瞬時受體電位通道與神經系統疾病的研究進展

陳景宇,孟 輝,馮 華

(第三軍醫大學附屬西南醫院神經外科,重慶 400038)

瞬時受體電位通道(TRP)是位于細胞膜上的一類重要的非選擇性陽離子通道超家族[1],能通過的離子主要是鈉離子、鈣離子和鎂離子,分為:TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPP和 TRPML 6個亞家族。其中 TRPC通道在哺乳動物的中樞神經系統中有很高的表達[2],主要參與細胞膜受體激活磷脂酶 C所介導的鈣離子進入,參與了帕金森病等中樞神經系統疾病的發病過程。

1 TRPC通道的結構、分型和調節 TRPC通道具有疏水的6次跨膜結構,以及位于胞內的氮(N)末端和碳(C)末端。TRP通道的 S5與S6之間片段內嵌構成孔道。S4片段卻缺乏通常正電荷氨基酸殘基,因此TRPC通道是非電壓依賴性的。TRPC家族包括 TRPC 1～7共 7個亞型,分為四個亞群:TRPC1、TRPC2、TRPC4/5、TRPC3/6/7,其中 TRPC2只表達于大鼠和小鼠,在人類是偽基因,其余在人類中樞神經系統中均有表達,其中TRPC3主要表達于少突膠質細胞的膜相結構[3]。G蛋白偶聯的受體 GPCRs,或受體酪氨酸激酶(TRKs)分別通過激活磷脂酶 PLCβ和 PLCγ來繼發激活TRP通道。PLC水解 4,5二磷酸磷脂肌醇(PIP2),生成肌醇三磷酸(IP3)和二酰甘油(DAG),IP3水平的升高,使得細胞內鈣庫釋放,細胞內鈣庫清空可開放TRPC通道[4],此外TRPC1可能被機械牽張激活,H irsch ler-Laszkiewicz等[5]發現TRPC6通過促紅細胞生成素激活 TRPC3。

2 TRPC通道的功能 G蛋白偶聯受體或 TRKs通過激活磷脂酶 C繼而激活 TRPC通道亞家族。磷脂酶 C激活后水解 PIP2生成 IP3和 DAG,細胞內 IP3水平的升高使得 IP3敏感的鈣庫釋放,而細胞內鈣庫清空可激活 TRPC亞家族通道,從而使得鈣離子再次流入細胞內,填充鈣庫[6],TRPC亞家族通道此時起著鈣庫操縱的通道(SOC)的作用;也有研究報道 TRPC通道并非 SOC,而是直接由 DAG及其代謝物激活,稱之為受體操縱的通道(ROC)。但可以確定的是這些TRPC通道都是由PLC介導的通路所激活,使得鈣離子內流。

TRPC亞家族不同成員分布很廣,通道激活后發揮多種不同的功能。TRPC1在腦、心臟、腎臟、肺、骨骼肌、前列腺、皮膚、睪丸和卵巢都檢測到其高水平表達。作為最早被發現的哺乳動物 TRP通道,TRPC1公認的功能是參與受體介導的、鈣依賴的平滑肌及腺體的分泌和收縮功能。TRPC2在人類是偽基因,在小鼠可能作為信息素感受體(信息素是同類種群個體之間用于相互交流、產生特定行為的必備化學物質,屬于兩大多基因族:V 1r和V 2r,在嚙齒類動物中已發現其受體)以及參與精子頂體反應。TRPC3主要分布于腦、胎盤、心臟、骨骼肌和平滑肌,參與的功能包括腦源性神經生長因子(BDNF)介導的神經分化、血管收縮、氣道調節和抗原刺激引起的淋巴細胞免疫反應。最近還有報道 TRPC3和體內另一種重要的鈣調節器,鈉鈣交換體(NCX)偶聯,鈉離子通過 TRPC3通道進入細胞內,激活NCX的反向轉運,從而增加胞內鈣離子濃度[7,8]。TRPC4分布于腦、睪丸、胎盤、腎上腺和內皮細胞,參與血管收縮、微血管滲透以及外側膝狀體谷氨酸(GABA)能神經的輸入。TRPC4基因敲除小鼠呈現出主動脈內皮細胞的鈣內流消失,一氧化氮(NO)合成受損,以及血管舒張功能減退。有研究者在建立的大鼠大腦中動脈阻塞性腦缺血(MCA 0)模型上,觀察到 TRPC4mRNA在紋狀體、海馬中有強表達,而在皮層中有弱表達。缺血組同側紋狀體TRPC4mRNA表達與對照組相比顯著增加,提示可能與急性期腦損傷有一定關系[9]。TRPC5主要分布于腦、肺、睪丸和胎盤,可能參與生長錐的形成和腦的發育。TRPC6分布于肺、心臟、腦和肌肉,可能參與血管收縮和血小板聚集。TRPC7分布于心臟、肺、眼、腦、脾臟和睪丸,現在對其參與的功能還不太了解[10]。

3 TRPC通道在中樞神經系統疾病中的研究現狀

3.1 TRPC與神經元保護 Montell等[11]首先發現 TRPC 3在大鼠的腦橋神經元中有表達,并且可以被一個重要的神經生長因子——BDNF激活,引起內向的電流,提示 TRPC和神經生長因子的上下游關系。此后Li等[12]發現TRPC通道介導了 BDNF引起的小腦顆粒細胞軸突導向的作用,提示TRPC參與了神經元發育和可塑性的過程。BDNF等神經生長因子可以激活 TRPC通道,它們的作用十分廣泛,不僅參與了中樞神經系統的發育,而且對于維持神經元的正常存活也起到至關重要的作用。Jia等[13]使用 BDNF受體TrkB的阻斷劑 K 252a可以抑制這種保護作用。而TRPC通道的阻斷劑 SKF96365,可以非常明顯地削弱 BDNF的保護作用。

鈣離子對神經元的存活和凋亡非常重要,谷氨酸細胞毒性及細胞內鈣超載假說是目前較為公認腦損傷后引起神經元死亡的重要機制。具有谷氨酸受體的神經元,對腦損傷的刺激特別敏感,谷氨酸受體激活通過細胞膜配體門控性和電壓依從性離子通道,促進鈣離子內流導致神經元損傷和死亡,細胞內鈣離子的增加可誘導蛋白激酶的過分激活及自由基的形成增加,繼而損傷神經元。阻止細胞內鈣的增加以及減少自由基的生成,都能保護神經元抵御損傷。Huang等[14]證明了 TRPC3和 TRPC6對于 BDNF引起的小腦顆粒細胞軸突生長錐中的鈣信號增加是非常重要的,細胞中控制存活的蛋白一般存在于胞體中,BDNF可以在培養的小腦顆粒細胞胞體上引起顯著的鈣離子濃度增加,而TRPC3和 TRPC通道的阻斷劑 SKF96365,以及它們的 siRNA,都可以顯著地抑止BDNF在神經元胞體引起的鈣離子水平的增加[15]。BDNF對神經元的保護作用主要是通過磷酸化蛋白激酶 B(AKT)、細胞調節蛋白激酶(ERK)和 CREB(cAMP反應元件結合蛋白)來實現的,研究結果顯示,BDNF可以在小腦顆粒細胞上引起AKT、ERK和CREB磷酸化的增加。無論是 TRPC的阻斷劑SKF96365,還是特異性針對TRPC的 siRNA,都可以明顯地抑止 BDNF引起的ERK和CREB的磷酸化。而 AKT的磷酸化并沒有受到影響。BDNF引起的 ERK和 CREB的磷酸化依賴于 TRPC3和 TRPC6的開放,從而起到保護神經元的作用[11]。此外,Kim等[16]研究提示腦損傷后 BNDF調節半胱氨酸蛋白酶caspase 3的活性發揮治療作用,Henry等[17]發現顱腦損傷后 BDNF通過作用于內源性神經祖細胞來增強神經的再生功能。趙志英等[18]發現經過 hBDNF基因修飾的神經干細胞移植較單獨神經干細胞移植療效好。以上研究均提示 TRPC通道可能參與了BDNF對神經元的保護作用。

3.2 TRPC與神經元凋亡 目前關于 TRPC和細胞凋亡的關系的研究存在爭議。Bollimuntha等[19]發現在人神經母細胞瘤細胞SH-SY 5Y中激活或過表達 TRPC 1可減輕MPP+誘導的細胞凋亡,Marasa等[20]發現在小腸內皮細胞中 TRPC1介導的鈣離子內流抑制 NF-κB的激活誘導細胞凋亡。Shan等[21]發現在心肌細胞中,TRPC3的過表達可誘導心肌細胞的凋亡。盡管上述研究結論不一致,但已證實的是細胞內鈣離子濃度與細胞損傷密切相關,TRPC可導致細胞內鈣離子濃度的變化[22]。如果鈣離子濃度增高,將會啟動細胞凋亡機制[23]。已有研究證實TRPC通道阻斷劑可顯著減輕體外培養的海馬神經元的凋亡;也有研究以 MPP+為工具藥,建立多巴胺能神經元細胞系細胞(MN9D細胞)損傷模型,證實 TRPC3可拮抗 MPP+對細胞的毒性損傷,提示作為鈣通道的 TRPC3的下調可能參與了某些退行性疾病如帕金森的病理生理變化。

此外,Mwanjewe等[24]研究發現鐵離子通過TRPC6進入具有神經表型的PC12細胞內,出現細胞內鐵離子聚集。He等[25]發現給腦室內注射鐵離子后星型膠質細胞自嗜增加,而給予鐵離子螯合劑去鐵敏治療后 LC3-Ⅱ和組織蛋白 D表達下降;新近又有研究發現通過腦室內注射鐵離子可以引起慢性腦積水的發生[26]。

綜上所述,TRPC通道是一類重要的非選擇性陽離子通道超家族,具有多種功能。而帕金森病、顱腦損傷、癲癇、腦積水等多種中樞神經系統疾病都與鈣離子和鐵離子通道有密切關系。隨著研究的深入,TRPC通道的更多功能會被認識,可能會發現更多神經系統疾病的發生與其有關。

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