鈣激活氯離子通道TMEM16A在部分組織中的研究進展

趙祺

細胞中氯離子的跨膜運動運動與大量的生理過程相關。這其中包括幾乎所有上皮細胞的分泌功能，感覺沖動的傳遞，以及各種解剖部位的平滑肌收縮[1]。

以前的研究，在不同上皮組織上已經確定，氯離子的分泌主要有兩種不同的方式：包括cAMP刺激的和鈣離子激活的。早期利用囊性纖維化（CF）患者呼吸上皮的研究證實了cAMP刺激的Cl-分泌。然而，這些組織也同樣表現出表現出明顯的Ca2+激活的氯離子介導的電流，特別是給藥刺激Ca2+通道后，如離子霉素或A1387。此外，從CF患者胰腺腫瘤中分離出的細顯示出類似的Cl-分泌情況。這就可能會導致，觀察到的Ca2+激活的氯離子電流在沒有cAMP刺激的Cl-電流的情況下，起到了補償的作用。991年，Kartner等人證明了CF基因可以在本身無Cl-分泌的無脊椎動物（Sf9細胞）導致cAMP刺激的Cl-電流的出現[1]。然而，在CF患者上皮組織中觀察到Ca2+激活的氯離子的電流仍不清楚。

隨著囊性纖維化跨膜調節劑（CFTR）的重大發現，許多科學家也對Ca2+激活的氯離子通道（CaCC）的身份進行鑒定。在追求CaCC的分子同一性時，一種蛋白質現在被稱為CLCA1受到了早期的關注。最初這種推測的CaCC是從牛氣管中克隆和分離出來（bCLCA1）。這種115-kD的abCLCA1蛋白，翻譯后修飾為38-kDa蛋白，是一種能夠產生宏觀電流的通道。然而，這個通道對1M二硫蘇糖醇（DTT;還原劑）具有敏感性，這是以前沒有報道的天然CaCC的抑制劑。但是當bCLCA1重組為COS-7Cetls時，電流對100pM尼氟酸（CaCC抑制劑）不敏感，而CaCC則完全敏感。還有幾個小組發表了以CLCA3為重點的研究，證明該蛋白是從細胞分泌的，并作為細胞外蛋白酶發揮作用。本文與觀察到的來自天然通道的功能差異基本證實了CLCA家族不是CaCC，蛋白質組更有可能是細胞外蛋白酶[2]。

最近，一種新的CaCC的身份被確定，就是TMEM16A。在1008年，TMEM16A首次被三個不同的小組描述為CaCC。正如前面所討論的，早期的被認為是CaCCs的離子通道沒有表現出類似于本地識別的通道的電生理特性。然而，TMEM16A是第一個顯示Ca2+激活的氯離子通道，與在許多組織[3]中發現的天然通道相匹配的激活。Yang等人在亞微摩爾和低微摩爾Ca2+的濃度下，TMEM16A表現出輕微的電壓依賴性，這與天然蛋白質相似[1]。這一效應在更大的去極化電位下被更大程度地激活。此外，該組利用對小鼠進行靜脈注射的小干擾RNA（SiRNA）的方法，闡明該通道在唾液分泌中可能發揮的作用。皮羅卡品（毒蕈堿激動劑）刺激唾液分泌受到明顯抑制，頜下腺TMEM16A免疫染色相應減少。本文也闡述了這種特定的CaCC不僅普遍存在，而且也確定是CaCC的可能性[3]。

在上述這些初步發現之后，大量的研究集中在TMEM16A的物理特征上。有研究將TMEM16A融合到GFP中證明，TMEM16A在質膜中作為二聚體存在[4]。

在確定TMEM16A為CaCC之前，有研究表明，該基因的破壞會導致氣管軟化，在新生小鼠生命的頭幾天內是致命的[4]。在發現TMEM16A作為CaCC之后，Ousingsawat等人。從全身TMEM16A基因敲除小鼠的新生鼠中分離氣管，用Ussingchamber研究了其電流[5]。對藥物激動劑，如ATP和CCH的反應，這些藥物會引起細胞內Ca2+的釋放但是在敲除小鼠中顯著衰減，表明TMEM16A在Ca2+激活的氯離子電流中起主要作用。在最初的研究幾年后，該組成功地利用FOXJ1啟動子構建了在纖毛呼吸上皮中敲除TMEM16A的模型。再次，利用Ussingchamber進行研究，同樣電流顯著衰減。而傳統的全細胞膜片鉗也顯示出類似的反應[5]。

有些文章也證明了，TMEM16A存在于人支氣管上皮細胞中。許多研究也利用不同的呼吸道細胞系，也確定了TMEM16A的存在。而且原代呼吸道上皮細胞的培養，以及永生化細胞系，證明了TMEM16A在呼吸病理中的意義。細胞因子白細胞介素-4（IL-4）已被確定可以在呼吸道中上調TMEM16A蛋白的表達。IL-4也是呼吸性甲狀腺腫的主要參與者，如慢性頑固性肺病（COPD）和哮喘[4]。從哮喘患者中分離出的呼吸道上皮的免疫熒光清楚地表明TMEM16A表達增加[5]。此外，在原代培養的人支氣管上皮中，TMEM16A似乎調節粘蛋白的分泌，而粘蛋白是炎癥性氣道疾病[3]的主要特征之一。總之，TMEM16A可能會是針對氣道炎癥疾病的靶向治療的基石。

另一方面，TMEM16A為囊性纖維化的治療提供了新的治療靶點。以前發表的使用cftr-/-小鼠只表現出了輕微的病癥，這與人類觀察到的疾病相反。與人體病理比較，小鼠病理程度最低的器官中含有大量的Ca2+激活的氯離子的分泌。而這種分泌阻止了嚴重的病理在肺內發展[1]。考慮到這一點，許多研究集中在增加TMEM16A在人體組織中的功能或表達，以幫助減輕CF的癥狀或潛在地逆轉CF的一些相關病理[4]。

類似于TMEM16A最開始報導在呼吸道上皮中介導Ca2+激活的氯離子的分泌，新生小鼠的結腸上皮也是研究的方向。而且也在幾種人結腸上皮細胞系中觀察到TMEM16A。HT-29和T84細胞株均表現出TMEM16A的表達，特別是免疫印跡的結果[3]。一些研究也表明，該通道可能在結腸癌的演變中發揮潛在作用。已觀察到TMEM16A參與細胞凋亡而且通道的上調可以增加腫瘤的生長和侵襲[4]。也有一些研究表明TMEM16A可能參與炎癥性腸病等疾病發展的機制。

與TMEM16A相關的治療在結腸上皮中還沒有臨床應用，而且關于CaCC如何參與這些非常復雜的疾病等許多問題仍未解決。但小分子抑制劑有可能在結腸癌治療中作為輔助治療起到作用。

雖然本文的大部分內容主要集中在呼吸道和結腸上皮，但值得注意的是，TMEM16A在其他幾個上皮組織中被描述為CaCC[5]。已觀察到胰腺導管細胞系中表達TMEM16A。此外，來自小鼠、大鼠和人類起源的膽道上皮在功能上被證明表達TMEM16A[4]。因此許多其他上皮組織可能表達TMEM16A，并可能是未來的研究努力。

鈣激活氯離子通道TMEM16A，是一種天然蛋白質，廣泛地表達于多種上皮組織。雖然該通道大部分的結構和功能已被闡明，但關于潛在的蛋白質-蛋白質相互作用仍有許多未知。這些相互作用可以揭示該通道在癌癥和炎癥性氣道疾病等復雜疾病中可能發揮的功能。繼續研究提高TMEM16A在CF患者質膜中蛋白表達的治療方法仍在深入研究中，希望有一天能成為改善CF癥狀和相關病理的重要組成部分。希望隨著持續的研究，靶向治療可以及時轉化為臨床使用，以造福廣大患者。

參考文獻：

[1]Browner， M.; Ferkany， J.W.; Enna， S.J. Biochemical identification of pharmacologically and functionallydistinct gaba receptors in rat brain. J. Neurosci. 1981， 1， 514-518.

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[4]Gallos， G.; Remy， K.E.; Danielsson， J.; Funayama， H.; Fu， X.W.; Chang， H.Y.; Yim， P.; Xu， D.; Emala， C.W.， Sr.Functional expression of the TMEM16 family of calcium-activated chloride channels in airway smooth muscle. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2013， 305， L625-L634.]

[5]Manoury， B.; Tamuleviciute， A.; Tammaro， P. TMEM16A/anoctamin 1 protein mediates calcium-activated chloride currents in pulmonary arterial smooth muscle cells. J. Physiol. 2010， 588， 2305-2314.