双孔钾离子通道TREK-1与肠易激综合征内脏高敏感关系的研究进展

张琼梅 许树长

肠易激综合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一种以内脏过敏为重要特征的异质性疾病，表现为反复发作的腹部不适和排便习惯改变[1]，严重影响患者的生活质量。内脏过敏包括痛觉过敏(对疼痛刺激的反应增强)和异位疼痛(对非有害刺激的疼痛反应)[2]。IBS内脏高敏感的机制尚不清楚，可能与机体神经、黏膜上皮和平滑肌上离子通道的构型、表达或通道电流改变有关。动物实验结果显示，TREK-1在5-羟色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)受体富集的中缝核、前额叶皮质、纹状体及海马等功能脑区中呈高表达[3]，这些脑区与内脏感觉处理相关。在外周，TREK-1在小鼠回肠和结肠组织中特异性表达，参与肠道平滑肌的收缩活动[4]，调节肠道屏障功能[5]。以往的研究[6]证明，TREK-1可被多种理化刺激激活，参与疼痛信号的传导和疼痛行为的发生。因此，TREK-1可能在IBS内脏敏感性的改变和慢性内脏疼痛中发挥重要作用。

1 TREK-1的生物学特征

1.1 TREK-1的结构与分布 TREK-1是双孔钾离子通道(K2P)亚型中的一种，其编码基因KCNK2位于常染色体1q41。TREK-1单个亚基分子包含4个跨膜螺旋结构(M1-M4)和2个孔道结构域(P1、P2)，即4TMS/2P结构。细胞膜内侧有较短的氨基端和较长的羧基端，细胞膜外侧是由M1和P1形成的环形结构(M1P1 loop)。M1P1 loop是一种规则的具有疏水基团和带电基团的α螺旋结构，其半胱氨酸残基形成的二硫键可使K2P亚基形成二聚体。成熟的K2P通过组装成同源二聚体发挥功能[7]。TREK-1广泛表达于人类中枢神经系统(CNS)，在杏仁核、基底神经节、皮质、背根神经节(DRG)和海马中呈高表达。TREK-1在大部分外周区域表达水平较低，存在于人类胃肠道，以及支配膀胱和结肠的机械敏感神经元中[8]，在心肌、肺、肾和肾上腺皮质、子宫、卵巢等组织中也有表达。在大鼠的大脑和脊髓，TREK-1在皮质、海马、下丘脑、基底神经节、导水管周围灰质和脊髓灰质等特定区域呈高表达[3]。

1.2 TREK-1的功能特性 TREK-1可在全部生理电压范围内激活。在维持细胞的静息膜电位、促使膜电位超极化、控制动作电位发放频率、影响神经电信号的编码整合，以及调节突触间的递质传递等生理过程中起重要作用。TREK-1的活性可被细胞内外pH值、温度、G蛋白偶联受体和第二信使环磷酸腺苷(cAMP)、机械牵张等多种因素调控，进而参与细胞骨架构建、神经保护、激素分泌，以及抑郁症、疼痛的发生等多种生理病理过程[9-10]。

2 TREK-1介导内脏高敏感的可能机制

2.1 TREK-1与5-HT 5-HT广泛存在于中枢神经系统和肠道神经系统，在内脏高敏感的脑-肠互动机制中发挥重要作用，5-HT能神经元相关的中枢下行抑制减弱可能是大鼠内脏高敏感形成的一种内在机制[11]。据报道，TREK-1通道阻滞剂通过常见的CREB-BDNF信号转导与5-HT1A受体激活具有潜在的协同作用[12]。TREK-1通道的开放与关闭状态受多种神经递质受体调控，Gs和Gq偶联的膜受体均可下调TREK-1的表达。激动Gs偶联的5-HT受体(5-HTR4)或Gq偶联的代谢型谷氨酸受体(mGluR1或mGluR5)可以抑制TREK-1活性，激动Gi偶联的mGluR2或mGluR4可以增强TREK-1活性。Gs通过激活腺苷酸环化酶(AC)上调cAMP水平，进而活化蛋白激酶A(PKA)；Gi则与Gs作用相反，降低AC活性使得5-HT能神经元中cAMP水平降低。Gq通过活化磷脂酶(PLC)水解质膜上4,5-二磷酸酰肌醇(PIP2)释放的二酰甘油(DAG)激活蛋白激酶C(PKC)。PKA和PKC介导TREK-1通道蛋白羧基末端第333位丝氨酸(Ser333)磷酸化水平下降，使TREK-1通道开放。TREK-1的开放引起细胞膜超极化，降低放电频率，细胞浆中钙离子(Ca2+)浓度降低，引起神经元5-HT释放减少，从而影响5-HT对应激反应的调节[13]。TREK-1通道的活性由5-HT等受体调控，同时能反馈作用于5-HT神经递质释放，在应激反应中发挥协同作用。

2.2 TREK-1与下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴) HPA 轴功能活跃是应激诱发内脏高敏感形成的重要机制之一。TREK-1高表达于海马、下丘脑、杏仁核等与HPA轴功能调节密切相关的脑区。应激时杏仁核活动增加，下丘脑、垂体反应性增强，下丘脑室旁核释放促肾上腺皮质释放激素(CRF)，CRF通过与不同部位的CRF1和 CRF2受体结合发挥行为调节和自主神经应答，可引起胃肠道动力改变、黏液分泌、黏膜通透性增加及肥大细胞释放炎症介质，同时介导紧张、焦虑、抑郁等情绪障碍[14]。CRF经垂体门脉系统刺激垂体前叶细胞分泌促肾上腺皮质激素(ACTH)，促进肾上腺皮质分泌糖皮质类固醇(GC)。ACTH可抑制肾上腺束状带细胞TREK-1通道的活性，从而引起细胞膜去极化和GC的分泌[15]。另外，ACTH可快速有效地诱导肾上腺皮质细胞TREK-1 mRNA表达，表明TREK-1不仅可以调节HPA轴功能活性，还会受到HPA轴分泌激素的调节。TREK-1基因敲除的小鼠模型揭示了TREK-1与应激之间的关系，TREK-1基因敲除小鼠的血清皮质酮水平显著低于野生型小鼠[16]，表明TREK-1基因敲除小鼠的HPA轴功能活性减退，对应激的反应性低于野生型小鼠。由此可见，TREK-1可能在HPA轴介导的应激反应调节中发挥着重要作用。

2.3 TREK-1与胶质细胞 目前有研究结果表明，内脏敏感性增高与胶质细胞的活化反应之间存在相关性。神经胶质细胞与神经元之间以谷氨酸和谷氨酸盐为递质进行神经活性物质和信息的传递。谷氨酸激活N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体，Ca2+内流增加，从而激活PKC，导致一系列级联反应发生，致使脊髓及其他中枢神经通路兴奋性增加，引起脊髓背角神经元的中枢敏化[17]。星形胶质细胞通过膜表面的离子通道和转运体来摄取谷氨酸和缓冲K+，以维持细胞内环境稳定，减少兴奋性神经毒性损伤。TREK-1功能性表达于星形胶质细胞，维持其膜静息电位，为其膜表面的离子通道和转运体提供电化学驱动力，增加星形胶质细胞谷氨酸诱导电流，并增强摄取谷氨酸的能力[18]。TREK-1对星形胶质细胞的功能调控，可能影响星形胶质细胞在伤害性信号传导中的作用。

3 TREK-1与肠道动力异常

内脏敏感性改变可能也是肠道动力异常的原因[1]。内脏敏感性增高的时候，协调的平滑肌收缩力受到破坏，可能会发生胃肠道运动障碍(如IBS)。平滑肌细胞兴奋收缩偶联的过程主要是通过电压依赖性钙离子通道(VDCC)发生的。VDCC的活性与细胞膜电位密切相关，细胞膜电位主要由K+通道决定。K+通道对胃肠道平滑肌的收缩调节是胃肠道松弛的关键。TREK-1作为小鼠结肠平滑肌细胞中的拉伸依赖性钾(SDK)电导，具有肌源性调节的作用。TREK-1通过细胞膜超极化，促进肌肉松弛，实现器官的自适应放松。研究[4]证实，TREK-1在回肠和结肠的平滑肌组织中表达，但在肌间丛和黏膜下丛的氮能肠神经元中不表达，而TREK-2仅可在肠神经元中被检测到，在平滑肌中尚未被检测到，这表明TREK-1在胃肠道生理学中有特定的作用。利用器官浴实验探讨K2P对小鼠肠道肌张力的作用，发现K2P激活剂(如利鲁唑、BL-1249)可诱导预收缩的回肠和结肠组织松弛，并降低了自发收缩的幅度[4]。K2P通道在小鼠回肠和结肠组织中呈特异性表达，平滑肌中的TREK-1可能作为对抗由过度收缩引起的病理性运动的潜在治疗靶标。

4 TREK-1与肠道屏障功能障碍

肠道屏障功能障碍是IBS发病过程中重要的病理生理学过程。过敏反应是肠上皮屏障破坏的诱因之一，过敏性介质可能会干扰TREK-1的表达并损害屏障功能。研究[5]发现，上皮细胞间的紧密连接蛋白和细胞膜上表达的TREK-1蛋白具有维持肠道屏障功能的作用，TREK-1表达下调的结肠黏膜的通透性增加。有学者发现，在体外将T84细胞的TREK-1基因进行沉默可导致肠上皮屏障的通透性增高，再加入重组的rTREK-1蛋白则可恢复肠上皮屏障功能，提示TREK-1对于维持肠上皮的屏障功能至关重要。在避水应激的小鼠肠道中及被激活的肥大细胞所作用的肠上皮细胞中，都可以发现TREK-1蛋白表达下调。TREK-1活性的降低有助于结肠机械敏感性的增强，反过来又可促进肠道炎症的发生[19]。恢复TREK-1的表达有可能促进肠道过敏的恢复，丁酸钠或丁酸梭菌联合抗原免疫疗法(SIT)能上调TREK-1表达，恢复屏障功能，显著抑制小鼠的过敏反应[5]。

5 TREK-1与慢性内脏痛

慢性内脏痛通常是由机械性扩张或舒张引起的，机械转导(感觉传入的结直肠机械刺激的编码)成为胃肠道相关内脏痛的重要潜在机制。TREK-1可能直接促进了结直肠传入细胞的机械转导，在IBS痛觉过敏中发挥特异性的作用[20]。TREK-1广泛存在于支配小鼠结直肠的外源性传入神经中，在结直肠DRG神经元呈高表达，并与辣椒素激活的非选择性离子通道TRPV1共定位[6]。神经病理性疼痛与中小型DRG神经元的兴奋性密切相关，TREK-1可调节DRG神经元的兴奋性。疼痛刺激通过TRPV1等多种伤害性离子通道刺激DRG和三叉神经节的末梢，使神经末梢的膜电位去极化。当膜电位达到阈值时，激活了电压依赖性Na+通道诱导动作电位，TREK-1通道会使周围神经末梢的膜电位超极化，并阻止神经元产生动作电位。在炎症性和神经病理性疼痛发生时，TREK-1的活性降低时，疼痛程度可能会增强[21]。通过研究TREK-1基因敲除小鼠进一步证明,TREK-1参与伤害感受器的外周致敏反应，TREK-1基因敲除小鼠对热刺激和机械刺激引起的疼痛较野生型小鼠更敏感[22]。据报道，咖啡酸衍生物可以激活TREK-1通道，并在体内产生强效镇痛作用[23]。

TREK-1可影响胶质细胞活化及谷氨酸再摄取。神经胶质细胞在内脏痛的启动和维持方面起关键性作用，参与了内脏敏化反应及镇痛过程。在疼痛反应的早期，参与调节的主要是星形胶质细胞，如果阻断胶质细胞的活化作用，机体的疼痛反应就会明显受到抑制[24]。TREK-1有助于维持星形胶质细胞的高负膜电位，这是控制细胞兴奋性的关键[18]。TREK-1可影响星形胶质细胞谷氨酸诱导电流及摄取谷氨酸的能力，谷氨酸是与疼痛相关的主要的兴奋性神经递质，其受体参与了神经病理性疼痛的形成和维持。星形胶质细胞中TREK-1蛋白表达上调可增加谷氨酸清除[25]，这为通过TREK-1-胶质细胞-谷氨酸途径抑制疼痛反应提供了理论依据。另有研究[26]发现，TREK-1激活剂如α-亚麻酸可以防止海马损伤，这种多不饱和脂肪酸的神经保护作用与谷氨酸能神经传递的抑制有关。

6 总结与展望

综上所述，K2P TREK-1与IBS内脏高敏感关系密切。TREK-1可以调节内脏敏感性，影响肠道的屏障功能及运动功能，参与疼痛感知等，这使得TREK-1成为一个有吸引力的IBS治疗靶点。然而，IBS病程中TREK-1活性改变介导内脏高敏感形成的确切机制尚不清楚，仍需进一步的研究。