徐戀戀，吳兆猛，王悅?cè)A，江陳夢(mèng)，李征遠(yuǎn)，鄭曉暉，高小康

1 湖北醫(yī)藥學(xué)院藥學(xué)院武當(dāng)特色中藥研究湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北十堰 442000；2 湖北醫(yī)藥學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院；3 湖北醫(yī)藥學(xué)院生物醫(yī)藥研究院胚胎干細(xì)胞研究湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4 西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

發(fā)熱是機(jī)體抵御細(xì)菌和病毒感染的常見免疫反應(yīng)。瞬時(shí)感受器電位（TRP）通道是一類位于細(xì)胞膜上、參與各種生理功能的非電壓依賴性陽離子選擇性通道［1］。TRP 通道香草素受體（TRPV）亞家族是近年研究較多的溫敏離子通道蛋白，其中TRPV1 在＞42 ℃ 、TRPV2 在 ＞51 ℃ 、TRPV3 在 33～39 ℃ 、TRPV4 在 27～40 ℃溫度下激活［2］。由于人體發(fā)熱溫度主要在40 ℃以下，超過40 ℃較為罕見，因此在機(jī)體發(fā)熱條件下激活TRPV3 或TRPV4 的可能性較高。研究顯示，TRPV4 在體溫調(diào)節(jié)中起重要作用，是體溫調(diào)節(jié)機(jī)制的關(guān)鍵因素，TRPV4 可能作為機(jī)體發(fā)熱相關(guān)的潛在活性靶點(diǎn)。現(xiàn)將TRPV4 受熱激活參與機(jī)體相關(guān)疾病發(fā)生的機(jī)制綜述如下。

1 TRPV4的結(jié)構(gòu)與激活

1.1 TRPV4 的結(jié)構(gòu) 瞬時(shí)感受器電位離子通道香草素受體 4（TRPV4）是由 871 個(gè)氨基酸組成的 6 次跨膜蛋白。TRPV4 是一個(gè)四聚體結(jié)構(gòu)，其中6 次跨膜結(jié)構(gòu)域（TM1～TM6）穿過脂質(zhì)雙分子層，TM5 與TM6 之間有一段疏水基團(tuán)構(gòu)成的孔通道環(huán)結(jié)構(gòu)，允許Ca2+及部分陽離子通過。TRPV4 氨基端具有錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域（ARD）、脯氨酸結(jié)構(gòu)域（PRD）和磷酸肌醇結(jié)合位點(diǎn)（PIBS）］，ARD 主要參與 TRPV4 與其他蛋白質(zhì)或配體的相互作用，PRD 受物理刺激可引起TRPV4 激活，PIBS 受生理與化學(xué)刺激可引起TRPV4 激活；TRPV4 羧基端具有鈣調(diào)素結(jié)合域（CaM）、寡聚結(jié)構(gòu)域（OMD）和PDZ-L結(jié)構(gòu)域，主要介導(dǎo)細(xì)胞外蛋白之間相互作用，其中CaM 和PDZ-L 主要起蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用，OMD 結(jié)構(gòu)域?qū)RPV4質(zhì)膜起定位作用［3］。

1.2 TRPV4 受熱激活的機(jī)制 TRPV1 S1-S4 結(jié)構(gòu)域具有顯著的溫度敏感性，與TRPV1 受熱激活相關(guān)［4］。TRPV4的TM3～TM4與TRPV1相應(yīng)區(qū)域的序列有很高的相似性，其TM3～TM4 區(qū)的幾個(gè)突變會(huì)影響TRPV4 對(duì)熱的敏感性，位于TM4 C 末端的兩個(gè)殘基（Tyr591和Arg594）的突變對(duì)TRPV4 的受熱激活起作用［75］。因此認(rèn)為，TRPV4 錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域ARD的某些特定突變也可能會(huì)影響通道活性，TM3 和TM4在熱刺激激活TRPV4中起核心作用。

1.3 TRPV4 受熱激活對(duì)體溫的調(diào)節(jié)作用 人體體溫調(diào)節(jié)中樞主要位于下丘腦視前區(qū)（POA），POA 對(duì)維持正常體溫和調(diào)節(jié)機(jī)體發(fā)熱具有重要作用。研究表明，TRPV4 在POA 區(qū)有明顯表達(dá)，與機(jī)體發(fā)熱存在密切聯(lián)系。BOLTANA 等［6］通過研究斑馬魚發(fā)熱，發(fā)現(xiàn)TRPV1、TRPV4和PGE2共同調(diào)節(jié)發(fā)熱的發(fā)展過程，而TRPV4表達(dá)降低有助于發(fā)熱的產(chǎn)生。YADAV等［7］報(bào)道，下丘腦視前內(nèi)側(cè)區(qū)存在 TRPV4，激活TRPV4 降低體溫，而其阻斷則導(dǎo)致高熱。TRPV4 是溫度調(diào)節(jié)機(jī)制的關(guān)鍵因素，TRPV4 不僅在熱傳導(dǎo)中起作用，中樞和外周TRPV4 通道可能共同起溫度調(diào)節(jié)的作用［8］。以上研究表明，TRPV4 被激活后參與體溫負(fù)反饋調(diào)節(jié)，其具體作用機(jī)制目前尚未明確，可能與TRPV4跨膜結(jié)構(gòu)域、多通道相互作用有關(guān)。

2 TRPV4受熱激活參與相關(guān)疾病發(fā)生的機(jī)制

2.1 TRPV4 激活在腦水腫中的作用機(jī)制 腦水腫是臨床常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一，在腦水腫的形成和消退過程中水通道蛋白4（AQP4）起著關(guān)鍵作用。AQP4 與TRPV4 共表達(dá)與腦水腫的嚴(yán)重程度明顯相關(guān)，但AQP4/TRPV4 復(fù)合體用于體溫過低進(jìn)行水腫治療方面是有害的［9］。腦缺血患者的局部缺血區(qū)域引起腦溫異常升高會(huì)激活TRPV4，增加腦水腫的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。缺血性腦損傷動(dòng)物模型中，TRPV4 基因缺陷型小鼠在高溫情況下，激活TRPV4 不會(huì)誘發(fā)腦水腫，但基因正常小鼠則會(huì)誘發(fā)腦水腫［10］。最新研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷可通過抑制TRPV4 和AQP4 的通道開放，改善大鼠腦缺血所致的腦水腫［11］。因此，對(duì)于有腦部疾病的患者，在疾病誘導(dǎo)體溫升高的情況下會(huì)激活TRPV4，從而加劇腦水腫的發(fā)生概率，而TRPV4 拮抗劑相關(guān)藥物的研究可用來預(yù)防和治療腦水腫。

2.2 TRPV4 激活在癲癇中的作用機(jī)制 癲癇主要與中樞神經(jīng)元興奮或抑制的失衡有關(guān)，選擇性離子通道、神經(jīng)元中膠質(zhì)細(xì)胞和突觸的傳遞與連接等功能障礙均可導(dǎo)致這種失衡。近年研究發(fā)現(xiàn)，非選擇性離子通道TRPV4 對(duì)癲癇具有潛在作用。TRPV4在海馬神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，受熱激活TRPV4 會(huì)使癲癇小鼠模型的癲癇發(fā)作程度顯著增加，且野生型小鼠明顯高于TRPV4 基因缺陷型小鼠［12］。激活TRPV4 時(shí)，癲癇發(fā)作的機(jī)制可能是通過促進(jìn)突觸前谷氨酸的釋放和增加突觸后部分受體的功能來介導(dǎo)［13］。人體在持續(xù)發(fā)熱情況下，既會(huì)激活TRPV4，又可能產(chǎn)生癲癇癥狀；而癲癇的發(fā)作會(huì)使腦溫升高進(jìn)一步激活TRPV4，腦部神經(jīng)元過度興奮，持續(xù)異常放電，癲癇發(fā)作更劇烈。因此，通過研究如何使腦部降溫，從而抑制TRPV4，或者研究TRPV4拮抗劑來抑制癲癇發(fā)作，成為新的預(yù)防癲癇發(fā)作的研究方向。

2.3 TRPV4 激活在皮膚瘙癢中的作用機(jī)制 皮膚受到外界冷熱刺激時(shí)，機(jī)體會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)。TRPV4 存在于多種皮膚細(xì)胞中，其過量表達(dá)或缺陷會(huì)參與皮膚屏障受損、瘙癢和炎癥等疾病的病理發(fā)展過程。最近研究發(fā)現(xiàn)，TRPV4 誘發(fā)的皮膚瘙癢癥狀與神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺有關(guān)［14］。使用激動(dòng)劑激活局部皮膚細(xì)胞中的TRPV4，可能會(huì)通過體溫調(diào)節(jié)作用促進(jìn)皮膚表面的熱量流失，從而導(dǎo)致局部皮膚的溫度下降；而使用拮抗劑可導(dǎo)致溫度上升［15］。TRPV4主要表達(dá)于角質(zhì)形成細(xì)胞中，在33 ℃和38 ℃時(shí)，皮膚溫度較高時(shí)，瘙癢抓撓行為隨之增加，瘙癢癥也會(huì)狀加??；但TRPV4 拮抗劑的使用會(huì)減緩瘙癢癥狀［16］。激活TRPV4 可介導(dǎo)皮膚血管擴(kuò)張，在體溫調(diào)節(jié)中起到一定的作用［17］。因此，皮膚溫度升高，激活TRPV4 可能會(huì)加劇瘙癢癥狀的發(fā)生，而TRPV4 拮抗劑可用于治療因局部皮膚溫度升高造成的瘙癢。

2.4 TRPV4 激活在新生兒缺陷中的作用機(jī)制 新生兒出生時(shí)，所攜帶的缺陷是胎兒在母體發(fā)育過程中受物理化學(xué)或疾病感染等多方面種因素導(dǎo)致的。且新生兒出生后帶有心臟和面部的生理缺陷非常普遍，但其病因尚不明。研究表明，育齡期女性妊娠早期發(fā)熱造成胎兒心臟和面部的缺陷與TRPV4 的表達(dá)相關(guān)［18］。TRPV4 表達(dá)于顱腦和心臟發(fā)育相關(guān)的神經(jīng)嵴細(xì)胞中，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，高溫（40～41 ℃）影響雛雞胚胎發(fā)育中的神經(jīng)嵴細(xì)胞，高溫狀態(tài)下孵化的雛雞既出現(xiàn)上喙長度變短的顱面缺陷，又出現(xiàn)心血管方面的缺陷［19］。由此可見，TRPV4 的活性及正常表達(dá)對(duì)于生物體胚胎顱面部和心臟的正常發(fā)育至關(guān)重要，神經(jīng)嵴細(xì)胞中的TRPV4 受熱激活會(huì)使新生兒在胚胎期發(fā)育致畸這一發(fā)現(xiàn)，為解決新生兒出生攜帶缺陷提供了新思路和探索方向。

2.5 TRPV4 激活在精子趨熱性中的作用機(jī)制TRPV4 主要存在于脊椎動(dòng)物的精子中，TRPV4 在精子細(xì)胞中的表達(dá)和定位不同，可能是精子運(yùn)動(dòng)的重要決定因素。哺乳動(dòng)物的精子受環(huán)境溫度的影響，會(huì)從溫度較低部位向溫度較高部位運(yùn)動(dòng)，這種趨熱性在精子運(yùn)動(dòng)過程中起重要的導(dǎo)向作用。精子的趨熱性運(yùn)動(dòng)方式可由調(diào)節(jié)精子鞭毛的Ca2+誘導(dǎo)產(chǎn)生，而TRPV4 激活會(huì)誘導(dǎo)Ca2+濃度升高，調(diào)節(jié)精子生理活性，促進(jìn)精子趨熱運(yùn)動(dòng)。在36.2～38.4 ℃條件下，TRPV4 基因敲除和TRPV4 拮抗劑會(huì)使小鼠精子在高溫下遷移率降低［20］。TRPV4 可能直接參與小鼠精子的這種趨熱運(yùn)動(dòng)，但精子的趨熱性可能還受Ca2+濃度或其他溫敏離子通道共同作用的影響［21］。因此，TRPV4 在精子的趨熱運(yùn)動(dòng)中起著重要作用，而激活或抑制TRPV4 造成的Ca2+濃度變化，能否影響精子相關(guān)的生理活動(dòng)和應(yīng)用于男性不育治療仍需進(jìn)一步研究探索。

綜上所述，在生物體多個(gè)器官和組織中均被證實(shí)存在TRPV4功能性表達(dá)，而TRPV4表達(dá)的變化以及激活和抑制等在機(jī)體的體溫變化和調(diào)節(jié)中具有重要作用。當(dāng)機(jī)體溫度升高激活TRPV4 或使其表達(dá)增多時(shí)，可引起腦水腫和癲癇發(fā)作的加劇；TRPV4的活性及正常表達(dá)影響新生兒面部與心臟缺陷和精子活動(dòng)趨熱性。鑒于TRPV4 受熱激活在腦水腫和瘙癢等疾病中起到一定的作用，研究中使用TRPV4抑制劑會(huì)緩解相關(guān)癥狀，期望通過對(duì)TRPV4 進(jìn)行靶向藥物設(shè)計(jì)，研究新的抑制劑進(jìn)行疾病的治療。最近有研究將TRPV4 與新型冠狀病毒（COVID-19）結(jié)合［22-23］，希望研究出能夠治療或減輕患者肺部炎癥的TRPV4 抑制劑，為減少嚴(yán)重呼吸疾病引起的并發(fā)癥，降低新冠患者發(fā)病率和病死率而努力。通過對(duì)TRPV4 的多方面研究，有助于揭示疾病的發(fā)病機(jī)理和相關(guān)藥物所作用的通路等，為發(fā)現(xiàn)藥物作用的具體靶點(diǎn)提供借鑒，進(jìn)一步為發(fā)熱相關(guān)疾病的預(yù)防及治療開辟新的方向。