瞬時感受器電位M2在中樞神經系統疾病炎癥通路調控中作用機制的研究進展

胡輝 龔麗芬 江佩芳

中樞神經系統（central nervous system，CNS）疾病包括阿爾茨海默病、缺血性腦損傷、多發性硬化等。神經炎癥反應主要表現為膠質細胞活化、炎癥介質增加，是上述疾病共有且突出的病理特征之一[1]，與疾病嚴重程度及患者預后密切相關。瞬時感受器電位M2（transient receptor potential melastatin-2，TRPM2）是 CNS 中最常見的瞬時感受器電位（transient receptor potential，TRP）蛋白，廣泛分布于CNS各個部位及多種細胞中。正常情況下，TRPM2作為非選擇性鈣離子通道，參與調節多種特定生理功能。當存在CNS疾病時，TRPM2通道大量開放，引起過度的神經炎癥反應，加重病理損害，但其相關分子機制尚未闡明。本文就TRPM2的生物學特征及生理功能、在CNS疾病中的作用、調控炎癥通路的分子機制以及TRPM2抑制劑的相關研究進展作一綜述。

1 TRPM2的生物學特征及生理功能

TRPM2基因（之前稱為TRPC7和LTRPC2）位于染色體21q22.3上[2]。TRPM2蛋白結構包括6個跨膜結構域，在第5、6結構域之間形成孔環，具有離子通道和通道門控功能。C端和N端均位于細胞內，C端含有高度保守的TRP盒、盤繞結構域、獨特的腺苷二磷酸核糖（adenosine diphosphate ribose，ADPR）、焦磷酸酶活性的NUDT9-H結構域；N端含有IQ樣基序，后者在調節通道激活中起重要作用[3]。TRPM2在人體中廣泛分布，在CNS以及心、肺、肝、胰腺等臟器中均有TRPM2表達[4-5]。在細胞層面，包括神經元、小膠質細胞、星形膠質細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞、巨核細胞等也有TRPM2表達[6-10]。TRPM2參與機體免疫、胰島素分泌、感受和溫度覺等生理功能的調節。據報道，TRPM2在神經元的發育、突觸的可塑性、海馬角CA3～CA1區突觸傳遞中起重要作用[11]，還參與大腦的衰老過程[9-10]。TRPM2通道除了作為質膜通道存在于細胞膜上，亦存在于溶酶體室，調節細胞內鈣的轉運[12]。TRPM2通道可被ADPR、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）、Ca2+、H2O2、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、TNF-α等多種刺激物激活。

2 TRPM2在CNS疾病中的作用

2.1 缺血性腦損傷 常見的缺血性腦損傷疾病有腦卒中、慢性低灌注腦損傷、新生兒缺血缺氧性腦病等，當腦組織缺血損傷后會產生一系列刺激物，如ROS、H2O2、細胞因子、自由基、谷氨酸、蛋白酶等[9]。上述刺激物部分可直接激活神經元TRPM2通道調控神經元凋亡，還可以激活膠質細胞TRPM2通道，促進神經炎癥的發生，加重病情。大鼠腦缺血模型實驗結果顯示，在造模后1～4周大鼠膠質細胞TRPM2 mRNA表達增加，進而促進細胞因子的分泌和釋放[13]。有實驗建立慢性腦低灌注小鼠模型，發現TRPM2基因敲除小鼠的細胞因子（TNF-α、IL－6、IL-1β）水平和活化的小膠質細胞數量均低于野生型小鼠[14]，認知功能障礙和腦白質損傷較野生型小鼠明顯減輕，提示TRPM2通過調控神經炎癥反應來加重慢性腦低灌注損傷相關的認知功能損害。在新生小鼠缺氧缺血性腦損傷模型研究中，TRPM2+/－和 TRPM2－/－小鼠與相應的野生型小鼠對照，糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β） 的去磷酸化水平降低，星形膠質細胞和小膠質細胞活化程度減輕，梗死體積明顯縮小，行為學異常減輕，提示TRPM2基因的缺失對缺血缺氧性腦損傷起神經保護作用[15]。有意思的是，TRPM2基因的缺失僅對雄性動物有保護作用，這可能與雄激素信號和多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）通路的激活有關[16]。

2.2 阿爾茨海默病 阿爾茨海默病是一種與年齡相關的神經退行性疾病，發病率逐年上升，是老年癡呆癥最常見的原因。β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）沉積是阿爾茨海默病的主要致病因素[7]。小膠質細胞在阿爾茨海默病中具有雙重作用：一方面，通過調節吞噬細胞清除Aβ來發揮保護作用；另一方面，當這種功能隨著年齡的增長而下降時，過多的Aβ可誘導小膠質細胞的衰老和慢性活化，導致大量ROS和促炎因子產生，這些細胞因子是阿爾茨海默病發病的重要因素。近年來，國外學者通過體外實驗研究TRPM2通道在Aβ42誘導的小膠質細胞活化和細胞因子生成中的作用，結果發現當Aβ42濃度為10～300 nmol/L時，小膠質細胞活化增強；另外通過TRPM2基因敲除或藥物抑制TRPM2通道可減輕Aβ42誘導的小膠質細胞活化形態學改變和TNF-α生成[17]。眾所周知，淀粉樣蛋白前體/早老蛋白1小鼠模型的病理特點包括Aβ過量生成、海馬和大腦皮層淀粉樣沉積、突觸喪失、小膠質細胞活化、年齡相關性空間記憶嚴重受損等。Ostapchenko等[18]通過建立淀粉樣蛋白前體/早老蛋白1小鼠模型研究發現，TRPM2-/-小鼠較野生型小鼠在Aβ沉積方面未見明顯差異，但逆轉了Aβ誘導的突觸喪失、小膠質細胞活化和記憶障礙。以上結果提示TRPM2促進了阿爾茨海默病小膠質細胞活化、突觸喪失和認知損傷的發生。

2.3 多發性硬化癥 多發性硬化癥是以脫髓鞘和軸突損傷為特征的CNS慢性炎癥性疾病。實驗性自身免疫性腦脊髓炎（experimental allergic encephalomyelitis，EAE）動物模型是一種常用的多發性硬化癥模型。Tsutsui等[19]構建了EAE小鼠模型，通過骨髓移植和應用TRPM2抑制劑（咪康唑）觀察TRPM2在EAE發病中的作用，結果顯示TRPM2基因敲除小鼠較野生型小鼠表現出較低的小膠質細胞和中性粒細胞浸潤，TRPM2基因敲除小鼠的趨化因子配體2分泌在第14天顯著降低；此外，野生型小鼠發病后腹腔注射咪康唑，可減輕其EAE的嚴重程度。

2.4 神經性疼痛 脂多糖/IFN-γ可誘導脊髓內的小膠質細胞激活及周圍神經炎癥的產生，可刺激趨化因子配體2和誘導型一氧化氮的產生，但上述過程可被TRPM2基因敲除所抑制。Haraguchi等[20]利用野生型/TRPM2基因敲除骨髓嵌合小鼠模型研究發現，巨噬細胞和脊髓小膠質細胞中表達的TRPM2參與炎癥及神經性疼痛的發病機制，加重神經性疼痛患者外周和中樞的前感受器炎癥反應。這些結果提示TRPM2參與神經性疼痛的誘導和持續。

2.5 癲癇 目前關于TRPM2與癲癇的研究甚少。Katano等[21]報道青少年肌陣攣性癲癇相關的編碼EF手形蛋白的基因EFHC1與TRPM2在海馬神經元和腦室細胞中共表達，EFHC1突變可干擾R型電壓依賴性鈣通道和TRPM2介導的Ca2+內流，參與青少年肌陣攣性癲癇的強直陣攣發作。本課題組近期通過建立戊四唑癲癇小鼠模型進行研究，結果顯示TRPM2基因敲除小鼠較野生型小鼠表現出更輕的病理損害（膠質細胞活化和神經元變性）和學習記憶能力損傷[22]。

3 TRPM2調控炎癥通路的分子機制

TRPM2通道的開放需要同時滿足兩個條件：第一，TRPM2通道的激動劑，如ROS、ADPR等；第二，TRPM2的完全激活高度依賴于細胞內或細胞外Ca2+的存在，ADPR誘導的TRPM2電流在無Ca2+的情況下明顯降低[23]。缺氧、炎癥和組織損傷導致外源性煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）和 ROS在腦內積累，然后ROS通過產生ADPR來激活TRPM2通道。氧化應激可能通過兩種途徑產生ADPR。在第一條途徑中，ROS/RNS導致DNA損傷和多聚ADPR聚合酶和多聚ADPR醇化酶的激活,隨后前兩者協同作用，將NAD轉化為ADPR的聚合物，這些聚合物隨后被降解為ADPR單體，然后單體ADPR作為胞內配體激活TRPM2通道[24]。第二種機制是NUDT9 ADP Rase將NAD分解為線粒體內的ADPR。NAD可通過外顯酶CD38轉換為ADPR和環腺苷二磷酸核糖（cyclic adenosine diphosphoribose，cADPR）[25]。CD38是一種在造血和非造血細胞中廣泛表達的多功能外生酶，是ADPR的一個重要酶源。細胞外ADPR可與G蛋白偶聯的嘌呤能受體結合，通過G蛋白釋放Ca2+和磷脂酶C途徑增加Ca2+，進而產生三磷酸肌醇。此外，H2O2還可以穿過質膜，從線粒體中動員ADPR，H2O2和CADPR都能與ADPR協同激活TRPM2通道。鈣離子是內信使，在可興奮細胞和非興奮細胞的功能活動中發揮重要作用。細胞內Ca2+的增加將激活不同的生理過程，包括通過Ca2+依賴的信號通路（如促分裂素原活化蛋白激酶、NF-κB）來激活基因表達。Ca2+過載還可能導致細胞凋亡。

近年來TRPM2介導的Ca2+信號通路在介導小膠質細胞活化、促炎癥介質生成和神經炎癥中的作用受到廣泛關注。小膠質細胞的激活是由于ROS產生和PARP-1激活而引起的TRPM2活性增加所致。目前報道小膠質細胞TRPM2通道調控炎癥通路的分子機制有以下5種：（1）溶血磷脂酰膽堿是一種在生理和各種病理條件下內源性產生的炎性磷脂，能誘導細胞外Ca2+內流，同時通過TRPM2通道激活p38，導致小膠質細胞活化[26]；（2）L-丁硫氨酸-S，R-磺基通過抑制谷氨酰胺半胱氨酸連接酶介導的谷胱甘肽合成，引起谷胱甘肽耗竭，導致氧化應激，激活TRPM2通道，激活p38、細胞外信號調節激酶（extracellular signal regulated kinase，ERK）和 cjun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）絲裂原活化蛋白激酶信號和NF-κB通路，驅動TNF-α、IL-6的表達[27]；（3）暴露于脂多糖/IFN-γ，可誘導 NOx 介導的ROS生成和TRPM2通道的激活，通過TRPM2通道激活Ca2+敏感的富酪氨酸激酶PYK_2及其下游的p38和JNK，觸發誘導型一氧化氮的表達和一氧化氮的生成[28]；（4）Aβ42暴露可通過蛋白激酶C/非選擇性NADPH氧化酶介導的ROS生成、PARP-1的激活和ADPR的產生來誘導TRPM2通道的激活。TRPM2介導的Ca2+及PYK_2和MEK/ERK是進一步激活TRPM2通道的正反饋機制。TRPM2介導的Ca2+信號能誘導TNF-α表達[17]；（5）TRPM2介導的Ca2+內流激活NLRP3炎性小體，隨后激活Caspase-1[29]，Caspase-1通過切割親IL-1β轉化為具有生物活性的IL-1β。以上這些機制的發現，為深入了解TRPM2在小膠質細胞活化和神經炎癥中的作用提供了理論依據。

4 TRPM2抑制劑

目前抑制TRPM2通道的藥物尚未用于臨床患者的治療。N-［對戊基肉桂基］鄰氨基苯甲酸、益康唑、克霉唑等對TRPM2通道均有一定的抑制作用，但這些藥物對TRPM2通道抑制是非特異性的，可帶來與TRPM2無關的額外效果，例如N-［對戊基肉桂基］鄰氨基苯甲酸可抑制TRPC6和TRPM8等TRP家族中其他成員以及抑制氯離子通道[30]；霉唑能抑制鉀通道[31]。近年來發現了幾種新型的化合物TRPM2抑制劑，且在實驗應用中取得了不錯的效果，可能具有一定的應用前景。8Br-ADPR是一種改良的ADPR類似物，已被證明能抑制ADPR激活的鈣內流至小鼠中性粒細胞和樹突狀細胞[32]。Luo等[33]合成了一種新的ADPR類似物，體外實驗證實能選擇性抑制TRPM2通道電流，而不影響TRP家族其他蛋白，如TRPM7、TRPM8、TRPV1。ATT M2NX 是一種與 TRPM2蛋白C端NUDT9-H結構域相似的細胞通透性肽，在腦梗死前或損傷后3 h內使用，可減少大腦中動脈短暫閉塞后的鈣內流，從而縮小腦梗死面積[34]。

5 小結

綜上所述，TRPM2抑制劑可減輕缺血性腦損傷、阿爾茨海默病等CNS疾病的神經炎癥反應。目前部分文獻提供不同CNS疾病模型小膠質細胞TRPM2通道激活，促進炎癥介質產生的可能分子機制，伴隨著TRPM2抑制劑的不斷研發，TRPM2有可能作為CNS疾病治療的重要靶點之一。但由于TRPM2在體內廣泛分布，除小膠質細胞外其他中樞神經細胞上TRPM2表達以及TRPM2抑制劑的潛在不良反應等方面也需要進一步研究明確。