TRPV1在周圍神經系統及器官功能調節中的研究進展

儲小飛，薛宸，郭政

(1.山西醫科大學麻醉學院，太原 030001； 2.山西醫科大學第二醫院麻醉科，太原 030001)

瞬時受體電位香草酸通道(tansient receptor potential vanilloid，TRPV)亞家族是一類在人體中分布廣泛的四聚體蛋白通道，在細胞功能以及信號通路傳遞中扮演重要角色。TRPV亞家族中共有6個成員，辣椒素受體即TRPV1，是TRPV家族中第一個被發現、克隆的成員，也是目前研究最廣泛的通道蛋白[1]。早期的研究結果顯示，TRPV1作為一種非選擇性陽離子配體門控通道，主要表達于中、小型傷害性感覺神經元，對環境溫度變化敏感，當環境溫度≥43 ℃時，TRPV1通道打開，將熱刺激信號轉換為電信號，產生動作電位，并傳導痛覺[2]。大量研究已為TRPV1介導痛覺感受器產生動作電位、參與疼痛調制以及痛覺敏感奠定了基礎[3-4]。近年來，關于TRPV1的功能學研究也不再僅僅聚焦于痛覺傳遞方面的作用，TRPV1通道的功能、表達與機體重要器官功能調控以及相關疾病的發生密切相關，尤其在機體體溫、代謝、內臟功能調節及相關疾病病理生理機制方面已成為研究熱點[5-7]。現就TRPV1在周圍神經系統及器官功能調節中的研究進展予以綜述。

1 TRPV1概述

1.1TRPV1的結構 Liao等[8]應用低溫電子顯微鏡，初次構建了TRPV1結構的原子框架，在低溫電鏡下，TRPV1的結構類似于電壓門控通道，即圍繞著中央離子孔道形成的四聚體結構，TRPV1四聚體的每個亞基均存在6個跨膜螺旋(S1～S6)，S1～S6按結構和功能又分為兩部分，即由S1～S4組成的電壓感受器樣結構域以及由各亞基S5與S6之間的疏水基團構成的環形螺旋的中央離子孔道域，其中S1～S4提供配體與TRPV1結合靶點，S4～S6形成的環形孔道結構域參與通道蛋白構象變化，控制閘門開放、關閉。另外，在S4與S5之間還存在著平行于膜的片狀螺旋-S4-S5連接體，此結構能夠將S1～S4區域電壓傳感器信號耦合至S5～S6，調控通道蛋白的激活、開放[8-9]。盡管跨膜拓撲結構以及亞單位與電壓門控離子通道類似，但TRPV1只表現輕微的電壓敏感性，在藥理學和生物學特性方面與電壓門控離子通道幾乎沒有共同之處[8,10]。

1.2TRPV1的激活 TRPV1作為一類獨特的離子通道，是機體內廣泛接受多種物理和化學信號的分子傳感器。TRPV1對辣椒素類化合物以及東茱萸次堿等外源性激動劑敏感；此外，一些內源性脂質代謝產物(脂肪酸酰胺類、花生四烯酸、大麻素樣物質)、緩激肽、腺苷以及熱(>43 ℃)、酸、疼痛、牽拉等傷害性刺激也可激活TRPV1[2,7]。當TRPV1被激活時，TRPV1構象發生改變，通道開放，對陽離子(主要為Ca2+)通透性增加，Ca2+等陽離子內流產生去極化動作電位，同時觸發或激活機體多種重要生理活動，如神經遞質釋放、腺細胞分泌以及肌肉收縮等[2]。但對于不同的刺激信號，激活TRPV1的途徑有所不同。例如，熱激活TRPV1的溫度敏感區域存在于胞質和細胞外孔區，質子和肽類毒素主要結合至通道的細胞外孔區，辣椒素則結合于TRPV1的跨膜結構域，發揮激動效應[11]。

2 TRPV1與周圍神經系統

2.1TRPV1在周圍神經系統中的分布 周圍神經系統的感覺傳入神經元是表達TRPV1的主要場所。感覺傳入神經元是中樞與周圍環境發生聯系的媒介，根據形態與功能可分為有髓鞘的Aβ纖維、薄髓鞘的Aδ纖維和無髓鞘的C類纖維，這些神經纖維的胞體主要位于背根神經節、三叉神經節以及結節神經節中，是接受軀體以及內臟感覺傳入的第一級神經元[12]。TRPV1在整個傷害信號的傳導途徑均有表達。在背根神經節和三叉神經節中，TRPV1主要表達于Aδ和C類神經纖維以及中、小型傷害性神經元(直徑為40～20 μm)，而在Aβ類神經纖維以及大型非傷害性神經元中幾乎無表達[13]。在結節神經節、舌咽感覺神經節等內臟感覺神經元胞體中，TRPV1同樣分布于中、小型神經元[14]。多數表達TRPV1的傷害性神經元同時表達降鈣素基因相關肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)、P物質等炎性肽類物質，部分神經元與神經生長因子受體、植物凝集素、P2X3受體(P2X3是嘌呤能受體的一個亞型)、抗氟酸性磷酸酶以及神經營養因子受體Ret等共定位[14-15]。另外，在皮膚、角膜、關節、肌肉、骨膜、呼吸道、胃腸道、血管、心臟、膀胱、尿道等傷害性神經末梢分布的區域均存在TRPV1的表達[7,16-17]。除感覺神經元外，交感神經節以及部分運動神經纖維也表達TRPV1[13,18]。

2.2TRPV1與周圍神經功能 自20世紀90年代TRPV1從大鼠背根神經節中被克隆以來[2]，人們對其生物學功能進行了廣泛研究。早期研究認為，TRPV1主要表達于傷害性感覺神經元，在體內主要參與傷害性信號的傳導以及痛覺調制，因此Caterina等[2]最初將TRPV1定義為“疼痛通路中的熱激活離子通道”。然而，越來越多的證據顯示，TRPV1在其他與痛覺無關的神經元以及非神經組織中均有表達[1,5,7,10]，提示TRPV1不僅是一種痛覺傳感器，而且是作為一種多相感受器參與體內多種生理、病理過程。

2.2.1TRPV1與代謝 作為TRPV1的天然激動劑，膳食攝入辣椒素可增加飽腹感，加速脂肪組織氧化，增加能量消耗[5]。研究表明，內源性脂類代謝產物可激活TRPV1，促進前脂肪細胞分化以及脂肪分布，介導肥胖相關的炎癥反應[19]。但與辣椒素對機體代謝產生的顯著益處不同，TRPV1對于代謝的影響具有更多的復雜性與不確定性。Motter和Ahern[20]研究顯示，與野生型小鼠相比，TRPV1基因敲除小鼠可以避免由高脂飲食引起的體重增加；但敲除TRPV1基因預防肥胖僅對年幼小鼠有作用，對于大齡小鼠，敲除TRPV1基因則會導致肥胖[21]。盡管造成這種差異的原因目前尚不清楚，但仍表明TRPV1在幼年期與成年期可能通過不同的機制影響機體代謝。

糖尿病是一種以高血糖為特征的代謝紊亂綜合征。TRPV1表達陽性的感覺神經元分布于胰腺、回腸等處，激活時通過促進神經末梢釋放Ca2+，并聯合下游CGRP、P物質等神經肽類物質共同參與胰島素分泌調節[22-23]。研究表明，TRPV1表達陽性的感覺神經元以及依賴于TRPV1的神經肽均與胰島β細胞的生理功能、機體應激反應、胰島素抵抗等密切相關，是1型糖尿病病理生理機制研究中的重要線索[24]。Gram等[25]研究發現，消融TRPV1表達陽性的感覺神經元后，成年大鼠對胰島素的敏感性增加，口服葡萄糖后血胰島素水平提高，同時免疫組織化學顯示CGRP陽性的神經元減少，由此推測，體內TRPV1的持續激活，引起CGRP、P物質的過量釋放，抑制胰島素的釋放，從而削弱靶器官對胰島素的敏感性。另外，動物研究觀察發現，使用TRPV1拮抗劑有助于控制胰腺炎癥，終止糖尿病進展，穩定血糖代謝[26-27]。但有研究發現，與TRPV1基因敲除小鼠相比，以辣椒素喂養的野生型小鼠體內胰高血糖素樣肽1及胰島素的釋放量均增加，葡萄糖耐量增加，日血糖水平降低，表明攝入辣椒素可激活TRPV1介導的胰高血糖素樣肽1的分泌，調節血糖穩態[22]。

2.2.2TRPV1與體溫調節 1878年，人類首次證明了使用辣椒素可以降低動物的核心體溫[28]；隨后，TRPV1基因敲除實驗顯示，辣椒素引起的低溫效應被顯著削弱[3]。后續動物實驗以及臨床研究發現，使用TRPV1激動劑產生的低體溫效應與辣椒素相似[29]；而且多數TRPV1拮抗劑治療某些疾病時出現了發熱、體溫過高等不良反應[30]，小部分TRPV1拮抗劑還可使體溫降低[31]，表明TRPV1與體溫調節之間的機制復雜。

TRPV1在下丘腦體溫調節中樞以及外周均有分布，因此TRPV1主要通過兩種途徑影響體溫：外周的TRPV1通道被激活，并通過調節自主神經系統影響體溫；中樞神經系統中能夠進行溫度檢測和(或)整合溫度調節傳入信號的TRPV1被激活，從而影響體溫[32]。在動物實驗中，使用不透過血腦屏障的選擇性TRPV1拮抗劑仍可引起發熱反應，說明TRPV1拮抗劑作用位點在外周[33]。外周應用一代TRPV1拮抗劑引起的體溫升高主要通過收縮血管、減少散熱等自主御寒反應實現，而應用某些二代TRPV1拮抗劑引起的降溫效應可能與二代TRPV1拮抗劑只作用于辣椒素激活域，避開了質子、熱激活域，而引起肌肉等部位質子緊張性激活TRPV1有關[31]。中樞的TRPV1溫度調節效應復雜，且缺乏適合下丘腦傳感器分子標記，因此無法證實TRPV1是否介導下丘腦神經元的溫度調節。研究顯示，辣椒素灌胃的小鼠核心體溫降低，視前區c-fos的表達增加，顯示TRPV1與中樞體溫調節有關[6]。

3 TRPV1與器官功能調節

3.1TRPV1與尿路 人類的尿路由大量辣椒素敏感的C類神經纖維支配，這些神經纖維既具有感覺傳入功能，也具有傳出功能。感覺傳入功能包括感知疼痛、調節排尿閾值，而傳出功能包括調控神經元的興奮性、平滑肌的節律性以及炎癥狀態下血漿蛋白的滲出[34]。研究表明，分布于膀胱內皮下的TRPV1陽性神經纖維可維持低閾值膀胱纖維的正常興奮性；位于黏膜層與肌層之間的神經纖維可能維持膀胱張力；膀胱肌層、尿道肌層中TRPV1參與調節膀胱、逼尿肌收縮[34-36]。部分表達TRPV1的神經末梢分布于尿路上皮，激活后可直接誘導尿路上皮釋放ATP，ATP可非選擇性地作用于平滑肌中的P2X1受體，介導膀胱收縮反應，ATP還可與傳入神經上的P2X3受體結合，參與維持膀胱充盈時的機械感覺[37]。病理條件下，一些炎癥介質(如ATP、緩激肽、前列腺素)可影響TRPV1的表達水平以及通道活性，導致內臟感覺神經敏化，從而引起一些下尿路癥狀(如膀胱過度活動癥、神經源性逼尿肌過度活動征)，使用TRPV1拮抗劑或敲除小鼠的TRPV1基因可顯著減輕這些癥狀[29]。在人類膀胱癌中，TRPV1的激活有抑癌作用。Zheng等[38]發現，辣椒素激活TRPV1后可以活化樹突狀細胞，阻斷膀胱癌系5637細胞增殖細胞核抗原向細胞核的轉位生長，從而誘導癌細胞死亡，使用TRPV1特異性拮抗劑——辣椒平則可以扭轉這一現象。

3.2TRPV1與氣道 支配氣道的感覺神經元對有害刺激敏感，激活后可誘發咳嗽、打噴嚏等氣道保護性反射。研究表明，在咽、氣管、支氣管、肺泡以及周圍血管等部位存在大量表達TRPV1的感覺神經纖維，這些感覺神經的激活可參與防御性氣道保護[39]。動物實驗觀察發現，使用TRPV1拮抗劑可以劑量依賴性地抑制辣椒素誘發的咳嗽反應或降低氣道咳嗽反射對辣椒素的敏感性[40-41]。TRPV1參與介導咳嗽反射的可能機制包括：①TRPV1作為咳嗽反射的感受器，當它被溫度、辣椒素、質子、炎癥介質等激活時，介導Ca2+和Na+的快速內流，導致神經元去極化和神經沖動的產生；②C型纖維的后續激活釋放神經肽(如P物質和CGRP)，以誘發神經源性炎癥，使咳嗽敏感性增加，同時，釋放的P物質和CGRP也能誘導組織水腫和氣道平滑肌肉收縮，間接激活視黃酸受體而引發咳嗽；③TRPV1激活誘導的炎癥介質釋放可能是增強咳嗽反射的一個因素[1]。另外，TRPV1的表達與呼吸道疾病有關，研究顯示，慢性咳嗽患者氣道感覺神經中TRPV1表達增加[42]。TRPV1-I585V單核苷酸多態性與兒童哮喘風險有關，具有此種基因多態性的患者咳嗽、喘息的風險降低[43]。

3.3TRPV1與心血管 在心血管系統中，TRPV1在感覺神經支配的心外膜、心肌、大血管、周圍血管等處均有廣泛表達，激活后可促進CGRP、P物質等神經肽的釋放，對心血管系統產生強大的保護作用[7]。大量研究證據支持TRPV1通道的激活與血管收縮功能、血管重構、血管迷走反射(貝亞反射)有關，可參與調節動脈血壓，延緩動脈粥樣硬化的進展，介導缺氧、缺血預處理、后處理心肌保護、缺血再灌注損傷保護以及遠端缺血后依賴的心臟保護作用[7,44-45]。近年的研究表明，糖尿病心肌易損性增加也可能與TRPV1/CGRP、P物質表達下調有關，進一步揭示了TRPV1在內源性心血管保護機制中的重要作用[46-47]。盡管TRPV1對心血管的保護作用已得到人們的廣泛認可，但TRPV1的激活也可能與肺動脈高壓、心力衰竭等心血管疾病有關。Martin等[48]證實了TRPV1通道在大鼠肺動脈平滑肌遷移中的關鍵作用，指出TRPV1可作為治療持續性肺動脈高壓的潛在靶點。Song等[49]研究表明，肺動脈高壓患者肺動脈平滑肌Ca2+信號增強，TRPV1通道數量以及活性均較正常人上調。目前TRPV1在心力衰竭中的作用并不明確。有研究顯示，TRPV1缺失可造成心肌梗死后炎癥過度活動、不對稱心室重構以及心功能惡化[50]。另有研究表明，表達TRPV1的傳入神經持續激活可以促進心肌梗死后心肌纖維化，導致不良心室重構[51]，而使用TRPV1拮抗劑可以抑制心室和心肌細胞肥大，恢復心功能[52]。

4 小 結

TRPV1作為一種在周圍神經系統中廣泛分布的多相感受器，可以直接或間接被各種配體激活，引起細胞內Ca2+升高，觸發動作電位，傳遞傷害性信號。同時，TRPV1的激活還伴隨著細胞內一系列信號通路的激活，引起廣泛的細胞生物學效應，促進相應的生理和病理功能調節。隨著對TRPV1研究的不斷深入，TRPV1在痛覺傳導以外的作用逐漸引起人們的關注。由于TRPV1與多種疾病的發病相關，推測TRPV1具有成為治療靶點的可能性。但在代謝、體溫調節、器官功能調節中，TRPV1相關的作用機制目前尚未明確，仍需進一步研究。