TRPM7生理病理学功能及其小分子调节剂的发现*

王云起 官子月 高召兵 郑月明**

（1）中国科学院上海药物研究所，神经精神疾病研究中心，上海 201203；2）中国科学院中山药物创新研究院，中山 528400）

瞬时受体电位（transient receptor potential，TRP）通道是一类广泛表达的非选择性阳离子通道，存在于多种类型的细胞和组织中，通过调节阳离子的跨膜流动产生人体的多种感官刺激，如温度、视觉、味觉、疼痛等。TRPM7 通道是TRPM家族一员，人类基因组中编码TRPM7 通道的基因位于15 号染色体的长臂上，由39 个外显子组成，全长134.34 kb［1］。TRPM7 同时具有离子通道和激酶结构域，以特殊的双功能蛋白质结构参与机体的多种生理和病理过程，与神经退行性疾病、癌症、心血管疾病等多种疾病密切相关。因此本文将主要综述与TRPM7通道有关的生理和病理学研究进展，以及靶向该通道的小分子调节剂的研发进展。

1 TRP家族

TRP通道基因最早在研究果蝇时被发现，在对果蝇的视觉系统研究中发现了一种视觉受损的突变果蝇，对稳定光具有瞬时响应，因而该基因被称为瞬时受体电位［2］。TRP家族是一个庞大的离子通道家族，根据蛋白质序列的同源性，将哺乳动物TRP家族分为TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPP和TRPML 6 个亚家族，共28 个成员。除此以外，在果蝇、斑马鱼等无脊椎动物中还存在着TRPN 通道［3-5］。目前已被证实有100 多个TRP 通道编码基因存在于各种生物体内，几乎在每种细胞中都有表达。大多数TRP 通道位于质膜中，发挥控制阳离子出入细胞和调节离子跨膜流动电化学势的作用。已有的研究发现，TRP通道与多种疾病的发生发展密切相关，是极具前景的药物靶标［6-7］。

TRPM亚家族是TRP家族中最大的亚家族，包含TRPM1～8，共8 个成员［8］，广泛表达于哺乳动物的各个组织中，具有不同的生物特性和生理功能，可被多种刺激调节，如温度、电压、离子和配体等［9］。根据序列相似性，将8 个通道成员分为4组：TRPM1/TRPM3、TRPM2/TRPM8、TRPM4/TRPM5、TRPM6/TRPM7［8，10］。TRPM1 在色素细胞中表达，与良性痣和黑色素瘤等皮肤和眼部疾病相关［11］。TRPM2是大脑中最丰富的TRP通道，调节脑内神经元发育，外周组织分布的TRPM2 参与炎症反应，调节胰岛素分泌，作为温度传感器参与体温调节［12-13］。TRPM3在大脑、肾脏等组织表达，该通道的激活可致血管收缩、胰岛素分泌及炎症性痛觉过敏等［14］。TRPM4 和TRPM5 通透一价阳离子，可被电压和钙离子激活，是味觉刺激转导必需的通道［15］。TRPM6 与TRPM7 结构相似，胞内C端也具有功能性α 激酶，TRPM6 的功能丧失型突变易引起低镁血症伴继发性低钙血症（hypomagnesemia with secondary hypocalcemia，HSH）［16］。TRPM8 可被电压、pH、渗透压等多种因素调节，主要参与冷感受［17］。TRPM 亚家族各个成员的长度、结构和功能都不完全相同，TRPM6 和TRPM7 由于具有特殊的α 激酶结构域得到了更多的关注。

2 TRPM7的结构和功能特征

2.1 TRPM7的结构特点

TRPM7 是含有离子通道和蛋白激酶结构域的跨膜蛋白，包括位于细胞膜内的N端和C端，以及位于细胞膜上的六次跨膜结构域（S1～S6）（图1）。人TRPM7 编码1 865 个氨基酸，小鼠TRPM7 编码1 863 个氨基酸，序列相似性为94%［18］。2001 年Kuriyan 等［19］结晶并解析了TRPM7 的C 端分离激酶结构域（1 580～1 863），2018 年Clapham 等［20］利用冷冻电镜，解析了TRPM7-EDTA、TRPM7-Mg2+和TRPM7-DVF 的结构，自此揭示了TRPM7通道的完整结构。TRPM7 蛋白的N 端含有4 个TRPM 家族的同源结构域（melastatin homology domain，MHD），参与通道组装和转运。6 个跨膜区段（S1～S6）形成离子通道结构域，每个区段长度约为21个氨基酸残基，S5和S6间包含预测的孔螺旋和孔环（pore region），位于通道孔区的两个带负电荷的氨基酸（E1047 和E1052）对于通道的Ca2+和Mg2+的通透性以及pH 敏感性极为重要［21］。C 端靠近跨膜区是一个高度保守且富含脯氨酸的TRP 盒，由24 个氨基酸组成，可与磷脂酰肌醇二磷酸（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PⅠP2）相互作用［1］；TRP 盒后连接着双螺旋结构域（coiled-coil domain，CC），以反平行四聚体结构参与四聚体跨膜区和二聚激酶结构域之间的连接，是通道组装和转运的结构基础［22］。C端含有α激酶结构域，包含一个锌指同源域以维持激酶结构稳定性，通过丝氨酸/苏氨酸磷酸化自身和底物参与细胞骨架动力学、细胞生长、增殖和基因表达等过程［23］。

2.2 TRPM7的功能特性

TRPM7 是一种非选择性阳离子通道，可通透多种二价阳离子，通透性从高至低依次为Zn2+、Ni2+、Co2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Sr2+、Cd2+等［24］，同时也对单价阳离子如Na+、K+通透，可被La3+、Gd3+等三价阳离子阻断。TRPM7 电流的反转电位约为0 mV，在负的膜电位下介导较小的内向电流，在正的膜电位下介导大的外向电流，表现出外向整流现象，该特性与细胞外二价阳离子阻断单价阳离子流入有关［25］。去除胞外的二价阳离子后，TRPM7 通道因通透单价阳离子，外向整流的现象消失。TRPM7 通道的失活或激活均无时间或电压依赖性，其电流可被细胞内外高浓度的Mg2+抑制，因此在全细胞膜片钳实验中，通常用不含Mg2+或添加Mg2+螯合剂的内液记录电流［25］。TRPM7 的α激酶属于非典型丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，最主要的功能在于磷酸化和自磷酸化，S1511 和S1567 是主要的自磷酸化位点，可以磷酸化α螺旋和非α螺旋结构域的丝氨酸与苏氨酸残基［26］。在LN18（人胶质母细胞瘤细胞系）细胞中，半胱天冬酶在D1510处切割使得TRPM7激酶结构域与通道分离，可以增强离子通道活性但不影响激酶的功能［27］。TRPM7 激酶结构域可以通过蛋白酶水解的方式分离出来，以Zn2+依赖的方式转移到细胞核，结合多个染色质重塑复合物成分，磷酸化特定的组蛋白，改变染色质共价修饰结构，最终影响细胞分化和胚胎发育，参与基因的表达调控［28］。

3 TRPM7的生理功能特征

TRPM7 广泛分布于中枢和外周神经系统，在哺乳动物的心、肝、脾、肺、肾、消化道等多种组织及器官中皆有表达，特别是在心脏、垂体、骨骼和脂肪组织中表达水平最高［29］。TRPM7可以影响细胞生长、发育、增殖和迁移，HEK293细胞中过表达TRPM7 可使细胞圆化、从基底上脱离，最终导致细胞死亡［30］，对机体的离子稳态和胚胎发育等起到不可或缺的作用。

TRPM7 的离子通道部分可以通透多种二价阳离子，Mg2+和Ca2+是TRPM7 电流的主要携带者［31］。Mg2+是细胞中仅次于钾离子的第二丰富的阳离子，调节多种细胞功能、酶、离子通道、新陈代谢以及信号通路等，是不可缺少的生物调节因子［32-33］，镁稳态紊乱与包括癌症在内的多种炎症驱动的慢性病的病理生理学有关［34］。DT-40 细胞中TRPM7 的缺失会阻止细胞周期进程，通过补充Mg2+才能使其继续进行，因此TRPM7在G1期被激活，很可能是在这一阶段介导Mg2+流入保持细胞的生长增殖［35］。除了细胞增殖，TRPM7在调节全身的镁离子平衡中也发挥了重要作用，携带缺失激酶结构域导致TRPM7 通道功能障碍的小鼠粪便中Mg2+的排泄量明显增加，意味着小鼠的肠道对Mg2+的吸收存在缺陷，长期缺乏Mg2+最终可能导致低镁血症、高血压等疾病［36-38］。在牙齿发育过程中，TRPM7 相对表达水平在牙釉质形成的成熟阶段上调，在成釉细胞高度表达。通过构建TRPM7 激酶缺失的小鼠模型，发现此类小鼠门牙牙釉质的体积比正常小鼠小，且明显低矿化，补充Mg2+可以恢复前者的部分活性，通透Mg2+的TRPM7通道在其中无疑发挥重要作用［39-40］。

Ca2+是大量生命活动的基础，是最常用的细胞内信使，从心肌和骨骼肌收缩、受精到胚胎发育，Ca2+无一不存在其中，破坏Ca2+的稳态会干扰生命体的正常生理过程［41-42］。TRPM7 在被激活和长时间的氧/葡萄糖剥夺后， 使用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导分化PC12 神经元细胞和初级海马神经元细胞，细胞活性氧水平和TRPM7 通道的表达水平显著增加，使得大量Ca2+进入神经元细胞，导致神经元死亡。通过非选择性阳离子抑制剂和siRNA 抑制TRPM7 的表达均可保护神经元细胞，因此TRPM7 对Ca2+稳态的维持及神经元细胞的保护起到重要作用［43］。在对人类胚胎肺成纤维细胞内钙信号的研究中发现，迁移的成纤维细胞中存在独特的“钙闪烁”，通过共聚焦成像可以发现“钙闪烁”是由一类阳离子通道介导的钙离子流入触发的，在此细胞中敲低TRPM7 后“钙闪烁”几乎消失，确证了TRPM7在此过程中的传感器作用，揭示了它在细胞迁移中的新功能［44］。

除了二价阳离子，TRPM7 也能通透K+等一价阳离子。在酸性条件下质子可以增加内向电流至原来的十倍，酸性越强，质子作用越强，质子通过与二价阳离子（Ca2+、Mg2+）竞争结合位点使单价阳离子通过TRPM7 通道［45-46］。在缺血、炎症等组织损伤的病理条件下容易出现低pH 值的情况，结合TRPM7 的pH 敏感性，TRPM7 在此类病理条件下很可能引起疼痛加剧以及酸中毒等情况加重患者的病痛［47］。

除离子通道结构域外，TRPM7 还拥有α 激酶结构域。目前关于激酶区是否影响TRPM7 离子通道的功能存在争议，但是激酶活性丧失型突变体改变激酶结构，进而影响通道对镁离子的敏感性已有报道［48］。TRPM7 的α 激酶可以自磷酸化结构中的丝氨酸/苏氨酸残基富集区域，在不影响其催化功能的情况下促进肌球蛋白ⅠⅠ等底物的磷酸化，发挥蛋白激酶活性；由于肌球蛋白ⅠⅠ是驱动细胞收缩的主要蛋白质，TRPM7 激酶以此调控细胞骨架张力参与到细胞黏附、肌球蛋白丝稳定性等过程中［26，49］。此外，TRPM7的C端可经蛋白质水解裂解出TRPM7 激酶部分，裂解激酶进入细胞核与核蛋白结合，磷酸化特定核组蛋白从而调节转录、DNA 损伤修复等过程参与细胞基本功能，最终影响细胞分化和胚胎发育［28］。

在动物水平上，从哺乳动物早期胚胎发育到出生后功能性神经元网络的形成，TRPM7 都是必不可少的［38］。通过使用Ⅰck-Cre小鼠敲除发育胸腺细胞中的TRPM7，敲除鼠12 周时出现了胸腺细胞显著减少、胸腺结构异常的现象，胸腺髓质细胞中STAT3活性和丰度降低使得胸腺结构逐渐丧失，如果从小鼠胚胎中完全敲除TRPM7 基因，胚胎将在第7.5 天时直接死亡［50］。除此之外，携带TRPM7功能丧失突变的斑马鱼显示出严重的生长迟缓和骨骼发育的改变［51］。非洲爪蟾胚胎中抑制细胞背侧边缘区的TRPM7 蛋白表达会造成严重的原肠胚缺陷等等［52］，这些都表明了TRPM7在机体参与不同的生理过程以及维持生命体正常的生长发育过程中不可或缺。

4 TRPM7与疾病

TRPM7在多种人类疾病中扮演着重要的角色，其功能紊乱可引发神经退行性疾病、缺血性细胞死亡、癌症、心血管疾病等病症［1，53-55］。目前和TRPM7相关的多数疾病主要与TRPM7通道功能异常进而打破胞内离子平衡有关。在乳腺癌、前列腺癌中，可通过TRPM7 通道的下调或失活抑制Ca2+流入发挥抗肿瘤能力［56-57］。在缺血性中风中，抑制TRPM7 可防止缺血性细胞死亡并保持神经元功能［54］。此外，TRPM7还与高血压相关的Mg2+失调和血管功能障碍有关［58］。

4.1 神经退行性疾病

神经变性是所有引起神经元结构和功能逐渐丧失的病理事件的集合，包括细胞损伤、疾病发展以及细胞死亡。在神经元的生长、存活以及分化过程中，Ca2+和Mg2+都起到至关重要的作用［59-60］。由于TRPM7 广泛分布于中枢神经系统中且可以调节这两种离子的平衡，使得TRPM7 可能在阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）和帕金森病（Parkinson’s disease，PD）等神经退行性疾病中发挥重要作用［61-62］。在AD的发病机制中，脑中蓄积的β淀粉样蛋白（Aβ）被认为是AD发病的重要机制之一，激活TRPM7 通道增加Ca2+流入可启动对Aβ的基础自噬机制，最终改善认知功能［61］。在家族性阿尔茨海默病（familial Alzheimer’s disease，FAD）中，早老素（presenilin）突变导致可调节TRPM7通道的PⅠP2代谢失衡，突变细胞中TRPM7通道电流减少、自噬活性减弱，通过恢复TRPM7通道正常的活性可恢复正常的基础自噬并且减少Aβ 的产生［63］。另外，AD 的认知障碍也与突触结构和功能的丧失有关，Cofilin是一种肌动蛋白调节蛋白，在受刺激的神经元中通过磷酸化成蛋白束，可与积累的Aβ 前体共同抑制突触蛋白运输，损伤突触传递和可塑性，TRPM7 α 激酶可通过与Cofilin 相互作用，抑制Cofilin 去磷酸化从而保护突触，治疗AD［64-65］。黑质多巴胺能神经元的丧失是PD的重要发病机制之一，TRPM7在大脑黑质的神经元中表达，而斑马鱼TRPM7 突变的幼苗会出现游泳能力减弱等行为和发育缺陷，通过补充外源性多巴胺可以挽救部分缺陷，表明多巴胺能神经元部分依赖于TRPM7的表达，TRPM7的缺失或许是PD发病的重要原因之一［66］。

最近一项研究发现，TRPM7 的离子通道区域会对神经元的突触囊泡内吞产生作用，条件性敲除TRPM7 的小鼠神经内分泌细胞和神经元的突触囊泡内吞作用存在缺陷，神经元的兴奋性和抑制性突触传递的突触前抑制在短期内被增强［67］，这些现象可能与细胞无法正常摄入Ca2+有关，提示TRPM7 缺陷的动物表现出神经退行性疾病的症状可能是离子平衡紊乱所致，TRPM7 功能障碍导致的突触囊泡内吞作用可能是此类疾病的潜在分子机制之一。

4.2 缺血性中风

缺血性中风是一种以血管堵塞为主要症状的神经系统疾病，是全球第二大死因［68］。中风治疗主要侧重于恢复大脑的血流量和治疗中风引起的神经损伤，缺血发生过程中，细胞质内过多的Ca2+会造成线粒体、细胞骨架和蛋白质合成的不可逆损伤，最终使神经元死亡，因此，抑制过量的细胞外Ca2+流入和抑制细胞内部Ca2+的释放被认为是治疗缺血性中风的治疗重要途径。N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体、α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸（AMPA）受体和L 型Cav 通道曾经被认为是缺血期间细胞外Ca2+进入胞质的主要途径［69］，阻断这些受体和通道可以作为防止细胞内钙超载，进而保护缺血性细胞损伤的的重要手段。然而，临床试验中的相关药物并未达到理想的效果，部分患者出现肝肾功能损害、皮肤刺激、恶心等不良反应，严重者甚至出现心肌梗塞、心力衰竭、肺炎和卒中复发［70］。

目前，已发现TRPM7 通道在大脑缺血导致的神经元损伤中扮演重要作用［71］，其通透的Ca2+和Zn2+在缺血性皮质和海马组织中含量增高，诱导线粒体功能障碍致使神经元损伤［72］。在脑灌注不足的大鼠海马中，TRPM7 的mRNA 和蛋白质水平显著增加，而TRPM7 转录本与细胞内Ca2+和活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平呈正相关的关系，证明TRPM7参与了海马的缺氧损伤［73］。这些结果表明，抑制或下调TRPM7 通道或许有助于缓解缺血性神经元损伤，TRPM7 可作为中风过程神经保护的潜在靶点［52］。

4.3 肿瘤

TRPM7 和肿瘤的密切关系已在多种类型的癌症中得到证实，包括乳腺癌、卵巢癌、胃癌、头颈癌、鼻咽癌、胰腺癌、前列腺癌、视网膜母细胞瘤和白血病等［74-80］。TRPM7 能在癌细胞中发挥多种功能，影响癌细胞的存活、细胞周期进程、增殖、生长、迁移、侵袭和上皮间质转化（epithelialmesenchymal transition，EMT）等。在乳腺癌、胶质母细胞瘤及肺癌的细胞系和组织中，TRPM7 表达量均有明显增加［77］。在乳腺癌细胞系MDAMB-468 中沉默TRPM7 可抑制部分EMT 的标志物表达［81］。人胶质母细胞瘤U87细胞中TRPM7 转录物和蛋白质表达水平明显高于正常人星形胶质NHA细胞，阻断TRPM7的表达可显著降低肿瘤细胞侵袭及转移能力［82］。

TRPM7 在肿瘤中的病理功能角色复杂多样，在不同甚至同种肿瘤中，TRPM7 可以通过不同的途径参与病理过程。以乳腺癌为例，在人乳腺癌细胞系MCF-7 中，TRPM7 的表达水平明显高于正常组织细胞，影响肿瘤细胞的生长速率，通过siRNA沉默TRPM7 降低了MⅠC （Mg2+-inhibited cationic current）电流，此前TRPM7 通过钙离子和锰离子的流入成为这一电流的贡献者，而降低外部钙离子浓度或者沉默TRPM7可使MCF-7细胞生长速率减慢［56］。在另一种人乳腺癌细胞系MDA-MB-231中，TRPM7 非选择性抑制剂2-氨基乙基二苯基硼酸酯（2-APB）改变了MDA-MB-231 的细胞周期，使S期细胞百分比增加，G0/G1期细胞减少，通过抑制TRPM7从而降低癌细胞增殖［80］。同样是在这一细胞系中，正常组细胞表现出典型的纺锤形，通过shRNA敲低TRPM7后的乳腺癌细胞则更接近圆形，明显降低了细胞的迁移速率和能力［83］。除此之外，如控制钙镁离子的流入调控TRPM7 激酶结构磷酸化，调节TRPM7 激酶与肌动蛋白等底物的活性从而改变细胞结构参与乳腺癌细胞迁移等多种机制也参与肿瘤的病理过程中［84］。TRPM7在恶性肿瘤中通过多种机制发挥重要作用，因此利用TRPM7 作为人类恶性肿瘤的分子生物标志物和治疗靶标具有极大的潜在价值。

4.4 心血管疾病

高血压发病的重要原因之一是细胞内Mg2+浓度降低，导致血管过度收缩或血管功能障碍。研究发现，自发性高血压大鼠的血管平滑肌细胞中Mg2+内流的减少与血管TRPM7 的下调有关［55］，TRPM7 表达不足或活性缺陷可能导致血管产生炎症、纤维化和收缩，这在高血压疾病相关的血管重塑过程中十分重要，通过增强TRPM7 通道提高细胞内Mg2+水平可使血管舒张并减弱血管收缩，防止高血压的发生［85］。

TRPM7 通道是第一个在心肌成纤维细胞（cardiac fibroblasts，CFs）上检测到的TRP 家族通道，是人和小鼠心肌成纤维细胞主要的钙调控通道［86］。与健康者心房肌细胞比较，心房颤动患者心房肌细胞TRPM7 表达升高3～5 倍，其介导的钙电流明显增加，诱导转化生长因子β1（TGF-β1）表达上调，增加成纤维细胞的分化与纤维化，最终导致心房纤颤。下调或沉默TRPM7 后，Ca2+流入显著降低，抑制基础房颤成纤维细胞的分化，表明TRPM7 通过调节钙信号和TGF-β 等通路在心肌纤维化过程发挥着重要作用［86-88］。

4.5 其他疾病

从胚胎期开始到成年，心脏到骨髓逐渐检测到TRPM7 的表达，成年后的表达低于胚胎期，证明了TRPM7在小鼠早期发育中的重要地位，TRPM7条件性敲除小鼠的股骨更短以及部分早产儿心脏中TRPM7 含量低导致心血管不稳定可以证实这一点［89-90］。近年来研究发现，TRPM7 可以调节TLR4/NF-κB 等通路参与到炎症性疾病中，如炎症性肠病（inflammatory bowel disease，ⅠBD）和肾小管上皮细胞炎症［91-92］。敲低TRPM7 阻断了肠细胞中TLR4/NF-κB途径激活，此途径的激活会促进下游炎性因子的释放，致使肠组织损伤。同时TRPM7 的敲低可以激活MEK/ERK 通路、增强细胞增殖，通过两种通路的共同作用阻断细胞凋亡，减弱炎症。在肾上皮细胞中，TRPM7 的敲低降低了MAPK 的活化以减少一些可诱发炎症的蛋白激酶和转录因子的激活。对于HSH 而言，早在2002年已经确定了TRPM6是HSH的致病因素［93-94］，然而只有TRPM6/TRPM7 异四聚体才能发挥通道功能，通过对两个存在HSH 患者的家族进行全外显子测序，发现患者的TRPM7基因出现了罕见突变，其中G1046A 能够诱导TRPM7 通道功能丧失，由此TRPM7可以确定为HSH的候选基因［95］。

5 TRPM7小分子调节剂

尽管TRPM7 在多种疾病中扮演着重要角色，但是目前TRPM7 特异性的调节剂并不多，早期研究发现TRPM7 可被多种内源性物质调节，如细胞内游离的Mg2+、PⅠP2、胞质的酸碱度，近年来小分子调节剂的发现成为热点，靶向TRPM7 通道所开发的小分子调节剂有11 种，仅有CCT128930 进入临床前研究阶段。其余化合物停留在生物学检测阶段，数量极少且缺乏特异性。如2-APB，通过干扰多种与钙信号有关的蛋白质和细胞质酸化机制等方式抑制TRPM7电流，IC50为178 µmol/L［96-98］；广谱丝氨酸蛋白酶抑制剂和抗凝血剂Nafamostat 抑制TRPM7 通道，IC50达到617 µmol/L［99］；香芹酚和几种5-脂氧合酶抑制剂（NDGA、AA861 和MK886） 也需要在较高浓度下阻断TRPM7 电流［100-101］。缺少特异性TRPM7调节剂和已发现的小分子调节剂存在的作用位点不明确、特异性不强、有效剂量过高等问题，使得开展TRPM7 小分子调节剂的发现和作用机制研究越发紧迫。近年来，随着高通量筛选技术的发展，陆续发现了一些对TRPM7有相对特异性的小分子抑制剂（表1）和激动剂（表2）。

Table 1 Inhibitors of TRPM7 channel表1 TRPM7通道抑制剂

Table 2 Agonists of TRPM7 channel表2 TRPM7通道激动剂

5.1 抑制剂

Waixenicin A 是 从 软 珊 瑚 （Sarcothelia edmondsoni）中提取的天然萜类化合物，是第一个有效且相对特异性的TRPM7 通道抑制剂，可以抑制海马神经元中的TRPM7 通道调节钙离子内流及骨架蛋白，从而影响海马神经元的生长发育［102］。Waixenicin A 对TRPM7 同源性最高的TRPM6 通道无抑制作用，仅轻微影响TRPM2、TRPM4 和Ca2+释放激活的Ca2+通道（CRAC 通道）。在细胞内液含有700 μmol/L Mg2+的亚生理条件下，Waixenicin A对TRPM7 通道的IC50为16 nmol/L，去除细胞内液Mg2+后，其效应大幅度降低，IC50达到7 μmol/L，说明Waixenicin A可以与胞内Mg2+协同抑制通道活性。但是在过表达TRPM7 缺乏激酶结构域（TRPM7-ΔK）的HEK293 细胞中发现，在细胞内液和外液完全不含Mg2+的情况下，300 nmol/L Waixenicin A 也可以完全抑制TRPM7 样电流［98］。根据以上结果可以猜测，Waixenicin A 的效应不依赖Mg2+，二者协同作用的产生很可能是由于Mg2+和L1648 残基（Mg2+结合位点） 结合后，使得TRPM7 转变成能和Waixenicin A 高亲和力结合并有效阻断通道的构象状态，这一新型天然化合物的发现为此类化合物药效团结构活性的研究提供了新的方向。最近在研究者构建的缺氧-缺血性脑损伤小鼠模型中发现，Waixenicin A 对新生小鼠的脑部形态和短期、长期功能恢复都具有显著的改善，且提示钙调蛋白质依赖的激酶、p38和Cofilin等因子可能参与其中，该结果进一步支持TRPM7 是具有前途的神经保护药物开发靶点［103］。

小电导钙激活钾（small conductance calcium activated potassium，SK）通道抑制剂，如奎宁、CyPPA、喹啉、NS8593、SKA31 和UCL1684 也可抑制TRPM7 通道，NS8593 是其中活性最强的分子。NS8593最早作为SK通道抑制剂上市，如今被证明是TRPM7 通道高活性、高选择性、可逆的抑制剂。当细胞内液不含有Mg2+时，NS8593 对TRPM7 通道的IC50为（1.6±0.1）µmol/L，在细胞内液含有300 µmol/L Mg2+时，NS8593对TRPM7的IC50值为（5.9±0.5）µmol/L，说明此化合物效应也会受到Mg2+的影响。NS8593对其他TRP家族通道无明显的调节效应（TRPM2、TRPM5、TRPM8、TRPC6、TRPV1 及TRPA1），对TRPM6 电流抑制的IC50约为26.7 μmol/L，是对TRPM7的IC50的5倍以上，证明其对TRPM7 的良好选择性。位于激酶域催化位点的高度保守的残基K1646R突变可阻断TRPM7 的激酶功能且不影响通道功能，该突变体电流可被10 µmol/L NS8593 抑制，说明NS8593 对TRPM7 的 抑 制 作 用 不 需 要 激 酶 结 构 域［104］。TRPM7 孔环的两个保守性残基（E1047、Y1049）对二价阳离子的渗透至关重要。E1047Q 突变可导致通道对单价阳离子的渗透增加而不通透二价阳离子，该突变体对于NS8593 的抑制作用无影响，但TRPM7-Y1049P 突变体对NS8593 的亲和力提高，与野生型TRPM7 相比，NS8593 对Y1049P 突变的IC50值降低至原来的1/4 左右。这些结果表明，TRPM7 孔道区参与了和NS8593 的相互作用。目前，NS8593 被广泛用作TRPM7 通道研究的工具分子。

鞘氨醇（SPH）是质膜鞘脂的核心组成部分，SPH和其合成同系物FTY720均可有效抑制TRPM7通道的活性。FTY720是鼠尾草素（ⅠSP-1）的衍生物，于2010 年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准作为一种治疗多发性硬化症的口服药物［108］，对TRPM7 的IC50为0.7 µmol/L，是TRPM7的强效抑制剂。SPH 和FTY720 作用机制类似，主要通过掩蔽PⅠP2的负电荷，进而降低TRPM7单通道开放概率使通道失活［105］。

针对目前TRPM7 强效抑制剂不足的问题，官子月等［106］利用ⅠonWorks Barracuda 高通量筛选平台发现CCT128930 是一个强效TRPM7 通道抑制剂。该分子对TRPM7 通道的IC50在0.86 µmol/L 左右，与TRPM6和TRPM8亚型相比，CCT128930选择性抑制TRPM7 通道，抑制效应部分可逆。CCT128930 对TRPM7 的抑制几乎不受生理Mg2+的影响，在含Mg2+内液中其对TRPM7 通道的IC50为0.63 µmol/L，在无Mg2+内液中为0.86 µmol/L。通过大量的单个位点突变实验，发现TRPM7 激酶结构域不影响CCT128930 的抑制活性，位于通道结构域孔道区的E1047等氨基酸残基是这一分子抑制效应的关键性残基。

5.2 激动剂

TRPM7 激动剂数量比抑制剂更少，目前仅有两个分子选择性相对良好——Naltriben 和Mibefradil。灌流Naltriben（50 μmol/L）可显著增强U87 细胞中的内源性TRPM7 样电流，且电流能够随着对Naltriben 的洗脱而降低，因而Naltriben对TRPM7通道的激活是可逆的［111］。Naltriben在无Mg2+细胞内液和低PⅠP2 的条件下均可激活TRPM7通道，EC50值约为20 µmol/L；在细胞内液中含Mg2+的时候，由Naltriben引起的电流幅度增加更为明显，且在50 µmol/L 的浓度下对其他TRP 通道（TRPM2、TRPM8和TRPV1）无明显的激活作用。因此，Naltriben 被认为是强激动活性、高选择性、可逆的TRPM7 激动剂［109］。通过一系列孔道区、TRP 盒和激酶结构域的TRPM7 残基的突变体研究表明，Naltriben 增强TRPM7 通道的关键位点可能位于TRP结构域中。此外，Naltriben以竞争性方式干扰NS8593和Mg2+对TRPM7电流的抑制作用。

Mibefradil 是另一个活性较好的TRPM7 激动剂，其结构与NS8593 相似，但两者对通道功能的影响不同。Mibefradil 曾作为Ca2+拮抗剂用于高血压、心绞痛和充血性心力衰竭等心血管疾病的临床治疗［112］，但因其与多种常用药物发生致命的药物相互作用而退出市场［113］。Mibefradil 能够刺激TRPM7 介导的Ca2+内流，EC50为53 µmol/L，对TRPM7 通道的激活作用迅速且完全可逆，同时对TRPA1、TRPV1、TRPM3 等TRP 通道无影响，具有较好的选择性。对TRP 盒的S1107 位突变（S1107E）后发现，Mibefradil对此突变体未产生激活作用，因而认为Mibefradil 通过调节通道门控发挥对TRPM7 的激活作用。与Naltriben 不同，Mibefradil对TRPM7通道的激动作用高度依赖于胞内Mg2+，Mibefradil 在细胞内生理Mg2+浓度下可有效激活TRPM7 电流，而细胞内高浓度的Mg2+会完全消除其激动效应［110］。

2016 年Valinsky 等［114］发现，盐皮质激素家族中的醛固酮对TRPM7 也有激动效应，醛固酮对TRPM7 的电流有48%的激动的同时，增加了34%的TRPM7 膜蛋白表达。该结果提示，调节体内的某些调节因子影响TRPM7的表达也是增强TRPM7通道的有效途径。

6 展 望

TRPM7 是一个具有离子通道结构域和激酶结构域的双功能跨膜蛋白，调节细胞Ca2+和Mg2+的稳态，磷酸化底物参与细胞基本功能。TRPM7 在人体组织中广泛表达，在细胞的生长、分化、迁移、胚胎的早期发育等生理过程中都发挥着至关重要的作用，影响人类多种疾病的进程。因此，TRPM7被认为是多种疾病的潜在治疗靶点。然而，TRPM7 在各类疾病类型中的具体作用机制尚不够清晰，不同组织和器官中的信号通路也有待深入阐明，特别是TRPM7 作为疾病治疗的药物靶点的有效性有待进一步研究和确证。例如，虽然TRPM7在多种神经胶质瘤细胞株中显著过表达，但已报道的TRPM7 蛋白的表达水平与癌症患者的疾病严重程度和生存率之间的相关性不强，限制了TRPM7作为抗神经胶质瘤有效药物靶点的研究。

目前，靶向TRPM7 通道开发的选择性小分子调节剂存在数量少（仅11种）、活性弱、选择性差和深入开发不佳的问题。其中，仅有CCT128930进入临床前研究阶段，其余化合物停留在生物学检测阶段。值得注意的是，现有的TRPM7 小分子抑制剂也是其他通道的调节剂，因此普遍存在选择性不佳的问题，如CCT128930 原作为Akt2 激酶抑制剂，在高通量筛选中发现其对TRPM7 具有强的抑制效应和一定的相对选择性，但其本质并非特异性作用于TRPM7 通道。我们也正在开展基于此结构母核的构效关系优化。同时，已有的TRPM7 抑制剂主要是细胞和组织水平的体外活性研究，系统的动物体内药效评价明显不足，降低了靶向TRPM7的药物发现和优化的积极性。此外，已有调节剂作用机制的研究也有待深入，目前主要是不同TRPM亚型间的选择性和定点突变的结果，无法阐明其具体结合位点和分子机制，制约了基于结合口袋的虚拟筛选和合理药物设计与改造。因此，优化和扩大筛选通量，研究苗头化合物的药效和作用机制，结合已解析的蛋白质结构，开展系统的构效关系优化，有助于发现活性强、选择性高、体内药效好的化合物，同时促进TRPM7 作为特定疾病类型有效药物靶标的确证。此外，目前靶向TRPM7 的调节剂主要是作用于离子通道结构域，激酶区的调节剂研究相对薄弱，而激酶结构域的重要功能及其与通道结构域之间的相互调节作用是TRPM7 蛋白重要的生理病理功能所不可或缺的，靶向TRPM7 激酶区的调节剂发现也有待加强。