瞬时感受器电位M2在中枢神经系统疾病炎症通路调控中作用机制的研究进展

胡辉 龚丽芬 江佩芳

中枢神经系统（central nervous system，CNS）疾病包括阿尔茨海默病、缺血性脑损伤、多发性硬化等。神经炎症反应主要表现为胶质细胞活化、炎症介质增加，是上述疾病共有且突出的病理特征之一[1]，与疾病严重程度及患者预后密切相关。瞬时感受器电位M2（transient receptor potential melastatin-2，TRPM2）是 CNS 中最常见的瞬时感受器电位（transient receptor potential，TRP）蛋白，广泛分布于CNS各个部位及多种细胞中。正常情况下，TRPM2作为非选择性钙离子通道，参与调节多种特定生理功能。当存在CNS疾病时，TRPM2通道大量开放，引起过度的神经炎症反应，加重病理损害，但其相关分子机制尚未阐明。本文就TRPM2的生物学特征及生理功能、在CNS疾病中的作用、调控炎症通路的分子机制以及TRPM2抑制剂的相关研究进展作一综述。

1 TRPM2的生物学特征及生理功能

TRPM2基因（之前称为TRPC7和LTRPC2）位于染色体21q22.3上[2]。TRPM2蛋白结构包括6个跨膜结构域，在第5、6结构域之间形成孔环，具有离子通道和通道门控功能。C端和N端均位于细胞内，C端含有高度保守的TRP盒、盘绕结构域、独特的腺苷二磷酸核糖（adenosine diphosphate ribose，ADPR）、焦磷酸酶活性的NUDT9-H结构域；N端含有IQ样基序，后者在调节通道激活中起重要作用[3]。TRPM2在人体中广泛分布，在CNS以及心、肺、肝、胰腺等脏器中均有TRPM2表达[4-5]。在细胞层面，包括神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、巨核细胞等也有TRPM2表达[6-10]。TRPM2参与机体免疫、胰岛素分泌、感受和温度觉等生理功能的调节。据报道，TRPM2在神经元的发育、突触的可塑性、海马角CA3～CA1区突触传递中起重要作用[11]，还参与大脑的衰老过程[9-10]。TRPM2通道除了作为质膜通道存在于细胞膜上，亦存在于溶酶体室，调节细胞内钙的转运[12]。TRPM2通道可被ADPR、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）、Ca2+、H2O2、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、TNF-α等多种刺激物激活。

2 TRPM2在CNS疾病中的作用

2.1 缺血性脑损伤 常见的缺血性脑损伤疾病有脑卒中、慢性低灌注脑损伤、新生儿缺血缺氧性脑病等，当脑组织缺血损伤后会产生一系列刺激物，如ROS、H2O2、细胞因子、自由基、谷氨酸、蛋白酶等[9]。上述刺激物部分可直接激活神经元TRPM2通道调控神经元凋亡，还可以激活胶质细胞TRPM2通道，促进神经炎症的发生，加重病情。大鼠脑缺血模型实验结果显示，在造模后1～4周大鼠胶质细胞TRPM2 mRNA表达增加，进而促进细胞因子的分泌和释放[13]。有实验建立慢性脑低灌注小鼠模型，发现TRPM2基因敲除小鼠的细胞因子（TNF-α、IL－6、IL-1β）水平和活化的小胶质细胞数量均低于野生型小鼠[14]，认知功能障碍和脑白质损伤较野生型小鼠明显减轻，提示TRPM2通过调控神经炎症反应来加重慢性脑低灌注损伤相关的认知功能损害。在新生小鼠缺氧缺血性脑损伤模型研究中，TRPM2+/－和 TRPM2－/－小鼠与相应的野生型小鼠对照，糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β） 的去磷酸化水平降低，星形胶质细胞和小胶质细胞活化程度减轻，梗死体积明显缩小，行为学异常减轻，提示TRPM2基因的缺失对缺血缺氧性脑损伤起神经保护作用[15]。有意思的是，TRPM2基因的缺失仅对雄性动物有保护作用，这可能与雄激素信号和多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）通路的激活有关[16]。

2.2 阿尔茨海默病 阿尔茨海默病是一种与年龄相关的神经退行性疾病，发病率逐年上升，是老年痴呆症最常见的原因。β-淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）沉积是阿尔茨海默病的主要致病因素[7]。小胶质细胞在阿尔茨海默病中具有双重作用：一方面，通过调节吞噬细胞清除Aβ来发挥保护作用；另一方面，当这种功能随着年龄的增长而下降时，过多的Aβ可诱导小胶质细胞的衰老和慢性活化，导致大量ROS和促炎因子产生，这些细胞因子是阿尔茨海默病发病的重要因素。近年来，国外学者通过体外实验研究TRPM2通道在Aβ42诱导的小胶质细胞活化和细胞因子生成中的作用，结果发现当Aβ42浓度为10～300 nmol/L时，小胶质细胞活化增强；另外通过TRPM2基因敲除或药物抑制TRPM2通道可减轻Aβ42诱导的小胶质细胞活化形态学改变和TNF-α生成[17]。众所周知，淀粉样蛋白前体/早老蛋白1小鼠模型的病理特点包括Aβ过量生成、海马和大脑皮层淀粉样沉积、突触丧失、小胶质细胞活化、年龄相关性空间记忆严重受损等。Ostapchenko等[18]通过建立淀粉样蛋白前体/早老蛋白1小鼠模型研究发现，TRPM2-/-小鼠较野生型小鼠在Aβ沉积方面未见明显差异，但逆转了Aβ诱导的突触丧失、小胶质细胞活化和记忆障碍。以上结果提示TRPM2促进了阿尔茨海默病小胶质细胞活化、突触丧失和认知损伤的发生。

2.3 多发性硬化症 多发性硬化症是以脱髓鞘和轴突损伤为特征的CNS慢性炎症性疾病。实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental allergic encephalomyelitis，EAE）动物模型是一种常用的多发性硬化症模型。Tsutsui等[19]构建了EAE小鼠模型，通过骨髓移植和应用TRPM2抑制剂（咪康唑）观察TRPM2在EAE发病中的作用，结果显示TRPM2基因敲除小鼠较野生型小鼠表现出较低的小胶质细胞和中性粒细胞浸润，TRPM2基因敲除小鼠的趋化因子配体2分泌在第14天显著降低；此外，野生型小鼠发病后腹腔注射咪康唑，可减轻其EAE的严重程度。

2.4 神经性疼痛 脂多糖/IFN-γ可诱导脊髓内的小胶质细胞激活及周围神经炎症的产生，可刺激趋化因子配体2和诱导型一氧化氮的产生，但上述过程可被TRPM2基因敲除所抑制。Haraguchi等[20]利用野生型/TRPM2基因敲除骨髓嵌合小鼠模型研究发现，巨噬细胞和脊髓小胶质细胞中表达的TRPM2参与炎症及神经性疼痛的发病机制，加重神经性疼痛患者外周和中枢的前感受器炎症反应。这些结果提示TRPM2参与神经性疼痛的诱导和持续。

2.5 癫痫 目前关于TRPM2与癫痫的研究甚少。Katano等[21]报道青少年肌阵挛性癫痫相关的编码EF手形蛋白的基因EFHC1与TRPM2在海马神经元和脑室细胞中共表达，EFHC1突变可干扰R型电压依赖性钙通道和TRPM2介导的Ca2+内流，参与青少年肌阵挛性癫痫的强直阵挛发作。本课题组近期通过建立戊四唑癫痫小鼠模型进行研究，结果显示TRPM2基因敲除小鼠较野生型小鼠表现出更轻的病理损害（胶质细胞活化和神经元变性）和学习记忆能力损伤[22]。

3 TRPM2调控炎症通路的分子机制

TRPM2通道的开放需要同时满足两个条件：第一，TRPM2通道的激动剂，如ROS、ADPR等；第二，TRPM2的完全激活高度依赖于细胞内或细胞外Ca2+的存在，ADPR诱导的TRPM2电流在无Ca2+的情况下明显降低[23]。缺氧、炎症和组织损伤导致外源性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）和 ROS在脑内积累，然后ROS通过产生ADPR来激活TRPM2通道。氧化应激可能通过两种途径产生ADPR。在第一条途径中，ROS/RNS导致DNA损伤和多聚ADPR聚合酶和多聚ADPR醇化酶的激活,随后前两者协同作用，将NAD转化为ADPR的聚合物，这些聚合物随后被降解为ADPR单体，然后单体ADPR作为胞内配体激活TRPM2通道[24]。第二种机制是NUDT9 ADP Rase将NAD分解为线粒体内的ADPR。NAD可通过外显酶CD38转换为ADPR和环腺苷二磷酸核糖（cyclic adenosine diphosphoribose，cADPR）[25]。CD38是一种在造血和非造血细胞中广泛表达的多功能外生酶，是ADPR的一个重要酶源。细胞外ADPR可与G蛋白偶联的嘌呤能受体结合，通过G蛋白释放Ca2+和磷脂酶C途径增加Ca2+，进而产生三磷酸肌醇。此外，H2O2还可以穿过质膜，从线粒体中动员ADPR，H2O2和CADPR都能与ADPR协同激活TRPM2通道。钙离子是内信使，在可兴奋细胞和非兴奋细胞的功能活动中发挥重要作用。细胞内Ca2+的增加将激活不同的生理过程，包括通过Ca2+依赖的信号通路（如促分裂素原活化蛋白激酶、NF-κB）来激活基因表达。Ca2+过载还可能导致细胞凋亡。

近年来TRPM2介导的Ca2+信号通路在介导小胶质细胞活化、促炎症介质生成和神经炎症中的作用受到广泛关注。小胶质细胞的激活是由于ROS产生和PARP-1激活而引起的TRPM2活性增加所致。目前报道小胶质细胞TRPM2通道调控炎症通路的分子机制有以下5种：（1）溶血磷脂酰胆碱是一种在生理和各种病理条件下内源性产生的炎性磷脂，能诱导细胞外Ca2+内流，同时通过TRPM2通道激活p38，导致小胶质细胞活化[26]；（2）L-丁硫氨酸-S，R-磺基通过抑制谷氨酰胺半胱氨酸连接酶介导的谷胱甘肽合成，引起谷胱甘肽耗竭，导致氧化应激，激活TRPM2通道，激活p38、细胞外信号调节激酶（extracellular signal regulated kinase，ERK）和 cjun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）丝裂原活化蛋白激酶信号和NF-κB通路，驱动TNF-α、IL-6的表达[27]；（3）暴露于脂多糖/IFN-γ，可诱导 NOx 介导的ROS生成和TRPM2通道的激活，通过TRPM2通道激活Ca2+敏感的富酪氨酸激酶PYK_2及其下游的p38和JNK，触发诱导型一氧化氮的表达和一氧化氮的生成[28]；（4）Aβ42暴露可通过蛋白激酶C/非选择性NADPH氧化酶介导的ROS生成、PARP-1的激活和ADPR的产生来诱导TRPM2通道的激活。TRPM2介导的Ca2+及PYK_2和MEK/ERK是进一步激活TRPM2通道的正反馈机制。TRPM2介导的Ca2+信号能诱导TNF-α表达[17]；（5）TRPM2介导的Ca2+内流激活NLRP3炎性小体，随后激活Caspase-1[29]，Caspase-1通过切割亲IL-1β转化为具有生物活性的IL-1β。以上这些机制的发现，为深入了解TRPM2在小胶质细胞活化和神经炎症中的作用提供了理论依据。

4 TRPM2抑制剂

目前抑制TRPM2通道的药物尚未用于临床患者的治疗。N-［对戊基肉桂基］邻氨基苯甲酸、益康唑、克霉唑等对TRPM2通道均有一定的抑制作用，但这些药物对TRPM2通道抑制是非特异性的，可带来与TRPM2无关的额外效果，例如N-［对戊基肉桂基］邻氨基苯甲酸可抑制TRPC6和TRPM8等TRP家族中其他成员以及抑制氯离子通道[30]；霉唑能抑制钾通道[31]。近年来发现了几种新型的化合物TRPM2抑制剂，且在实验应用中取得了不错的效果，可能具有一定的应用前景。8Br-ADPR是一种改良的ADPR类似物，已被证明能抑制ADPR激活的钙内流至小鼠中性粒细胞和树突状细胞[32]。Luo等[33]合成了一种新的ADPR类似物，体外实验证实能选择性抑制TRPM2通道电流，而不影响TRP家族其他蛋白，如TRPM7、TRPM8、TRPV1。ATT M2NX 是一种与 TRPM2蛋白C端NUDT9-H结构域相似的细胞通透性肽，在脑梗死前或损伤后3 h内使用，可减少大脑中动脉短暂闭塞后的钙内流，从而缩小脑梗死面积[34]。

5 小结

综上所述，TRPM2抑制剂可减轻缺血性脑损伤、阿尔茨海默病等CNS疾病的神经炎症反应。目前部分文献提供不同CNS疾病模型小胶质细胞TRPM2通道激活，促进炎症介质产生的可能分子机制，伴随着TRPM2抑制剂的不断研发，TRPM2有可能作为CNS疾病治疗的重要靶点之一。但由于TRPM2在体内广泛分布，除小胶质细胞外其他中枢神经细胞上TRPM2表达以及TRPM2抑制剂的潜在不良反应等方面也需要进一步研究明确。