TRPV1、TRPV4在光生物調(diào)節(jié)中的作用機制研究進展

王 菲，李美潤，劉海亮，宋武琦

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)微生物學(xué)教研室，人體自身免疫病診療技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，黑龍江 哈爾濱 150081)

引言

瞬時受體電位通道(Transient Receptor Potential，TRP)家族是一種非選擇性的陽離子通道，并且對各種物理及化學(xué)刺激高度敏感，包括磷酸化、機械力和滲透壓[1]。光生物調(diào)節(jié)法(Photobiomodulation，PBM)也被稱為低水平激光治療(Low-level Laser Therapy，LLLT)，與傳統(tǒng)激光療法相比，其優(yōu)點是具有非侵入性，可以將光的能量密度降低到對機體不會產(chǎn)生任何損傷。低水平激光療法已被證實有抗炎、促進細胞凋亡、傷口愈合與骨的再生等功效[2]，但PBM的機制還不明確，它涉及的通路也并不完善。目前有研究表明，TRP家族中一些蛋白如TRPV可以在PBM過程中發(fā)揮作用，本文通過對TRPV1和TRPV4的功能和研究進展進行整理，初步分析TRPV在PBM中的作用機制。

1 TRPV蛋白結(jié)構(gòu)及其功能

TRP最初是在果蠅的光感受器中發(fā)現(xiàn)的，并在哺乳動物中擁有六種亞型：TRPV、TRPM、TRPA、TRPC、TRPP和TRPML[3，4]。和所有TRP通道一樣，TRPV有六個跨膜域組成四聚體離子通道，每個亞基具有一個影響陽離子特別是鈣離子的孔環(huán)[5]。TRPV每個亞基的N-端和C-端位于細胞內(nèi)。N-端包含6個錨蛋白重復(fù)序列以及一個鈣調(diào)素(CaM)結(jié)合位點；C-端包含TRP盒和一個與穩(wěn)定性和功能有關(guān)的CaM結(jié)合位點[6，7]。當(dāng)受到刺激時，通道打開，允許離子進入到細胞內(nèi)。TRPV1 (Transient Receptor Potential Vanilloid 1，TRPV1)離子通道自20世紀(jì)晚期被克隆以來，人們對該蛋白的結(jié)構(gòu)和功能進行了廣泛的研究[8]。因此，它是目前研究最深入的哺乳動物TRP通道。TRPV4于2000年被首次報道，是TRPV的一種亞型[9，10]。盡管TRPV4的研究只有數(shù)十年，但通過激動劑、阻斷劑、敲除小鼠等手段，TRPV4的作用也不斷被闡明[11，12]。TRPV的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 TRPV的結(jié)構(gòu)[13]Fig.1 Structure of TRPV

TRPV可被多種刺激因素激活，包括溫度、滲透壓、化學(xué)刺激[14-16]等。作為一種膜上的鈣離子滲透性陽離子通道，TRPV1已被研究出多種激動劑與阻斷劑，例如激動劑辣椒素、RTX和珠卡賽辛等；阻斷劑辣椒平、A-425619和AMG8163等[17-20]。TRPV4目前已被研究出多種激動劑與阻斷劑，例如激動劑4α-PDD、GSK-1016790A、5，6-EET；阻斷劑釕紅、辣椒平、GSK2193874等[21-25]。TRPV4也被證明具有抑制炎癥、調(diào)節(jié)纖維化和血管生成等作用，作為多種疾病的治療靶點[13，26-30]。

2 TRPV1、TRPV4的功能

TRPV1在關(guān)節(jié)組織內(nèi)傳導(dǎo)機械、疼痛和炎癥信號方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過藥物或基因手段敲除TRPV1通道實際上可能會加重炎癥癥狀[31]。由于TRPV1是配體門控的陽離子通道，TRPV1對Ca2+的親和力大于Na+，而鈣離子內(nèi)流恰恰是凋亡的關(guān)鍵因素[32]。

TRPV4目前的研究主要是通過TGF-β通路和Ca2+信號參與各個組織器官發(fā)揮相應(yīng)的功能。在心血管系統(tǒng)中，TRPV4通過整合TGF-β1和機械因子的信號，調(diào)節(jié)心肌成纖維細胞向肌成纖維細胞分化[33]。在內(nèi)皮和血管平滑肌細胞中，TRPV4調(diào)節(jié)血流介導(dǎo)的血管的收縮和舒張、內(nèi)皮的完整性和通透性以及血管修復(fù)與重塑[34，35]。TRPV4在神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞中表達時，可調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性、活力、傷害感受，參與神經(jīng)細胞發(fā)生[36，37]；在皮膚中，TRPV4通道被認為是外周瘙癢的重要介質(zhì)并維持皮膚的穩(wěn)態(tài)[38]。在腎血管中，TRPV4介導(dǎo)的細胞內(nèi)鈣離子內(nèi)流并降低TGF-β1和細胞外蛋白的表達，更進一步激活A(yù)MPK/SIRT1通路在高血壓腎纖維化中的作用[39]。

TRPV1、TRPV4在關(guān)節(jié)組織內(nèi)傳導(dǎo)機械、疼痛和炎癥信號方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，是調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)疾病療效的一個有吸引力的治療靶點，也是呼吸系統(tǒng)疾病潛在的治療靶點[40]。TRPV4可能是緩解胰腺炎疼痛的治療干預(yù)的合適靶點[41]。

3 光生物調(diào)節(jié)中TRPV的功能

在果蠅等無脊椎動物的光傳輸過程中，光可通過改變蛋白質(zhì)的構(gòu)型來激活視紫紅質(zhì)蛋白，從而激活TRP通道。而視紫紅質(zhì)蛋白和TRP蛋白通過與PLC-β和PKC結(jié)合參與INAD支架蛋白的構(gòu)成，并與肌動蛋白結(jié)合以調(diào)節(jié)光信號傳導(dǎo)的速度和靈敏度[42]。在LLLT中，低能量激光作用于細胞的分子機制通常被認為是“光生物調(diào)節(jié)作用”或“光生物刺激作用”，通過加速DNA和RNA的合成來促進細胞增殖，具體原理包括改善細胞退行信號、調(diào)節(jié)激酶活性、調(diào)節(jié)細胞內(nèi)陽離子濃度等分子生物學(xué)效應(yīng)[43]。在細胞線粒體內(nèi)，紅光會把一氧化氮(Nitric Oxide，NO)從細胞色素C氧化酶(Cytochrome C Oxidase，CCO)釋放出來，CCO的氧化還原反應(yīng)會制造更多的能量分子三磷酸腺苷(ATP)，產(chǎn)生更多的活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)，從而激活NF-κB、HIF-1等DNA轉(zhuǎn)錄因子[43]。

研究表明，TRP通道也參與感知“氧化還原狀態(tài)”[44]。最近的研究表明，瞬態(tài)受體電位(TRP)受體是一種可透過鈣離子通道的陽離子通道，它參與了藍色和綠色波長激光和635 nm二極管激光器對LLLI的光生物調(diào)節(jié)作用[45，46]。其中，405 nm UHF-USP藍光激光的LLLI通過上調(diào)TRPV1的增殖和分化，促進了成骨細胞的細胞外鈣化[47]。在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中，630 nm LED照射促進了TRPV1表達誘導(dǎo)成纖維樣滑膜細胞凋亡[48]。

在研究激光對肥大細胞的影響時，Yang等[49]發(fā)現(xiàn)530 nm激光可通過激活TRPV4通道提高細胞內(nèi)Ca2+水平，從而促進組胺釋放。TRPV4作為TRP通道超家族的亞家族成員，是細胞內(nèi)外Na+和Ca2+等陽離子的非選擇性離子通道，其中GPCR可通過激活PLC來繼發(fā)激活TRPV4通道[50，51]。在探討TRPV4在關(guān)節(jié)炎致病作用的研究中，相關(guān)報道表明TRPV4是關(guān)節(jié)炎癥和疼痛的重要參與者，是關(guān)節(jié)疾病的理想治療靶點[29，52，53]。TRPV4通道可參與介導(dǎo)炎癥因子(如IL-1β和TNF-α)在滑膜成纖維細胞中的信號傳導(dǎo)，其激活后可減少炎癥狀態(tài)下IL-1α誘導(dǎo)的IL-8的產(chǎn)生[26]。TRPV4通道在滑膜細胞中的表達和調(diào)控在維持關(guān)節(jié)健康中起重要作用。UVB輻射通過激活表皮TRPV4離子通道和觸發(fā)內(nèi)皮素-1信號傳導(dǎo)而產(chǎn)生曬傷痛并影響皮膚[54]。630 nm LED光生物調(diào)節(jié)可能通過TRPV4/PI3K/AKT/mTOR信號通路抑制人滑膜細胞MH7A細胞的增殖[55]。光激活TRP通道作為PBM機制的證據(jù)目前較少，但正在緩慢增加。

4 結(jié)論

綜上所述，TRPV通道在細胞和機體生理中發(fā)揮著重要的作用。TRPV1、TRPV4是鈣離子滲透性的非選擇性陽離子通道，并可以被一系列的不同刺激激活。在過去的十幾年中，有越來越多的研究證據(jù)表明這種蛋白質(zhì)在疾病中的作用。TRPV1、TRPV4的顯著特征是其在全身的廣泛分布及其與其他蛋白質(zhì)相互作用的能力，這再次表明TRPV對生理功能具有廣泛而多樣的影響。

光生物調(diào)節(jié)的研究證據(jù)表明，TRPV1、TRPV4廣泛地參與了PBM的作用過程，并且與不同波段的光療作用均有聯(lián)系，利用TRPV和PBM的作用機制，進一步研究離子通道在預(yù)防和治療人類疾病中的作用。對于TRPV的研究，有望進一步闡明PBM的分子生物學(xué)機制，完善光調(diào)節(jié)生物過程的理論基礎(chǔ)，為進一步設(shè)計、測試和開發(fā)光生物調(diào)節(jié)的治療手段提供幫助。