史翠霞+曹偉+張珂+尹紀(jì)娟+陳蕾

[摘要] 缺血性腦血管病是臨床常見病、多發(fā)病，其發(fā)病機制復(fù)雜。鈣超載在缺血性腦損傷中起重要作用。瞬時受體電位M通道（transient receptor potential melastatin，TRPM）是位于細(xì)胞膜上的一類重要的非選擇性陽離子通道超家族，對鈣離子有較高的通透性，在缺血性腦損傷中起重要作用，對TRPM通道的研究將成為治療缺血性腦損傷新的靶點。本文就胞內(nèi)鈣離子超載在缺血性腦損傷中的作用、TRPM通道及其參與的缺血性腦損傷的機制予以綜述。

[關(guān)鍵詞] 腦缺血；鈣超載；瞬時受體電位M通道

[中圖分類號] R743.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-0616（2014）05-46-04

隨著世界人口老齡化速度的加快，缺血性腦血管病的發(fā)病率逐年升高，現(xiàn)已成為威脅人類生命的最主要疾病之一，因其發(fā)病率、致殘率和病死率高，給個人、 家庭和社會帶來巨大的精神壓力和沉重的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。近年來研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血和缺血后再灌能引起一系列病理和生化的變化，主要表現(xiàn)為腦能量耗竭，興奮性氨基酸釋放增加，胞內(nèi)鈣離子（intracellular calcium concentration，[Ca2+]i）超載，氧自由基產(chǎn)生增加，細(xì)胞壞死和凋亡等[1]。其中，胞內(nèi)鈣離子超載被認(rèn)為是腦缺血誘導(dǎo)神經(jīng)元損傷的主要機制。除了NMDA型谷氨酸受體和電壓門控性鈣通道以外，瞬時受體電位通道（transient receptor potential channels，TRP）因其對陽離子的通透性的特點[2]，該通道家族在缺血性腦損傷中的作用受到越來越多的關(guān)注，并成為研究的熱點之一。

1 [Ca2+]i與缺血腦損傷

在生理情況下，細(xì)胞外鈣離子（calcium，Ca）濃度為1～2mmol/L，細(xì)胞內(nèi)則小于200nmol/L，兩者相差10000多倍。生理情況下，Ca2+主要由Ca2+通道和Na+-Ca2+交換兩種途徑進(jìn)入胞內(nèi)，胞內(nèi)的Ca2+由鈣泵泵出細(xì)胞外。細(xì)胞內(nèi)Ca2+處于一個動態(tài)平衡的狀態(tài)，這種鈣穩(wěn)態(tài)對于維持細(xì)胞正常的生理功能有重要的意義[3]。腦缺血缺氧時，由于細(xì)胞能量代謝障礙，導(dǎo)致ATP耗竭，鈣泵活性下降，不能將細(xì)胞內(nèi)的Ca2+及時泵出胞外，是導(dǎo)致Ca2+超載的一個原因。由Ca2+通道介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流主要與谷氨酸釋放增加關(guān)系密切[1]。研究表明，腦缺血時，突觸前膜釋放大量的谷氨酸，Glu又通過突觸前非N-甲基-D-天冬氨酸（N-Methyl-D-Aspartate，NMDA）受體激活蛋白激酶C抑制其自身的攝取，加重細(xì)胞外谷氨酸的堆積，促進(jìn)大量的Ca2+經(jīng)NMDA型谷氨酸受體進(jìn)入胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載[1]。用NMDA受體特異性的阻斷劑MK-801可明顯抑制谷氨酸升高[Ca2+]i的作用[4]。胞內(nèi)鈣超載可通過以下途徑引起及加重缺血性腦損傷：（1）細(xì)胞內(nèi)鈣超載時，大量鈣離子進(jìn)入線粒體內(nèi)，使線粒體內(nèi)原來外正內(nèi)負(fù)的膜電位減弱或喪失，氧化磷酸化脫偶聯(lián)，ATP生成受到抑制，同時電子傳遞鏈中電子外漏，促進(jìn)自由基的生成，使損傷加重。線粒體中Ca2+增多，可與磷酸氫根，促進(jìn)了缺氧性酸中毒的發(fā)生。干擾氧化磷酸化過程，導(dǎo)致能量產(chǎn)生障礙；（2）胞內(nèi)鈣超載可致胞漿內(nèi)或溶酶體內(nèi)Ca2+依賴性酶和磷脂酶大量激活，分解細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，破壞細(xì)胞骨架，導(dǎo)致細(xì)胞死亡；（3）細(xì)胞內(nèi)Ca2+升高激活磷脂酶A和磷脂酶C，分解細(xì)胞膜磷脂，產(chǎn)生大量游離脂肪酸（如花生四烯酸），這些脂肪酸在代謝過程中產(chǎn)生大量的自由基，加重細(xì)胞損傷；另外脂肪酸的代謝產(chǎn)物也可激活血小板，形成微血栓，進(jìn)而增加缺血區(qū)面積和梗死范圍，加重腦損傷；（4）腦缺血時，腦血管平滑肌和內(nèi)皮細(xì)胞上的Ca2+內(nèi)流增加，前者可使血管痙攣，梗死灶擴大；后者可使內(nèi)皮細(xì)胞收縮，內(nèi)皮間隙擴大，血腦屏障開放，產(chǎn)生血管源性腦水腫。（5）胞內(nèi)鈣超載還能啟動細(xì)胞凋亡程序，最終導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡[5]。

2 TRPM通道

TRP通道家族是位于細(xì)胞膜上的一類重要的非選擇性陽離子通道超家族[6]。TRP通道最早發(fā)現(xiàn)于果蠅的視覺系統(tǒng)，突變體果蠅對持續(xù)的光刺激只產(chǎn)生瞬時而非持續(xù)的鋒電位，因而得名。到目前為止，已經(jīng)克隆了30多個哺乳動物的TRP通道。TRP通道均為六次跨膜蛋白，其N末端和C末端均在胞內(nèi)，由第五和第六跨膜結(jié)構(gòu)域共同構(gòu)成非選擇性陽離子孔道。根據(jù)同源性的不同，TRP離子通道超家族可分為七個亞族[2]，包括TRPA（ankyrin-repeat transient receptor potential）、TRPC（transient receptor potential canonical）、TRPM（transient receptor potential melastatin）、TRPML（transient receptor potential mucolipin）、TRPN（no mechanoreceptor potential C）、TRPP（transient receptor potential polycystin）和 TRPV（transient receptor potential vanilloid）。TRPM亞族只存在于哺乳動物體內(nèi)。TRPM通道家族包含八個成員，根據(jù)同源性分為四組：（1）TRPM1和TRPM3；（2）TRPM2和TRPM8；（3）TRPM4和TRPM5；（4）TRPM6和TRPM7[7]。TRPM蛋白是由6個跨膜片段和胞內(nèi)氨基羧基殘端結(jié)構(gòu)域組成，氨基殘端高度保守，包含大量（約700個氨基酸單位）TRPM同源性序列。功能性TRPM為四聚體，其氨基殘端與羧基殘端的完整性對其發(fā)揮正常功能是不可缺少的。TRPM家族成員可以被電壓、溫度、細(xì)胞體積的改變和脂質(zhì)復(fù)合物等內(nèi)、外源性等多種刺激所激活。除了TRPM4和TRPM5外，TRPM家族的其他成員對Ca2+和Mg2+具有通透性，對調(diào)控機體生命活動具有重要意義[8]。endprint

TRPM1是TRPM家族最早發(fā)現(xiàn)的成員，對Ca2+與Mg2+均具有通透性的非選擇性陽離子通道，表達(dá)于視網(wǎng)膜、腦、心臟等組織，對黑素細(xì)胞的色素沉著和視網(wǎng)膜雙極細(xì)胞感光后去極化過程具有調(diào)節(jié)作用。光線刺激視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞后，通過介導(dǎo)與G蛋白偶聯(lián)的信號通路，激活TRPM1通道，引起Ca2+等離子內(nèi)流，使視網(wǎng)膜雙極細(xì)胞除極化。TRPM1是一種腫瘤抑制蛋白，最早發(fā)現(xiàn)于黑色素瘤細(xì)胞，其表達(dá)與腫瘤的惡性程度負(fù)相關(guān)[9]。TRPM2對單價陽離子如Na+、K+和二價陽離子Ca2+和Mg2+均有通透性。該受體在腦組織中表達(dá)豐富，此外也存在于心、肝、肺等器官中。TRPM2羧基殘端含有一個與ADP-核糖水解酶-9（NUDT9）高度同源的結(jié)構(gòu)域，其功能上與經(jīng)典的核糖水解酶相似，但它不能切割單核苷酸和多磷酸雙核苷酸鹽[10]。TRPM3是Ca2+、Na+和Mg2+等離子的非選擇性陽離子通道，通透順序為Ca2+>Zn2+>Mg2+>Ni2+。TRPM3主要表達(dá)于腦腎臟組織及感覺神經(jīng)元上，介導(dǎo)胰島素分泌，血管平滑肌細(xì)胞收縮，感受軀體化學(xué)溫度刺激產(chǎn)生避害行為等活動[11]。TRPM4表達(dá)于人體的心臟、胰腺、胎盤、前列腺B細(xì)胞、T細(xì)胞及單核細(xì)胞系等，TRPM5在氨基酸結(jié)構(gòu)上與TRPM4約50%同源，主要表達(dá)于味覺感受細(xì)胞及消化道[12]。TRPM4與TRPM5均為非選擇性單價陽離子通道，對Ca2+與Mg2+均沒有通透性。但是，[Ca2+]i升高可以激活TRPM4與TRPM5，產(chǎn)生鈣激活非選擇性陽離子流從而介導(dǎo)一系列細(xì)胞生理活動。目前認(rèn)為，TRPM5主要介導(dǎo)甜和苦這兩種味覺的傳遞[13]。TRPM6與TRPM7在氨基酸排列順序上高度（50%）同源，均為同時包含離子通道與激酶結(jié)構(gòu)域的雙功能蛋白。其羧基末端包含絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可使自身或底物磷酸化，但在氨基酸序列上與經(jīng)典的絲氨酸/蘇氨酸激酶不具同源性，而是屬于α-蛋白激酶家族成員[14]。TRPM6和TRPM7對Ca2+和Mg2+有較高的通透性，對于維持細(xì)胞內(nèi)Ca2+和Mg2+的平衡起關(guān)鍵作用[15]。TRPM6特異性分布于十二指腸、結(jié)腸及腎臟遠(yuǎn)曲小管等上皮細(xì)胞組織[16]。TRPM6基因突變后，會導(dǎo)致血鎂過低和血鈣過低[17]。TRPM7廣泛表達(dá)于哺乳動物的心、肝、脾和腦等組織器官，其中在腎臟和心臟中表達(dá)最高。TRPM7基因缺陷的細(xì)胞可因細(xì)胞內(nèi)鎂缺乏而停止生長，提示TRPM7具有調(diào)節(jié)細(xì)胞Mg2+平衡的作用[18]。TRPM8主要分布于外周的感覺神經(jīng)元，可以被低溫（<24℃）或某些涼性化合物如薄荷醇、桉油精等激活。最新研究發(fā)現(xiàn)：TRPM8不僅對低溫刺激敏感，而且還可能參與炎癥和神經(jīng)性疼痛的痛覺調(diào)控，可作為治療神經(jīng)性疼痛的新靶點[19]。TRPM8參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和死亡過程，具有重要的臨床和藥理學(xué)研究價值[20]。

3 TRPM通道參與缺血腦損傷的機制

腦缺血時N-甲基-D-天冬氨酸（N-Methyl-D-Aspartate，NMDA）受體通道所介導(dǎo)的谷氨酸的興奮性毒作用是導(dǎo)致胞內(nèi)鈣離子超載和神經(jīng)元損傷的重要因素。盡管在動物試驗中NMDA受體阻斷劑對缺血性腦損傷顯示有良好的神經(jīng)保護作用，但臨床資料顯示，阻斷谷氨酸受體對治療腦卒中并未能取得理想的療效，提示存在非谷氨酸依賴性鈣離子超載誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷。因此人們逐漸把注意力轉(zhuǎn)向其他非谷氨酸受體依賴性的鈣通道，而TRPM通道就屬于此類通道，其中TRPM2/TRPM7和TRPM4與缺血性損傷的關(guān)系比較密切。

3.1 TRPM2

TRPM2通道在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中均有表達(dá)，作為新發(fā)現(xiàn)的陽離子通道，在缺血性神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用成為當(dāng)前研究的熱點之一。在DNA損傷和修復(fù)中會生成大量的二磷酸腺甙，后者可激活TRPM2，引發(fā)鈣超載促使細(xì)胞發(fā)生凋亡[21]。離體研究發(fā)現(xiàn)，TRPM可以介導(dǎo)氧葡萄糖剝奪（oxygen-glucose deprivation，OGD）時海馬神經(jīng)元死亡[22]。過氧化氫可以激活TRPM2，用TRPM2的反義寡核營酸可顯著抑制過氧化氫引起的鈣流入和細(xì)胞死亡[23]。因此，該通道極有可能參與氧化應(yīng)激所致的神經(jīng)元損傷過程。

3.2 TRPM7

TRPM7通道在體內(nèi)分布廣泛，其通道的開關(guān)受到胞內(nèi)Mg2+/ATP調(diào)節(jié)，TRPM7開放后能引起鈣內(nèi)流。在大鼠中動脈阻塞的腦缺血再灌注模型上，TRPM7通道蛋白的表達(dá)水平隨著再灌注時間的延長而表達(dá)增加[24]。離體研究發(fā)現(xiàn)，對于OGD處理后的皮層神經(jīng)元同時給予NMDA受體和電壓依賴性鈣通道阻斷劑處理，TRPM7通道所介導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[25]。利用小分子干擾核糖核酸技術(shù)抑制TRPM7蛋白的表達(dá)能對OGD處理的神經(jīng)元起到有效的保護作用[26]。以上資料均表明TRPM7參與腦缺血所致的神經(jīng)元損傷過程。由于TRPM7通道對鎂離子有較高的通透性，該通道在缺血性腦損傷中的作用也可能與其調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外鎂離子的平衡有關(guān)。

3.3 TRPM4

TRPM4的生理特性和磺酰脲類受體1（sulfonylurea receptor 1，SUR1）調(diào)控的Ca2+激活的ATP敏感性的非選擇性陽離子通道（NCCa-ATP）非常類似[27]。SUR1是ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白超家族的成員，是ATP敏感性鉀離子通道的調(diào)節(jié)亞單位。近年來研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血時，SUR1調(diào)控的NCCa-ATP表達(dá)上調(diào)與腦缺血時神經(jīng)元損傷關(guān)系密切。腦缺血缺氧時，由于能量代謝障礙，ATP缺乏，SUR1/TRPM4通道將Na+轉(zhuǎn)移至細(xì)胞間隙，將血管內(nèi)的Na+轉(zhuǎn)運至血管內(nèi)皮細(xì)胞，再由鈉泵泵至細(xì)胞間隙，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞水腫，血腦屏障結(jié)構(gòu)破壞，最終發(fā)生血管源性水腫，而阻斷TRPM4通道能有效抑制細(xì)胞水腫和細(xì)胞壞死[28-30]，因此，TRPM4通道與腦缺血時腦水腫的產(chǎn)生和細(xì)胞損傷關(guān)系密切[31]。

4 結(jié)論endprint

缺血性腦損傷發(fā)病機制復(fù)雜，其中細(xì)胞內(nèi)鈣超載在缺血性神經(jīng)元壞死或凋亡的發(fā)生中起關(guān)鍵作用。作為細(xì)胞膜上的一類重要的非選擇性陽離子通道超家族，TRPM家族中的TRPM2/TRPM7和TRPM4與缺血性損傷的關(guān)系比較密切。這些受體通過對鈣離子的調(diào)控，不同程度的參與了缺血性腦損傷的發(fā)生發(fā)展過程。對于TRPM受體與缺血性腦損傷的研究將為臨床上治療腦缺血提供新的靶標(biāo)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Szydlowska K，Tymianski M.Calcium，ischemia and excitotoxicity [J]. Cell Calcium，2010，47（2）：122-129.

[2] Nilius B，Owsianik G.The transient receptor potential family of ion channels[J].Genome Biol，2011，12（3）：218-228.

[3] Gleichmann M，Mattson MP.Neuronal calcium homeostasis and dysregulation[J].Antioxid Redox Signal，2011，14（7）：1261-1273.

[4] Zhang C，Du F，Shi M，et al.Ginsenoside Rd protects neurons against glutamate-induced excitotoxicity by inhibiting Ca（2+）influx[J].Cell Mol Neurobiol，2012，32（1）：121-128.

[5] Bano D，Nieotera P.Ca2+ signals and neuronal death in brain ischemia[J].Stroke，2007，38：674-676.

[6] Zheng J.Molecular mechanism of TRP channels[J].Compr Physiol，2013，3（1）：221-242.

[7] Moran MM，McAlexander MA，Bíró T，et al.Transient receptor potential channels as therapeutic targets[J].Nat Rev Drug Discov，2011，10（8）：601-620.

[8] Gees M，Owsianik G，Nilius B，et al.TRP channels[J].Compr Physiol，2012，2（1）：563-608.

[9] Guo H，Carlson JA，Slominski A.Role of TRPM in melanocytes and melanoma[J].Exp Dermatol，2012，21（9）：650-654.

[10] Moreau C，Kirchberger T，Swarbrick JM，et al.Structure-activity relationship of adenosine 5'-diphosphoribose at the transient receptor potential melastatin 2（TRPM2）channel：rational design of antagonists[J].J Med Chem，2013，56（24）：10079-100102.

[11] Oberwinkler J，Phillipp SE.TRPM3[J].Handb Exp Pharmacol，2007，179：253-267.

[12] Guinamard R，Sallé L，Simard C.The non-selective monovalent cationic channels TRPM4 and TRPM5[M]. Transient Receptor Potential Channels，Springer Netherlands，2011：147-171.

[13] Eddy MC，Eschle BK，Peterson D，et al.A conditioned aversion study of sucrose and SC45647 taste in TRPM5 knockout mice[J].Chem Senses，2012，37（5）：391-401.

[14] Runnels LW.TRPM6 and TRPM7：A Mul-TRP-PLIK-cation of channel functions[J].Curr Pharm Biotechnol，2011，12（1）：42-53.

[15] de Baaij JHF，Hoenderop JGJ，Bindels RJM.Regulation of magnesium balance： lessons learned from human genetic disease[J].Clin Kidney J，2012，5（suppl 1）：i15-i24.

[16] Jang Y，Lee Y，Kim SM，et al.Quantitative analysis of TRP channel genes in mouse organs[J].Arch Pharm Res，2012，35（10）：1823-1830.

[17] Xie J，Sun B，Du J，et al.Phosphatidylinositol 4，5-bisphosphate （PIP（2）） controls magnesium gatekeeper TRPM6 activity[J].Sci Rep，2011，1：146-156.endprint

[18] Baldoli E，Maier JA.Silencing TRPM7 mimics the effects of magnesium deficiency in human microvascular endothelial cells[J].Angiogenesis，2012，15（1）：47-57.

[19] Knowlton WM，Palkar R，Lippoldt EK，et al.A Sensory-Labeled Line for Cold：TRPM8-Expressing Sensory Neurons Define the Cellular Basis for Cold，Cold Pain，and Cooling-Mediated Analgesia[J].J Neurosci， 2013，33（7）：2837-2848.

[20] Yang ZH，Wang XH，Wang HP，et al.Effects of TRPM8 on the proliferation and motility of prostate cancer PC-3 cells[J].Asian J Androl，2009，11（2）：157-165.

[21] Alim I，Teves L，Li R，et al.Modulation of NMDAR subunit expression by TRPM2 channels regulates neuronal vulnerability to ischemic cell death[J].J Neurosci，2013，33（44）：17264-17277.

[22] Verma S，Quillinan N，Yang YF，et al.TRPM2 channel activation following in vitro ischemia contributes to male hippocampal cell death[J].Neurosci Lett，2012，530（1）：41-46.

[23] Chen SJ，Zhang W，Tong Q，et al.Role of TRPM2 in cell proliferation and susceptibility to oxidative stress[J].Am J Physiol Cell Physiol，2013，304（6）：C548-560.

[24] 鄭永強，葉飛，劉南暖，等.電針治療對大鼠腦缺血再灌注中Annexin A1和TRPM7表達(dá)的影響[J].中國老年保健醫(yī)學(xué)，2013，11（6）：3-6.

[25] Jiang H，Tian SL，Zeng Y，et al.TrkA pathway（s） is involved in regulation of TRPM7 expression in hippocampal neurons subjected to ischemic-reperfusion and oxygen-glucose deprivation[J].Brain Res Bull，2008，76（1）：124-130.

[26] Aarts M，Iihara K，Wei WL，et al.A key role for TRPM7 channels in anoxic neuronal death[J].Cell，2003，115（7）：863-877.

[27] Woo SK，Kwon MS，Ivanov A，et al.The sulfonylurea receptor 1（Sur1）-transient receptor potential melastatin 4 （Trpm4） channel[J].J Biol Chem，2013，288（5）：3655-3656.

[28] Khanna A，Walcott BP，Kahle KT，et al.Effect of glibenclamide on the prevention of secondary brain injury following ischemic stroke in humans[J].Neurosurg Focus，2014，36（1）：E11-16.

[29] Walcott BP，Kahle KT，Simard JM.Novel treatment targets for cerebral edema[J].Neurotherapeutics，2012，9（1）：65-72.

[30] Khanna A，Kahle KT，Walcott BP，et al.Disruption of ion homeostasis in the neurogliovascular unit underlies the pathogenesis of ischemic cerebral edema[J].Transl Stroke Res，2014，5（1）：3-16.

[31] Sun D，Kahle KT.Dysregulation of diverse ion transport pathways controlling cell volume homoestasis contribute to neuroglial cell injury following ischemic stroke[J].Transl Stroke Res，2014，5（1）：1-2.

（收稿日期：2013-12-14）endprint