缺血性腦損傷與瞬時受體電位M通道的研究進展

史翠霞+曹偉+張珂+尹紀娟+陳蕾

[摘要] 缺血性腦血管病是臨床常見病、多發病，其發病機制復雜。鈣超載在缺血性腦損傷中起重要作用。瞬時受體電位M通道（transient receptor potential melastatin，TRPM）是位于細胞膜上的一類重要的非選擇性陽離子通道超家族，對鈣離子有較高的通透性，在缺血性腦損傷中起重要作用，對TRPM通道的研究將成為治療缺血性腦損傷新的靶點。本文就胞內鈣離子超載在缺血性腦損傷中的作用、TRPM通道及其參與的缺血性腦損傷的機制予以綜述。

[關鍵詞] 腦缺血；鈣超載；瞬時受體電位M通道

[中圖分類號] R743.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-0616（2014）05-46-04

隨著世界人口老齡化速度的加快，缺血性腦血管病的發病率逐年升高，現已成為威脅人類生命的最主要疾病之一，因其發病率、致殘率和病死率高，給個人、 家庭和社會帶來巨大的精神壓力和沉重的經濟負擔。近年來研究發現，腦缺血和缺血后再灌能引起一系列病理和生化的變化，主要表現為腦能量耗竭，興奮性氨基酸釋放增加，胞內鈣離子（intracellular calcium concentration，[Ca2+]i）超載，氧自由基產生增加，細胞壞死和凋亡等[1]。其中，胞內鈣離子超載被認為是腦缺血誘導神經元損傷的主要機制。除了NMDA型谷氨酸受體和電壓門控性鈣通道以外，瞬時受體電位通道（transient receptor potential channels，TRP）因其對陽離子的通透性的特點[2]，該通道家族在缺血性腦損傷中的作用受到越來越多的關注，并成為研究的熱點之一。

1 [Ca2+]i與缺血腦損傷

在生理情況下，細胞外鈣離子（calcium，Ca）濃度為1～2mmol/L，細胞內則小于200nmol/L，兩者相差10000多倍。生理情況下，Ca2+主要由Ca2+通道和Na+-Ca2+交換兩種途徑進入胞內，胞內的Ca2+由鈣泵泵出細胞外。細胞內Ca2+處于一個動態平衡的狀態，這種鈣穩態對于維持細胞正常的生理功能有重要的意義[3]。腦缺血缺氧時，由于細胞能量代謝障礙，導致ATP耗竭，鈣泵活性下降，不能將細胞內的Ca2+及時泵出胞外，是導致Ca2+超載的一個原因。由Ca2+通道介導的Ca2+內流主要與谷氨酸釋放增加關系密切[1]。研究表明，腦缺血時，突觸前膜釋放大量的谷氨酸，Glu又通過突觸前非N-甲基-D-天冬氨酸（N-Methyl-D-Aspartate，NMDA）受體激活蛋白激酶C抑制其自身的攝取，加重細胞外谷氨酸的堆積，促進大量的Ca2+經NMDA型谷氨酸受體進入胞內，導致細胞內Ca2+超載[1]。用NMDA受體特異性的阻斷劑MK-801可明顯抑制谷氨酸升高[Ca2+]i的作用[4]。胞內鈣超載可通過以下途徑引起及加重缺血性腦損傷：（1）細胞內鈣超載時，大量鈣離子進入線粒體內，使線粒體內原來外正內負的膜電位減弱或喪失，氧化磷酸化脫偶聯，ATP生成受到抑制，同時電子傳遞鏈中電子外漏，促進自由基的生成，使損傷加重。線粒體中Ca2+增多，可與磷酸氫根，促進了缺氧性酸中毒的發生。干擾氧化磷酸化過程，導致能量產生障礙；（2）胞內鈣超載可致胞漿內或溶酶體內Ca2+依賴性酶和磷脂酶大量激活，分解細胞膜結構，破壞細胞骨架，導致細胞死亡；（3）細胞內Ca2+升高激活磷脂酶A和磷脂酶C，分解細胞膜磷脂，產生大量游離脂肪酸（如花生四烯酸），這些脂肪酸在代謝過程中產生大量的自由基，加重細胞損傷；另外脂肪酸的代謝產物也可激活血小板，形成微血栓，進而增加缺血區面積和梗死范圍，加重腦損傷；（4）腦缺血時，腦血管平滑肌和內皮細胞上的Ca2+內流增加，前者可使血管痙攣，梗死灶擴大；后者可使內皮細胞收縮，內皮間隙擴大，血腦屏障開放，產生血管源性腦水腫。（5）胞內鈣超載還能啟動細胞凋亡程序，最終導致神經元凋亡[5]。

2 TRPM通道

TRP通道家族是位于細胞膜上的一類重要的非選擇性陽離子通道超家族[6]。TRP通道最早發現于果蠅的視覺系統，突變體果蠅對持續的光刺激只產生瞬時而非持續的鋒電位，因而得名。到目前為止，已經克隆了30多個哺乳動物的TRP通道。TRP通道均為六次跨膜蛋白，其N末端和C末端均在胞內，由第五和第六跨膜結構域共同構成非選擇性陽離子孔道。根據同源性的不同，TRP離子通道超家族可分為七個亞族[2]，包括TRPA（ankyrin-repeat transient receptor potential）、TRPC（transient receptor potential canonical）、TRPM（transient receptor potential melastatin）、TRPML（transient receptor potential mucolipin）、TRPN（no mechanoreceptor potential C）、TRPP（transient receptor potential polycystin）和 TRPV（transient receptor potential vanilloid）。TRPM亞族只存在于哺乳動物體內。TRPM通道家族包含八個成員，根據同源性分為四組：（1）TRPM1和TRPM3；（2）TRPM2和TRPM8；（3）TRPM4和TRPM5；（4）TRPM6和TRPM7[7]。TRPM蛋白是由6個跨膜片段和胞內氨基羧基殘端結構域組成，氨基殘端高度保守，包含大量（約700個氨基酸單位）TRPM同源性序列。功能性TRPM為四聚體，其氨基殘端與羧基殘端的完整性對其發揮正常功能是不可缺少的。TRPM家族成員可以被電壓、溫度、細胞體積的改變和脂質復合物等內、外源性等多種刺激所激活。除了TRPM4和TRPM5外，TRPM家族的其他成員對Ca2+和Mg2+具有通透性，對調控機體生命活動具有重要意義[8]。endprint

TRPM1是TRPM家族最早發現的成員，對Ca2+與Mg2+均具有通透性的非選擇性陽離子通道，表達于視網膜、腦、心臟等組織，對黑素細胞的色素沉著和視網膜雙極細胞感光后去極化過程具有調節作用。光線刺激視網膜上的感光細胞后，通過介導與G蛋白偶聯的信號通路，激活TRPM1通道，引起Ca2+等離子內流，使視網膜雙極細胞除極化。TRPM1是一種腫瘤抑制蛋白，最早發現于黑色素瘤細胞，其表達與腫瘤的惡性程度負相關[9]。TRPM2對單價陽離子如Na+、K+和二價陽離子Ca2+和Mg2+均有通透性。該受體在腦組織中表達豐富，此外也存在于心、肝、肺等器官中。TRPM2羧基殘端含有一個與ADP-核糖水解酶-9（NUDT9）高度同源的結構域，其功能上與經典的核糖水解酶相似，但它不能切割單核苷酸和多磷酸雙核苷酸鹽[10]。TRPM3是Ca2+、Na+和Mg2+等離子的非選擇性陽離子通道，通透順序為Ca2+>Zn2+>Mg2+>Ni2+。TRPM3主要表達于腦腎臟組織及感覺神經元上，介導胰島素分泌，血管平滑肌細胞收縮，感受軀體化學溫度刺激產生避害行為等活動[11]。TRPM4表達于人體的心臟、胰腺、胎盤、前列腺B細胞、T細胞及單核細胞系等，TRPM5在氨基酸結構上與TRPM4約50%同源，主要表達于味覺感受細胞及消化道[12]。TRPM4與TRPM5均為非選擇性單價陽離子通道，對Ca2+與Mg2+均沒有通透性。但是，[Ca2+]i升高可以激活TRPM4與TRPM5，產生鈣激活非選擇性陽離子流從而介導一系列細胞生理活動。目前認為，TRPM5主要介導甜和苦這兩種味覺的傳遞[13]。TRPM6與TRPM7在氨基酸排列順序上高度（50%）同源，均為同時包含離子通道與激酶結構域的雙功能蛋白。其羧基末端包含絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可使自身或底物磷酸化，但在氨基酸序列上與經典的絲氨酸/蘇氨酸激酶不具同源性，而是屬于α-蛋白激酶家族成員[14]。TRPM6和TRPM7對Ca2+和Mg2+有較高的通透性，對于維持細胞內Ca2+和Mg2+的平衡起關鍵作用[15]。TRPM6特異性分布于十二指腸、結腸及腎臟遠曲小管等上皮細胞組織[16]。TRPM6基因突變后，會導致血鎂過低和血鈣過低[17]。TRPM7廣泛表達于哺乳動物的心、肝、脾和腦等組織器官，其中在腎臟和心臟中表達最高。TRPM7基因缺陷的細胞可因細胞內鎂缺乏而停止生長，提示TRPM7具有調節細胞Mg2+平衡的作用[18]。TRPM8主要分布于外周的感覺神經元，可以被低溫（<24℃）或某些涼性化合物如薄荷醇、桉油精等激活。最新研究發現：TRPM8不僅對低溫刺激敏感，而且還可能參與炎癥和神經性疼痛的痛覺調控，可作為治療神經性疼痛的新靶點[19]。TRPM8參與調節細胞生長和死亡過程，具有重要的臨床和藥理學研究價值[20]。

3 TRPM通道參與缺血腦損傷的機制

腦缺血時N-甲基-D-天冬氨酸（N-Methyl-D-Aspartate，NMDA）受體通道所介導的谷氨酸的興奮性毒作用是導致胞內鈣離子超載和神經元損傷的重要因素。盡管在動物試驗中NMDA受體阻斷劑對缺血性腦損傷顯示有良好的神經保護作用，但臨床資料顯示，阻斷谷氨酸受體對治療腦卒中并未能取得理想的療效，提示存在非谷氨酸依賴性鈣離子超載誘導的神經元損傷。因此人們逐漸把注意力轉向其他非谷氨酸受體依賴性的鈣通道，而TRPM通道就屬于此類通道，其中TRPM2/TRPM7和TRPM4與缺血性損傷的關系比較密切。

3.1 TRPM2

TRPM2通道在中樞神經系統的神經元和神經膠質細胞中均有表達，作為新發現的陽離子通道，在缺血性神經系統疾病中的作用成為當前研究的熱點之一。在DNA損傷和修復中會生成大量的二磷酸腺甙，后者可激活TRPM2，引發鈣超載促使細胞發生凋亡[21]。離體研究發現，TRPM可以介導氧葡萄糖剝奪（oxygen-glucose deprivation，OGD）時海馬神經元死亡[22]。過氧化氫可以激活TRPM2，用TRPM2的反義寡核營酸可顯著抑制過氧化氫引起的鈣流入和細胞死亡[23]。因此，該通道極有可能參與氧化應激所致的神經元損傷過程。

3.2 TRPM7

TRPM7通道在體內分布廣泛，其通道的開關受到胞內Mg2+/ATP調節，TRPM7開放后能引起鈣內流。在大鼠中動脈阻塞的腦缺血再灌注模型上，TRPM7通道蛋白的表達水平隨著再灌注時間的延長而表達增加[24]。離體研究發現，對于OGD處理后的皮層神經元同時給予NMDA受體和電壓依賴性鈣通道阻斷劑處理，TRPM7通道所介導的鈣離子內流最終導致神經元死亡[25]。利用小分子干擾核糖核酸技術抑制TRPM7蛋白的表達能對OGD處理的神經元起到有效的保護作用[26]。以上資料均表明TRPM7參與腦缺血所致的神經元損傷過程。由于TRPM7通道對鎂離子有較高的通透性，該通道在缺血性腦損傷中的作用也可能與其調節細胞內外鎂離子的平衡有關。

3.3 TRPM4

TRPM4的生理特性和磺酰脲類受體1（sulfonylurea receptor 1，SUR1）調控的Ca2+激活的ATP敏感性的非選擇性陽離子通道（NCCa-ATP）非常類似[27]。SUR1是ATP結合盒轉運蛋白超家族的成員，是ATP敏感性鉀離子通道的調節亞單位。近年來研究發現，腦缺血時，SUR1調控的NCCa-ATP表達上調與腦缺血時神經元損傷關系密切。腦缺血缺氧時，由于能量代謝障礙，ATP缺乏，SUR1/TRPM4通道將Na+轉移至細胞間隙，將血管內的Na+轉運至血管內皮細胞，再由鈉泵泵至細胞間隙，導致血管內皮細胞水腫，血腦屏障結構破壞，最終發生血管源性水腫，而阻斷TRPM4通道能有效抑制細胞水腫和細胞壞死[28-30]，因此，TRPM4通道與腦缺血時腦水腫的產生和細胞損傷關系密切[31]。

4 結論endprint

缺血性腦損傷發病機制復雜，其中細胞內鈣超載在缺血性神經元壞死或凋亡的發生中起關鍵作用。作為細胞膜上的一類重要的非選擇性陽離子通道超家族，TRPM家族中的TRPM2/TRPM7和TRPM4與缺血性損傷的關系比較密切。這些受體通過對鈣離子的調控，不同程度的參與了缺血性腦損傷的發生發展過程。對于TRPM受體與缺血性腦損傷的研究將為臨床上治療腦缺血提供新的靶標。

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（收稿日期：2013-12-14）endprint