TRPM7在細胞Mg2+穩態調控中的作用及心血管生理學意義

溫 燕，洪炳哲，李勝范

鎂離子(Mg2+)是哺乳動物心肌細胞內含量最多的二價陽離子，大量基礎研究證實它在細胞代謝、生長、離子轉運、ATP酶活化等多種生物學功能方面起著重要作用。早期臨床研究發現，體內Mg2+代謝紊亂與心血管疾病尤其是缺血性心臟病和高血壓病關系密切，且對這些疾病進行補鎂治療有效［1-2］。其中，細胞內游離狀態的Mg2+在上述疾病的病理生理學過程中起主要作用。因此，維持細胞內Mg2+濃度在正常范圍內具有重要的生物學意義。

早在80年代曾有學者在對骨骼、平滑肌、心肌等組織Mg2+的研究中顯示，跨膜電化學電位可能在維持細胞內Mg2+濃度方面起著重要作用［3］，從而提示，細胞內的Mg2+濃度是受Mg2+外流、Mg2+內流、胞內緩沖和胞內區室化等一套精密的調控機制所調節［4］，之后，人們就此展開了一系列研究。目前為止發現的哺乳動物細胞內參與介導Mg2+跨膜轉運的轉運蛋白主要有:Mrs2p，TRPM7，TRPM6，MagT1，TUSC3，SLC41A1，SLC41A2，SLC41A3，ACDP1，ACDP2，ACDP3，ACDP4，MMgT1，MMgT2，NIPA1，NIPA2，NIPA3，NIPA4，HIP14，HIP14L，MagC1等，已有學者就這些轉運蛋白的結構、功能、編碼基因鑒定等做了大量研究工作，研究成果在其近期的綜述中已詳盡描述［5］，在此不再贅述。近年來，研究認為TRP超家族中的兩個成員TRPM6和TRPM7(Transient receptor potential melastatin-related 7 channel)在調控哺乳動物細胞內Mg2+平衡中起著重要作用。在心血管系統中，TRPM6和TRPM7均有表達［6］，其中TRPM7表達豐富，TRPM6則表達極少。因此，闡明心血管系統中的TRPM7對Mg2+的調節機制，可進一步解釋與Mg2+代謝紊亂相關的心血管疾病的病理生理機制，并在臨床治療方面有指導意義。

1 TRPM7對胞內鎂離子的調節機制

TRPM7對多種二價陽離子具有通透性，包括 Ca2+、Mg2+和Zn2+等陽離子，參與維持機體Mg2+的穩態。TRPM7是TRP通道Melastatin相關家族的成員之一，由1863個氨基酸構成的六次跨膜蛋白，在心肌細胞上該通道對Mg2+優先通透。近年來，隨著對TRPM7的深入研究，人們對其結構有了更為準確的認識，因其結構不同其相應也有一些其他的稱謂，如因其是一種具有陽離子通道和蛋白激酶雙重結構的膜蛋白，故被稱為“通道激酶”(channel kinase)［7］;因其在氨基酸序列上屬于α-激酶(alpha-protein kinase)家族成員，而被稱為ChaKl(channel alpha-kinase one);其C端胞內區含有與磷脂酶C(phospholipase C，PLC)相互作用的結構域，因此TRPM7又被稱為TRP-phospholipase C interacting kinase(TRP-PLIK)。另外，有研究表明TRPM7通道活性可被細胞內游離Mg2+和MgATP所抑制，故也被稱為MIC通道(鎂抑制性通道)［8］，但該稱謂并不具有特異性，有人也將受胞內Mg2+抑制的一類通道統稱為鎂抑制性通道(其中包括TRPM7、TRPM6、TRPM7L 及其他尚未確定的通道蛋白)［9］。Mg2+與TRPM7之間可能的作用機制為:當胞內Mg2+或MgATP濃度(該濃度在不同的細胞中和不同的實驗條件下亦有所不同，一般需在毫摩爾濃度范圍內)升高時可抑制通道活性，減少胞外Mg2+涌入胞內，而且這種抑制作用與胞內ATP濃度無關，同時，胞內的Ba2+、Sr2+和Mn2+有與Mg2+類似的作用［10］，但另有研究認為Mg2+或MgATP對該通道沒有直接的抑制作用［11］，而可能是通過作用于信號轉導通路中的其他物質間接影響其活動，目前研究發現可能與磷脂酶C(PLC)家族的某些成員以及磷脂酰肌醇 4，5-二磷酸(PIP2)的水解有關［9，11-12］。也有研究顯示，TRPM6 分子與TRPM7分子形成的異聚體通道的離子流明顯大于TRPM7的同聚體通道，TRPM6分子與TRPM7分子的相互作用能促進二價陽離子內流［13］。所有這些研究均表明，TRPM7具有調控胞內［Mg2+］i和參與胞內信號傳導的功能［6］。

關于TRPM7的調鎂機制，雖已進行了不少基礎研究，但其具體機制仍不清楚。目前為止的研究結果可概括為:1.TRPM7可影響腸道對Mg2+的吸收，TRPM7缺陷的小鼠糞中的Mg2+排泄有明顯升高［14］;2.TRPM6不能單獨作用調節Mg2+的跨膜轉運，而需與TRPM7協同作用，但TRPM6缺陷的患者同樣可引起低鎂血癥，如HSH(遺傳性低鎂血癥)患者，最近的研究發現TRPM6的突變是HSH潛在的基因缺陷［15］;3.TRPM7激酶區可能在TRPM7的調鎂機制中發揮重要作用，因為小鼠TRPM7激酶區的缺失可進一步觸發未知機制，最終導致低鎂血癥表型［16］。目前研究較多的是TRPM7激酶區在TRPM7調鎂機制中的具體功能和作用方式，以及其在TRPM7的其他功能發揮中的作用機制。

2 TRPM7介導的Mg2+轉運在心血管系統中的生理學意義

2.1 心肌細胞的TRPM7 分子生物學和免疫組織化學法證實心肌細胞中表達的TRP通道包括TRPC、TRPM和TRPP亞家族［17］，小鼠的竇房結中分布有 TRPC1、TRPC3、TRPC4、TRPC6、TRPM4［18］，結外組織中有 TRPC3、TRPC6、TRPV4、TRPV6、TRPM4、TRPM7、TRPP2［19］。其中只有 TRPC1、TRPC3、TRPM(TRPM4，TRPM5，TRPM7)以及 TRPP 通道具有心臟電生理特性［20］。研究表明［21］，TRPM7在心肌組織中高表達。

心肌細胞內的TRPM7通道的重要特征之一是可被胞內Mg2+抑制且具有Ca2+通透性，目前，人們對于心肌細胞上的TRPM7通道的研究較少，TRPM7在心肌細胞上的功能、作用特點和生物學意義仍不清楚。國內學者在研究人類心房成纖維細胞上的TRPM7中發現:1.TRPM7是人類心房成纖維細胞上鈣的主要滲透通道;2.TRPM7負責鈣進入人類心房成纖維細胞;3.房顫患者成纖維細胞中的TRPM7明顯上調;4.TRPM7對人類心房成纖維細胞的分化是必需的;5.TRPM7在TGF-β1(人轉化生長因子β1)誘導的成纖維細胞增殖中的作用:將用Scr-shRNA或TRPM7-shRNA預處理的人類心房纖維母細胞暴露于TGF-β1(10 μg·L-1)，結果成纖維細胞的數量明顯減少，這表明，TRPM7也參與TGF-β1引起的心臟成纖維細胞增殖［22］。亦有研究證實小鼠成纖維細胞上富含TRPM7表達［23］。上述結果對于預防和改善房顫、心肌梗死等心臟疾病引起的心肌纖維化有指導意義，TRPM7可能將成為這些疾病遠期治療的靶點，但仍然需要進行大量基礎和臨床研究。

近年來研究發現，心肌細胞膜表達一種鎂抑制的瞬時受體電位7樣(TRPM7L)通道［24］。該通道也是受心肌細胞內Mg2+抑制的陽離子通道，并顯示類似TRPM7通道的藥理和孔隙特性［21］。但TRPM7L與TRPM7之間的關系尚不清楚，有研究認為TRPM7可能是構成TRPM7L的分子基礎［21］，這與在一項觀察小鼠心肌梗死后成纖維細胞上TRPM7L電流的變化及其對Ca2+信號的影響的研究結果是一致的［23］。研究還發現該通道對pH敏感［25］，但其活性依賴于細胞內ATP，可能的原因是，脂質激酶產生的PIP2對維持心臟TRPM7L通道的活動是必需的，而這一過程需要 ATP的參與［21］，這一結果與前述 TRPM7的一般特性之間有矛盾之處，由此可見，TRPM7L與TRPM7在功能上有相似之處，而在結構上可能存在一定的差異。研究發現鳥嘌呤核苷酸可以通過G蛋白和PIP2的代謝相關機制調節心臟的TRPM7L通道，而在慢性疾病，如肥厚性心肌病、糖尿病性心肌病、充血性心力衰竭的患者中，PIP2水平降低［24］，從而推測心肌細胞上的TRPM7L通道可能與上述疾病的發生發展有一定關系。也有研究認為致纖維化因素(缺血、酸中毒等)通過調節TRPM7L介導的Ca2+信號機制影響小鼠成纖維細胞的病理生理功能，在心肌纖維化的形成中可能發揮重要作用［23］。因此，明確心肌細胞上的TRPM7L的分子結構和生物學功能，及其與TRPM7之間的功能關系，對心肌纖維化疾病的預防和治療有重要意義。

2.2 血管平滑肌細胞的TRPM7 逆轉錄聚合酶鏈反應和免疫印跡證明TRPM7通道也在血管平滑肌細胞中表達(細胞膜和細胞質)［23，26］。并有研究證實，血管平滑肌上的TRPM7通道除了參與平滑肌細胞Mg2+穩態的調節外，還與血管平滑肌細胞的生存、增殖、收縮或擴張等密切相關［23，26］，然而其具體的調節機制和生物學功能仍不清楚。

近年來，不少學者研究證實血管平滑肌細胞的TRPM7通道受血管活性藥物的調節，如血管緊張素Ⅱ(angiotensin-Ⅱ，Ang-Ⅱ)、醛固酮等，同時也受緩激肽的調節。有研究發現血管緊張素Ⅱ和醛固酮可增加血管平滑肌細胞TRPM7的表達，并認為血管平滑肌細胞TRPM7通道在調節基礎［Mg2+］i、Mg2+跨膜運輸以及核酸和蛋白質合成中起作用［26］，結合Mg2+的生物學功能，不難解釋TRPM7與平滑肌細胞的生存、增殖的相關性。另有研究表明，緩激肽可通過磷脂酶C、蛋白激酶C、c-src及腺苷依賴途徑調節TRPM7及其下游靶因子膜聯蛋白-1(annexin-1)，從而調節血管平滑肌細胞游離鎂離子的濃度和遷移，該過程是經緩激肽2型受體(B2受體)介導的［27］。通過對血管平滑肌細胞TRPM7的亞細胞定位及在緩激肽介導的炎癥信號中TRPM7通道的作用研究表明，血管平滑肌細胞經緩激肽刺激后，其TRPM7表達上調，且蛋白酶和炎癥介質調節劑VCAM-1和COX-2部分上受經B2受體的 TRPM7和磷脂酶 C-依賴途徑的調節［28］。這些結果證實可能存在一個新的緩激肽信號通路，該通路涉及到TRPM7的參與，并有Mg2+的跨膜轉運，這一通路可能在B2受體介導的血管炎癥反應中起作用。

2.3 內皮細胞上的TRPM7 已有研究證實有功能的TRPM7通道存在于血管內皮細胞［29］。在內皮細胞中，由VEGF(血管內皮生長因子)和bFGF(堿性成纖維細胞生長因子)誘導的細胞生長與胞內［Mg2+］i的增加有關［30，31］，而在細胞周期的G1期中TRPM7介導Mg2+快速內流［16］。因此，沉默TRPM7 可能會導致細胞增殖受抑制［16，32，33-36］，但人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)是目前為止唯一例外的報道［24］。研究發現:經siRNA轉染而使HUVECs上的TRPM7沉默或用2-氨基乙基二苯硼酸酯(2-APB，一種非特異性TRPM7阻斷劑)抑制 TRPM7的功能，可增加細胞外信號調節激酶(ERK)的磷酸化作用并增強HUVECs的生長或增殖，這種被強化的細胞的生長或增殖可被ERK信號通路抑制劑所阻滯［29］。最新的一項研究也支持該結果，同時發現，胞外鎂缺乏可抑制HUVECs的生長，而對微血管內皮細胞(HMEC)而言，胞外鎂缺乏和沉默TRPM7均可使細胞遷移受損并抑制其生長［37］，他們認為TRPM7沉默后之所以在兩種細胞中出現不同的增殖表型，是由于ERK磷酸化作用不同，TRPM7沉默后，HUVECs的ERK磷酸化作用增強，而HMEC的ERK磷酸化作用受損。已知，ERK磷酸化是RAF/MEK/ERK信號通路下游的一個關鍵組件，ERK被激活后并被易位到細胞核，繼而在細胞核中誘導細胞增殖，存活和分化等基因表達［29］。由此可見，血管內皮細胞上的TRPM7通道可能對于血管生成方面有特殊的意義，尤其對于缺血組織的血運重建可能有重要的臨床意義，有望成為再生醫學的一個治療靶點，因此，對TRPM7通道的作用機制的深入研究是十分有必要的。

3 結語

綜上所述，TRPM7通道無疑是調節人體內Mg2+平衡的一種重要通道，其在心肌細胞、血管內皮細胞、血管平滑肌細胞等多個器官組織中均有廣泛表達，它所介導的Mg2+轉運或其自身的作用機制對心肌細胞、血管平滑肌細胞、血管內皮細胞的生長、增殖、功能等有重要的影響，并可影響機體內Ang-Ⅱ、醛固酮等一系列激素的生成與釋放，從而與高血壓、動脈硬化、心肌纖維化、心律失常等心血管疾病的發生發展有一定的相關性。若能闡明TRPM7在這些心血管疾病中的具體作用機制，那么對上述疾病在分子水平上的預防和治療又可提供一個新的靶點。

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