温敏离子通道蛋白TRPV4受热激活参与相关疾病发生的机制研究进展

徐恋恋，吴兆猛，王悦华，江陈梦，李征远，郑晓晖，高小康

1 湖北医药学院药学院武当特色中药研究湖北省重点实验室，湖北十堰 442000；2 湖北医药学院基础医学院；3 湖北医药学院生物医药研究院胚胎干细胞研究湖北省重点实验室；4 西北大学生命科学学院

发热是机体抵御细菌和病毒感染的常见免疫反应。瞬时感受器电位（TRP）通道是一类位于细胞膜上、参与各种生理功能的非电压依赖性阳离子选择性通道［1］。TRP 通道香草素受体（TRPV）亚家族是近年研究较多的温敏离子通道蛋白，其中TRPV1 在＞42 ℃ 、TRPV2 在 ＞51 ℃ 、TRPV3 在 33～39 ℃ 、TRPV4 在 27～40 ℃温度下激活［2］。由于人体发热温度主要在40 ℃以下，超过40 ℃较为罕见，因此在机体发热条件下激活TRPV3 或TRPV4 的可能性较高。研究显示，TRPV4 在体温调节中起重要作用，是体温调节机制的关键因素，TRPV4 可能作为机体发热相关的潜在活性靶点。现将TRPV4 受热激活参与机体相关疾病发生的机制综述如下。

1 TRPV4的结构与激活

1.1 TRPV4 的结构 瞬时感受器电位离子通道香草素受体 4（TRPV4）是由 871 个氨基酸组成的 6 次跨膜蛋白。TRPV4 是一个四聚体结构，其中6 次跨膜结构域（TM1～TM6）穿过脂质双分子层，TM5 与TM6 之间有一段疏水基团构成的孔通道环结构，允许Ca2+及部分阳离子通过。TRPV4 氨基端具有锚蛋白重复结构域（ARD）、脯氨酸结构域（PRD）和磷酸肌醇结合位点（PIBS）］，ARD 主要参与 TRPV4 与其他蛋白质或配体的相互作用，PRD 受物理刺激可引起TRPV4 激活，PIBS 受生理与化学刺激可引起TRPV4 激活；TRPV4 羧基端具有钙调素结合域（CaM）、寡聚结构域（OMD）和PDZ-L结构域，主要介导细胞外蛋白之间相互作用，其中CaM 和PDZ-L 主要起蛋白质—蛋白质相互作用，OMD 结构域对TRPV4质膜起定位作用［3］。

1.2 TRPV4 受热激活的机制 TRPV1 S1-S4 结构域具有显著的温度敏感性，与TRPV1 受热激活相关［4］。TRPV4的TM3～TM4与TRPV1相应区域的序列有很高的相似性，其TM3～TM4 区的几个突变会影响TRPV4 对热的敏感性，位于TM4 C 末端的两个残基（Tyr591和Arg594）的突变对TRPV4 的受热激活起作用［75］。因此认为，TRPV4 锚蛋白重复结构域ARD的某些特定突变也可能会影响通道活性，TM3 和TM4在热刺激激活TRPV4中起核心作用。

1.3 TRPV4 受热激活对体温的调节作用 人体体温调节中枢主要位于下丘脑视前区（POA），POA 对维持正常体温和调节机体发热具有重要作用。研究表明，TRPV4 在POA 区有明显表达，与机体发热存在密切联系。BOLTANA 等［6］通过研究斑马鱼发热，发现TRPV1、TRPV4和PGE2共同调节发热的发展过程，而TRPV4表达降低有助于发热的产生。YADAV等［7］报道，下丘脑视前内侧区存在 TRPV4，激活TRPV4 降低体温，而其阻断则导致高热。TRPV4 是温度调节机制的关键因素，TRPV4 不仅在热传导中起作用，中枢和外周TRPV4 通道可能共同起温度调节的作用［8］。以上研究表明，TRPV4 被激活后参与体温负反馈调节，其具体作用机制目前尚未明确，可能与TRPV4跨膜结构域、多通道相互作用有关。

2 TRPV4受热激活参与相关疾病发生的机制

2.1 TRPV4 激活在脑水肿中的作用机制 脑水肿是临床常见的神经系统疾病之一，在脑水肿的形成和消退过程中水通道蛋白4（AQP4）起着关键作用。AQP4 与TRPV4 共表达与脑水肿的严重程度明显相关，但AQP4/TRPV4 复合体用于体温过低进行水肿治疗方面是有害的［9］。脑缺血患者的局部缺血区域引起脑温异常升高会激活TRPV4，增加脑水肿的发生风险。缺血性脑损伤动物模型中，TRPV4 基因缺陷型小鼠在高温情况下，激活TRPV4 不会诱发脑水肿，但基因正常小鼠则会诱发脑水肿［10］。最新研究发现黄芩苷可通过抑制TRPV4 和AQP4 的通道开放，改善大鼠脑缺血所致的脑水肿［11］。因此，对于有脑部疾病的患者，在疾病诱导体温升高的情况下会激活TRPV4，从而加剧脑水肿的发生概率，而TRPV4 拮抗剂相关药物的研究可用来预防和治疗脑水肿。

2.2 TRPV4 激活在癫痫中的作用机制 癫痫主要与中枢神经元兴奋或抑制的失衡有关，选择性离子通道、神经元中胶质细胞和突触的传递与连接等功能障碍均可导致这种失衡。近年研究发现，非选择性离子通道TRPV4 对癫痫具有潜在作用。TRPV4在海马神经元和星形胶质细胞中表达，受热激活TRPV4 会使癫痫小鼠模型的癫痫发作程度显著增加，且野生型小鼠明显高于TRPV4 基因缺陷型小鼠［12］。激活TRPV4 时，癫痫发作的机制可能是通过促进突触前谷氨酸的释放和增加突触后部分受体的功能来介导［13］。人体在持续发热情况下，既会激活TRPV4，又可能产生癫痫症状；而癫痫的发作会使脑温升高进一步激活TRPV4，脑部神经元过度兴奋，持续异常放电，癫痫发作更剧烈。因此，通过研究如何使脑部降温，从而抑制TRPV4，或者研究TRPV4拮抗剂来抑制癫痫发作，成为新的预防癫痫发作的研究方向。

2.3 TRPV4 激活在皮肤瘙痒中的作用机制 皮肤受到外界冷热刺激时，机体会做出相应的反应。TRPV4 存在于多种皮肤细胞中，其过量表达或缺陷会参与皮肤屏障受损、瘙痒和炎症等疾病的病理发展过程。最近研究发现，TRPV4 诱发的皮肤瘙痒症状与神经递质5-羟色胺有关［14］。使用激动剂激活局部皮肤细胞中的TRPV4，可能会通过体温调节作用促进皮肤表面的热量流失，从而导致局部皮肤的温度下降；而使用拮抗剂可导致温度上升［15］。TRPV4主要表达于角质形成细胞中，在33 ℃和38 ℃时，皮肤温度较高时，瘙痒抓挠行为随之增加，瘙痒症也会状加剧；但TRPV4 拮抗剂的使用会减缓瘙痒症状［16］。激活TRPV4 可介导皮肤血管扩张，在体温调节中起到一定的作用［17］。因此，皮肤温度升高，激活TRPV4 可能会加剧瘙痒症状的发生，而TRPV4 拮抗剂可用于治疗因局部皮肤温度升高造成的瘙痒。

2.4 TRPV4 激活在新生儿缺陷中的作用机制 新生儿出生时，所携带的缺陷是胎儿在母体发育过程中受物理化学或疾病感染等多方面种因素导致的。且新生儿出生后带有心脏和面部的生理缺陷非常普遍，但其病因尚不明。研究表明，育龄期女性妊娠早期发热造成胎儿心脏和面部的缺陷与TRPV4 的表达相关［18］。TRPV4 表达于颅脑和心脏发育相关的神经嵴细胞中，动物实验证实，高温（40～41 ℃）影响雏鸡胚胎发育中的神经嵴细胞，高温状态下孵化的雏鸡既出现上喙长度变短的颅面缺陷，又出现心血管方面的缺陷［19］。由此可见，TRPV4 的活性及正常表达对于生物体胚胎颅面部和心脏的正常发育至关重要，神经嵴细胞中的TRPV4 受热激活会使新生儿在胚胎期发育致畸这一发现，为解决新生儿出生携带缺陷提供了新思路和探索方向。

2.5 TRPV4 激活在精子趋热性中的作用机制TRPV4 主要存在于脊椎动物的精子中，TRPV4 在精子细胞中的表达和定位不同，可能是精子运动的重要决定因素。哺乳动物的精子受环境温度的影响，会从温度较低部位向温度较高部位运动，这种趋热性在精子运动过程中起重要的导向作用。精子的趋热性运动方式可由调节精子鞭毛的Ca2+诱导产生，而TRPV4 激活会诱导Ca2+浓度升高，调节精子生理活性，促进精子趋热运动。在36.2～38.4 ℃条件下，TRPV4 基因敲除和TRPV4 拮抗剂会使小鼠精子在高温下迁移率降低［20］。TRPV4 可能直接参与小鼠精子的这种趋热运动，但精子的趋热性可能还受Ca2+浓度或其他温敏离子通道共同作用的影响［21］。因此，TRPV4 在精子的趋热运动中起着重要作用，而激活或抑制TRPV4 造成的Ca2+浓度变化，能否影响精子相关的生理活动和应用于男性不育治疗仍需进一步研究探索。

综上所述，在生物体多个器官和组织中均被证实存在TRPV4功能性表达，而TRPV4表达的变化以及激活和抑制等在机体的体温变化和调节中具有重要作用。当机体温度升高激活TRPV4 或使其表达增多时，可引起脑水肿和癫痫发作的加剧；TRPV4的活性及正常表达影响新生儿面部与心脏缺陷和精子活动趋热性。鉴于TRPV4 受热激活在脑水肿和瘙痒等疾病中起到一定的作用，研究中使用TRPV4抑制剂会缓解相关症状，期望通过对TRPV4 进行靶向药物设计，研究新的抑制剂进行疾病的治疗。最近有研究将TRPV4 与新型冠状病毒（COVID-19）结合［22-23］，希望研究出能够治疗或减轻患者肺部炎症的TRPV4 抑制剂，为减少严重呼吸疾病引起的并发症，降低新冠患者发病率和病死率而努力。通过对TRPV4 的多方面研究，有助于揭示疾病的发病机理和相关药物所作用的通路等，为发现药物作用的具体靶点提供借鉴，进一步为发热相关疾病的预防及治疗开辟新的方向。