張 力 張 立 王培民

（南京中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院骨傷科，南京210000）

生物體的感覺軸突在皮膚廣泛分布，以此感知環(huán)境刺激并傳遞刺激信號至背根神經(jīng)節(jié)、三叉神經(jīng)節(jié)等初級感受神經(jīng)元，隨后傳遞至中樞，發(fā)揮機體感知、適應及調(diào)節(jié)等多種功能。這種感知方式涉及一系列復雜的電生理行為，疼痛是其中之一。瞬時電位受體離子通道 (transient receptor potential, TRPs) 家族感知內(nèi)外壞境的多種不同刺激，其活化介導Ca2+離子內(nèi)流，進而傳導生物電信號參與疼痛和痛覺敏化，是疼痛傷害的初級感受器[1]。TRPs 通道作為一種完整的膜蛋白，對脂質(zhì)環(huán)境高度敏感，最直接的證據(jù)是：佛波酯、花生四烯酸及其代謝物等脂質(zhì)或類脂本身就是TRPs 通道的激動劑[2]。關(guān)于脂質(zhì)調(diào)節(jié)TRPs 通道活化的研究大多針對受體-配體結(jié)合、膜蛋白相互作用和上游代謝信號等方面展開，因而對其作用機制究的認識產(chǎn)生了三種相應的觀點：①脂質(zhì)作為第二信使調(diào)節(jié)TRPs 通道活性；②脂質(zhì)作為細胞間遞質(zhì)調(diào)節(jié)TRPs 活性；③脂質(zhì)通過改變細胞膜通道蛋白的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)TRPs 通道活性。與此同時，靶向TRPs 活性的鎮(zhèn)痛藥物也得到深入研究，但至今尚未有臨床應用的相關(guān)報道。本文將圍繞脂質(zhì)調(diào)節(jié)TRPs 通道活性介導疼痛的作用機制展開綜述，以期為臨床緩解疼痛提供新的思路。

一、TRPs 通道是疼痛傷害的初級傳感器

TRPs 通道是位于細胞膜上的非選擇性陽離子通道，對Ca2+具有高通透性，參與興奮性和非興奮性細胞在視、聽、觸、痛等多種感覺中對不同刺激的轉(zhuǎn)導。1969 年William Pak 在突變體果蠅視網(wǎng)膜光感受器上首次記錄到與正常持續(xù)電位不同的短暫電位變化，并將其命名為TRP 突變[3]。至今，根據(jù)氨基酸序列的同源性，TRPs 家族已被鑒定劃分為TRPA、TRPC、TRPM、TRPV 等7 個亞家族。在拓撲結(jié)構(gòu)上，TRPs 家族成員具有一定的相似性，由6 個疏水的跨膜結(jié)構(gòu)域 (S1-S6) 構(gòu)成，且N 末端和C 末端均位于胞質(zhì)內(nèi)，S5 與S6 之間的孔型結(jié)構(gòu)構(gòu)成Ca2+通道。N 末端結(jié)構(gòu)保守，通常是由多個錨蛋白重復序列構(gòu)成，在調(diào)節(jié)胞內(nèi)鈣庫Ca2+的釋放、連接TRPs 通道和細胞骨架中具有重要作用；而C末端則變異性較大，一般會形成多個結(jié)構(gòu)域、調(diào)控位點或者是結(jié)合位點，主要參與調(diào)節(jié)TRPs 通道的功能和特性[4]。

根據(jù)亞家族的不同，TRPs 被溫度、壓力、電壓、刺激性毒物、炎癥分子、pH 值、滲透壓等物理化學刺激因素激活[5]?；罨腡RPs 介導的Ca2+內(nèi)流是誘發(fā)動作電位和啟動下游細胞內(nèi)信號通路的關(guān)鍵。同時，TRPs 通道的功能也受到細胞內(nèi)信號通路的調(diào)節(jié)。因此，TRPs 通道具有高度動態(tài)的信號整合功能，其功能性開放同時依賴于細胞內(nèi)、外環(huán)境和細胞狀態(tài)。

大多數(shù)TRPs 通道主要表達于神經(jīng)元細胞，如三叉神經(jīng)節(jié)、背根神經(jīng)節(jié)、交感神經(jīng)節(jié)和結(jié)節(jié)神經(jīng)節(jié)的中、小直徑外周感覺神經(jīng)元。此外，在其他組織細胞如角質(zhì)形成細胞、血管內(nèi)皮細胞、膀胱上皮細胞和成纖維細胞中也存在TRPs 的分布[6]。另有一些組織中存在TRPs 通道的特異性表達，如TRPV1-3 在人牙髓中的表達；特定的組織或細胞中也可能出現(xiàn)多種TRPs 通道的表達，如TRPV1和TRPA1在背根神經(jīng)節(jié)的表達有顯著的重疊，而TRPM8 則與上述通道重疊較少[7]。最新的研究致力于探索TRPs 通道的基因轉(zhuǎn)錄和亞細胞定位，研究發(fā)現(xiàn)，TRPs通道不僅僅作為膜蛋白定位于細胞質(zhì)膜，也可能存在于胞內(nèi)細胞器膜中，在損傷或炎癥發(fā)生時，TRPV1 同樣介導了線粒體內(nèi)Ca2+濃度的增加[8]。

二、TRPs 通道介導疼痛的作用機制

TRPs 通道的表達和定位特點是其參與疼痛傳遞的基礎，在炎癥性疼痛、癌癥性疼痛、神經(jīng)病理性疼痛、內(nèi)臟痛、牙痛、偏頭痛等領域均得到了廣泛研究[9]。其傳導疼痛的機制主要分為兩種觀點：一種認為TRPs 通道功能開放后介導的Ca2+離子內(nèi)流引起了細胞內(nèi)的電位變化，這種電位變化本身即可以作為電信號在細胞間進行傳遞，從而將刺激引起的痛覺感受從外周傳遞至中樞。另一種觀點則認為，TRPs 通道的激活與下游降鈣素基因相關(guān)肽、神經(jīng)激肽或P 物質(zhì)等神經(jīng)肽的釋放直接相關(guān)，上述物質(zhì)的升高不僅通過細胞間通訊傳遞痛覺感受，更將導致多種促炎介質(zhì)的釋放，進而放大TRPs 通道的放電效應，該觀點同時也為TRPs 通道參與痛覺敏化的環(huán)節(jié)提供了科學解釋。

在炎癥性疼痛中，TRPV1 的研究最為完善。TRPV1 抑制劑不僅可以減輕完全弗氏佐劑、甲醛、酵母多糖等引起的炎性疼痛，甚至對個別炎癥介質(zhì)在體局部注射引起的炎性疼痛也有所緩解[10,11]。缺乏TRPV1 基因的小鼠在炎癥介質(zhì)后表現(xiàn)出減弱的熱痛過敏反應，而注射生理鹽水的對照組動物對傷害性熱刺激的反應則沒有改變[12]。TRPM3 也參與了炎癥性疼痛的熱痛覺過敏，缺乏TRPM3 的小鼠在熱刺激甩尾實驗和熱板實驗中均表現(xiàn)出較高的閾值[13]。除此之外，TRPA1 和TRPV4 參與炎癥性機械痛覺過敏也得到了充分的論證。

神經(jīng)病理性疼痛主要是指由于神經(jīng)結(jié)構(gòu)損傷引起的疼痛感受，與神經(jīng)損傷、神經(jīng)毒性、代謝疾病密切相關(guān)。TRPV1 在神經(jīng)病理性疼痛中具有重要作用，主要與糖尿病和化療藥物的使用有關(guān)，TRPA1抑制劑有效減弱神經(jīng)病性疼痛的機械性痛覺過敏，TRPA1 和TRPM8 也參與了神經(jīng)損傷相關(guān)的冷痛覺過敏。

本課題組關(guān)注TRPs 通道在膝骨性關(guān)節(jié)炎 (knee osteoarthritis, KOA) 疼痛中的重要地位，率先揭示了TRPV4、TRPV1、TRPM8 通道直接感受生物力學的機械刺激和環(huán)境改變的冷熱刺激在疼痛中扮演著“開關(guān)”的角色（遇寒則痛，遇勞則痛）；同時，KOA 疼痛在持續(xù)過程中存在痛覺敏化的特點（少量的刺激即可產(chǎn)生痛覺），痛覺敏化與TRPs 通道的持續(xù)開放直接相關(guān)[14～16]。然而，TRPs 通道的開放絕非單一條件，單一因素所決定的，對TRPs 通道激活所須要素做出探索意義重大。

三、脂質(zhì)及其代謝產(chǎn)物作為配體調(diào)節(jié)TRPs 通道功能介導疼痛

細胞膜上的脂質(zhì)可以由磷脂酶A2 (phospholipase A2, PLA2)代謝釋放游離多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids, PUFAs)和溶血磷脂類 (lysophospholipids, LPLs) 或由磷脂酶C (phospholipase C, PLC)代謝釋放二酰甘油 (diacylglycerol, DAG) 和三磷酸肌醇 (inositol 1, 4, 5-trisphosphate, IP3)。PUFAs本身即可以引起TRPs 的活化，如Motte 等[17]的研究證實了長鏈脂肪酸對TRPA1 的直接活化作用；Caires 等[18]證 實 了omega-3 PUFAs 對 于TRPV4 的活化是存在且必須的。此外，PUFAs 經(jīng)脂氧合酶 (lipoxygenase, LOX)、環(huán)氧化酶 (cyclooxygenase, COX)、細胞色素-P450 酶 (cytochrome-P450, CYP450)等多種途徑代謝生成各類脂質(zhì)分子，也可以調(diào)節(jié)TRPs通道的活性[19]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，上述脂質(zhì)對TRPs 通道的活化很可能是通過類似“受體-配體”直接結(jié)合的機制實現(xiàn)的（見表1）。

LPLs 可以調(diào)節(jié)TRPs 通道的活性，目前的研究主要包括溶血磷脂酸 (lysophosphatidic acid, LPA)、溶血磷脂酰膽堿 (lysophosphatidylcholine, LPC)、溶血磷脂酰肌醇 (lysophosphatidylinositol, LPI) 和溶血磷脂酰絲氨酸 (lysophosphatidylserine, LPS)。在組織損傷時，局部LPA 水平明顯升高，隨后與TRPV1的C 末端結(jié)合直接活化TRPV1，在疼痛的傳導中起關(guān)鍵作用[20]。新近的研究另揭示了LPA 對TRPA1的活化作用，證實了LPA 依賴背根神經(jīng)節(jié)TRPA1和TRPV1 介導瘙癢感覺，敲除TRPA1 或聯(lián)合敲除TRPV1 的小鼠，瘙癢相關(guān)行為相應減少[21]。LPC和LPI 可以活化TRPV2，此過程依賴通道蛋白側(cè)鏈的長度和溶血磷脂頭部的性質(zhì)，隨后誘導Ca2+內(nèi)流。背根神經(jīng)節(jié)上的TRPV2 活化參與了降鈣素基因相關(guān)肽等神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，進而在疼痛的傳遞中發(fā)揮作用。LPS 能改變TRPM8 的敏感性，降低冷痛閾值，這種調(diào)節(jié)作用提供了一種潛在的生理機制，即在沒有溫度變化的情況下激活和敏化TRPM8 進而引起疼痛，同樣，針對LPS 的干預手段也可能使得異常的溫度變化對TRPM8 的敏化效應降低，從而緩解疼痛。

DAG 屬于G 蛋白偶聯(lián)受體通路，可以激活TRPV1，不僅如此，多個DAG 類似物，也具有這種能力。這種激活很可能是由于脂類直接與通道蛋白結(jié)合所致，因為DAG 代謝的下游信號，如DAG脂肪酶和DAG 活化蛋白激酶均不參與TRPV1 的磷酸化；更直接的證據(jù)是，突變后不能與辣椒素結(jié)合的TRPV1 通道同樣無法被DAG 激活。鑒于上述特性，針對DAG 活化TRPV1 參與G 蛋白偶聯(lián)受體誘發(fā)疼痛下游機制的研究非常豐富，脂質(zhì)調(diào)控TRPs 通道介導疼痛的作用機制，也被認可為類似“配體-G 蛋白偶聯(lián)受體”的活化機制。

PUFAs 經(jīng)LOX 途徑的代謝物同樣可以作為TRPV1 的脂質(zhì)配體而使之活化，如二十碳四烯酸、白三烯等。二十碳四烯酸啟動感覺神經(jīng)元上TRPV1的開放，此外，LOX 分解亞油酸生成的十八碳二烯酸選擇性作用于TRPV1，這種級聯(lián)反應被證實參與熱痛敏的形成[22]。據(jù)此推測，當細胞損傷并釋放十八碳二烯酸時，也可能通過TRPV1 介導熱痛敏和機械痛敏，LOX 途徑的脂質(zhì)代謝物，有望成為緩解疼痛的新靶標。

COX 途徑上影響TRPs 通道活性的典型便是前列腺素，作為一種促炎介質(zhì)，前列腺素本身也是一種具有生理活性的不飽和脂肪酸。在細胞內(nèi)一系列信號通路的介導下，前列腺素最終通過磷酸化TRPV1 實現(xiàn)其活化。前列腺素家族成員如PGA1、PGA2、PGE2 等均被報道可作為TRPA1 配體，直接活化通道，引起急性傷害感受。TRPA1 拮抗劑可以有效減輕炎癥性內(nèi)臟疼痛，其潛在機制便是阻斷前列腺素-TRPA1 活化的病理環(huán)節(jié)[23]。此外，PGE2可激活G 蛋白偶聯(lián)受體，介導TRPV4 通道磷酸化和激活，參與周圍神經(jīng)病理性疼痛。

CYP450 代謝途徑上的信號脂質(zhì)，如環(huán)氧三烯酸 (epoxyeicosatrienoicacids, EETs) 及花生四烯酸的環(huán)氧代謝產(chǎn)物也與TRPs通道存在相互作用。5,6-EET可以直接激活血管內(nèi)皮細胞的TRPV4，從而促進血管舒張；也激活結(jié)腸傳入神經(jīng)的TRPV4，從而引起內(nèi)臟痛覺敏化[24]。在急性腰腿痛中，L4和L5背根神經(jīng)節(jié)和脊髓背角可合成大量的5,6-EET，隨后作用于TRPA1 引起Ca2+內(nèi)流，引起腰腿疼痛感受和機械痛敏[25]。

綜上所述，脂質(zhì)作為配體活化TRPs 通道的觀點越來越受研究者的認同，脂質(zhì)直接激活TRPs 通道介導疼痛使其在疼痛的研究中處于特殊的地位，能否通過干預脂質(zhì)代謝靶向性影響TRPs 通道的活性進而抑制疼痛，必將成為研究的新思路。

四、磷脂酰肌醇介導第二信使分子調(diào)節(jié)TRPs通道功能

磷脂酰肌醇4,5 二磷酸 (phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate, PIP2) 是一種磷脂，僅占膜磷脂的不到1%，功能卻非常復雜。這種低豐度的多磷酸肌醇脂可被G 蛋白偶聯(lián)受體介導活化的蛋白激酶C 水解為三磷酸肌醇和DAG，隨后的信號傳導沿IP3/Ca2+和DAG/PKC 兩條途徑在細胞內(nèi)傳遞，稱為“雙信使系統(tǒng)”（見圖1）。

PIP2 直接參與TRPs 通道的調(diào)節(jié)活化。在多聚賴氨酸耗竭F11 細胞系內(nèi)源性PIP2 后，直接加入的PIP2 使TRPV1 對激動劑的反應顯著增強。與此相似，Li 等[26]課題組報道在轉(zhuǎn)染沉默TRPV1的HEK293 細胞中，TRPV1 的活性恢復依賴PIP2的重新合成和大量的ATP。此外，PIP2 也參與調(diào)節(jié)TRPM8 的功能，膜片鉗技術(shù)直接觀察到了PIP2 對TRPM8 的活化，PIP2 抑制劑同樣可以使TRPM8 失活[27]。

PIP2 也可以間接參與TRPs 通道的調(diào)節(jié)。在炎癥性疼痛中，釋放的緩激肽作用于β2 受體激活磷脂酶C，促進PIP2 的水解產(chǎn)生IP3 和DAG。DAG能夠與TRPV1 通道蛋白S3 結(jié)構(gòu)域的酪氨酸511 相互作用，促進TRPV1 的功能性開放[28]。在神經(jīng)病理性疼痛模型中，膜蛋白Pirt 對TRPM8 活性的調(diào)節(jié)依賴PIP2；Pirt 也參與了TRPV1 在背根神經(jīng)節(jié)的功能開放，抑制Pirt 的表達可以減少小鼠的疼痛行為[29]。

表1 脂質(zhì)及其代謝產(chǎn)物作為配體調(diào)節(jié)TRPs 通道功能

圖1 磷脂酰肌醇介導第二信使分子調(diào)節(jié)TRPs 通道功能

五、細胞膜上的微結(jié)構(gòu)域作為TRPs 通道功能的調(diào)節(jié)劑

脂質(zhì)筏是細胞膜微結(jié)構(gòu)域中研究最為透徹的一類，富含膽固醇、鞘磷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂，胞分化過程的作用對TRPs 通道活化起著重要的調(diào)節(jié)作用。脂質(zhì)筏就像一個蛋白質(zhì)停泊的平臺，隨細胞膜的流動性而發(fā)生變化，與細胞膜的信號轉(zhuǎn)導、蛋白質(zhì)分選等多種生物過程均有密切的關(guān)系。最新研究表明，TRPM8 與脂質(zhì)筏的結(jié)合使冷溫度感覺增強；脂質(zhì)筏的破壞則導致TRPM8 活化的閾值移至較高的溫度。通過藥物消耗脂質(zhì)筏的任何主要成分，即膽固醇、鞘磷脂或神經(jīng)節(jié)苷脂，均能不同程度的阻斷TRPV1。

到目前為止，被證實的受脂質(zhì)筏調(diào)控的TRPs家族只有TRPC、TRPM 和TRPV 三個成員，膽固醇在此過程中扮演了重要角色。膽固醇影響TRPs通道在細胞膜上的定位，可能直接對與TRPs 通道蛋白產(chǎn)生特異性影響調(diào)控其活化，此外膽固醇也能夠改變TRPs 通道周圍的細胞膜環(huán)境，通過改變脂質(zhì)雙分子層的性質(zhì)實現(xiàn)對TRPs 通道的調(diào)節(jié)。由于細胞膜微結(jié)構(gòu)的復雜性，該類研究尚處于起步階段，有待進一步的探索，盡管如此，針對脂質(zhì)筏設計TRPs 通道的抑制劑仍是極具潛力的研究方向。

六、結(jié)論

TRPs 通道是痛覺傳導和維持的重要參與者，探索其活化的條件有望為深入了解外周疼痛的分子機制提供依據(jù)。脂質(zhì)及其代謝物作為重要的生物媒介，越來越受到研究者的重視，脂代謝紊亂也被證實參與肥胖、糖尿病、炎癥、心血管疾病等多種疾病的病理過程。本文對環(huán)氧化酶代謝途徑、脂氧合酶代謝途徑、細胞色素-P450 途徑、磷脂和溶血磷脂代謝途徑的多種脂質(zhì)及其代謝物調(diào)控TRPs 通道的活性，進而介導疼痛的潛在機制做出了綜述，闡明了脂質(zhì)作為第二信使、細胞間遞質(zhì)或是改變細胞膜通道蛋白的結(jié)構(gòu)，均可能影響TRPs 通道的活性，在炎癥性疼痛、神經(jīng)病理性疼痛等多種疼痛類型中扮演著重要角色。通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)進而干預TRPs 通道的活性為控制疼痛提供了新的思路。然而，仍有許多尚未解決的問題，TRPs 通道的結(jié)合位點也需要進一步的確認，以提供針對TRPs 通道的具體藥效靶點。