。但与TRPV1不同的是，TRPV3在啮齿类动物感觉神经元中表达并不是很高[3]，而是高表达在皮肤，特别是表皮和毛囊角质形成细胞等部位。研究发现敲除TRPV3基因的小鼠表现出对无害或有害的热反应的缺失，但是其他感觉未受影响[4]。TRPV3引起的温度传感，一方面是由于热刺激作用于高表达TRPV3的皮肤角质细胞，促进前列腺素E2(PGE2)和ATP的释放，激活支配皮肤的感觉神经纤维[5]；另一方面，热感觉的产生需要亚硝酸盐和TRPV3的共同参与[4]。然而，应用TRPV3天然激动剂(麝香草酚、乙基香兰素)进行灌胃，并没有产热和导热，也表明TRPV3在自主性体温调节上的有限性[2]。TRPV3作为一个热敏元件，其作用机制目前还不是很清楚，需要进一步深入研究。

1.2 参与炎症反应 TRPV3与炎症相关因子的释放、血管反应、疼痛等密切相关。在体外培养的角化细胞中，加入TRPV3激动剂丁香酚会增加释放一些细胞炎症因子，如白细胞介素1α (IL-1α)、IL-6、IL-8和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等的释放[6]。此外，TRPV3可以通过亚硝酸盐还原途径，而不是NO合酶途径调节皮内NO合成。在高表达TRPV3的角质细胞中，TRPV3激活不仅促进NO合成与释放，同时也导致PGE2和ATP释放而诱导疼痛[2]。给小鼠后爪皮内注射TRPV3激动剂法尼基焦磷酸(FPP)，可以增强小鼠对疼痛的反应[7]。但这一效果可以被TRPV3抑制剂17-(R)-resolvin D1消除[8]。

TRPV3在内皮依赖的血管舒张过程中也发挥作用[9]，应用TRPV3激动剂香芹酚激活脑动脉内皮细胞上TRPV3通道，可以诱发完整的脑动脉血管舒张，同时伴随平滑肌细胞超极化和动脉肌细胞内钙离子水平的下降，而内皮细胞破坏会抑制香芹酚诱导的血管舒张，结果显示香芹酚通过激活内皮细胞上的TRPV3通道使血管扩张。在小鼠口腔上皮细胞的增殖和伤口愈合过程中TRPV3也发挥促进作用，应用温热或激动剂香芹酚刺激培养的小鼠口腔上皮细胞能够促进细胞增殖，敲除TRPV3基因细胞增殖能力明显下降[10]。而且，与野生型相比，TRPV3基因敲除小鼠拔牙后，口腔黏膜愈合明显延迟，其机制与表皮生长因子受体(EGFR)的磷酸化水平降低密切相关[7]。

1.3 参与毛发生长和皮肤屏障完整性 TRPV3控制人类头发毛囊生长周期，在头发毛囊培养中加入天然或合成的TRPV3激动剂，表现出头发伸长和细胞增殖受到抑制，并诱导细胞凋亡，使毛囊过早衰退[11]。在培养的人毛囊外根鞘细胞中激活TRPV3，同时伴有细胞内钙离子浓度增加，导致细胞生长抑制和细胞死亡，说明在头发生长的过程中TRPV3有负调控作用。TRPV3敲除的小鼠胡须和毛发卷曲。胡须卷曲在出生时就很明显，因此，很容易从胡须的形态上来鉴别TRPV3基因敲除小鼠。毛发的卷曲发生在TRPV3基因敲除小鼠出生后1周，表现在脊背部、腹部和尾巴上[11]。

在正常人类表皮角化细胞中应用TRPV3激动剂2-氨基乙氧基联苯硼酸盐(2-APB)或丁香酚能够增加转化生长因子-α(TGF-α)释放，TGF-α对皮肤细胞的增殖和分化具有重要调节作用[11]。TRPV3与TGF-α和EGFR形成一个信号复合体，功能上互相作用通过调节钙离子依赖性交联酶-转谷氨酰胺酶活性，影响毛发的形态和皮肤屏障形成[11]。同时EGFR激活能增强TRPV3活性，一方面影响毛发生长、脱落，另一方面促进TGF-α和其他EGFR配体生成，导致EGFR的功能进一步增强。TRPV3基因缺失会引起此信号途径受损，使转谷氨酰胺酶活性降低，引起表皮屏障结构缺陷。在小鼠和大鼠实验中发现，TRPV3 的G573点突变为丝氨酸和半胱氨酸与常染色体显性遗传无毛和脱发相关[12]。皮肤干燥引起瘙痒的感觉中TRPV3也发挥重要作用。用丙酮或乙醚处理小鼠背部，野生型和TRPV3基因敲除小鼠都表现出皮肤干燥，出现非组胺依赖性的无意识的搔抓行为，但只在野生型小鼠中表现出对处理区域直接无意识搔抓行为的增加[13]。以上研究结果也提示TRPV3药物在治疗脱发和皮肤疾病中的潜在应用价值。

1.4 参与Ca2+调节 TRPV3通道对Ca2+和Na+的通透率之比大于10[14]，是一种钙离子通道蛋白，TRPV3功能与Ca2+密切相关。TRPV3在热或2-APB等刺激作用下，引起Ca2+向细胞内流动，TRPV3通过受体酪氨酸激酶途径，一方面产生丝分裂原活化蛋白激酶(MAPK)，并通过p38MAPK、ERKl/2、JNK等途径发挥作用[11，15]；另一方面产生磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)，通过调节蛋白质合成，影响细胞的增殖、分化、凋亡以及迁移等[16]。

1.5 其他功能 研究发现TRPV3与情绪调节和突触可塑性相关[17，18]。小鼠腹腔注射醋酸因香酚可预防缺血再灌注引起的脑损伤，在TRPV3敲除小鼠中这种作用却明显减弱[19]。小鼠胚胎干细胞用TRPV3激动剂樟脑处理后，胚胎干细胞增殖受到了抑制，同时细胞周期进程被阻滞[20]。用TRPV3激动剂2-APB处理小鼠卵细胞，在一定条件下可诱导单性生殖，但TRPV3此功能的发挥需要有完整的肌动蛋白细胞骨架[21]。

2 TRPV3的激活因素

2.1 温度 TRPV3属于热敏感TRP通道，有报道其温度激活阈范围是31～39 ℃[3，22]，到60 ℃达到饱和[23]。温度变化的频率和方向可以直接影响TRPV3的激活。快速的温度升高比缓慢的温度升高更能有效激活TRPV3通道蛋白，并产生大的电流，而温度稍降低就可以导致TRPV3通道蛋白快速的失活[22]。用红外二极管激光器快速改变温度发现TRPV3全细胞电流在大于54 ℃时被诱发[23]。而且，通过反复的热刺激，TRPV3全细胞电流可以逐渐变大，TRPV3对反复刺激的敏感性是与其他TRPV通道蛋白相区别的独特的特征[24]。

在无化学激活剂或电压调节时，TRPV3的5个单点突变(N643S、I644S、N647Y、L657I和 Y661C)能够特异性消除TRPV3的热激活，所有5个突变都位于小鼠TRPV3有孔区的假定第6个跨膜螺旋和邻近的细胞外环[25]。最近研究发现，两个邻近的残基，I652和L655突变为半胱氨酸可表现出温度依赖性的变化，此变化与半胱氨酸活性化合物作用效应相似，证实TRPV3热激活伴随通道有孔区域结构的变化[26]。通过对TRPV嵌合体的研究发现，在锚蛋白重复序列和第一个跨膜片段之间的膜近侧区域是TRPV通道温度感觉的重要部分[23]。

2.2 化学配体 目前发现的一些TRPV3化学激动剂都是非特异性的药物，应用时需要相对较高的浓度。其中，2-APB是最常应用的一种激动剂[27～29]，但是研究发现高浓度(>300 μmol/L)的2-APB可以抑制TRPV3通道，小剂量2-APB既可以激活也可以抑制TRPV3通道[30]。2-APB对TRPV3的热激活很敏感，即使是低于亚阈值浓度[27]。在小鼠角质细胞，如果单纯热激活TRPV3，电流只在小部分细胞中出现，而加入2-APB，热诱导激活可出现在大部分细胞中[28]。化学配体与热刺激的协同作用，以及结构不同的化学配体之间的协同作用在热敏感TRPV通道中是很普遍的。

TRPV3对于2-APB的敏感性是由其结构上两个氨基酸残基His-426和Arg-696所决定[31]。在人、小鼠、狗以及青蛙TRPV3的N末端突变H426N，很大程度上减弱对2-APB的敏感性，而对热和樟脑的激活作用无影响[28]。在鸡TRPV3的N427H位点用组氨酸取代天冬酰胺可以增强对2-APB的亲和性，至少增加25倍。不同于N末端，C末端R696K位点突变导致细胞外Ca2+存在时对2-APB敏感性缺失。R696K突变也影响热激活，但不影响樟脑的激活作用[31]。

其他常用的化学配体激动剂包括樟脑[32]、香芹酚、丁香酚、麝香草酚[6]和柠檬醛[33]，这些植物提取物常用作增味剂的组成成分以及感光剂。薄荷脑和3-苯丙烯醛也可以激活TRPV3通道[34]。以上这些激活物也能激活其他TRP通道，例如TRPV1和TRPA1通道[6,33]。

醋酸因香酚是乳香树脂的组成成分，已经被证实可以直接激活TRPV3，在小鼠实验中具有抗焦虑和抗抑郁行为的作用[19]。大麻二酚和四氯次大麻酚，可能激活稳定表达在HEK293细胞中的TRPV3通道[35]，但此结果需要通过电生理学被进一步证明。

2.3 内源性激动剂和调节因子 对TRPV3内源性激动剂目前了解甚少，其中FPP被认为是一种特异性的TRPV3激动剂[7]。FPP是类固醇激素生物合成途径的一个中间产物，激活TRPV3的半数有效浓度(EC50)是130 nmol/L，而且对其他TRP热敏感通道不发挥作用[7]。但是FPP下游的代谢产物异戊烯焦磷酸对TRPV3和TRPA1确有抑制作用[36]。

尽管TRPV3并不是由不饱和脂肪酸直接激活，但2-APB对TRPV3的激活过程与一些脂类有关，主要是多不饱和脂肪酸，包括花生四烯酸、二十碳三烯酸、二十碳五烯酸和亚麻酸类[37]。

与TRPV1不同，TRPV3不能被细胞外的质子激活，而最新研究发现TRPV3可以通过在细胞外应用乙醇酸使细胞内酸化而被激活[38]。TRPV3细胞质侧残基H426，不仅在2-APB激活中发挥重要作用，与细胞内质子的敏感性也相关。而且，H426N突变只导致质子刺激作用的部分缺失，提示还存在其他的质子感应位点。同时，研究中也发现酸对TRPV3的抑制作用，但具体机制有待于进一步研究。

TRPV3也可以由NO通过半胱氨酸S-亚硝基化作用而直接激活[39]，NO供体能够使表达TRPV3的HEK293细胞内Ca2+水平缓慢升高。最近研究还发现在表达TRPV3的HEK293细胞中，缺氧可以增加细胞内的电流波幅[40]，TRPV3蛋白内含有锚蛋白重复结构域(ARDs)，可以被羟基化，使其活性受到抑制。缺氧诱导因子抑制因子(FIH)是一个氧依赖性的天冬酰氨酰羟化酶，在HEK293T细胞中FIH能够结合TRPV3的ARD区域而抑制其活性，提示TRPV3可能被缺氧激活。

[1] Kaneko Y, Szallasi A. Transient receptor potential (TRP) channels: a clinical perspective [J]. Br J Pharmacol, 2014,171(10):2474-2507.

[2] Nilius B, Buorou T. TRPV3: a ′more than skinny′ channel [J]. Exp Dermatol, 2013,22(7):447-452.

[3] Peier AM, Reeve AJ, Andersson DA, et al. A heat-sensitive TRP channel expressed in keratinocytes [J]. Science, 2002,296(5575):2046-2049.

[4] Miyamoto T, Petrus MJ, Dubin AE, et al. TRPV3 regulates nitric oxide synthase-independent nitric oxide synthesis in the skin [J]. Nat Commun, 2011,2(1):2555-2559.

[5] Mandadi S, Sokabe T, Shibasaki K, et al. TRPV3 in keratinocytes transmits temperature information to sensory neurons via ATP [J]. Pflugers Arch, 2009,458(6):1093-1102.

[6] Mihály J, Vasas N, Angyal O, et al. Transient receptor potential vanilloid-3 regulates inflammatory actions of human epidermal keratinocytes [J]. J Invest Dermatol, 2015,135(9):44.

[7] Bang S, Yoo S, Yang TJ, et al. Farnesyl pyrophosphate is a novel pain-producing molecule via specific activation of TRPV3 [J]. J Biol Chem, 2010,285(25):19362-19371.

[8] Bang S, Yoo S, Yang TJ, et al. 17(R)-resolvin D1 specifically inhibits transient receptor potential ion channel vanilloid 3 leading to peripheral antinociception [J]. Br J Pharmacol, 2012,165(3):683-692.

[9] Earley S, Gonzales AL, Garcia ZI. A dietary agonist of transient receptor potential cationchannel V3 elicits endothelium-dependent vasodilation [J]. Mol Pharmacol, 2010,77(4):612-620.

[10] Reona A, Bing W, Tomoka T, et al. The thermosensitive TRPV3 channel contributes to rapid wound healing in oral epithelia [J]. FASEB J, 2015,29(1):1-11.

[11] Cheng X, Jin J, Hu L, et al. TRP channel regulates EGFR signaling in hair morphogenesi s and skin barrier formation [J]. Cell, 2010,141(2):331-343.

[12] Asakawa M, Yoshioka T, Matsutani T, et al. Association of a mutation in TRPV3 with defective hair growth in rodents [J]. J Invest Dermatol, 2006,126(12):2664-2672.

[13] Yamamoto-Kasai E, Imura K, Yasui K, et al. TRPV3 as a therapeutic target for itch [J]. J Invest Dermatol, 2012,132(8):2109-2112.

[14] Gees M, Colsoul B, Nilius B. The role of transient receptor potential cation channels in Ca2+signaling [J]. Cold Spring Harb Perspect Biol, 2010,2(10):231-234.

[15] Fecher LA, Amaravadi RK, Flaherty KT. The MAPK pathway in melanoma [J]. Current Opinion in Oncol, 2008,20(2):183-189.

[16] 郭琳,王强.P13K-Akt-mTOR信号传导通路与恶性肿瘤浸润和转移的研究进展 [J].现代肿瘤医学,2009,17(8):1585-1588.

[17] Brown TE, Chirila AM, Schrank BR, et al. Loss of interneuron LTD and attenuated pyramidal cell LTP in Trpv1 and Trpv3 KO mice [J]. Hippocampus, 2013,23(8):662-671.

[18] Nilius B, Bíró T, Owsianik G. TRPV3: time to decipher a poorly understood family member [J]. J. Physiol，2014,592(2):295-304.

[19] Moussaieff A, Yu J, Zhu H, et al. Protective effects of incensole acetate on cerebral ischemic injury [J]. Brain Res, 2012,1443(6):89-97.

[20] Lo IC, Chan HC, Qi Z, et al. TRPV3 channel negatively regulates cell cycle progression and safeguards the pluripotency of embryonic stem cells [J]. J Cell Physiol, 2016,231(2):403-413.

[21] Lee HC, Yoon SY, Lykke-Hartmann K, et al. TRPV3 channels mediate Ca2+influx induced by 2-APB in mouse eggs [J]. Cell Calcium, 2016,59 (1)：21-31.

[22] Xu H, Ramsey IS, Kotecha SA, et al. TRPV3 is a calcium-permeable tempera-ture-sensitive cation channel [J]. Nature, 2002,418(6894):181-186.

[23] Yao J, Liu B, Qin F. Modular thermal sensors in temperature-gated transient receptor potential (TRP) channels [J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2011,108(27):11109-11114.

[24] Phelps CB, Wang RR, Choo SS, et al. Differential regulation of TRPV1, TRPV3, and TRPV4 sensitivity through a conserved binding site on the ankyrin repeat domain [J]. J Biol Chem, 2010,285(1):731-740.

[25] Grandl J, Hu H, Bandell M, et al. Pore region of TRPV3 ion channel is specifically required for heat activation [J]. Nat Neurosci 2008,11(9):1007-1013.

[26] Kim SE, Patapoutian A, Grandl J. Single residues in the outer pore of TRPV1 and TRPV3 have temperature-dependent conformations [J]. PLoS One, 2013,8(3):1-9.

[27] Hu HZ, Gu Q, Wang C, et al. 2-aminoethoxydiphenyl borate is a common activator of TRPV1, TRPV2, and TRPV3 [J]. J Biol Chem, 2004,24(34):35741-35748.

[38] Chung MK, Lee H, Mizuno A, et al. 2-aminoethoxydiphenyl borate activates and sensitizes the heat-gated ion channel TRPV3 [J]. J Neurosci, 2004,24(22):5177-5182.

[29] Billen B, Brams M, Debaveye S, et al. Different ligands of the TRPV3 cation channel cause distinct conformational changes as revealed by intrinsic tryptophan fluorescence quenching[J]. J Biol Chem, 2015,290(20):12964-12974.

[30] Chung MK, Guler AD, Caterina MJ. Biphasic currents evoked by chemical or thermal activation of the heat-gated ion channel, TRPV3 [J]. J Biol Chem, 2005,280(16):15928-15941.

[31] Hu H, Grandl J, Bandell M, et al. Two amino acid residues determine 2-APB sensitivity of the ion channels TRPV3 and TRPV4 [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2009,106(5):1626-1631.

[32] Moqrich A, Hwang SW, Earley TJ, et al. Impaired thermosensation in mice lacking TRPV3, a heat and camphor sensor in the skin [J]. Science, 2005,307(5714):1468-1472.

[33] Stotz SC, Vriens J, Martyn D, et al. Citral sensing by transient receptor potential channels in dorsal root ganglion neurons [J]. PLoS One, 2008,3(5):2082.

[34] Macpherson LJ, Hwang SW, Miyamoto T, et al. More than cool: promiscuous relationships of menthol and other sensory compounds [J]. Mol Cell Neurosci, 2006,32(4):335-343.

[35] De PL, Orlando P, Moriello AS, et al. Cannabinoid actions at TRPV channels: effects on TRPV3 and TRPV4 and their potential relevance to gastrointestinal inflammation [J]. Acta Physiol, 2012,204(2):255-266.

[36] Bang S, Yoo S, Yang TJ, et al. Isopentenyl pyrophosphate is a novel antinociceptive substance that inhibits TRPV3 and TRPA1 ion channels [J]. Pain, 2011,152(5):1156-1164.

[37] Hu HZ, Xiao R, Wang C, et al. Potentiation of TRPV3 channel function by unsaturated fatty acids [J]. J Cell Physiol, 2006,208(1):201-212.

[38] Cao X, Yang F, Zheng J, et al. Intracellular proton-mediated activation of TRPV3 channels accounts for the exfoliation effect of alpha-hydroxyl acids on keratinocytes [J]. J Biol Chem, 2012,287(31):25905-25916.

[39] Yoshida T, Inoue R, Morii T, et al. Nitric oxide activates TRP channels by cysteine S-nitrosylation [J]. Nat Chem Biol, 2006,2(11):596-607.

[40] Sarah K , Michael D , Nathan R. S, et al. Oxygen-dependent hydroxylation by FIH regulates the TRPV3 ion channel[J]. J Cell Sci, 2015,128(2)： 225-231.

黑龙江省自然科学基金面上项目(H201413)；贵州省科技合作计划项目(20157372)；贵州省卫计委科学技术基金项目(gzwjkj2015-1-043)。

李晓蕾(E-mail: xiaoleili2004@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.47.032

R966

A

1002-266X(2016)47-0100-04

2016-08-11)