TRPV1通道在感染性疾病中的研究進展

趙博 李思維 邢甜 高萍 朱宏喆 李敏

1西北婦女兒童醫院藥劑科，西安 710061；2陜西中醫藥大學藥學院，咸陽 712046

疾病的產生與發展主要是病原體與宿主之間的相互作用，尤其表現在細胞和分子層面，細胞因子介導的免疫反應在感染性疾病（infectious diseases，ID）的免疫初始階段發揮了關鍵作用［1］。ID是病原體侵入機體后，致使機體正常代謝功能紊亂、組織結構破壞，造成局部組織病理性損傷及全身性炎癥反應［2］。ID致病因素多樣、作用復雜，目前尚未完全闡明其發病機制。瞬時感受器電位香草酸受體l（transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1）是Caterina及其科研團隊在1997年運用表達克隆技術克隆出的第1個由432個氨基酸組成的通道蛋白，可以激活無髓鞘C纖維上的非特異性離子通道［3］。作為目前關注度最高、研究最廣泛的一種非選擇性陽離子通道，已發現TRPV家族中6個亞型，分為熱敏感離子通道TRPV1～4，對鈣離子具有高度選擇性的離子通道TRPV5和TRPV6［4］。

近些年，人們對ID的認知隨著醫療事業的蓬勃發展逐步深入，不斷優化其防治措施。ID在診治中普遍存在誤區，早期診斷、治療及評估預后對提高ID的臨床診療水平和降低病死率具有重要意義。有研究證實TRPV1熱敏蛋白與ID的發病癥狀如發熱、疼痛、炎癥及咳嗽等均有一定的相關性，通過調控TRPV1通道可以起到緩解甚至治愈ID［5］。本文對TRPV1信號通道在ID中的研究進展進行梳理、歸納與總結。

TRPV1蛋白

TRPV1蛋白相對分子質量約為95 kD，基因編碼位于17p13.2，在神經元、免疫細胞和角質細胞中廣泛表達，當受到物理刺激或炎性介質等刺激性物質時會被激活。蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）和鈣調蛋白激酶Ⅱ（Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，Ca MK Ⅱ）位點在調節受體活性方面發揮著重要作用。有研究結果證實，TRPV1在翻譯后修飾時，PKA、PKC和Ca MK Ⅱ介導的磷酸化主要是通過降低TRPV1對溫度、pH等刺激的反應閾值來提高其活性［6］。TRPV1離子通道表現出對二價陽離子具有較高的選擇，對單價陽離子無選擇性且通透性較低。研究人員用辣椒素激活TRPV1受體，使得離子通道開放，通過對價態離子的檢測得出離子通道對二價陽離子的滲透率強于一價陽離子，發現它主要通過熱或化學刺激來傳導主要的痛覺通路［7］。有研究通過對TRPV1蛋白的表達及作用研究證實其參與了ID的發病過程，并與作用機制密切相關［8］。

1.TRPV1的結構

瞬時受體電位（transient receptor potential，TRP）家族最早在有視力缺陷的果蠅體內被發現并命名，表現出瞬時受體的某些特征，有7個分支在后生動物中較為常見：香草素瞬時受體電位（transient receptor potential vanilloid，TRPV）、錨蛋白瞬時受體電位（transient receptor potential ankyin，TRPA）、經典瞬時受體電位（transient receptor potential canonical，TRPC）、薄荷型瞬時受體電位（transient receptor potential melastatin，TRPM）、多囊蛋白瞬時受體電位（transient receptor potential polycystic，TRPP）、粘脂蛋白瞬時受體電位（transient receptor potential muolin，TRPML）和無機械感受器瞬時受體電位（transient receptor potential nompc，TRPN）［9］。這些分支通道的性質和生理功能各異主要表現在門控和離子選擇性方面。構成TRP家族通道蛋白的亞基均具有6個跨膜α-螺旋和不同尺寸的胞質N端和C端，并且形成四聚體。TRPV1蛋白作為TRPV家族中的一個亞族，現代研究能夠清晰分辨TRPV1蛋白跨膜螺旋中大部分殘基的側鏈密度和連接錨蛋白重復結構域［10］。TRPV1三維空間與電壓門控離子通道（voltage gated ion channel，VGIC）的同型四聚體有很強的吻合性，其中S1～S4跨膜螺旋組成中央孔環區域、S5和S6跨膜螺旋形成離子滲透通路。現代藥理學研究發現，TRPV1受體在活化狀態時，VGIC激活期間跨膜螺旋移動的區域在TRPV1中呈現靜止狀態，表明結構相似的離子通道作用機制表現出很大差異，TRPV1受體激活會表現出不同部位結構改變的特征進一步揭示其具有雙重門控機制［11］。

2.TRPV1的體內分布

TRPV1廣泛分布在哺乳動物的感覺神經纖維上。研究發現TRPV1在無髓鞘C纖維感覺神經元上表達，由于中樞神經、外周神經及呼吸、消化、心腦血管、泌尿系統等有無髓鞘C纖維支配的組織，所以上述組織中均有TRPV1分布［12］。張瑛和王韻［13］研究表明，TRPV1是表達于外周初級傳入神經元上重要的傷害感受器，參與了急性炎癥痛敏感介質的釋放。TRPV1除存在于神經元細胞之外，還廣泛存在于非神經細胞上，如支氣管上皮細胞、心肌細胞、膀胱上皮細胞、人的牙髓成纖維細胞、呼吸道平滑肌細胞等。TRPV1復雜的生理學功能與其在多種組織器官中廣泛分布和表達密切相關，預示TRPV1可能在參與機體多種生理功能和機制調控中扮演重要角色［14］。

3.TRPV1的調控

TRPV1可被多種不同的刺激因素或物質激活，包括熱、質子（pH<5.9）、辣椒中的刺激物辣椒素、大蒜中的蒜素、二烯丙基硫化物等［15］。由于TRPV1內源性配體的結合位點在細胞內，故該配體也可以在細胞內產生，或由一種機制將其帶入細胞。已知有3種不同類型的脂質可以激活TRPV1，即N-酰基乙醇胺（NAEs，如N-花生四烯酸氨基乙醇），花生四烯酸和N-酰基多巴胺（如N-花生四烯多巴胺、N-油基多巴胺）的脂氧合酶產物。此外，調節局部炎癥反應的脂肪組織B淋巴細胞（B1細胞）會產生白三烯，包括同樣是TRPV1激動劑的白三烯B4。

細胞內的鈣調蛋白是一種鈣結合信使介導鈣形成的負反饋環。鈣結合并激活鈣調蛋白，使其結合到TRPV1的N端或C端，進而抑制TRPV1的活性。其他二級信使如PKA、PKC和磷脂酰肌醇4，5二磷酸（PIP2）也能夠調節TRPV1的活性。PKA可通過N端位點的磷酸化（S116和T370）來增強或激活TRPV1，并可能參與辣椒素誘導的Ca2+依賴性TRPV1激活脫敏［16］。PKC通過磷酸化S2～S3連接位點（S502）和C末端位點（S800）直接激活TRPV1，并增強質子等其他配體的作用。當與TRPV1結合在C端位點（TRP結構域：K710）時，它能抑制TRPV1的活性。

TRPV1與ID

ID是臨床常見疾病，其致病因素復雜、治愈方案各異，有病原體、傳染性、流行性和免疫性4大基本特征。TRPV1與多種病原微生物尤其是細胞外病原體或真菌所致的ID可能存在一定的相關性，這種相關性在呼吸系統、腸道、皮膚以及口腔黏膜中表達尤為顯著［17］。

1.TRPV1與細菌感染

1.1.TRPV1與膿毒癥 TRPV1在膿毒癥中的作用已被證實。Chen等［18］用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導的膿毒癥模型在辣椒素預處理的大鼠體內被證實能降低病死率。然而，辣椒素一開始會激活TRPV1，但隨后神經纖維脫敏，導致TRPV1和許多其他神經受體介導的信號丟失，這些神經元受體（包括其他TRP通道、神經肽、ghrelin和NO等）可能在膿毒癥反應中發揮不同的作用。Wang等［19］在小鼠實驗中證實了TRPV1對膿毒癥的保護作用，用TRPV1拮抗劑辣椒平預處理的膿毒癥小鼠中，有更嚴重的低血壓發生和更低的存活率。在與膿毒癥生化指標相似的盲腸結扎穿刺（cecal ligation and puncture，CLP）模型中，這些結果也一致［20］。同樣，選擇TRPV1拮抗劑SB366791的長期治療已被證明會導致膿毒癥野生型小鼠器官衰竭增加和死亡［21］。

TRPV1是一種對感染性刺激反應的保護受體，但對其潛在機制知之甚少。Dong等［22］研究表明，TRPV1和TLR4受體被發現在人類辣椒素敏感的三叉神經中共定位，提示支配感染組織的傳入神經元可能可以直接檢測細菌感染。有研究提出TRPV1對膿毒癥的保護作用與調節NO和腫瘤壞死因子-α產生的機制相關［23］。近期通過使用TRPV1拮抗劑或基因缺失從CLP誘導的膿毒癥模型中獲得的結果表明，TRPV1活性破壞導致對腸道病原體的免疫反應較差，從而提高了細菌的存活率［24］。在感染的原發部位缺乏功能性TRPV1時，巨噬細胞介導的免疫應答被破壞。有研究表明，TRPV1拮抗劑辣椒平作用于巨噬細胞后，體外減少了LPS刺激巨噬細胞釋放的一系列介質，如NO、干擾素（IFN）-g和PGE2［25］。發現TRPV1缺失小鼠的腹膜源巨噬細胞的吞噬能力降低，不能產生和釋放活性氧、NO，同時加速這些細胞凋亡。總的來說，TRPV1的缺乏引發了對細菌的免疫應答缺陷，最終導致局部感染過渡為系統性和不可控制的感染［26］。最近的數據表明，在受到LPS誘導的膿毒癥衰老小鼠中，TRPV1介導的保護作用喪失，這給上述情況增加了另一層復雜性，但在CLP引起的膿毒癥動物中沒有觀察到同樣的結果［27］。

1.2.TRPV1與膀胱炎 研究人員在尿道下游的神經與非神經組織中均發現有TRPV1的表達，揭示了TRPV1可能參與了尿道功能失調的機制調控，通過對革蘭陰性菌感染引起膀胱炎等膀胱疾病證實TRPV1在疼痛感覺傳導過程中發揮重要作用［27］。膀胱容量和非排尿膀胱收縮頻率增加在TRPV1基因敲除小鼠中表現較為明顯，Wang等［29］采用TRPV1拮抗劑作用于大鼠體內時發揮出類似的功能，進一步證實TRPV1在維持膀胱的正常排尿生理功能中起到了重要作用。

2.TRPV1與病毒感染

2.1.TRPV1與病毒性感染后咳嗽 臨床常見的咳嗽病因之一就是由病毒性感染后引起，病毒性感染后通過損傷氣道上皮細胞，導致多種炎性因子含量升高及促進膽堿能神經亢進釋放乙酰膽堿和P物質，減弱纖毛運動頻次，降低自身清除有害物質的速率，從而刺激咳嗽感受器引起咳嗽［28］。TRPV1在哺乳動物的中樞神經系統和外周神經系統均有廣泛分布，起初發現主要與痛覺產生存在密切聯系。近些年，國內外對TRPV1與慢性咳嗽之間的機制探討研究較多，并已證實慢性咳嗽與TRPV1上調直接相關［30］。葉新民等［32］用病毒感染后建立大鼠咳嗽模型，蛋白免疫印跡法檢測大鼠肺組織中TRPV1表達明顯上升，并隨時間延長存在正相關性，TRPV1激活后促進P物質和緩激肽的釋放可引起神經源性炎癥反應，最終導致氣道重塑。因此，臨床上病毒性感染后咳嗽選用TRPV1拮抗劑抑制P物質和緩激肽的釋放成為新的治療選擇［33］。

2.2.TRPV1與病毒性腸炎 研究人員用輪狀病毒誘導幼齡大鼠建立病毒性腸炎，在大鼠腸道上皮細胞和腸道神經節間的纖維神經末端均發現有TRPV1的表達，輪狀病毒通過調控TRPV1和降鈣素基因相關肽（calcitonin gene related peptide，CGRP）的異常表達引起局部腸道炎癥［34］。當腸道處于炎性病理狀態時，TRPV1激活可促進CGRP和P物質的釋放，抑制腸道相關細胞凋亡和減輕氧化應激損傷，調節病毒性腸炎癥狀下的肽能神經元，進一步發揮TRPV1在病毒性腸道疾病中的保護作用［35］。

3.TRPV1與體內寄生蟲感染

內臟高敏感是腸易激綜合征（irritable bowel syndrome，IBS）常見的臨床表征，用旋毛蟲感染誘導大鼠建立內臟高敏感模型，進而探究TRPV1在參與內臟高敏感作用中機制［36］。現階段研究表明，TRPV1廣泛存在于外周非神經組織、中樞神經系統A8和C神經纖維上，同時參與調控疼痛和炎癥反應。IBS內臟高敏感的發生機制與內臟感受器對疼痛的敏感程度和中樞感覺神經元刺激性增加有一定的相關性［37］。TRPV1作為機體對外界傷害性刺激的感受器分子，是機體痛覺形成的重要機制［38］。研究人員用TRPV1基因敲除的大鼠研究內臟高敏感模型，結果揭示大鼠食管和結腸部位的傳入神經在刺激下的敏感度明顯下降［39-40］。由此可以推測出TRPV1參與了內臟高敏感的發病機制，但其作用在中樞和外周系統痛覺形成機制有待進一步研究［41］。

4.TRPV1與真菌感染

真菌感染是通過刺激機體外周感覺傳入神經，從而引起皮膚瘙癢。有研究證實TRPV1可以傳導癢覺信號并且參與癢覺機制調控［42］。當機體感受到炎性因子作用時，組織內組胺被激活，從而產生機體瘙癢感。有研究證實TRPV1與機體依賴性癢覺存在相關性［43］。作用機制主要表現為兩個方面：一是在感覺傳入纖維上存在組胺受體與TRPV1的共表達；二是TRPV1抑制劑可以不同程度抑制背根節神經元上組胺引起的鈣離子內流。

Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）在機體免疫反應中起重要作用，機體的急慢性瘙癢都與TLRs有很大關聯［44］。TLRs是一種較為低級的細胞傳感器，負責檢測感覺神經元上的配體，進而加重因皮膚真菌感染和組織病理新損傷產生的癢覺。通過實時定量聚合酶鏈反應證實TRPV1在小直徑神經元中表達TLRs［45］。雖然也有實驗表明，在小鼠中將TLR4基因敲除會使組胺介導的瘙癢行為及胞內鈣離子信號被顯著抑制，但報道稱TLR4的激動劑脂多糖對機體瘙癢卻無直接誘導作用［46］。另有研究者在HEK293細胞實驗中揭示TLR4的表達可增強辣椒素引起的鈣離子內流，激活TRPV1離子通道［47］。

結語

TRPV1從發現和克隆至今僅24年，因其分布的廣泛性、生物作用的復雜性以及其生理功能的多樣性迅速成為研究熱點。但正因為上述特點，在臨床應用中單單只考慮將藥物某種生理功能作為治療目的，則可能使其他功能轉變為藥物不良反應甚至毒性反應。近年來，有關激動劑或拮抗劑調控TRPV1蛋白治療疾病的風險報道逐年增加［48］。有研究報道TRPV1拮抗劑通過調控該通道起到鎮痛作用的同時致使機體溫度升高1～2 ℃而被迫終止［49］，這就給在組織分布和靶向的選擇上提出了更高要求。有研究發現TRPV1至少存在3種剪接體［50］，隨著研究深入可能會有更多的TRPV1剪接體被證實，它們可能分布在機體的不同部位，發揮著不同的生理功能并且參與不同的生物學機制，進一步加快了選擇性更強的激動劑或拮抗劑的開發［51］。TRPV1通道蛋白作為感受神經元上感受外界刺激的一類重要的離子通道，激活TRPV1蛋白對治療感染性疾病后發熱、疼痛、炎癥及咳嗽等具有重要意義［52］。以TRPV1蛋白為靶點，對TRPV1在ID中的作用機制有更進一步的了解，為研發新一代TRPV1蛋白的拮抗劑或激動劑，臨床治療ID提供新的思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻聲明趙博：分析/解釋數據，起草文章，對文章的知識性內容作批評性審閱；李思維：采集數據，指導；邢甜：采集數據，支持性貢獻；高萍：采集數據，分析/解釋數據，統計分析；朱宏喆：采集數據，行政、技術或材料支持；李敏：分析/解釋數據，對文章的知識性內容作批評性審閱，支持性貢獻