TRPA1/TRPV1在心血管疾病中的作用*

赵 丹，王沛坚，周 鹏

成都医学院第一附属医院 心血管内科(成都 610500)

目前，心血管疾病是导致我国居民死亡人数最多的疾病。高血压、动脉粥样硬化、代谢紊乱和衰老等危险因素相互促进，在心血管疾病发生发展中起着重要作用。TRP蛋白是一个四聚体结构， 由S1 ～ S6 的6 次跨膜结构域组成，其C 端和N 端均位于细胞膜内。依据 TRP 序列同源性可将哺乳动物中的 TRP 离子通道分为 7 个亚家族即TRPC、TRPM、TRPV、TRPA、TRPML、TRPP 和 TRPN。TRP家族至少有28个成员，参与多种细胞功能，包括感知觉和信号转导[1]。Ca2+是平滑肌收缩的主要调节因子，也起到细胞内第二信使和必要的辅助因子酶活性作用。TRP通道的特定生理作用是调控细胞内Ca2+浓度和分布，直接影响多种细胞功能， 参与调节细胞收缩、舒张、增殖、分化和细胞凋亡等过程，在多种心血管疾病的病理生理学中发挥重要作用。除Ca2+信号传导，还有许多其他机制与动脉粥样硬化有关，例如血小板聚集和生长促进分子和血管活性分子的释放、脂质积聚、粘附分子、巨噬细胞浸润、免疫应答、增殖[2-3]。在心肌中，TRP通道参与调节动作电位波形、起搏、传导、肌力、Ca2+和Mg2+内流、线粒体功能和适应性重构多种生理功能。此外，TRP通道还参与多种病理机制，如心律失常、缺血再灌注损伤、纤维化、心肌重构、遗传性心脏病和细胞凋亡[4]。其中， TRPA1 和TRPV1 在氧化应激和组织损伤中发挥主要作用，分别被称为“炎症守门人”[5]和“疼痛分子关口”[6]。本文主要从TRPA1、TRPV1的结构、分布、基本特征以及近年来与心血管疾病有关的实验研究等进行综述，以期更好了解TRPA1、TRPV1在心血管疾病中的作用，为进一步研究这类疾病提供新思路。

1 TRPA1的结构及分布

TRPA1由S1 ～ S6 跨膜结构域组成，S6是激活剂及拮抗剂结合的位点[7]。TRPA1因其N 端具有大量特征性锚蛋白重复序列，锚蛋白重复序列是一种调节蛋白间相互作用的33氨基酸模体，这些重复序列中的半胱氨酸残基即作为TRPA1激动剂的共价修饰结合靶点[8]。TRPA1激活后可增加Na+、H+、Ca2+等细胞外阳离子内流，其主要生理功能是感受冷、热和疼痛等伤害性刺激；同时在氧化应激、炎症、扩张血管等过程中发挥重要作用。TRPA1属非选择性阳离子通道，并兼有受体的功能，可被寒冷刺激 (<17 ℃)，被氧化应激产物、桂皮醛、蒿苯内酯、芥末油和大蒜素等激活[9]。近年研究[10]发现TRPA1在胰岛、胃肠道、心脏和血管中有表达，激活胰岛β细胞TRPA1可促进胰岛素分泌，激活血管TRPA1可改善血管内皮依赖性舒张功能，激活肠道TRPA1可调节饥饿激素、 GLP-1等分泌，具有减肥和调节糖脂代谢的作用。上述研究表明TRPA1具有潜在的保护血管和调节代谢作用。

2 TRPV1 的结构及分布

TRPV1 是由4 个完全相同亚基组成的四聚体膜蛋白，属于躯体和内脏组织的伤害性感受器[11]。TRPV1通道对Ca2+、Na+具有选择性，TRPV1是多模态伤害感受器，可被多种刺激激活，包括有毒化学物质、机械力、高温和辣椒素等[12]。TRPV1 通道在HEK细胞中异源表达，可被氧化应激致敏和激活，但并非所有氧化剂都能激活TRPV1，一些氧化剂氧化例如防腐硫柳汞或铜邻菲啰啉抑制TRPV1激活[13]。TRPV1 主要在感觉神经纤维表达，包括无髓鞘C纤维和薄髓鞘 Aδ纤维中小部分传入神经[14]。

3 TRPA1与心血管疾病

3.1 TRPA1与心血管疾病相关的动物研究

越来越多证据表明，TRPA1也在某些非神经细胞如内皮细胞中表达，有助于调节心血管系统功能。应激代谢产物如活性氧 (ROS)和脂质过氧化的特异性代谢产物是TRPA1内源性激动剂。TRPA1可能通过促进Ca2+内流，使细胞内Ca2+增多，激活Ca2+下游CaMKⅡ信号和肥厚相关基因转录调控，促进心肌肥厚。针对TRPA1的干预可能通过影响Ca2+内流及其相关信号通路，从而逆转心肌肥厚的进展[15]。心肌缺血-再灌注导致自由基产生、不饱和醛积累、变异性心绞痛和心肌梗死。Conklin等[16]证实心脏TRPA1赋予心肌细胞对醛积累的敏感性并促进缺血-再灌注损伤的假设。虽然TRPA1敲除小鼠的基础心血管功能与野生型小鼠相似，但TRPA1敲除小鼠的梗死面积明显小于野生型小鼠。TRPA1在心肌细胞毒性中的作用已经得到证实，丙烯醛可诱导钙的积累，而TRPA1拮抗剂HC-030031可显著减弱这种作用。HC-030031诱导的保护作用在数量上与Na+/Ca2+交换抑制剂SN-6相当，进一步支持了钙超载在丙烯醛诱导的心肌细胞毒性中的作用。这些数据表明，心肌细胞TRPA1的活化可能参与了缺血-再灌注损伤，预防性给予TRPA1激活剂可减轻大鼠心肌缺血再灌注模型的梗死面积，因此TRPA1可能是降低心肌缺血-再灌注损伤一个新的治疗靶点。Zhao等[17]研究发现动脉粥样硬化中存在TRPA1依赖的保护特性。在高脂血症小鼠模型中，抑制TRPA1通道活性促进动脉粥样硬化的进展，激活TRPA1通道则降低血脂并减轻全身炎症反应，从而抑制动脉粥样硬化。研究还发现TRPA1与胆固醇代谢、炎症、泡沫细胞形成、动脉粥样硬化间的联系，为动脉粥样硬化及相关代谢紊乱的预防和治疗提供了新的靶点。

3.2 TRPA1与心血管疾病相关的细胞研究

TRPA1激活介导神经源性血管舒张。Aubdool等[18]用TRPA1激动剂桂皮醛研究TRPA1介导的体内外周血管舒张机制，发现除了传统的神经肽成分外，还需要神经元来源的NOS介导的NO通路；在桂皮醛活化TRPA1的下游，发现了过氧亚硝酸盐的一种新作用。Wang等[19]证实阻断TRPA1可降低M2巨噬细胞的比例，降低促纤维化细胞因子水平改善心肌纤维化，TRPA1抑制剂通过钙依赖性信号通路和抑制M2巨噬细胞转化，从而抑制心肌肥厚和纤维化。这些结果表明，TRPA1可能是治疗心肌肥厚和纤维化的潜在药物靶点。Nakamura等[20]研究结果显示高良姜素和异鼠李素可以强烈激活受体，使HEK293T细胞稳定表达TRPA1，膳食类黄酮可在靶器官进行必要的代谢转化后激活TRPA1。桂皮醛诱导的皮肤血流量变化为评价TRPA1拮抗剂提供了一种安全、无创、可复制的体内靶点参与生物标志物[21]。研究[22]显示，冠心病组患者单核细胞TRPA1在蛋白水平和mRNA转录水平上高于非冠心病组患者，在合并粥样硬化危险因素高血压和(或)糖尿病时，单核细胞TRPA1 mRNA 表达升高，原因可能是危险因素加重了粥样硬化炎症、氧化应激水平，促进单核细胞参与整个病理生理过程。单核细胞TRPA1 mRNA表达水平与冠脉病变Gensini积分呈正相关,且相关系数较大，TRPA1mRNA转录水平可作为评价冠脉病变程度的新指标。桂皮醛可防止高糖介导的心肌细胞氧化应激损伤，而该作用可能与其激活TRPA1上调Nrf2 有关[23]，这些研究进一步支持TRPA1在心血管疾病中的作用。

4 TRPV1与心血管疾病

4.1 TRPV1与心血管疾病相关的动物研究

TRPV1位于心肌细胞线粒体，通过与钙调神经磷酸酶的相互作用调节线粒体膜电位。TRPV1通道的激活在缺血后处理的心肌保护作用中必不可少，当失活大鼠心脏上的感觉传入神经或运用TRPV1受体抑制剂时可显著减弱缺血后处理的心肌保护作用。Hurt等[24]研究了心肌损伤是否受到TRPV1的调控；以及是否可以通过限制钙调神经磷酸酶与TRPV1的相互作用来减轻再灌注损伤。钙离子通过TRP通道进入参与了许多信号通路和细胞功能的激活。内皮细胞的主要功能作用之一是通过释放多种诱导平滑肌松弛的因子来调节血管张力。TRP通道在血管通透性中起着相关的作用，血管通透性是基于细胞外和细胞旁通路的过程，后者是由内皮细胞骨架产生的细胞-细胞粘附力和收缩力间的平衡调节的。研究[25]发现TRPV1能促血管生成。腹腔注射TRPV1配体吴茱萸碱促进了野生型小鼠体内血管形成，相比之下，TRPV1敲除小鼠诱导的血管生成明显减少。研究[26]发现通过抑制钙调神经磷酸酶与TRPV1的相互作用，可显著减少再灌注损伤，调节TRPV1蛋白与钙调神经磷酸酶的相互作用可限制再灌注损伤。TRPV1基因缺失导致过度炎症，左室重构、心肌梗死后心功能恶化，提示TRPV1可能通过抑制炎症和异常组织重构来防止心脏损伤和梗死面积扩大[27]。吴茱萸碱促进人主动脉内皮细胞中TRPV1和内皮细胞(e)NOS的表达，并显著降低卵清蛋白/铝缺乏小鼠的炎症反应。高盐饮食诱导心肌重塑，导致心力衰竭，与心肌线粒体功能障碍密切相关。Lang等[28]研究发现长期高盐饮食导致小鼠心肌肥厚和活动耐量下降，TRPV1基因敲除或高盐饮食显著破坏线粒体复合体I氧化磷酸化(OXPHOS)和降低复合体I活性。膳食辣椒素激活TRPV1可改善复合体IOXPHOS水平，影响TRPV1介导的线粒体功能障碍，从而改善高盐饮食诱导的心脏损害，这可能代表了治疗早期心功能不全的新靶点。

TRPV1敲除加重高脂饮食诱导的葡萄糖耐受不良、心脏氧化应激和胶原沉积，加重左室舒张功能障碍[29]。膳食辣椒素增强ApoE-/-高脂饮食喂养小鼠冠状动脉舒张并延长生存时间,但在TRPV1或UCP2基因敲除小鼠中并未观察到此现象[30]。研究[31]发现辣椒素可影响脂质代谢，降低细胞中脂质的蓄积，并抑制动脉粥样硬化。Tong等[32]研究发现糖尿病小鼠心脏TRPV1、自噬标志表达减少，自噬溶酶体数量减少，血管紧张素转换酶Ⅰ、血管紧张素Ⅰ(AGTR1)表达增加。用氯沙坦阻断血管紧张素Ⅰ模拟了芪力强心介导的心功能改善，减轻心肌纤维化，而血管紧张素Ⅱ在野生型糖尿病小鼠中消除了芪力强心的有益作用，但在TRPV1-/-糖尿病小鼠中没有。研究者认为芪力强心可能通过调节AGTR1/ TRPV1而改善糖尿病小鼠心功能。辣椒素类物质同时具有激活TRPV1和调节脂质代谢的作用，提示其具有作为药物开发的可能。TRPV1通过激活上调蛋白激酶A /UCP2可改善内皮细胞线粒体功能障碍，改善冠状动脉功能障碍，延长动脉粥样硬化小鼠寿命，补充膳食辣椒素有望成为冠心病的一级预防措施。

4.2 TRPV1与心血管疾病相关的细胞研究

TRPV1通道在心血管系统中表达，并且参与调节动脉粥样硬化、充血性心力衰竭、全身性高血压、肺动脉高压、失血性休克和血管重构的病理过程，TRPV1通道激活对动脉粥样硬化和全身性高血压发展具有保护作用。此外，激活这些通道可使血管舒张，减少心肌缺血再灌注损伤；同时，激活这些通道可能导致肺动脉高压进展、出血和血管重塑，表明TRPV1通道的激活在心血管疾病中具有双重作用[33]。TRPV1在血管平滑肌上表达不均一，部分血管表现出较强的TRPV1免疫染色，而邻近血管呈阴性。报道[34]称，TRPV1通道在大鼠主动脉肌细胞中表达，辣椒素激活大鼠离体后肢体的TRPV1通道可导致抵抗性动脉内皮依赖性血管收缩。TRPV1通道的表达在肥厚的小鼠心脏中上调，可能促进心肌肥厚。此外，缺乏TRPV1通道功能的小鼠似乎可以保护其免受压力超负荷引起的心肌肥厚。予以TRPV1拮抗剂BCTC可防止心肌肥厚小鼠心功能丧失，提示TRPV1可作为心肌肥厚和心力衰竭的干预靶点。

5 TRPA1 与TRPV1 的相互作用

越来越多证据表明，TRPA1和TRPV1在其他细胞中表达，包括平滑肌细胞和内皮细胞。Sadofsky等[35]观察到TRP通道的激活取决于通道是单独表达还是共同表达，受体谱可以促使激动剂转变为非激动剂，反之亦然。TRPA1和TRPV1受体共同表达的细胞提供了不同于只表达TRPA1或TRPV1独特的激活谱。TRPA1和TRPV1可以形成复合物，TRPV1影响TRPA1通道的固有特性。Spahn 等[36]认为TRPA1激活增敏钙依赖和cAMP/PKA依赖的TRPV1导致 cAMP蓄积效应增强，可能与钙依赖的腺苷酸环化酶有关。增加的cAMP可能刺激了催化PKA亚基的释放，该亚基又促进 TRPV1磷酸化。TRPA1和TRPV1离子通道在心肌细胞蛋白水平上共表达，且均在整个心内膜、心肌和心外膜中表达[37]。交感神经过度兴奋是慢性心力衰竭的特征，Adam等[38]发现，辣椒素应用于麻醉、迷走神经切除、开胸的大鼠肺脏胸膜可增加平均动脉压、心率和肾交感神经活动，并将这种反应命名为肺脊髓传入反射。由于TRPV1和TRPA1通道的相似性，作者提出假设，使用特定的TRPA1激动剂刺激CSAR和PSAR会导致心力衰竭大鼠(冠脉结扎模型)的反应增强。在TRPA1激动剂的作用下，心率和肾交感神经活动增加。免疫荧光法、RT-qPCR法和WB法检测心肌梗死后10～12周心肺脊髓传入物中TRPA1表达水平，均显示慢性心衰大鼠TRPA1表达降低，但早期无明显降低。这些研究结果证明，在慢性心力衰竭中对心肺脊髓传入TRPA1刺激的反射反应可能减弱。TRPA1和TRPV1间的作用在介导心肌细胞信号事件中具有重要意义。

6 小结与展望

TRPA1和TRPV1离子通道在心肌细胞蛋白水平上共表达，且均在整个心内膜、心肌和心外膜中表达，激活内皮细胞的TRPA1可通过促进NO的释放改善血管内皮依赖性舒张功能，包括神经源性机制和平滑肌机制。目前研究结论充分展示了TRPA1和TRPV1可能在某些心血管疾病发生发展过程中具有一定的作用，相关机制的进一步阐明及其激动剂的开发利用将为心血管疾病的防治提供新的干预靶点。目前临床试验阶段没有TRPA1、TRPV1 拮抗剂，但已有证据显示，TRPA1、TRPV1 可能会成为心血管疾病治疗的新方向。