TRPV1通道在感染性疾病中的研究进展

赵博 李思维 邢甜 高萍 朱宏喆 李敏

1西北妇女儿童医院药剂科，西安 710061；2陕西中医药大学药学院，咸阳 712046

疾病的产生与发展主要是病原体与宿主之间的相互作用，尤其表现在细胞和分子层面，细胞因子介导的免疫反应在感染性疾病（infectious diseases，ID）的免疫初始阶段发挥了关键作用［1］。ID是病原体侵入机体后，致使机体正常代谢功能紊乱、组织结构破坏，造成局部组织病理性损伤及全身性炎症反应［2］。ID致病因素多样、作用复杂，目前尚未完全阐明其发病机制。瞬时感受器电位香草酸受体l（transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1）是Caterina及其科研团队在1997年运用表达克隆技术克隆出的第1个由432个氨基酸组成的通道蛋白，可以激活无髓鞘C纤维上的非特异性离子通道［3］。作为目前关注度最高、研究最广泛的一种非选择性阳离子通道，已发现TRPV家族中6个亚型，分为热敏感离子通道TRPV1～4，对钙离子具有高度选择性的离子通道TRPV5和TRPV6［4］。

近些年，人们对ID的认知随着医疗事业的蓬勃发展逐步深入，不断优化其防治措施。ID在诊治中普遍存在误区，早期诊断、治疗及评估预后对提高ID的临床诊疗水平和降低病死率具有重要意义。有研究证实TRPV1热敏蛋白与ID的发病症状如发热、疼痛、炎症及咳嗽等均有一定的相关性，通过调控TRPV1通道可以起到缓解甚至治愈ID［5］。本文对TRPV1信号通道在ID中的研究进展进行梳理、归纳与总结。

TRPV1蛋白

TRPV1蛋白相对分子质量约为95 kD，基因编码位于17p13.2，在神经元、免疫细胞和角质细胞中广泛表达，当受到物理刺激或炎性介质等刺激性物质时会被激活。蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）和钙调蛋白激酶Ⅱ（Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，Ca MK Ⅱ）位点在调节受体活性方面发挥着重要作用。有研究结果证实，TRPV1在翻译后修饰时，PKA、PKC和Ca MK Ⅱ介导的磷酸化主要是通过降低TRPV1对温度、pH等刺激的反应阈值来提高其活性［6］。TRPV1离子通道表现出对二价阳离子具有较高的选择，对单价阳离子无选择性且通透性较低。研究人员用辣椒素激活TRPV1受体，使得离子通道开放，通过对价态离子的检测得出离子通道对二价阳离子的渗透率强于一价阳离子，发现它主要通过热或化学刺激来传导主要的痛觉通路［7］。有研究通过对TRPV1蛋白的表达及作用研究证实其参与了ID的发病过程，并与作用机制密切相关［8］。

1.TRPV1的结构

瞬时受体电位（transient receptor potential，TRP）家族最早在有视力缺陷的果蝇体内被发现并命名，表现出瞬时受体的某些特征，有7个分支在后生动物中较为常见：香草素瞬时受体电位（transient receptor potential vanilloid，TRPV）、锚蛋白瞬时受体电位（transient receptor potential ankyin，TRPA）、经典瞬时受体电位（transient receptor potential canonical，TRPC）、薄荷型瞬时受体电位（transient receptor potential melastatin，TRPM）、多囊蛋白瞬时受体电位（transient receptor potential polycystic，TRPP）、粘脂蛋白瞬时受体电位（transient receptor potential muolin，TRPML）和无机械感受器瞬时受体电位（transient receptor potential nompc，TRPN）［9］。这些分支通道的性质和生理功能各异主要表现在门控和离子选择性方面。构成TRP家族通道蛋白的亚基均具有6个跨膜α-螺旋和不同尺寸的胞质N端和C端，并且形成四聚体。TRPV1蛋白作为TRPV家族中的一个亚族，现代研究能够清晰分辨TRPV1蛋白跨膜螺旋中大部分残基的侧链密度和连接锚蛋白重复结构域［10］。TRPV1三维空间与电压门控离子通道（voltage gated ion channel，VGIC）的同型四聚体有很强的吻合性，其中S1～S4跨膜螺旋组成中央孔环区域、S5和S6跨膜螺旋形成离子渗透通路。现代药理学研究发现，TRPV1受体在活化状态时，VGIC激活期间跨膜螺旋移动的区域在TRPV1中呈现静止状态，表明结构相似的离子通道作用机制表现出很大差异，TRPV1受体激活会表现出不同部位结构改变的特征进一步揭示其具有双重门控机制［11］。

2.TRPV1的体内分布

TRPV1广泛分布在哺乳动物的感觉神经纤维上。研究发现TRPV1在无髓鞘C纤维感觉神经元上表达，由于中枢神经、外周神经及呼吸、消化、心脑血管、泌尿系统等有无髓鞘C纤维支配的组织，所以上述组织中均有TRPV1分布［12］。张瑛和王韵［13］研究表明，TRPV1是表达于外周初级传入神经元上重要的伤害感受器，参与了急性炎症痛敏感介质的释放。TRPV1除存在于神经元细胞之外，还广泛存在于非神经细胞上，如支气管上皮细胞、心肌细胞、膀胱上皮细胞、人的牙髓成纤维细胞、呼吸道平滑肌细胞等。TRPV1复杂的生理学功能与其在多种组织器官中广泛分布和表达密切相关，预示TRPV1可能在参与机体多种生理功能和机制调控中扮演重要角色［14］。

3.TRPV1的调控

TRPV1可被多种不同的刺激因素或物质激活，包括热、质子（pH<5.9）、辣椒中的刺激物辣椒素、大蒜中的蒜素、二烯丙基硫化物等［15］。由于TRPV1内源性配体的结合位点在细胞内，故该配体也可以在细胞内产生，或由一种机制将其带入细胞。已知有3种不同类型的脂质可以激活TRPV1，即N-酰基乙醇胺（NAEs，如N-花生四烯酸氨基乙醇），花生四烯酸和N-酰基多巴胺（如N-花生四烯多巴胺、N-油基多巴胺）的脂氧合酶产物。此外，调节局部炎症反应的脂肪组织B淋巴细胞（B1细胞）会产生白三烯，包括同样是TRPV1激动剂的白三烯B4。

细胞内的钙调蛋白是一种钙结合信使介导钙形成的负反馈环。钙结合并激活钙调蛋白，使其结合到TRPV1的N端或C端，进而抑制TRPV1的活性。其他二级信使如PKA、PKC和磷脂酰肌醇4，5二磷酸（PIP2）也能够调节TRPV1的活性。PKA可通过N端位点的磷酸化（S116和T370）来增强或激活TRPV1，并可能参与辣椒素诱导的Ca2+依赖性TRPV1激活脱敏［16］。PKC通过磷酸化S2～S3连接位点（S502）和C末端位点（S800）直接激活TRPV1，并增强质子等其他配体的作用。当与TRPV1结合在C端位点（TRP结构域：K710）时，它能抑制TRPV1的活性。

TRPV1与ID

ID是临床常见疾病，其致病因素复杂、治愈方案各异，有病原体、传染性、流行性和免疫性4大基本特征。TRPV1与多种病原微生物尤其是细胞外病原体或真菌所致的ID可能存在一定的相关性，这种相关性在呼吸系统、肠道、皮肤以及口腔黏膜中表达尤为显著［17］。

1.TRPV1与细菌感染

1.1.TRPV1与脓毒症 TRPV1在脓毒症中的作用已被证实。Chen等［18］用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的脓毒症模型在辣椒素预处理的大鼠体内被证实能降低病死率。然而，辣椒素一开始会激活TRPV1，但随后神经纤维脱敏，导致TRPV1和许多其他神经受体介导的信号丢失，这些神经元受体（包括其他TRP通道、神经肽、ghrelin和NO等）可能在脓毒症反应中发挥不同的作用。Wang等［19］在小鼠实验中证实了TRPV1对脓毒症的保护作用，用TRPV1拮抗剂辣椒平预处理的脓毒症小鼠中，有更严重的低血压发生和更低的存活率。在与脓毒症生化指标相似的盲肠结扎穿刺（cecal ligation and puncture，CLP）模型中，这些结果也一致［20］。同样，选择TRPV1拮抗剂SB366791的长期治疗已被证明会导致脓毒症野生型小鼠器官衰竭增加和死亡［21］。

TRPV1是一种对感染性刺激反应的保护受体，但对其潜在机制知之甚少。Dong等［22］研究表明，TRPV1和TLR4受体被发现在人类辣椒素敏感的三叉神经中共定位，提示支配感染组织的传入神经元可能可以直接检测细菌感染。有研究提出TRPV1对脓毒症的保护作用与调节NO和肿瘤坏死因子-α产生的机制相关［23］。近期通过使用TRPV1拮抗剂或基因缺失从CLP诱导的脓毒症模型中获得的结果表明，TRPV1活性破坏导致对肠道病原体的免疫反应较差，从而提高了细菌的存活率［24］。在感染的原发部位缺乏功能性TRPV1时，巨噬细胞介导的免疫应答被破坏。有研究表明，TRPV1拮抗剂辣椒平作用于巨噬细胞后，体外减少了LPS刺激巨噬细胞释放的一系列介质，如NO、干扰素（IFN）-g和PGE2［25］。发现TRPV1缺失小鼠的腹膜源巨噬细胞的吞噬能力降低，不能产生和释放活性氧、NO，同时加速这些细胞凋亡。总的来说，TRPV1的缺乏引发了对细菌的免疫应答缺陷，最终导致局部感染过渡为系统性和不可控制的感染［26］。最近的数据表明，在受到LPS诱导的脓毒症衰老小鼠中，TRPV1介导的保护作用丧失，这给上述情况增加了另一层复杂性，但在CLP引起的脓毒症动物中没有观察到同样的结果［27］。

1.2.TRPV1与膀胱炎 研究人员在尿道下游的神经与非神经组织中均发现有TRPV1的表达，揭示了TRPV1可能参与了尿道功能失调的机制调控，通过对革兰阴性菌感染引起膀胱炎等膀胱疾病证实TRPV1在疼痛感觉传导过程中发挥重要作用［27］。膀胱容量和非排尿膀胱收缩频率增加在TRPV1基因敲除小鼠中表现较为明显，Wang等［29］采用TRPV1拮抗剂作用于大鼠体内时发挥出类似的功能，进一步证实TRPV1在维持膀胱的正常排尿生理功能中起到了重要作用。

2.TRPV1与病毒感染

2.1.TRPV1与病毒性感染后咳嗽 临床常见的咳嗽病因之一就是由病毒性感染后引起，病毒性感染后通过损伤气道上皮细胞，导致多种炎性因子含量升高及促进胆碱能神经亢进释放乙酰胆碱和P物质，减弱纤毛运动频次，降低自身清除有害物质的速率，从而刺激咳嗽感受器引起咳嗽［28］。TRPV1在哺乳动物的中枢神经系统和外周神经系统均有广泛分布，起初发现主要与痛觉产生存在密切联系。近些年，国内外对TRPV1与慢性咳嗽之间的机制探讨研究较多，并已证实慢性咳嗽与TRPV1上调直接相关［30］。叶新民等［32］用病毒感染后建立大鼠咳嗽模型，蛋白免疫印迹法检测大鼠肺组织中TRPV1表达明显上升，并随时间延长存在正相关性，TRPV1激活后促进P物质和缓激肽的释放可引起神经源性炎症反应，最终导致气道重塑。因此，临床上病毒性感染后咳嗽选用TRPV1拮抗剂抑制P物质和缓激肽的释放成为新的治疗选择［33］。

2.2.TRPV1与病毒性肠炎 研究人员用轮状病毒诱导幼龄大鼠建立病毒性肠炎，在大鼠肠道上皮细胞和肠道神经节间的纤维神经末端均发现有TRPV1的表达，轮状病毒通过调控TRPV1和降钙素基因相关肽（calcitonin gene related peptide，CGRP）的异常表达引起局部肠道炎症［34］。当肠道处于炎性病理状态时，TRPV1激活可促进CGRP和P物质的释放，抑制肠道相关细胞凋亡和减轻氧化应激损伤，调节病毒性肠炎症状下的肽能神经元，进一步发挥TRPV1在病毒性肠道疾病中的保护作用［35］。

3.TRPV1与体内寄生虫感染

内脏高敏感是肠易激综合征（irritable bowel syndrome，IBS）常见的临床表征，用旋毛虫感染诱导大鼠建立内脏高敏感模型，进而探究TRPV1在参与内脏高敏感作用中机制［36］。现阶段研究表明，TRPV1广泛存在于外周非神经组织、中枢神经系统A8和C神经纤维上，同时参与调控疼痛和炎症反应。IBS内脏高敏感的发生机制与内脏感受器对疼痛的敏感程度和中枢感觉神经元刺激性增加有一定的相关性［37］。TRPV1作为机体对外界伤害性刺激的感受器分子，是机体痛觉形成的重要机制［38］。研究人员用TRPV1基因敲除的大鼠研究内脏高敏感模型，结果揭示大鼠食管和结肠部位的传入神经在刺激下的敏感度明显下降［39-40］。由此可以推测出TRPV1参与了内脏高敏感的发病机制，但其作用在中枢和外周系统痛觉形成机制有待进一步研究［41］。

4.TRPV1与真菌感染

真菌感染是通过刺激机体外周感觉传入神经，从而引起皮肤瘙痒。有研究证实TRPV1可以传导痒觉信号并且参与痒觉机制调控［42］。当机体感受到炎性因子作用时，组织内组胺被激活，从而产生机体瘙痒感。有研究证实TRPV1与机体依赖性痒觉存在相关性［43］。作用机制主要表现为两个方面：一是在感觉传入纤维上存在组胺受体与TRPV1的共表达；二是TRPV1抑制剂可以不同程度抑制背根节神经元上组胺引起的钙离子内流。

Toll样受体（Toll-like receptors，TLRs）在机体免疫反应中起重要作用，机体的急慢性瘙痒都与TLRs有很大关联［44］。TLRs是一种较为低级的细胞传感器，负责检测感觉神经元上的配体，进而加重因皮肤真菌感染和组织病理新损伤产生的痒觉。通过实时定量聚合酶链反应证实TRPV1在小直径神经元中表达TLRs［45］。虽然也有实验表明，在小鼠中将TLR4基因敲除会使组胺介导的瘙痒行为及胞内钙离子信号被显著抑制，但报道称TLR4的激动剂脂多糖对机体瘙痒却无直接诱导作用［46］。另有研究者在HEK293细胞实验中揭示TLR4的表达可增强辣椒素引起的钙离子内流，激活TRPV1离子通道［47］。

结语

TRPV1从发现和克隆至今仅24年，因其分布的广泛性、生物作用的复杂性以及其生理功能的多样性迅速成为研究热点。但正因为上述特点，在临床应用中单单只考虑将药物某种生理功能作为治疗目的，则可能使其他功能转变为药物不良反应甚至毒性反应。近年来，有关激动剂或拮抗剂调控TRPV1蛋白治疗疾病的风险报道逐年增加［48］。有研究报道TRPV1拮抗剂通过调控该通道起到镇痛作用的同时致使机体温度升高1～2 ℃而被迫终止［49］，这就给在组织分布和靶向的选择上提出了更高要求。有研究发现TRPV1至少存在3种剪接体［50］，随着研究深入可能会有更多的TRPV1剪接体被证实，它们可能分布在机体的不同部位，发挥着不同的生理功能并且参与不同的生物学机制，进一步加快了选择性更强的激动剂或拮抗剂的开发［51］。TRPV1通道蛋白作为感受神经元上感受外界刺激的一类重要的离子通道，激活TRPV1蛋白对治疗感染性疾病后发热、疼痛、炎症及咳嗽等具有重要意义［52］。以TRPV1蛋白为靶点，对TRPV1在ID中的作用机制有更进一步的了解，为研发新一代TRPV1蛋白的拮抗剂或激动剂，临床治疗ID提供新的思路。

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