劉張弛 楊波

(武漢大學人民醫(yī)院心內(nèi)科 武漢大學心血管病研究所 心血管病湖北省重點實驗室,湖北 武漢 430060)

Arrhythmia

心血管疾病發(fā)病率隨著中國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展逐漸增加,給社會造成了巨大的經(jīng)濟負擔。根據(jù)中國2021年的心血管健康與疾病報告,心血管疾病的患病率和死亡率持續(xù)增高,現(xiàn)已成為中國居民死亡的首因。在中國的城市中心血管疾病占死因的44.26%,在鄉(xiāng)村中占46.74%,是目前中國居民健康的頭號殺手[1]。因此,對心血管疾病的防治是當務之急。

自從1990年瞬時受體電位(transient receptor potential,TRP)家族被發(fā)現(xiàn),目前已證實幾乎所有的哺乳動物的不同細胞中均有其分布[2]。其中瞬時受體電位香草酸亞型(transient receptor potential vanilloid,TRPV)最初在神經(jīng)病學領域被描述為介導疼痛和拉伸刺激傳遞的關鍵通道,隨后在其他領域中逐漸被證實能發(fā)揮各種各樣的作用[3]。在心血管領域中目前研究最為廣泛的是TRPV1～4,它們被認為可參與心血管功能的調(diào)節(jié)及心血管結構的穩(wěn)定。其中TRPV4是最晚被發(fā)現(xiàn)的,但目前越來越多的研究證實它在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用,這說明TRPV4未來作為防治心血管疾病的靶點具有可靠前景。

1 概述

1.1 TRP家族

TRP是一類具有相似整體結構的離子通道,根據(jù)其同源性的區(qū)別可分為6個亞家族——TRPV(vanilloid)、TRPC(carnical)、TRPA(ankyrin)、TRPP(polycystin)、TRPM(melastatin)和TRPML(mucolipin)。其中TRPV家族的命名源自于最早被發(fā)現(xiàn)的TRPV1,因其可被天然物質(zhì)辣椒素(vanilloid)激活,其后所發(fā)現(xiàn)的與TRPV1具有相同氨基酸序列的蛋白便沿用了這個名字[2]。

1.2 TRPV4的發(fā)現(xiàn)及結構

TRPV4最早在不同的實驗室中被發(fā)現(xiàn)并分別命名,最終這些蛋白被證實是同一種蛋白并命名為TRPV4[4]。最早的實驗[5-6]僅提供了心臟中TRPV4的mRNA的表達,而隨后的研究[7]證實了心臟中存在TRPV4的蛋白表達,并且發(fā)現(xiàn)TRPV4與心臟的病理狀態(tài)存在密切聯(lián)系[8-9]。

TRPV4是一個對滲透敏感、通過容量調(diào)節(jié)、非特異性的陽離子通道[9]。這個發(fā)現(xiàn)在當時被認為是不合常理的,因為由滲透激活的容量調(diào)節(jié)通道通常被認為是由專門的陰離子通道組成[10]。與其他TRPV通道類似,TRPV4也由6個跨膜α螺旋組成,在第5和第6亞基之間有1個孔環(huán),Ca2+及部分其他陽離子可通過這個孔環(huán)進入細胞[11]。TRPV4通常以同四聚體的形式組裝[12],但隨后的研究[13]報道TRPV4同樣具有異四聚體結構。

2 TRPV4與心血管疾病

2.1 TRPV4與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是一種進展性疾病,其特征是動脈的慢性炎癥反應和纖維脂肪病變,并且是腦梗死和心肌梗死的主要原因[14]。血管內(nèi)皮損傷標志著動脈粥樣硬化的開始,因此維持血管內(nèi)皮的穩(wěn)態(tài)對延緩動脈粥樣硬化有重要的作用。而Ca2+的調(diào)控在血管內(nèi)皮功能的維持中發(fā)揮十分重要的作用[15]。在最近的一項研究[16]中,通過特異性敲除內(nèi)皮細胞中的TRPV4通道來探究其作用。結果顯示基因敲除損害了完整血管內(nèi)皮中Ca2+瞬變的產(chǎn)生,并改變了內(nèi)皮刺激引起的Ca2+信號募集的正常模式。這些發(fā)現(xiàn)表明,內(nèi)皮TRPV4通道在Ca2+依賴性血管穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中起著重要作用。另外一項研究[17]發(fā)現(xiàn),血管僵硬度增加通過誘導內(nèi)皮功能障礙加速心血管疾病的發(fā)展,而TRPV4在這個過程中起到了重要的調(diào)控作用,使用特異性激動劑或拮抗劑作用于TRPV4通道會導致血管內(nèi)皮功能障礙的減少或增加。

攝取氧化或其他修飾的低密度脂蛋白(low-density lipoprotein,LDL)顆粒會導致巨噬泡沫細胞形成,這是動脈粥樣硬化發(fā)展的關鍵過程。之前的研究[18]顯示,牙齦卟啉單胞菌是牙周病的主要病原體,已被報道可加速動物模型中的促動脈粥樣硬化過程,并通過各種機制發(fā)揮其作用,包含促進巨噬細胞吞噬氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein,oxLDL)顆粒,而TRPV4可調(diào)控這一過程。另一研究[19]報道在機械刺激的作用下,TRPV4是巨噬細胞內(nèi)化oxLDL和形成巨噬泡沫細胞所必需的,TRPV4功能喪失會減少泡沫細胞的形成。Ca2+信號同樣可調(diào)控多種巨噬細胞功能,包括吞噬作用、泡沫細胞形成等。在一項關于銀杏黃素(一種黃酮類物質(zhì), TRPV4天然抑制劑)的研究[20]中,作者發(fā)現(xiàn)銀杏黃素阻斷TRPV4誘導的Ca2+內(nèi)流進入巨噬細胞,進而抑制巨噬細胞攝取oxLDL誘導的泡沫細胞形成而發(fā)揮其抗動脈粥樣硬化作用。結合上述研究,TRPV4對Ca2+的調(diào)控作用似乎是其發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用的重要機制。乙?；兔芏戎鞍?(acetylated low-density lipoprotein,acLDL)顆粒是另一種參與動脈粥樣硬化形成的LDL顆粒,近期的一篇報道[21]表明抑制TRPV4會增加巨噬細胞對acLDL的吞噬作用,這似乎與上面的結論相悖。而早年的一項研究[22]同樣顯示了TRPV4的動脈粥樣硬化保護功能,其中TRPV4在內(nèi)皮細胞中的功能與內(nèi)皮型一氧化氮合酶的激活和抑制單核細胞與內(nèi)皮細胞的黏附有關。

因此,目前關于TRPV4在動脈粥樣硬化中的作用仍具有爭議,但不可否認的一點是,TRPV4在動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展中起到了重要的作用。并且目前所進行的研究均為體外細胞實驗,因此在體內(nèi)進行相關的實驗探究是有必要的,載脂蛋白E缺陷小鼠是已建立的良好的動脈粥樣硬化鼠模型[23]。為了更好地理解TRPV4與動脈粥樣硬化之間的聯(lián)系,利用載脂蛋白E/TRPV4雙敲除小鼠模型闡明該通道的體內(nèi)作用并確定相關的分子機制至關重要。

2.2 TRPV4與高血壓

高血壓是中國患病率最高的心血管疾病,其定義為體循環(huán)的動脈血壓增高,可伴有心、腦、腎等器官功能或器質(zhì)性損害的臨床綜合征。在高血壓的發(fā)生與進展中,血管內(nèi)皮細胞同樣起到了關鍵的作用。越來越多的證據(jù)表明,依賴TRPV4內(nèi)流的Ca2+在血管床內(nèi)皮依賴性血管舒張中發(fā)揮重要作用,并且參與了一些血管床內(nèi)皮功能障礙的病理生理過程[24]。

血管內(nèi)皮細胞通過細胞內(nèi)Ca2+的升高產(chǎn)生一氧化氮引起血管舒張[25-26],Boudaka等[27]發(fā)現(xiàn)腸系膜動脈出現(xiàn)內(nèi)皮依賴性的血管舒張功能受損,其主要原因就是由于TRPV4下調(diào)所導致的一氧化氮減少。而同時內(nèi)皮細胞內(nèi)Ca2+的升高通過小電導Ca2+激活K+通道(small conductance Ca2+-activated K+channels,SKCa)和中間電導Ca2+激活K+通道(intermediate conductance Ca2+-activated K+channels,IKCa)的激活產(chǎn)生內(nèi)皮依賴性超極化(endothelium-dependent hyperpolarization,EDH),并通過肌內(nèi)皮縫隙連接擴散到鄰近的平滑肌細胞,也可引起許多血管床的血管舒張。對EDH介導的血管舒張功能的損害極大地導致了遺傳性高血壓大鼠的內(nèi)皮功能障礙[26]。Seki等[28]也表明內(nèi)皮TRPV4的開放和隨后的SKCa和IKCa的激活是正常血壓Wistar-Kyoto(WKY)大鼠腸系膜上動脈產(chǎn)生EDH的先決條件。并且證明了內(nèi)皮細胞TRPV4和SKCa的表達減少和功能降低引起了自發(fā)性高血壓大鼠腸系膜上動脈EDH介導的舒張功能受損。這兩項研究都強調(diào)內(nèi)皮細胞TRPV4是導致遺傳性高血壓內(nèi)皮功能障礙的關鍵因素。

在血管緊張素Ⅱ誘導的高血壓小鼠的腎實質(zhì)小動脈中,TRPV4和SKCa的表達減少和功能降低減少了TRPV4激動劑所誘導的血管舒張[29]。 觀察到這些小鼠血漿醛固酮水平升高,并且給予選擇性鹽皮質(zhì)激素受體拮抗劑——依普利酮,能在不影響血壓水平的情況下恢復降低的TRPV4和SKCa的表達及功能[29-30],提示醛固酮在血管緊張素Ⅱ所致高血壓中降低了腎實質(zhì)小動脈TRPV4和SKCa的表達。Zhang等[31]最近發(fā)現(xiàn)在高鹽飲食引起的高血壓小鼠主動脈中,依賴TRPV4的Ca2+內(nèi)流誘導內(nèi)皮依賴性血管收縮,可能與環(huán)氧合酶-2表達增加有關。

結合上述研究,目前大部分研究中激活TRPV4似乎是有益的,對血管舒張功能起到了保護性作用,但仍有研究發(fā)現(xiàn)TRPV4會介導血管收縮。因此,探究更多關于TRPV4對血管內(nèi)皮及血壓的影響及其機制是必要的,在將來似乎可將TRPV4作為治療高血壓的一個潛在靶點。

2.3 TRPV4與心肌梗死

心肌梗死是常見心血管疾病中最為緊急的一種,目前有賴于冠狀動脈介入的發(fā)展而大大降低了死亡率,然而心肌梗死后所伴隨的并發(fā)癥如術后心律失常或心力衰竭等仍不可忽視。缺血再灌注(ischemia reperfusion,IR)所引起的心肌損傷是導致術后并發(fā)癥發(fā)生的重要機制。

第一個證明TRPV4在心肌IR損傷中起關鍵作用的研究[32]是在心肌梗死模型——結扎左前降支的小鼠中進行的,不管是否使用TRPV4特異性抑制劑,TRPV4 的mRNA和蛋白表達在IR損傷后均呈時間依賴性升高,而在IR后24 h使用TRPV4拮抗劑可減少梗死面積,增加射血分數(shù)。通過TUNEL染色檢測,TRPV4拮抗劑減少了IR誘導的心肌細胞凋亡。從該小組隨后的論文中也得到了類似的結果,這些結果在TRPV4基因敲除老鼠中進行了重復,使用缺氧培養(yǎng)的大鼠心肌細胞系(H9C2)和新生大鼠心室肌細胞,闡述了TRPV4參與IR損傷的更詳細機制[33]。如前所述,TRPV4拮抗劑改善了IR后的結果,該組還證明了TRPV4激動劑分別對細胞和整個心臟的缺氧再灌注和IR損害的加劇作用。這些模型中減輕TRPV4依賴性缺氧再灌注和IR損傷的機制后來被證明與改善抗氧化能力和減少活性氧生成有關[34]。在最新的研究中,Zhang等[35]使用小鼠心臟和小鼠心肌細胞系(HL-1)分別進行了體內(nèi)和體外的評估,與前面的研究一致,使用TRPV4特異性激動劑——GSK101會加劇心臟IR的損傷。在IR期間,GSK101可進一步增加分離出來的心臟中c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)和Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ,CaMKⅡ)的磷酸化。TRPV4拮抗劑或TRPV4基因敲除可顯著減少GSK101誘導的上述作用。在HL-1心肌細胞中,GSK101觸發(fā)Ca2+內(nèi)流并誘發(fā)JNK和CaMKⅡ的磷酸化,但這些作用通過去除細胞外Ca2+或在TRPV4拮抗劑的存在下被消除。這些數(shù)據(jù)[35]表明,TRPV4激活通過JNK-CaMKⅡ磷酸化途徑加劇了心肌IR損傷。Peana等[36]在老年小鼠離體灌注心臟中檢查 IR后TRPV4對心肌細胞膜電位的影響。 IR后,TRPV4導致膜電位去極化,動作電位動力學減慢,室性心律失常發(fā)生率增加。研究顯示TRPV4在IR后衰老相關的心律失常中的作用,提示TRPV4可能是老年心肌梗死后的治療靶點。

目前關于TRPV4與心肌梗死的相關研究均顯示出TRPV4對IR后損傷的加劇作用,這對于未來將TRPV4作為心肌梗死相關治療靶點來說具有肯定的作用。但目前關于TRPV4對心肌梗死后心肌的具體機制探究仍較局限,可進一步探索心肌梗死后的心臟炎癥纖維化、血管生成與滲漏等相關機制,并探索更多的相關通路以增加藥物的可選擇性,促進其臨床轉化。

2.4 TRPV4與心律失常

心律失常是指心臟電活動的起源和/或傳導障礙導致心臟搏動的頻率和/或節(jié)律異常,可單獨發(fā)生或與其他心血管疾病伴發(fā)。Liao等[37]的研究是最早明確顯示TRPV4與心律失常關系的。用TRPV4特異性拮抗劑——GSK2193874可使無菌性心包炎大鼠模型中延長的動作電位時程(action potential duration,APD)縮短。用拮抗劑處理模型組后,通過起搏誘發(fā)的心房顫動(房顫)在頻率和持續(xù)時間上均有改善,并且離體心臟的房顫發(fā)生率也有所降低。這些結果提示TRPV4在房顫發(fā)生中起致心律失常作用。Chaigne等[38]隨后對TRPV4在小鼠心臟電生理中的作用進行了研究,小鼠心電圖檢測顯示TRPV4依賴性QT間期延長。隨后通過膜片鉗研究了野生型和TRPV4基因敲除小鼠的心室肌細胞,其中基因敲除小鼠的動作電位復極90%時程(90% of duration of action potential,APD90)顯著縮短。野生型小鼠使用TRPV4激動劑——GSK1016790A使APD90延長,而GSK2193874對TRPV4的拮抗作用使APD90縮短。TRPV4基因敲除小鼠的離體心室Ca2+瞬時振幅也減弱,證實TRPV4參與調(diào)節(jié)心室肌細胞Ca2+通量。QT間期和APD90在體內(nèi)和體外的延長提示TRPV4可能在介導室性心律失常中起到一定的作用。

上文所述的Peana等[36]的研究同樣提示了TRPV4在心律失常中的作用,對于TRPV4與心律失常的研究,目前主要局限于房性和室性心律失常,并且局限于嚙齒動物中,未外推到哺乳動物類進行相關研究,TRPV4與人類房顫發(fā)生發(fā)展的關系目前的證據(jù)尚且不足。因此,仍需更多的研究探索TRPV4與房/室性心律失常的關系以增加其可信度,并且可探索其他心律失常的類型如傳導阻滯等,擴展相關的動物模型并增加心律失?；颊叩南嚓P研究。

3 總結與展望

關于TRPV4在心血管疾病中的研究在近幾年越來越多,因為Ca2+的調(diào)控在心血管系統(tǒng)中具有不可忽視的作用,而TRPV4作為具有Ca2+高通量的陽離子通道自然成為了關注的熱點。從目前的研究來看,TRPV4參與了多種心血管疾病,并通過使用拮抗劑或激動劑均能取得一定的保護效應,但其具體的作用機制仍需進一步的探究。心血管疾病的發(fā)生發(fā)展是緊密聯(lián)系的,因此在一種疾病中無論是使用激動劑還是拮抗劑均需衡量其對其他心血管疾病存在的可能影響。而且目前對于TRPV4的相關藥物研究的安全性及不良反應知之甚少,使用天然藥物如銀杏黃素可能是將來可行的藥物研究方向之一。并且因為目前所進行的相關研究均為基礎研究,多局限于嚙齒動物類,因此仍需開展相關的臨床研究來探究TRPV4在心血管疾病中的作用以及相關藥物的安全性。但不可否認的是,目前看來TRPV4在心血管系統(tǒng)中具有重要的地位,并且在未來是一個很有潛力的心血管疾病的干預靶點。