崔媛媛，金曉航，邱忠營，王曉龍，王蘭，史娟

（1西安醫(yī)學院組織學與胚胎學教研室暨基礎醫(yī)學與轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究所，西安710021；2西京學院醫(yī)學院，西安710123；3第四軍醫(yī)大學人體解剖與組織胚胎學教研室暨梁銶琚腦研究中心，西安710032）

從低等細菌到高等哺乳動物，所有生物個體都會受到來自外界環(huán)境和自身內(nèi)部機械刺激的影響，生物體將機械刺激轉(zhuǎn)換為生物信號的過程稱為機械轉(zhuǎn)導。機械轉(zhuǎn)導對于細胞的生長、遷移、分化和凋亡等過程至關(guān)重要，其異?？赡軙l(fā)多種疾病。生物體完成機械轉(zhuǎn)導的基本結(jié)構(gòu)之一就是機械敏感性離子通道（mechanosensitive channel，MSC），它是一種進化保守的膜蛋白，存在于幾乎所有的原核和真核細胞上，該類通道能通過感受細胞膜張力的變化進而改變離子通道的開閉，在觸覺、聽覺、肌肉伸展和滲透壓等多種機械感受過程中發(fā)揮作用[1]。目前研究較多的MSC有：DEG/ENaC通道、Piezo通道、K2P通道和TRP通道等，本文將重點介紹TRP通道及其在機械性痛中的研究進展。

1 TRP通道概況

1975年，Minke等人最先在果蠅的視覺傳導系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了trp基因，因該基因突變體的光感受器僅產(chǎn)生瞬時而非Ca2+依賴的持續(xù)性感受器電位，喪失了Ca2+依賴的光適應性，故而得名瞬時感受器電位（transient receptor potential，TRP）。至今，TRP通道家族的成員已超過30個，包括7個亞家族：TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPP、TRPML和TRPN[2]。

TRP通道家族成員的結(jié)構(gòu)具有高度相似性：6個疏水的跨膜蛋白構(gòu)成跨膜結(jié)構(gòu)域（S1-S6），其間有一個類似離子通道樣的孔道結(jié)構(gòu)，允許Ca2+、Na+等陽離子通過。TRP通道的C端和N端都位于胞質(zhì)內(nèi)，其中N端結(jié)構(gòu)保守且在各物種中同源性較高，通常是由多個錨蛋白重復序列構(gòu)成，可能在調(diào)節(jié)胞內(nèi)鈣庫Ca2+的釋放、連接TRP通道和細胞骨架，以及四聚體的形成中具有重要作用；而C端則變異性較大，主要參與調(diào)節(jié)TRP通道的特性和功能，一般會形成多個結(jié)構(gòu)域，如TRP結(jié)構(gòu)域、脯氨酸序列、PKA/PKC調(diào)節(jié)位點和CaM/IP3結(jié)合位點等。盡管TRP通道各成員具有相似的一般結(jié)構(gòu)，但功能的差異也反映出其結(jié)構(gòu)的特異性：如N端的錨蛋白重復序列，在TRPV和TRPC亞家族成員有3～5個，TRPA和TRPN有8～29個，而TRPM、TRPML和TRPP則一個都沒有；在C端，TRPV沒有脯氨酸序列，TRPML和TRPP則沒有TRP結(jié)構(gòu)域[3]。

TRP通道廣泛分布于從低等微生物到高等脊椎動物幾乎所有的器官中，參與興奮性和非興奮性細胞在視、聽、觸、熱和滲透壓等多種感覺中對不同刺激形式的轉(zhuǎn)導過程，其機制可能與TRP通道能被多種細胞內(nèi)、外信號激活有關(guān)，也可能與該通道能形成同源或異源四聚體，進而參與構(gòu)成復雜的信號轉(zhuǎn)導復合體有關(guān)。

2 機械敏感性TRP通道與痛覺

大量研究表明，多種形式的機械刺激能激活或調(diào)控某些TRP通道，現(xiàn)將部分機械敏感性TRP通道與痛覺的關(guān)系介紹如下（表1）。

表1機械敏感性TRP通道Tab. 1 Mechanosensitive TRP channels

2.1 TRPV1

TRPV1是首個被成功克隆的TRP通道，也是目前研究最多，機制較為清楚的TRP通道之一。TRPV1高表達于神經(jīng)系統(tǒng)，除機械刺激外，還能被多種物理或化學刺激激活，因而又稱多覺感受器。

多項研究指出，TRPV1 的N端剪切變體在脊椎動物腦內(nèi)滲透壓感受神經(jīng)元中有豐富表達，該分子能作為一種血管加壓素（AVP）神經(jīng)元和終板血管下器（OVLT）神經(jīng)元的滲透壓轉(zhuǎn)導通道的分子實體，感受腦脊液滲透壓的變化，被高滲刺激激活而被低滲刺激抑制[10,11]。類似的，異源轉(zhuǎn)染TRPV1剪切變體的神經(jīng)細胞也可被生理范圍內(nèi)變化的高滲刺激活化，而來源于TRPV1-/-小鼠的單個下丘腦神經(jīng)元喪失的滲透壓感受功能，也可在表達TRPV1剪切變體后得以恢復[5]，提示TRPV1可能是腦內(nèi)滲透壓感受器的核心成分。

TRPV1還參與了痛覺中的機械性感受。如在角叉菜膠誘導的炎性痛模型中，可觀察到急性期小鼠雙側(cè)后足均出現(xiàn)明顯機械性痛敏，而經(jīng)同樣處理的TRPV1-/-小鼠則無類似反應；預先注射了TRPV1拮抗劑辣椒平（CPZ），再給予角叉菜膠的野生小鼠雙側(cè)后足的機械性痛敏顯著減輕[12]。研究還發(fā)現(xiàn)在由軀體感覺神經(jīng)的原發(fā)損傷或疾病引起的神經(jīng)病理性痛中，往往有感覺神經(jīng)元內(nèi)TRPV1表達的明顯改變。如在糖尿病神經(jīng)病理性痛模型大鼠出現(xiàn)明顯機械性痛敏的同時，其背根神經(jīng)節(jié)（DRG）神經(jīng)元內(nèi)的TRPV1蛋白表達相應增加；給予TRPV1拮抗劑CPZ或釕紅（RR）均能有效緩解動物的機械性痛行為[13]。另有研究證實，通過IL-6/JAK/PI3K/TRPV1信號通路，TRPV1還參與了癌痛中機械性痛敏的發(fā)展和維持[14]。

經(jīng)典的TRPV1拮抗劑有：CPZ、RR、碘化樹膠脂毒素（I-RTX）[15]等，其中CPZ和RR分別是TRPV1最常用的特異性和非特異性拮抗劑之一。近年來，一些化合物如NEO6860被發(fā)現(xiàn)不僅能有效阻斷TRPV1通道，而且不會出現(xiàn)體溫升高等副作用[16]。

2.2 TRPV4

TRPV4是近年來研究較多的TRPV亞家族的另一個成員，最早是作為一種滲透壓感受器被發(fā)現(xiàn)，因為該通道可被小于30 mOsm的滲透壓刺激所激活。TRPV4在體內(nèi)分布廣泛，在神經(jīng)系統(tǒng)中，該分子既可作為滲透壓感受器存在于視網(wǎng)膜和腦室周圍器官[4]，還可作為機械敏感性陽離子通道表達在感覺神經(jīng)元DRG中[9]。與TRPV1相似，TRPV4也能被機械刺激、滲透壓和多種理化刺激激活，因而亦屬多覺感受器。

研究證實，低滲引發(fā)Src激酶依賴性的TRPV4酪氨酸殘基磷酸化或磷脂酶A2（PLA2）依賴的花生四烯酸途徑，最終可形成TRPV4的內(nèi)源性激動劑環(huán)氧二十碳三烯酸（EET），是該刺激形式活化TRPV4的途徑。如在視網(wǎng)膜Müller細胞中，當水經(jīng)水通道蛋白（AQP4）流入細胞內(nèi)，引發(fā)胞膜牽張反應，促使牽張敏感性的PLA2和EETs激活TRPV4，導致細胞內(nèi)Ca2+濃度升高，繼而加重細胞的腫脹，這一結(jié)果表明TRPV4能提高Müller細胞對滲透壓變化的敏感性[4]。

TRPV4是一種機械感受器，在機械性痛敏的維持中發(fā)揮重要作用。如在角叉菜膠或多種炎性介質(zhì)誘發(fā)的炎性痛模型中，動物表現(xiàn)出的明顯機械性痛行為可在注射TRPV4特異性寡核苷酸后緩解，而經(jīng)同樣處理的TRPV4-/-小鼠則并未表現(xiàn)出明顯的機械性痛敏[17]。類似的，硫酸鎂皮下注射誘導的炎性機械性痛敏也能被TRPV4的拮抗劑RN-1734緩解[18]。另外，在DRG慢性壓迫（CCD）模型中觀察到的大鼠明顯的機械性痛敏，會在注射TRPV4激動劑4α-PDD后增強，而在給予拮抗劑RR后減輕[19]。我們前期的研究也證實在糖尿病誘導的神經(jīng)病理性痛模型中，當DRG神經(jīng)元中TRPV4的表達被降低后，小鼠表現(xiàn)出的機械性痛敏可減輕[9]。

常見的TRPV4非特異性拮抗劑有：RR、釓（Gd）和鑭（La）等，而一些化學合成物，如RN-1734、HC067047和GSK2193874等可被用作TRPV4的特異性拮抗劑[20]。最新研究發(fā)現(xiàn)，甲酮衍生物可作為TRPV4的特異性拮抗劑在CFA誘導的動物機械性痛中發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[21]。

2.3 TRPA1

TRPA1最早于2003年在感覺神經(jīng)元DRG和三叉神經(jīng)節(jié)（TG）中被發(fā)現(xiàn)，曾命名為ANKTM1，是哺乳動物TRPA亞家族的唯一成員。神經(jīng)系統(tǒng)中，TRPA1除了高表達于薄髓Aδ和無髓C纖維外，還存在于Aβ纖維，提示該分子在傷害性感受和機械性感受中發(fā)揮作用[22]。

TRPA1被認為是具有機械性感受潛能的分子之一，可能與其具有多個錨蛋白重復序列的N端有關(guān)，這個非同一般的長N端能形成機械刺激和TRPA1通道間的“橋梁”，發(fā)揮調(diào)控通道開放的作用[23]。研究發(fā)現(xiàn)利用高滲液處理大鼠DRG神經(jīng)元后，有單通道電流產(chǎn)生，而其特性類似于用異硫氰酸烯丙酯（allylisothiocyanate，AITC）激活TRPA1時產(chǎn)生的電流，且該電流能被TRPA1的拮抗劑RR和樟腦所阻斷[6]，表明TRPA1可能參與了滲透壓變化引發(fā)的機械感受。

在機械刺激引發(fā)的疼痛反應中，TRPA1也發(fā)揮著重要作用。研究證實利用藥物干預該分子的表達或功能，均能有效緩解動物的機械性痛行為。如TRPA1的拮抗劑AP18能抑制完全弗氏佐劑（CFA）注射后誘發(fā)的機械性痛敏[24]；Chembridge-5861528能有效緩解由糖尿病或神經(jīng)損傷所致神經(jīng)病理性痛動物的機械性痛行為[25]；HC-030031則能顯著降低燒傷后的機械性痛敏[26]；A967079對TRPA1的拮抗作用提示了內(nèi)源性增加丙酮醛引發(fā)的糖尿病機械性痛和熱痛的機制，可能是通過調(diào)節(jié)外周感覺神經(jīng)元的TRPA1進行的[27]。此外，TRPA1還參與了內(nèi)臟的機械性痛。如環(huán)磷酰胺誘導的膀胱炎模型大鼠有明顯的膀胱激惹和機械性疼痛表現(xiàn)，對TRPA1蛋白檢測發(fā)現(xiàn)脊髓背角該分子的表達較對照組顯著升高，在給予TRPA1拮抗劑HC-030031后，上述激惹和疼痛癥狀均能有效緩解[28]。

最早的TRPA1拮抗劑如RR、慶大霉素、阿米洛利和Gd，均屬于非特異性的[29]；而如上述提到的一些小分子化合物HC-030031、Chembridge-5861528、AP18和A967079等，則作為特異性拮抗劑被研發(fā)并應用于實驗研究，促進了TRPA1的功能學發(fā)展。

2.4 TRPC1

TRPC1是首個被克隆的與果蠅TRP通道同源性較高的TRPCs亞家族成員，高表達于神經(jīng)系統(tǒng)的腦和感覺神經(jīng)節(jié)。TRPC1通道可在機械刺激、受體或細胞內(nèi)鈣庫清空作用下開放，導致胞內(nèi)鈣離子濃度升高和胞膜去極化，進而引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)多種生理和病理變化。

TRPC1具有一定的機械敏感性，通過對蛙卵母細胞施以輕吸刺激的實驗發(fā)現(xiàn)，該分子表達于細胞后可增加胞膜上牽張激活的通道數(shù)目，而利用反義RNA處理細胞則可減少內(nèi)源性表達的TRPC1和牽張激活通道的活性[7]。近年來研究還發(fā)現(xiàn)TRPC1的機械敏感性影響神經(jīng)元的發(fā)育，如在神經(jīng)元軸突生長錐上表達的TRPC1蛋白，可能通過調(diào)控軸突生長過程中對觸碰物的機械性感受和軸突的生長方向，影響軸突的生長[30]。利用環(huán)磷酰胺制備的大鼠膀胱炎模型，可觀察到在支配膀胱的DRG神經(jīng)元中，TRPC1蛋白表達呈升高趨勢，且DRG神經(jīng)元的外周突對膀胱的感覺支配增強，表現(xiàn)為膀胱粘膜層中有大量出芽終末出現(xiàn)，而在TRPC1/TRPC4基因雙敲除小鼠中并不出現(xiàn)上述現(xiàn)象，也沒有明顯的膀胱激惹[31]，這表明TRPC1可能是膀胱機械性感受的重要分子之一。

關(guān)于TRPC1在疼痛研究中的報道相對較少。Alessandri-Haber等人[9]的實驗證實，利用特異性寡核苷酸同時降低小鼠DRG神經(jīng)元中TRPC1、TRPC6和TRPV4的表達，能顯著緩解糖尿病和紫杉醇誘導的神經(jīng)病理性痛模型小鼠的機械性痛敏以及滲透壓刺激引起的痛敏；而利用抑制劑阻斷TRPC1和TRPC6通道后，機械性痛敏也可顯著緩解，這些結(jié)果提示TRPC1和TRPC6可能協(xié)同參與機械性痛敏的發(fā)生發(fā)展。

目前TRPC1的研究中尚無特異性拮抗劑，但利用合適的復合物、抗體或小分子亦可對TRPC1進行抑制性調(diào)控，如2-APB、Gd、La、GsMTx-4和SKF96365等[9]都被作為TRPC1的非特異性拮抗劑應用。

2.5 TRPC6

1997年TRPC6基因首次在小鼠腦內(nèi)被克隆，又名TRP6。該分子廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，但表達量少于其他TRPCs。TRPC6通道可被G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）和受體酪氨酸激酶（RTK）通過磷脂酶C（PLC）途徑激活，亦可直接被二?；视停―AG）以不依賴蛋白激酶C（PKC）的方式激活[32]。

在人胚腎細胞系中異源表達的TRPC6可因負壓或低滲液體的刺激而被激活，是該分子具有機械敏感性的直接證據(jù)[8]。但長期以來，TRPC6機械敏感性的具體機制卻仍不清楚。雖然心臟、血管和腎臟是TRPC6機械敏感性研究的熱門，但越來越多的研究正聚焦于該分子在神經(jīng)系統(tǒng)，尤其是發(fā)育學領域中的作用。如實驗證實在培養(yǎng)的小腦顆粒細胞上，BDNF誘導生長錐化學趨向性的改變與TRPC3和TRPC6介導的Ca2+內(nèi)流有關(guān)[33]。TRPC6還被證實參與了神經(jīng)元突觸可塑性的改變。貫葉金絲桃素（Hyperforin）是一種TRPC6激動劑，能調(diào)控PC12細胞和海馬神經(jīng)元的樹突棘形態(tài)變化，并促進樹突生長，其機制可能是通過Ras/MEK/ERK、PI3K/Akt和CaMKIV多個信號通路完善了突觸可塑性[34]。TRPC6的機械敏感性在痛覺中的研究報道較少，除了上述提到的可與TRPC1和TRPV4一起參與了痛覺感受器的敏化和機械性痛敏的發(fā)生外[9]，最新研究顯示，多次注射嗎啡后，可觀察到脊髓中TRPC6的mRNA和蛋白質(zhì)表達均上調(diào)，且因嗎啡引起的耐受和機械性痛敏會在阻斷TRPC6通道后得到顯著緩解[35]，這些新發(fā)現(xiàn)為TRPC6的生理病理功能研究開辟了新的領域。

通常La、Gd、2-APB、GsMTx-4、SKF96365和克霉唑等可作為TRPC6的非特異性拮抗劑應用于研究[36]。而ML-9，一種氯萘衍生物，因能有效抑制TRPC6通道的活動，而對其進化關(guān)系很近的TRPC7卻呈增強效應，故被用作TRPC6相對特異的抑制劑[37]。

3 結(jié)論

機械敏感性是一種進化保守的感覺形式，細胞通過一套行之有效而又復雜多變的轉(zhuǎn)導途徑感受內(nèi)、外環(huán)境的機械刺激，其中離子通道是最終將機械刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)系統(tǒng)可以識別的電信號的“效應器”。研究機械敏感性離子通道在痛覺中的作用，將為機械性痛敏提供新的研究方向和重要的理論支持。

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