TRPC亞家族與慢性疼痛*

孫亞蘭，黃 誠

(贛南醫學院 1.2018級碩士研究生；2.基礎醫學院；3.疼痛醫學研究所，江西 贛州 341000)

疼痛可作為報警信號使機體對組織損傷產生生理反應，這種反應對機體具有保護作用。國際疼痛研究協會(International Association for the Study of Pain)將疼痛定義為“一種與組織損傷或潛在的組織損傷相關的不愉快的主觀感覺和情感體驗”[1]。疼痛在臨床上已被列為繼體溫、脈搏、血壓、呼吸之后的人體第五大生命體征。慢性疼痛的經歷常常導致不良的身體及心理體驗，同時也給家庭和社會帶來沉重的經濟負擔。嚴重的慢性疼痛可導致失能，進而影響患者的生活質量。面對頑固性的慢性疼痛和患者對緩解疼痛的期望，疼痛醫學領域仍面臨諸多挑戰。由于慢性疼痛的發病機制復雜，目前仍是臨床亟待解決的難題。有研究報道瞬時受體電位(Transient receptor potential, TRP)通道參與軀體疼痛感覺的調節作用[2]。經典瞬時受體電位(TRPC)通道作為治療神經系統疾病、疼痛、呼吸系統疾病、心血管疾病、癌癥和其它疾病的潛在靶點而備受人們的關注[3]。越來越多的研究表明TRPC 在慢性疼痛的發生發展過程中發揮著重要作用。本文主要圍繞TRPC亞家族的組成、激活、組織分布及其對慢性疼痛的調節作用綜述如下。

1 TRPC亞家族的組成

TRPC是哺乳動物TRP基因克隆的第一個亞家族，由7個成員組成(TRPC1-TRPC7)，根據結構和功能的相似性，TRPC亞家族可分為TRPC1/4/5、TRPC3/6/7和TRPC2[4]。在人類、猿和猴子中，TRPC2是一個偽基因，而且TRPC1、TRPC4和TRPC5被認為聚集在一起(TRPC1/4/5)而形成同或異聚體通道[3]。TRPC亞家族與大多數TRP通道相似，均具有六個跨膜結構域(S1-S6)，由胞質N-端區、C-端區以及S5和S6段的孔區組成[5]，通過S5、S6結構域之間的孔隙環組裝成四聚體，形成功能性離子通道，許多通道具有Ca2+通透性[6]。其中，TRPC3的結構是由α-螺旋組成，S3的長度是其他TRPC成員的兩倍，它延伸到細胞外并通過非常長的環連接到S4，并可觀察到糖基化位點[7]。TRPC4的結構是對稱的同源四聚體，每個單體由一個跨膜結構域(TMD)和一個緊密的胞質結構域組成，細胞溶質域由兩個子域組成，即由四個錨蛋白重復(AR1-AR4)和七個α-螺旋(H1-H7)組成的N端子域，以及包含連接螺旋和螺旋域的C端子域[8]。TRPC5形成了100A、100A、120A對稱的同源四聚體，四個單體中的每一個都可分為緊密胞質結構域和跨膜結構域(TMD)，細胞溶質域由具有錨蛋白重復域(ARD)的N端區域和七個α-螺旋(HLH)組成；C端子域包含連接螺旋和螺旋狀域，跨膜結構域(TMD)由六個α-螺旋(S1-S6)、一個TRP結構域和幾個小螺旋組成，包括孔螺旋、pre-S1肘部、pre-S1螺旋和帶有連接環的S2-S3連接螺旋[9]。TRPC6的胞質C端氨基酸折疊成兩個長螺旋，即C端螺旋1(CH1)和C端螺旋2(CH2)，CH1從外圍水平運行到通道中心，并通過90圈連接到垂直CH2線圈，TRP凹角與CH1之間的氨基酸序列是無序的，這些氨基酸殘基包含六磷酸肌醇(IP6)、鈣調素和IP3位點[10]。隨著低溫電子顯微鏡的應用，更加清晰的展現出TRPC的結構和組成，這將為后續研究打下堅實基礎。

2 TRPC亞家族的激活

TRP通道的信號轉導通路的激活是通過神經遞質和生長因子等來實現的。它們分別作用于G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptor, GPCR)和受體酪氨酸激酶，激活磷脂酰肌醇信號通路，產生第二信使(IP3, DAG, PKC)促使細胞質Ca2+濃度增加[11-12]，或通過Gα和Gβγ亞單位與通道的結合直接激活TRP通道[13]。TRPC1、TRPC3、TRPC4、TRPC5、TRPC6和TRPC7通過GPCR刺激被磷酸化的肌醇肽所調控[14-16]。DAGs可直接激活TRPC2、TRPC3、TRPC6和TRPC7[17]。與其它TRPC亞家族成員(TRPC2、3、6和7)相比，TRPC1/4/5不被DAG激活[3]。其中，TRPC5通過G蛋白偶聯受體途徑被激活，但它的激活不依賴于La3+和Gd3+[18]。有研究顯示細胞外的磷脂[19]、重金屬[20]和NO[21]等均可增加TRPC5的活性。在小鼠內皮細胞中，TRPC6通道可以被細菌脂多糖(LPS)以Toll樣受體4(TLR4)依賴的途徑所激活[22]。

3 TRPC亞家族的組織分布

大量的研究報道，TRPC亞家族在諸多病理生理機制中發揮著重要的作用[23]。TRPC亞家族具有廣泛的組織分布，不僅在腦組織和神經組織中表達，而且在心臟、腎臟、肺、肝臟和腎上腺等周圍組織中也有表達[24]。RT-PCR研究結果顯示，TRPC1-TRPC7均可表達于動物的背根神經節(Dorsal root ganglion, DRG)[25]。TRPC4和TRPC5在平滑肌組織及神經元中有表達[13,26]，其中，TRPC5主要在神經系統中表達，其在哺乳動物大腦區域如杏仁核、海馬、小腦、大腦皮層和黑質中表達[27]。TRPC5激活后參與并調節神經突的生長，比如生長錐形態和樹突形態[27]。TRPC2主要表達于兩棲動物及熱帶爪蟾的主嗅覺上皮細胞和犁鼻上皮細胞[28]。TRPC1是第一個被克隆的哺乳動物TRP通道，在各種組織中廣泛表達，但其膜表達模式和通道功能仍存在爭議。

4 TRPC亞家族與慢性疼痛

4.1 TRPC亞家族與神經病理性痛傷害性初級感覺傳入神經中的N型鈣通道(Cav2.2)介導中樞末梢的神經遞質釋放，參與脊髓背角(Spinal dorsal horn, SDH)傷害性疼痛神經傳遞網絡并促進神經遞質的釋放[29]。研究顯示在神經損傷后，患側L4 DRG中TRPC3、4和5的mRNA表達降低[30]，表明TRPC可能參與神經病理性痛。進一步的研究發現，于大鼠杏仁核注射TRPC4/C5拮抗劑后，可減輕SNI誘導的神經病理性痛[31]。有報道稱，腹腔注射GSMTX-4(一種TRPC1和TRPC6的抑制劑)可有效減輕角叉菜膠或坐骨神經損傷所引起的機械性痛覺過敏[32]。有研究提示TRP通道在感覺神經元中表達[33]，而且參與調節糖尿病所引起的疼痛性周圍神經病變[34]，其中，TRPC6參與疼痛的感知和調節[35]，它存在于DRG感覺神經元中，并且介導正常動物的痛覺過敏和痛覺超敏[36]。TRPC6蛋白在糖尿病中高表達，應用TRPC阻滯劑后，DRG中的TRPC6蛋白表達顯著降低，糖尿病大鼠硫化氫(H2S)所誘導的痛覺過敏得到緩解[37]。此外，TRPC6還可以通過與TRPV4的協同作用來調節機械刺激和低滲刺激所產生的痛覺過敏[38]。這些結果提示TRPC亞家族參與并調控神經病理性痛的發生發展過程。

4.2 TRPC亞家族與炎性痛炎性痛的特征之一是刺激炎癥區域的周圍痛覺感受器的敏化[39]。在炎癥過程中，由化學制劑、損傷或感染所引起的痛覺感受器對刺激的反應發生了明顯變化，從而導致對有害刺激(痛覺過敏)的反應增強，或對正常無害刺激(痛覺異常)的反應增強[40]。炎癥介質激活的大多數G蛋白偶聯受體可觸發鈣依賴的信號通路，并刺激初級傳入神經元鈣池操縱的鈣內流(Store-operated calcium entry, SOCE)[39]。蜂毒素是蜂毒中的主要多肽，可引起持續的自發性疼痛和痛覺過敏，研究證明蜂毒素誘導的炎癥引起的傷害性反應涉及TRPC通道的參與[41]。長期應用嗎啡治療，脊髓中TRPC6的表達會顯著上調，通過抑制脊髓TRPC6的表達可以改善嗎啡誘導的鎮痛耐受和痛覺過敏[29]。此外，TRPC6和TRPC1的下調逆轉了對機械刺激和低滲刺激產生的痛覺過敏[38]。有實驗表明TRPC5在中樞神經系統和外周神經系統均有表達[30]，在體內，TRPC5與TRPC1 在CD55+成纖維樣滑膜細胞(Fibroblast-like synoviocytes, FLS)中表達[42]。在CFA誘導的關節炎模型中，TRPC5的缺失會加重關節炎癥狀和疼痛[43]。研究發現TRPC3幾乎在IB4+痛覺感受器中完全表達，IB4+痛覺感受器是一種大量的C纖維非肽能感覺神經元，其參與炎性痛的發生發展過程[44]。以上研究提示TRPC亞家族在炎性痛中發揮著至關重要的作用。

5 TRPC通過對Ca2+的調節參與痛覺的調制

胞質中瞬時升高的Ca2+是介導細胞功能的基本信號。負責軀干和四肢疼痛傳入的初級傳入神經元胞體位于背根神經節上，在DRG神經元上有多種離子通道，如鈉通道、鉀通道、Ca2+激活的氯通道以及Ca2+激活的非選擇性陽離子通道等[45]。脊髓痛覺傳遞的反應性增強可能是由于初級傳入神經元的反應性增強，通過打開電壓依賴性Ca2+通道導致神經遞質胞吐增加，或由于背角投射神經元的突觸后興奮性增強，通過電壓依賴的Ca2+通道，使Ca2+大量流入所誘導[34]。在機體中各種受體和離子通道可傳遞并處理疼痛信號，而檢測和傳輸有害刺激的最重要的離子通道是瞬時受體電位通道家族。TRPC蛋白是一種功能十分廣泛的信號轉導元件，它通過在不同的空間和時間上產生的Ca2+以及興奮信號模式來控制生物功能[23]。電壓依賴性Ca2+通道是Ca2+流入細胞的主要途徑[34]。當疼痛信息從外周傳遞到中樞神經系統時，P物質等傷害性遞質通過脊髓背角初級感覺終端的胞吐作用釋放，這是由位于突觸前神經末梢的高閾值電壓致使鏈脲佐菌素(Streptozotocin, STZ)誘導的糖尿病型神經病理性痛[46]，表明TRPC可通過對Ca2+的調節參與痛覺調制過程。

6 小結與展望

綜上所述，TRPC亞家族的組織分布非常廣泛，其蛋白質聚集成非選擇性陽離子通道，通常具有鈣的滲透性，參與多種生理和病理過程[47]。DRG是痛覺傳遞的橋梁，在DRG神經元上有大量的離子通道，TRPC亞家族均表達于DRG中，且參與痛覺的調制。越來越多的研究顯示，在慢性疼痛的發生發展過程中，TRPC亞家族成員的蛋白表達及mRNA水平隨病程發展而有所變化。這些證據均提示TRPC亞家族在疼痛的發生發展中發揮著至關重要的作用，參與并調控神經病理性痛和炎性痛等。

目前，人體在健康或疾病狀態時其離子通道的病理生理學改變，仍然是研究者面臨的極大挑戰。近年來，隨著低溫電子顯微鏡的應用，揭示了幾種TRP通道的精細結構[3]。其中，TRPC亞家族對Ca2+濃度的調節可能是調控疼痛的主要機制之一，TRPC亞家族在慢性疼痛中的調節機制比較復雜，因此，對TRPC 亞家族的進一步研究將有利于疼痛的臨床治療和新藥開發。